Часть III. Технология формообразующей обработки.

10. Литейное производство.

Процесс получения заготовки методами литья заключается в заливке расплавленного металла в литейную форму, внутренняя полость которой соответствует конфигурации детали. После затвердевания металла в литейной форме получаем заготовку (иногда готовую деталь) – отливку.

Литьем получают различные детали – простой и сложной конфигурации, крупногабаритные (например, станины станков) и мелкие – весом несколько граммов. Отливки получают из самых разных металлических сплавов: черных металлов – сталей и чугунов, цветных – на основе меди, алюминия и др.

10.1. Технологические требования к материалам для литья

(литейным сплавам).

Для получения качественной отливки металл должен легко заполнять форму и точно воспроизводить ее конфигурацию. Это достигается при хорошей жидкотекучести сплава и его малой усадке. Именно эти свойства характеризуют технологичность литейных сплавов.

Жидкотекучесть (способность заполнять форму) оценивают с помощью специальных технологических проб. Используют, в частности, спиральную пробу – трубку. В пробу заливают жидкий металл, который остывает по мере того, как течет по спирали. Его течение прекращается, когда металл затвердевает. Жидкотекучесть оценивают по длине спиралевидного прутка, т.е. по величине перемещения жидкого металла. Совершенно очевидно, что жидкотекучесть сплава тем лучше, чем ниже температура его затвердевания. Такой металл затвердеет позже, т.е. протечет по спирали дальше.

Анализ диаграмм состояния показывает, что наименьшую температуру затвердевания имеют сплавы эвтектического состава.

Так, в системе «Al – Si» — это сплав, содержащий 11,7%Si. Сплавы с близким содержанием кремния — это литейные сплавы, называемые силуминами.

Именно наличие эвтектики в структуре чугунов определяет их более низкую температуру кристаллизации и высокие литейные качества в отличие от сталей, в структуре которых эвтектики нет. Наибольшее количество по массе (около 70%) – это чугунное литье. (Правда, следует учитывать, что именно из чугуна изготавливают массивные отливки – станины станков, прессов и др.).

При затвердевании объем металла уменьшается, т.е. происходит усадка. Малая усадка весьма важна при производстве фасонного литья, т.е. изделий сложной формы. Объем сплава в этом случае должен мало изменяться (уменьшаться) при затвердевании. Это возможно, если в структуре сплава имеются фазы малой плотности, т.е. имеющие большой удельный объем, или поры, а не концентрированную усадочную раковину. Их наличие компенсирует уменьшение объема металла при затвердевании.

В чугунах это достигается за счет графита, его плотность значительно меньше (1,7…1,9 г/мм³), чем железа (7,8 г/мм³). В бронзовом литье – за счет большой рассеянной пористости. Коэффициент усадки оловянистых бронз ~ 1%, чугуна ~1,5%, тогда как для сталей он превосходит 2%. Бронзу используют для художественного литья – памятники и т.п. Силумины также имеют малую усадку ~ 1,2%.

Наиболее распространенными литейными материалами являются чугуны, силумины, бронзы.