Лекция 3

Основы формирования качества литых изделий.

1. Основные литейные материалы. Их применение и перспективы развития.

Литейные сплавы должны обладать хорошими литейными свойствами, тепло и электропроводностью.

При выборе сплава необходимо учитывать его свойства и стоимость. Если принять среднюю стоимость отливки из серого чугуна за 100%, то стоимость отливки из: ковкого чугуна - 130%, стали - 150%, цветных сплавов - 300-600%.

В целом, в общем производстве отливок:

74% - отливки из серого чугуна, 3% - отливки из ковкого чугуна, 21% - отливки из стали,

2% - отливки из цветных сплавов.

Основными требованиями к литейным материалам являются прочность, способность последующей механической обработки, стоимость при равенстве свойств.

При проектировании отливки в первую очередь учитывают механические свойства сплава, основными из которых являются прочность и относительное удлинение. На рисунке 1.1, показано расположение современные материалы в соответствии с уровнями достигнутых показателей механических свойств.

σ_в

МПа

1200

800

400

0 1 5 10 15 20 25 30 δ,%

Рисунок 1.1 Показатели прочности (σ_в) и пластичности (δ) различных литейных сплавов.

1-серый чугун, 2-ковкий чугун, 3-высокопрочный чугун, 4-сталь углеродистая, 5-сталь легированная, 6-латунь, 7-бронза, 8-алюминиевый сплав, 9-магниевый сплав.

Кроме прочности и пластичности имеет значение плотность, коррозионная стойкость, жаропрочность, износостойкость, стоимость.

Конструктор, проектирующий отливку при выборе сплава, обязан принимать оптимальное решение, учитывающее суперпозицию различных свойств материалов.

По мере роста технически достижений в области материаловедения и литейного производства повышается качество отливок, уровень их свойств.

Разработка новых составов сплавов преследует и другую цель - удешевление литейных материалов и, в целом, литейного производства, замену дорогостоящих марок сплавов более дешевыми. Как правило, это достигается заменой сплавов сложного состава на сплавы простого состава с дешевыми примесями, формирующими определенные свойства материалов.

В целом проблема создания сплавов с высоким уровнем свойств является наиболее актуальной в современном материаловедении и литейном производстве.

Решение этой проблемы путем введения сложных и дорогостоящих составов добавок не имеет большой перспективы. Наиболее реальный путь - это совершенствование структуры литых сплавов простых и дешевых составов. Решение проблемы таким путем реально и основной упор при этом делается на достижения физики твердого тела, исследования в области кристаллизации и структурообразования сплавов. Подробнее об этих направлениях речь пойдет в разделе "физико-химические и физико-механические основы формирования комплекса химических и технико-экономических характеристик изделий литейного производства".

Справка. Литейные материалы.

Чугуны. Для производства фасонных отливок применяют серые чугуны марок С410С445-11 марок; ковкие чугуны марок КЧ30-12 до КЧ80-1.5-6 марок; высокопрочные чугуны марок ВЧ35-12 до ВЧ100-1.5-? марок.

Структура градиента: в серых чугунах - пластинчатая, в ковких чугунах - хлопьевидная, в высокопрочных чугунах - шаровидная.

По микроструктуре чугуны подразделяются на :

белый - имеет в структуре ледебурит  перлит (ЛП),

серый перлитный - имеет в структуре перлит  графит (ПГ),

серый ферритный - имеет в структуре феррит  графит (ФГ).

Кроме основных видов чугуна получают промежуточные структуры:

половинчатый - имеет в структуре ледсбурит  перлит  графит (ЛПГ),

перлито-ферритный - имеет в структуре феррит  перлит  графит (ФПГ).

Высокопрочный чугун имеет ферритную (Ф) или перлитную (П) структуру.

Получают высокопрочный чугун модифицированный магнием и ферро-силицием.

Ковкий чугун в зависимости от способа производства имеет ферритную (Ф) или перлитную (П) структуру.

Получают ковкий чугун путем длительного отжига белого чугуна.

Название "ковкий" - условно. Ковке такие отливки не подвергают.

Для малоответственных деталей (гайки, фланцы) применяют марки КЧ30-6, КЧ35-8 - с ферритной структурой. Для ответственных деталей автомобилей и сельхозмашин, работающих при динамических нагрузках (задний мост) и высоких статических (крючки тяг, подвесок) применяют марки КЧ37-12, КЧ38-10 - с ферритной структурой. Прочность перлитного чугуна выше, чем ферритного. Основные марки КЧ50-5, КЧ60-3, КЧ-63-2.

Стали - углеводистые марок 15Л55Л (феррито-перлитные), легированные стали - широкой номенклатуры - изготавливают детали газотурбинных двигателей, роторы, арматуру.

Алюминиевые сплавы - широкой номенклатуры. Изготавливают широкий ассортимент изделий различного назначения. Основные применения - корпуса приборов, блоки цилиндров.

Медные сплавы - широкой номенклатуры - бронзы, латуни - хорошие литейные свойства. Изготавливают широкий ассортимент изделий различного назначения. Основные применения - коррозионностойкие материалы.

Магниевые сплавы - имеют низкие литейные свойства. Основные применения - корпуса приборов, инструменты.

Титановые сплавы - имеют низкие литейные свойства. Применяются в деталях реактивных двигателей, в химической промышленности, судостроении, медицинской промышленности.