1. Сущность литейного производства

Литейное производство — отрасль машиностроения, за­нимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость ко­торой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет кон­фигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продук­цию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5—500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т. д.).

Для изготовления отливок применяют множество способов литья:

в песчаные формы , в оболочковые формы, по выплавля­емым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообраз­ностью и другими факторами.

2 Различные сплавы имеют разные литейные свойства, которые характеризуются следующими параметрами:

1)Жидкотекучесть - это способность металлов и сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, заполнять её полости и чётко воспроизводить контуры отливки.

Жидкотекучесть литейных сплавов зависит от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, свойств формы и т. д. Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре (эвтектоидные сплавы), обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, образующие твёрдые растворы и затвердевающие в интервале температур. Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается и тем больше, чем тоньше канал в литейной форме; с повышением температуры заливки расплавленного металла и температуры формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет её лучше, чем металлическую форму. Наибольшей жидкотекучестью обладает серый чугун, наименьшей - магниевые сплавы

2)Усадка - Свойство литейных сплавов уменьшать объём при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают объёмную и линейную усадку, выражаемую в относительных единицах.

Линейная усадка - уменьшение линейных размеров отливки при её охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку определяют соотношением, %:

где l_ф и l_отл – размеры полости формы и отливки при температуре 20°C.

На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Усадку алюминиевых сплавов уменьшаем повышение содержания кремния. Усадку отливок уменьшает снижение температуры заливки. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.

При охлаждении отливки происходит механическое и термическое торможение усадки. Механическое торможение возникает вследствие трения между отливкой и формой. Термическое торможение обусловлено различными скоростями охлаждения отдельных частей отливки. Сложные по конфигурации отливки подвергаются совместному воздействию механического и термического торможения.

Линейная усадка для серого чугуна составляет 0,9-1,3%, для высокопрочного чугуна до 1.7%, для ковкого чугуна …%, для углеродистых сталей 2-2,4%, для алюминиевых сплавов 0,9-1,5%, для медных 1,4-2,3%.

Объёмная усадка - уменьшение объёма сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объёмную усадку определяют соотношением, %:

где V_ф и V_отл – объем полости формы и отливки при температуре 20°C. Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке.

Усадка в отливках проявляется в виде:

• усадочных раковин - сравнительно крупных полостей, расположенных в местах отливки, которые затвердевают последними; (На рис.2 показан процесс образования усадочной раковины в отливке.)

• усадочной пористости - скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердели последними без доступа к ним расплавленного металла;

• трещин;

• короблений - изменение формы и размеров отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении.

Усадочные раковины – сравнительно крупные полости, расположенные в местах отливки, затвердевающих последними.

Усадочная пористость – скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевали последними без доступа к ним расплавленного металла.

Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла в процессе кристаллизации вплоть до полного затвердевания.

Литейные свойства сплавов

Качества литья зависит от литейных свойств металлов. Температура разливки сплавов всегда превышает температуру их плавления, т.к. иначе сплавы не будут обладать нужной жидкотекучестью. Кроме того, в ряде случаев повышение температуры разливки благополучно влияет на строение сплавов, например, такого как серый чугун, вызывая измельчение графитовых включений. При более высокой температуре разливки из жидкой стали выделяются неметаллические включения. Однако перегрев сплава должен быть ограничен определенными пределами, зависящими как от свойств самого сплава, так и от особенностей отливок, получаемых из него. Повышение температуры разливки в ряде случаев вызывает рост кристаллитов сплава, усиливает усадочные явления, увеличивает поглощение газов, повышает склонность сплава к горячим трещинам, ликвации и т.д. Чем сложнее отливки и чем тоньше их стенки, тем более высокий перегрев должен иметь сплав при разливке его по формам.

