2.2. Классификация способов получения литых заготовок

В современном литейном производстве существует много вариантов получения литых заготовок, каждый из которых имеет свое назначение и область применения. Все способы можно разделить на две группы:

- получение отливок в разовых формах, однократно заполняемых металлом (литье в сухие и сырые песчано-глинистые формы, литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям, литье по газофицируемым моделям, литье по растворяемым моделям и др.);

- получение отливок в многократных фор­мах, много раз заполняемых металлом, в количестве от нескольких сотен до несколь­ких десятков тысяч отливок (центробеж­ное литье, литье в кокиль, под давлением, выжиманием, намораживанием, непрерыв­ное литье, литье жидкой штамповкой и др.). Для этого используют металлические формы. Применяют также литейные формы, изготовляемые из огнеупорных материалов или металла, со сменными стержнями из песчаных смесей (облицованный кокиль, кокиль со сменным разовым стержнем, центробежное литье в футерованную из­ложницу или со стержневой вставкой, ли­тье в формы из огнеупорных материа­лов – шамотные, керамические, асбестоцементные, графитовые).

Область применения перечисленных спо­собов определяется объемом производства, требованиями к отливкам по точности и чистоте поверхности, техно­логическими свойствами литейных сплавов, экономической целесооб­разностью использования того или иного способа.

Точность литых заготовок характеризуется величиной отклонения их по форме и размерам от заданных чертежом. Чем меньше эти от­клонения, тем точнее отливка. Точность зависит от способа получения отливок и имеет большое значение для их последующей механической обработки.

2. Плавка и подготовка сплавов для получения отливок

1. Литейные сплавы и их технологические свойства

Важнейшими и наиболее широко применяемыми сплавами для полу­чения отливок являются чугуны, стали, сплавы на основе меди, алюми­ния, магния, титана, цинка, сурьмы, свинца и олова. Состав литейных сплавов должен обеспечивать отливкам заданные физические и меха­нические свойства. Сплавы должны обладать хорошими литейными свойствами.

Литейные свойства – это технологические особенности сплавов, которые определяют их пригодность для получения качественной отливки. Основные из них – жидкотекучесть, температура плавле­ния, склонность к ликвации и поглощению газов, усадка и склонность к внутренним напряжениям.

Жидкотекучесть – способность металла заполнять литейную фор­му и воспроизводить очертания ее внутренней полости; оценивается длиной пути, пройденного металлом в стандартных пробах (рис. 2.1). Жидкотекучесть сплавов определяется в соответствии с ГОСТ 16438–70 и зависит от физических свойств, интервала кристаллизации, химичес­кого состава, температуры расплава, а также от физических свойств, химической активности, смачиваемости и состояния литейной формы.

Температура плавления сплавов–температура перехода сплава из твердого кристаллического состояния в жидкое; обычно имеет ин­тервал, ширина которого зависит от химического состава сплава, и выражается в градусах Цельсия; например, для сталей 1420–1520°С, чугунов 1150–1250°С, бронзы 1000–1150°С, латуней 900–950°С, алюминиевых сплавов 580–630°С, магниевых сплавов 390–420°С. Интервал кристаллизации и температуру плавления сплава легко определить по диаграммам их состояния.

Ликвация сплавов – химическая и структурная неоднородность, появляющаяся в процессе кристаллизации сплавов, может быть ден­дритной (неоднородность внутри кристалла) или зональной (неодно­родность структуры и состава в различных частях отливки).

Рис.2.1. Технологическая проба для определения жидкотекучести чугунов: 1 – литейная чаша, 2 – cпираль

Газы О₂, Н₂,N₂наиболее часто присутствуют в металле. Они по­падают в него из топлива плавильных печей, исходных (шихтовых) материалов и окружающей среды при плавке При заполнении литей­ной формы жидким металлом разлагается влага, находящаяся в формо­вочной смеси, выгорают связующие вещества из форм и стержней, выделяются газы из красок, которыми часто покрывают поверхности форм и стержней Газы могут находиться в металле в свободном состоя­нии или растворяться в нем, образуя окислы, гидриды, нитриды и га­зообразные продукты. Газы, растворенные в металле, часто ухудшают его механические свойства и способствуют образованию литейных де­фектов – газовых раковин и пор.

Усадка сплавов в процессе их кристаллизации вызывает сокращение объема и линейных размеров отливок. Изменение объема сплава в про­цессе кристаллизации часто происходит в несколько этапов. Напри­мер, в процессе кристаллизации белого чугуна вначале происходит расширение, затем усадка, после чего новое расшиpeние связи с пер­литным превращением, а затем дальнейшая усадка до полного охлаждения отливки. Объемная усадка сплава вызывает появление пороков отливок в виде раковин и пор, а также влияет на возникновение в них внутренних напряжений. Величина усадки зависит от химического состава сплава, технологии его выплавки и составляет (в процентах), например, для серых чугунов 0,6–1,3; белых чугунов 1,6–2,3; угле­родистых сталей (0,14–0,75 % С) 1,5–2; марганцовистых сталей (10–14 %Mn) 2,5–3,8; оловянных бронз 1,4–1,6, алюминиевых бронз 1,5–2,4; латуней 1,5–2,2, кремнистых латуней 1,6–1,8; алю­миниевых сплавов 1–2; магниевых сплавов 1,1–1,9.

Склонность сплавов к возникновению напряжений и образованию трещин в отливках возникает в процессе их кристаллизации, фазовых превращений, неравномерного остывания отдельных частей отливок с разной толщиной стенок и торможения усадки со стороны стержней и элементов литейной формы.

Различают следующие виды напряжений: усадочные, возни­кающие в отливках вследствие торможения линейной усадки выступаю­щими ее частями, стержнями и литейной формой; термические, возникающие вследствие перепада температур в различных частях отливки; ф а з о в ы е, возникающие в отливках вследствие фазовых превращений, сопровождающихся изменением объемов, пластичности и других физических свойств. Сумму всех напряжений, оставшихся в отливке после ее охлаждения, называют остаточными литейными напряжениями. Величина напряжений может превысить предел прочности сплава, что приведет к появлению трещин в отливках.

Трещины в отливках могут возникнуть в различные периоды их формирования. Трещины, появившиеся в период завершения кри­сталлизации, называют горячими; трещины, появившиеся в отливке после ее кристаллизации при температурах 690–700°С и ниже, на­зывают холодными. Трещины чаще возникают в острых углах, местах переходов толстых сечений в тонкие, на ребрах отливок.