Вопрос №8. Классификация специальных способов литья.

Точность геометрических размеров, степень шероховатости поверхности отливок, полученных в песчаных формах, вомногих случаях не удовлетворяют требованиям современной техники. Поэтому

быстрыми темпами развиваются специальные способы литья: в оболочковыеформы, по выплавляемым моделям, кокильное, под давлением, центробежное идругие, позволяющие получать отливки повышенной точности, с малой шероховатостью поверхности, минимальными припусками на механическую обработку, аиногда даже исключающие ее, что обеспечивает высокую производительность труда и т.д.

Сущность литья в оболочковые формы заключается в изготовлении отливокпутем заливки расплавленного металла вразовую тонкостенную разъемную литейную форму, изготовленную из песчаносмоляной смеси с термореактивным связующим по металлической нагреваемоймодельной оснастке, с последующим затвердеванием залитого расплава, охлаждением отливки в форме и выбивкой ее из формы.Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую геометрическую точностьотливок, так как формовочная смесь, обладая высокой подвижностью, дает возможность получать четкий отпечаток модели. Точность отпечатка не нарушается потому, что оболочка снимается с модели без расталкивания. Повышенная точность формы позволяет в ~2 раза снизить припуски на механическую обработку отливок. Применяя мелкозернистый кварцевый песок для форм, можно снизить шероховатость поверхности отливок. Высокая прочность оболочек позволяет изготовлять формы тонкостенными, что значительно сокращает расход формовочныхматериалов. В оболочковых формах изготовляютотливки с толщиной стенки 3 ... 15 мм имассой 0,25...100 кг для автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машиниз чугуна, углеродистых сталей, сплавовцветных металлов.

Сущность литья по выплавляемым моделям сводится к изготовлению отливок заливкой расплавленного металла вразовую тонкостенную неразъемную литейную форму, изготовленную из жидкоподвижной огнеупорной суспензии помоделям разового использования с последующим затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки в форме и извлечением ее из формы

Вопрос №9.

Связь между диаграммами состояния и технологическими свойствами сплава.

Диаграммой состояния называется графическое изображение, показывающее фазовый состав сплавов в зависимости от температуры и концентрации химических компонентов в условиях равновесия.

Фазой называется однородная часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела, при переходе че­рез которую свойства сплава изменяются скачкообразно. На рис. 1.9 изображена диаграмма состояния железоуглероди­стых сплавов, имеющая большое практи­ческое значение.

Структурные составляющие желе­зоуглеродистых сплавов. В зависимости от температуры и концентрации углерода железоуглеродистые сплавы имеют сле­дующие составляющие.

Аустенит - твердый раствор угле­рода в -железе с предельной концентра­цией углерода 2,14 % при температуре 1147 °С; с понижением температуры до 727 °С концентрация углерода уменьша­ется до 0,8 %; сталь со структурой аустенита имеет высокие пластичность и вяз­кость. Аустенит немагнитен (-железо -модификация железа, имеющая кристал­лическую решетку гранецентрированногокуба).

Феррит - твердый раствор углерода в -железе с предельной концентрацией углерода 0,02% при температуре 727 °С; сталь со структурой феррита ферромагнитна вплоть до температуры Кюри 770 °С, имеет малую твердость и высокую пластичность (-железо - модификация железа, имеющая кристаллическую ре­шетку объемно-центрированного куба).

Цементит - химическое соедине­ние железа с углеродом Fe₃C (6,67 % С); ферромагнитен до температуры Кюри 210 °С, имеет высокие твердость и хруп­кость.

Перлит - механическая смесь (эвтектоид) феррита и цементита, образую­щаяся при эвтектоидном распаде аустенита (0,8 % С); сталь, имеющая структуру перлита, ферромагнитна, обладает повы­шенными прочностью и твердостью.

Ледебурит (4,3 % С) - механиче­ская смесь (эвтектика) аустенита и цемен­тита; ниже температуры 727 °С аустенит превращается в перлит, при этом образу­ется смесь перлита и цементита - превра­щенный ледебурит.

Графит - углерод в свободном состоянии, образующийся в чугунах в результате распада цементита при медленном охлаждении. Графит немагнитен,мягок, имеет низкую прочность.

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Основные свойствасплава определяются содержанием углерода. Взаимодействие углерода с - или-модификациями железа приводит к образованию железоуглеродистых сплавов,различных по строению и свойствам. Построение диаграммы состояния железо - углерод (цементит) дает представление о температурах и концентрационных границах существования этих сплавов.

На диаграмме состояния железо- углерод (см. рис. 1.9) линия ABCD – линияликвидуса, выше нее сплав находится вжидком состоянии; линия AECF – линиясолидуса, ниже нее сплав находится втвердом состоянии. При температурахсоответствующих линии AECF, заканчивается первичная кристаллизация. В точкеС при концентрации углерода 4,3 % образуется эвтектика, которая носит названиеледебурит. Линия PSK - линия эвтектоидного превращения, на которой заканчивается процесс вторичной кристаллизации.Линия PS - линия нижних критическихточек А₁. Линия GSE - начало процессавторичной кристаллизации твердого раствора. Линия GS ~ линия верхних критических точек А₃, она показывает температуру начала выделения феррита из аустенита. Линия SE - линия верхних критических точек А_т, она показывает температуру начала выделения вторичного цементита и является линией, определяющейпредельную растворимость углерода в аустените. Сплавы, содержащие до 2,14 % С, условно называют сталями, более2,14 % С - чугунами. Сталь, содержащая0,8 % С, называется эвтектоидной; сталь,содержащая менее 0,8 % С, - доэвтектоидной, сталь, содержащая более 0,8 % С, -заэвтектоидной.

Термическая обработка заключается в нагреве сплавов доопределенных температур, выдержке ихпри этих температурах и последующемохлаждении с различной скоростью. Приэтом изменяются структура сплава, а следовательно, и его свойства. Изменяя скорость охлаждения, можно получить различные физико-механические свойства иструктуры железоуглеродистых сплавов. Основные виды термической обработки - отжиг, нормализация, закалка иотпуск.

Отжиг - нагрев доэвтектоиднойстали выше точки А₃, заэвтектоидной -выше точки А_m, с последующим охлаждением вместе с печью. После полного отжига структура сплава состоит из феррита и перлита (доэвтектоидные стали). Отжиг снимает внутреннее напряжение, снижает твердость, повышает пластичность, улучшает обрабатываемость, устраняет хими­ческую неоднородность. Неполный отжиг - нагрев выше точки A_h но ниже А₃; проис­ходит неполная фазовая перекристаллиза­ция.

Нормализация - нагрев выше точ­ки А₃, охлаждение на воздухе; нормализа­ция приводит к измельчению зерна и по­вышению прочности.

Закалка - нагрев выше точки Аз, быстрое охлаждение в воде или масле; повышает твердость и прочность, снижает пластичность.

Регулируя скорость охлаждения ста­ли из аустенитного состояния,- можно по­лучать различные структуры: мартенсит, троостит, сорбит, перлит.

Отпуск - нагрев ниже точки А₁ и медленное охлаждение; его применяют как сопутствующую операцию после за­калки для получения более устойчивых структур. Высокий отпуск (нагрев до тем­пературы 700 °С) применяют для повы­шения пластичности и обрабатываемости при небольшом снижении прочности за­каленной стали; низкий отпуск (нагрев до температуры 250 °С) применяют для по­вышения вязкости закаленной стали при сохранении прочности.