2. Специальные технологические требования к литейным сплавам.

Жидкотекучесть - способность сплава заполнять литейную форму. Определяется длиной спирали, отлитой в земляную форму (проба на жидкотекучесть).

Усадка - изменения (как правило уменьшение) объема и размеров отливки при ее затвердевании и последующем охлаждении. Величина усадки (в %) составляет для сплавов:

а) чугуны - 0.9 1.3%; б) стали - 1.8 2.5%; в) медные сплавы - 1.5 2.5%;

г) алюминиевые сплавы - 0.9 1.5%; д) магниевые сплавы - 1.0 1.6%;

е) титановые сплавы – 0,6 1,5%

Газопоглощение - способность материала растворять и удерживать газы: кислород, водород, азот.

Ликвация - неоднородность химического состава сплава по сечению отливки.

Различают два основных вида ликвации:

- внутрикристаллитная (дендритная) - характеризуется неоднородностью в пределах зерна (дендрита),

- зональная - характеризуется неоднородностью в различных зонах отливки.

3. Физико-химические основы формирования качества литых изделий.

Основным процессом, лимитирующим литейные свойства, является кристаллизация. В жидком состоянии большинство металлов неограниченно растворяются друг в друге, образуя однофазный жидкий раствор.

Только некоторые металлы (Fe-Pb, Cu-Pb) практически нерастворимы в жидком состоянии и, отличаясь по плотности, образуют несмешивающиеся слои.

Переход сплава из жидкого состояния в твердое происходит в результате образования центров кристаллизации и последующего их роста в виде дендритов.

Для образования устойчивого зародыша необходимы флуктуации концентрации, то есть временно возникающие отклонения химического сплава в отдельных малых объемах жидкого раствора от среднего состава.

При кристаллизации чистых металлов состав отдельных малых объемов соответствует среднему, а смысл флуктуации заключается в отклонении термодинамической температуры малого объема от средней температуры жидкого расплава. В этом случае, при понижении температуры вероятным процессом становится процесс одновременного образования множества флуктуаций и, соответственно, образования множества зародышей твердой фазы. Такой процесс происходит при некоторой степени переохлаждения жидкого расплава называется гомогенной (самопроизвольной) кристаллизацией.

Чистые металлы как правило не обладают требуемым уровнем свойств, поэтому возникает необходимость получения сплавов, компоненты которого могут значительно отличаться по кристаллохимическим и термодинамическим свойствам.

Вследствие таких отличий, степени переохлаждения, необходимые для кристаллизации отдельных компонентов сплава могут значительно отличаться.

Возникает проблема совместной кристаллизации компонентов сплава, то есть при кристаллизации сплава становится вероятной ликвация, то есть образование химической неоднородности по сечению слитка. Преодоление проблемы ликвации является одной из важнейших в литейном производстве.

Наиболее эффективный путь решения задачи совместной кристаллизации сплава является получение эвтектики.

Эвтектика (легкоплавящаяся) - это структура, состоящая из определенного сочетания двух (и более) твердых фаз, одновременно кристаллизовавшихся из жидкого расплава при постоянной и самой низкой для данной системы температуре.

Эвтектики образуются во многих сплавах, в которых содержание легирующих элементов больше предельной растворимости в системе. Системы, в которых образуются эвтектики, изучены достаточно хорошо и представлены в виде справочных данных по диаграммам состояния. Наличие эвтектики в системе определяется в первую очередь химическим составом взаимодействующих компонентов.

Примеры систем с эвтектиками.

Fe-Fe₃C, Fe-Mn, Al-Si, Al-Cu, Mg-Zn, Mg-Al-Zn-Mn,

Cu-Pb, Mg-Bi – присутствие этих систем в литейных сплавах затрудняет их обработку давлением.

Рассмотрим теперь физико-химические принципы управления литейными свойствами.

Академик А.А.Бочвар показал в своих работах, что существует определенная связь между диаграммой состояния и литейными свойствами.

Сплавы - твердые растворы, имеют низкие литейные свойства – плохая жидкотекучесть, склонность к трещинообразованию.

Для получения высоких литейных свойств концентрация элементов в литейных сплавах должна превышать их максимальную растворимость в твердом состоянии и приближаться к эвтектическому составу.

Эвтектические сплавы обладают хорошей жидкотекучестью, низкой склонностью к ликвации, усадка проявляется в виде концентрированной раковины.

Примечание: Сплавы в области однородных твердых растворов пластичны, в области эвтек-тики пластичность сильно снижается, то есть сплавы эвтектического состава отличаются высокой хрупкостью. Поэтому в деформируемых сплавах максимальная растворимость при эвтектической температуре является верхним пределом содержания компонента в сплаве.