ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

А.П.ТРУХОВ, А. И. МАЛЯРОВ

Литейные сплавы и плавка предисловие

Настоящий учебник написан в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессио­нального образования для специальности «Машины и техноло­гии литейного производства».

Материал учебника представлен в двух разделах. В разд. I «Ли­тейные сплавы» основное внимание уделено современным пред­ставлениям о свойствах литейных сплавов, методиках их опреде­ления и формировании служебных характеристик сплавов в от­ливках.

Описаны особенности литейных свойств наиболее распрост­раненных промышленных сплавов. Раскрыты свойства сплавов, которые должны учитываться технологами при ведении плавки этих сплавов и разработке технологического процесса изготовле­ния отливок из них.

В разд. II «Технология плавки литейных сплавов» изложены фи- зико-химические и технологические основы плавки литейных спла­вов, составы и свойства которых рассмотрены в разд. I. При изло­жении физико-химических основ плавки литейных сплавов автор старался избегать повторов курса «Физико-химические основы ли­тейного производства», предусмотренного учебными планами спе­циальности.

В связи с тем, что изучение технологических процессов плавки предшествует изучению курса «Печи литейных цехов», в разд. II вопросы конструкции плавильных печей рассматриваются лишь в том объеме, который обеспечивает понимание технологии плав­ки. В основном приведены схемы печей и обозначен принцип их действия. Материал, приведенный в разд. И, касается методов уп­равления технологическими процессами плавки, обеспечивающи­ми получение расплавов с заданными свойствами.

Разд. I написан д-ром техн. наук, проф. А. П.Труховым, разд. II — канд. техн. наук, доц. А. И. Маляровым.

Литейные свойства сплавов

1.1. Технологические свойства сплавов и важность их определения для практики

Литейное производство является технологическим процессом изготовления отливок из литейных сплавов. Поэтому свойства, определяющие поведение сплавов в литейном процессе, называ­ют литейными или технологическими.

Формирование качества отливки происходит при протекании сложнейших тепловых, теплокинетических, физико-химических, гидродинамических и деформационных явлений. Поэтому теоре­тическое (аналитическое) предсказание поведения сплава при изготовлении отливки является в настоящее время, как отмечает профессор Г. Ф. Баландин, невыполнимым. В результате в про­изводстве неизбежно возникают дефекты отливок.

Для уменьшения дефектов и снижения времени отладки любо­го технологического процесса, включая и литейный, издавна (ви­димо в начале XX в.) технологи начали применять предваритель­ное моделирование процесса на отливках-пробах простейшей фор­мы: прямоугольной, цилиндрической, шаровой. Цель при таком нестрогом моделировании возможно была двоякая. С одной сторо­ны, сравнение поведения в пробе разных сплавов, а с другой, отработка технологических параметров (температуры заливки, теплофизических и механических свойств литейной формы, ее температуры, изменения химического состава сплава в заданных техническими условиями пределах и т.п.), при которых сплав по­казывает большую или меньшую склонность к каким-то литей­ным дефектам.

Видимо поэтому свойства, определяемые на отливках-пробах, называют литейными, а совокупность литейных свойств — технологичностью литейного сплава.

В курсе «Технология литейного производства» встретится по­нятие «технологичность отливок». Следует заметить, что взаимо­связь технологичности сплава и технологичности отливки при­мерно такая же, как между прочностью сплава и прочностью кон­струкции: из прочного сплава может быть спроектирована и изго­товлена непрочная конструкция.

Использовать численные значения для литейных свойств, оп­ределенных на пробах, при проектировании технологического процесса изготовления отливок практически невозможно. При отладке технологического процесса технологические пробы дают возможность только «нащупать» путь изготовления бездефектной отливки и, возможно, сократить дорогостоящую переделку мо­дельной оснастки.

В этих условиях необходимо обобщение накапливающейся ин­формации. Путь, по которому пошли специалисты по сопротив­лению материалов, использовав результаты испытаний выдающей­ся пробы-образца для испытаний прочности при растяжении и создав теории прочности для расчета реальных конструкций, ли­тейщики не использовали. Тем не менее, в 1930 —1940-х гг. акаде­мик А. А. Бочвар, его сотрудники и ученики и другие исследова­тели выполнили очень важное обобщение, связав изменение ли­тейных свойств сплавов, определенных на отливках-пробах, с их положением на двойной диаграмме состояния для соответствую­щих систем. В результате были установлены обобщенные представ­ления о поведении сплавов при изготовлении отливок и механиз­ме формирования большинства литейных дефектов.

Особая роль в этих обобщениях отводится интервалу затверде­вания сплавов, поскольку речь идет о диаграмме состояния.

Качество отливки определяется не только ее бездефектностью, т.е. учетом при проектировании технологического процесса ли­тейных свойств сплава, но и уровнем эксплуатационных свойств (например, механических), которые, в свою очередь, определя­ются размером и формой макрозерна и микроструктурой. Вопро­сы формирования макростроения отливки изложены в учебнике Г. Ф. Баландина.