2.Какие состояния металлов и сплавов могут быть достигнуты при высоких скоростях охлаждения?

3.Что представляют собой металлические стекла?

4.Как видоизменяются диаграммы состояния при высоких скоростях охлаждения?

5.В каких областях техники находят применение монокри­

сталлы?

6.Перечислите методы выращивания монокристаллов.

7.Почему монокристаплические лопатки имеют большую жа­ ропрочность?

8.Как достигается требуемая кристаллографическая ориента­ ция в лопатках?

9.Чем отличается монокристаплическая структура лопаток от классического монокристалла?

10.Какие преимущества имеют нанокристаплические мате­

риалы?

11.Какие объекты относятся к наночастицам?

12.Какова доля поверхностных атомов к общему числу атомов

вметаллических наноматериалах?

13.Перечислите методы получения наноматериалов.

14.Как получают аморфно-нанокристаллические материалы?

15.Как получить нанокристаллическую структуру у аморфного

сплава?

10. ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ

Литейными свойствами называют технологические характери­ стики сплавов, оказывающие влияние на качество отливок. Зная ли­ тейные свойства сплавов, можно правильно спроектировать литую деталь и разработать технологический процесс ее изготовления. Зна­ чение литейных свойств настолько велико, что иногда приходится создавать новый сплав со свойствами, необходимыми для получения отливки.

Технологические свойства изучаются для любого технологиче­ ского процесса обработки материала и получения из него готового изделия. Одни характеризуют поведение металлов и сплавов при об­ работке резанием, другие - при сварке, давлении или, как в нашем

случае, при литье. Литейные свойства оценивают по специальным технологическим пробам. В отличие от физических или физико­ химических свойств значения всех технологических свойств, в том числе и литейных, зависят от способа их определения. На получае­ мые значения литейных свойств комплексно влияют три группы факторов: свойства сплава, конструкция и материал технологической пробы и технологии заливки пробы. Нельзя сравнивать литейные свойства сплавов, если они получены с использованием различных технологических проб или даже типовых технологических проб, но залитых по различным методикам. Разработка проб и методики их заливки являются важным направлением научных исследований в области литейного производства, заключительным этапом которых является разработка государственного стандарта.

До настоящего времени нет единого мнения о том, какие харак­ теристики сплавов относятся к литейным свойствам. Еще в 1966 году комиссией по литейным свойствам Общества литейщиков СССР бы­ ла предложена номенклатура из 10 наименований, но эти рекоменда­ ции не являются общепринятыми, так как рассматривают слишком широкий круг свойств. В них включены оценки заполняемости форм (жидкотекучесть), изменения размеров отливки (усадка), плотности отливки (газоусадочные дефекты), образования напряжений и горя­ чих трещин, получения той или иной структуры, ликвационные ха­ рактеристики [24]. Безусловно, макро- и микроструктура, газонасыщенность и загрязнение неметаллическими включениями, неодно­ родность химического состава являются важными характеристиками литых заготовок. Однако жидкотекучесть, усадка и горячеломкость играют более важную роль в формировании качества литых загото­ вок. Эти литейные свойства и рассматриваются в данном пособии. Кроме того, описаны особенности появления литейных напряжений в отливках, приводящих к образованию горячих и холодных трещин.

Литейные свойства находятся в сложных взаимосвязях, но все они в первую очередь зависят от химического состава сплава, точнее, от места сплава на диаграмме состояния. Связь литейных свойств сплавов с диаграммой состояния впервые установлена академиком А.А. Бочваром, подтверждена многочисленными экспериментами и не подвергается сомнению.

10.1. Жидкотекучесть

Жидкотекучесть, определяющая способность сплава течь и заполнять литейную форму, является важнейшим литейным свой­ ством, от которого зависит воспроизведение внутренних очертаний формы, а значит, и контура отливки. Если сплав обладает низкой жидкотекучестью, то движение расплава может прекратиться рань­ ше, чем будет заполнена литейная форма. Это приведет к неиспра­ вимому браку литой заготовки - «недоливу». Встречные потоки расплава с низкой жидкотекучестью из-за медленной скорости дви­ жения могут остыть и не соединиться друг с другом. В отливке образуется «неслитина». Это наиболее характерные и простые виды дефектов, которые прямо связаны с жидкотекучестью. Достаточ­ ная жидкотекучесть необходима для протекания всех техноло­ гических процессов, влияющих на качество отливок. От нее зависят скорость заполнения формы, распределение температур в узлах фасонных отливок, создание условий для формирования усадоч­ ных раковин или пористости, удаления газов и неметаллических включений.

Большинство параметров заполнения формы определяют, исхо­ дя из того, что расплавы металлов неотличимы от обычных ньюто­ новских жидкостей, как, например, вода, и к ним применимы законы гидравлики (при равенстве температур расплава и стенок литнико­ вых каналов). Однако это справедливо только частично. Заполнение литейной формы сопровождается остыванием и затвердеванием ме­ талла. Начальные участки канала, которые поток проходит в первую очередь, разогреваются горячим расплавом, поэтому и металл здесь находится в жидком состоянии. Головная часть потока продвигается в холодном канале. Температура металла здесь быстро падает до температуры, при которой начинается кристаллизация расплава. Ка­ кое-то время он может течь не только в жидком, но и в жидко­ твердом состоянии. Образовавшиеся кристаллы начинают тормозить движение, и, при достижении некоторого количества твердой фазы, расплав останавливается. Следовательно, при заполнении форм не­ обходимо учитывать условия заливки: начальные температуры рас­ плава и формы, их теплофизические свойства, условия теплоотвода через стенку формы.

Факторы, влияющие на полноту заполнения литейной формы, можно поделить на три группы. К первой группе относятся свойства сплава: теплопроводность, теплоемкость, теплота и интервал кри­ сталлизации, поверхностное натяжение, вязкость, наличие включе­ ний, строение твердой фазы. Вторую группу составляют свойства литейной формы в зависимости от ее материала: теплоаккумули­ рующая способность, газопроницемость, шероховатость стенок и др. Третья группа - это условия заливки: металлостатический напор, ве­ личина перегрева расплава, температура подогрева формы, внешнее избыточное давление на расплав и т.д.

Из-за особенностей кристаллизации и различного влияния теп­ лофизических свойств способность течь и заполнять форму (жидкотекучесть) у разных металлов и сплавов при одинаковых тепловых

игидравлических условиях, т.е. при стабильных значениях второй

итретьей групп факторов, будет различной. Поэтому жидкотекучесть и относится к литейным свойствам металлов и сплавов, оп­

ределяющим роль данного металла или сплава при формировании отливки.

10.1.1. Виды жидкотекучести

Для сравнения способности различных сплавов течь и заполнять литейную форму Ю.А. Нехендзи предложил различать практическую, истинную и условно-истинную жидкотекучести. Эти виды жикотекучести, как показано на рис. 106, различаются температурой металла при

заливке в технологическую пробу. Практическая жидкотекучестъ опре­

деляется при одинаковой температуре заливки всех сравниваемых сплавов ка­ кой-либо системы. Это удобно, например, для изучения влияния содержания угле­ рода на жидкотекучестъ углеродистых сталей в цеховых условиях, где сложно менять температуру в плавильном агрега­ те. Но при таких условиях не учитывается перегрев сплава над температурой Плав­ ления (температурой ликвидуса), а это