Второй вариант

11.1 Жидкотекучесть – способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить контуры полостей формы и стержней. Она определяется по специальным технологическим пробам, заполняемым жидким сплавом при некоторой постоянной температуре заливки. Жидкотекучесть стали, магниевых и др. сплавов определяют по прутковой пробе, получаемой в песчаной форме. Жидкотекучесть чугуна, бронзы и алюминиевых сплавов принято определять с помощью спиральной пробы трапециидального сечения. Кроме того, для определения жидкотекучести стали пользуются пробами U-образного вида. В пробах этих трех типов жидкотекучесть определяют по длине (в см) заполненной части полости форм. 11.2 Плотность – свойство металла давать отливку без углублений, внутренних пузырей, пустот и газовых пор, возникающих в ней вследствие выделения газов, растворенных в жидком металле при охлаждении. 11.3 Усадка – при охлаждении сплава в форме происходит довольно быстрое уменьшение его объема. В течение нескольких секунд на всей поверхности сплава  образуется мелкозернистая корочка, постоянно увеличивающаяся  по толщине. В связи с этим дальнейшее охлаждение и затвердевание сплава происходит внутри оболочки почти без контакта с окружающей атмосферой. В следствие уменьшения объема в отливках из ряда сплавов при этом образуются полости (усадочные раковины или рыхлоты). Общее уменьшение объема и размеров отливок называется усадкой. В литейном производстве различают объемную и линейную усадку. Под объемной усадкой подразумевают разнице между объемом жидкого сплава, заполнившего полость формы, и объемом отливки после ее полного охлаждения. Линейной усадкой называют разницу линейных размеров полости формы и охлажденной отливки. Для удобства усадку обычно выражают в процентах по отношению к первоначальному объему жидкого сплава (объемная усадка) или первоначальным размером в полости формы (линейная усадка). Если при усадке сплава нет препятствий к уменьшению его объема и размеров, то такую усадку называют свободной. Усадка меняется в зависимости от химического состава сплава. Так, усадка серого чугуна уменьшается при увеличении содержания углерода и кремния, а также при уменьшения марганца и серы. В алюминиевых сплавах уменьшает усадку увеличение содержания кремния, а также меди и магния наоборот, увеличивают усадку. Практически при изготовлении отливок уменьшение их размеров происходит в условиях затрудненной усадки, при которой препятствиями являются выступающие части формы, стержни и т.д. Поэтому во многих случаях действительная усадка получается меньше, чем свободная. Действительная линейная усадка называется литейной и выражается в процентах. Величина литейной усадки всегда меньше свободной, причем разница между ними больше, чем крупнее и сложнее отливки. Объемная усадка примерно в три раза больше линейной. 11.4 Ликвация – неоднородность по химическому составу как в отдельных частях отливки (зональная ликвация), так и в отдельных кристаллитах сплава (внутридендритная, внутрикристаллическая ликвация); кроме того, она может иметь место при значительно разной плотности  составляющих сплава (ликвация по плотности). Ликвация – крайне нежелательное явление в отливках, т.к. она может привести к понижению их свойств и даже к поломке в ликвационных зонах. 11.5 Поглощение газов. Металлы и сплавы способны поглощать значительное количество различных газов (водород, азот, кислород, окись углерода, углекислоту, метан и.т.), причем эти газы могут находиться в следующих состояниях: а) в виде механических, сравнительно крупных включений, получившихся при перемешивании жидкого сплава с воздухом или др. газами; б) в растворенном состоянии; в) в виде химических соединений (окислы, нитриды, гидриды). Поглощение газов при нагреве и  плавлении металлов и сплавов происходит преимущественно из атмосферы печи, из ржавчины, из влаги исходных материалов и топлива. Содержание газов может быть значительно понижено некоторыми приемами, например: а) пропусканием через жидкий металл другого газа, не поглощаемого металлом, но способствующего удалению из него растворенных газов (например, для цветных сплавов – азот, для стали – окись углерода, для всех – инертные газы (аргон и др.); б) плавка в вакууме. Практически к моменту заливки в формы жидкие сплавы всегда содержат большее или меньшее количество газов, которые при понижении температуры сплава частично остаются в растворенном состоянии, а частично – выделяются. При выделении газов в отливке при определенных условиях могут образовываться газовые раковины. Причиной образования газовых раковин являются то обстоятельство, что по мере понижения температуры жидкого сплава уменьшается растворимость газов, и они должны выделятся из сплава, но при понижении температуры значительно увеличивается вязкость сплава, что затрудняет выведение газовых пузырьков.