2. Литейные свойства сплавов

Литейные сплавы:

1. хорошо заполнять литейную форму;

2. обеспечивать после охлаждения и затвердевания отливки заданные механические, физические и химические свойства.

Это зависит от условий, в которых происходит заливка и охлаждение расплава и литейных свойств сплава. К этим свойствам относят: жидкотекучесть, усадку, склонность к ликвации.

Жидкотекучесть – это способность расплава заполнять литейную форму.

Усадка – уменьшение объема металла при переходе его из жидкого состояния в твердое. Возможные торможения усадки приводят к возникновению остаточных напряжений в отливке и, как следствие, её деформации и появлению микротрещин.

Ликвация – неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации.

3. Основные этапы технологического процесса получения отливки

Изготовление отливок разного размера и различной степени сложности из сплавов, отличающихся по своим свойствам, невозможно осуществить одним и тем же методом. Поэтому, существует множество методов литья.

Однако независимо от этого, основные операции процесса могут быть объединены в 3 группы:

1. изготовление литейной формы;

2. плавка металла и заливка его в форму;

3. выбивка и очистка отливок.

Процесс изготовления литейной формы включает изготовление её отдельных элементов и стержней и сборку формы. При этом, в зависимости от типа производства, изготовление формы может быть ручным или машинным.

Для получения расплава подготавливают и загружают плавильную печь и плавят металл. Плавку обычного серого чугуна осуществляют в огранках. Высококачественный серый чугун (СЧ 25-45), сталь и цветные сплавы плавят в пламенных или электра печах (дуговых или индукционных), затем расплав заливают в форму. После охлаждения и затвердевания отливку выбивают из формы, очищают от формовочной и стержневой смесей и удаляют остатки литниковой системы.

Для снятия остаточных напряжений и получения заданных физико-механических свойств, отливку подвергают соответствующей термообработке.

4. Заливка формы расплавом и питание отливки. Литниковые системы

При заливке расплав поступает в полость формы по специальным каналам – литникам. Система называется литниковой.

Литниковые системы должны обеспечивать:

1. плавное и непрерывное заполнение формы расплавом;

2. задержание случайно попавшего с расплавом шлака;

3. питание отливки расплавом в процессе её затвердевания;

4. получение отливки без литейных дефектов;

5. минимальный расход сплава на литниковую систему.

Литниковая система включает следующие элементы (рисунок 2.1):

• литниковая чаша (1);

• стояк (2);

• шлакоуловитель (3);

• питатели (4);

• выпар (прибыль) (5).

Рисунок 2.1 – Схема горизонтальной литниковой системы с подводом сплава в плоскости разъема формы

Назначение литнковой чаши – облегчить попадание в стояк струи расплава, уменьшить её размывающие действия и предварително отделить шлак от расплава.

Для задержания шлака отверстия стояков иногда закрывают пробками или тонкими жестяными пластинами. Пробки после заполнения чаши открывают, пластинки расплавляются. Для мелких отливок вместо чаши делают специальную коническую литниковую воронку.

Стояк – вертикальный канал, сужающийся к низу. Конусность стояка – 2-4⁰.

Шлакоуловитель – горизонтальный канал трапециевидного сечения, находящийся, обычно, в верхней полуформе. Он служит для задержания шлака и передачи расплава от стояка к питателям. Для лучше очистки расплава между шлакоуловителем и питателями иногда устанавливают фильтровальные сетки, выполненные из огнеупорного материала или металла.

Питатетели – каналы для подачи расплава непосредственно в полость формы. Сечение питателей должно быть таким, чтобы расплав плавно поступал в полость формы, мало охлаждался по пути. А после затвердевания расплава питатель легко отламывался бы от отливки. Количество и расположение питателей зависит от материала отливки, её конфигурации и массы.

Расположение питателей можно регулировать режим затвердевания отливки. Для создания направленного затвердевания отливки от тонких к более массивным частям и далее к прибыли, которая затвердевает последней, питатели подводят к массивным частям отливки или непосредственно к прибыли. Для обеспечения одновременного затвердевания и уменьшения остаточных напряжений питатели подводят к тонким сечениям отливки.

Направленное затвердевание применяют для отливок из стали, алюминиевых, магниевых и других сплавов, имеющих усадку и склонность к образованию усадочных раковин.

Одновременное затвердевание целесообразно для сплавов с малой усадкой – серого чугуна, олова, бронз и т.д.

Для лучшего шлакоотделения и уменьшения энергии струи расплав, прежде чем попасть в питатель, должен пройти от стояка некоторый путь вдоль шлакоуловителя. Поэтому, не рекомендуется располагать питатель под стояком.

На массивных частях отливки устраивают выпары, представляющие собой вертикальные каналы с расширение к верху.

Выпар служит для выхода из формы воздуха, газов, контроля заполнения формы и питателя отливки расплавом. В зависимости от величины формы ставят 1 или несколько выпаров.

К числу элементов литниковой системы, обеспечивающих питание отливки расплавом при затвердевании, относят так же прибыли.

Прибыли применяют для компенсации усадки при изготовлении отливок из белого, легированного, высокопрочного чугунов, тонкостенных отливок из серого чугуна, а так же отливок из стали и цветных сплавов. Обычно, прибыли располагают над массивными частями отливки. Прибыли должны иметь такие размеры и формы, чтобы расплав в них застывал последним. При этом следует помнить, что установка прибыли увеличивает расход сплава и себестоимость отливки.

Поскольку, литниковая система непосредственно влияет на качество отливки, её конструирование является наиболее ответственной задачей при разработке литейной технологии. В зависимости от литейных свойств сплава, конфигурации, размеров, массы и назначения отливки технолог выбирает способ подвода раствора в форму, разрабатывает конструкцию литниковой системы и определяет размеры её элементов.

На практике наиболее часто используются следующие литниковые системы (рисунок 2.2):

1. сифонные – подвод расплава снизу;

2. дождевые – подвод расплава сверху;

3. ярусные – подвод расплава сначала снизу, а затем сверху;

4. горизонтальные – подвод расплава в плоскости разъема формы.

Рисунок 2.2 – Схемы литниковых систем

Эти литниковые системы могут быть сужающимися и расширяющимися. Для сужающийся системы характерно последовательное уменьшение площадей F поперечного сечения литниковых каналов от стояка к шлакоуловителю и питателям, т.е.

.

Поскольку пропускная способность канала определяется площадью его поперечного сечения, при наличии самого узкого места в питателях, шлакоуловитель будет заполнятся расплавом, шлак окажется на поверхности, а в форму будет непрерывно поступать чистый расплав. Кроме того, при такой прогрессивно сужающейся по ходу расплава литниковой системе, постоянно заполняющаяся расплавом литейная форма окажется запертой от засасывания в неё воздуха. Однако при этом истечение расплава в полость формы происходит с большой скоростью, что может привести к разбрызгиванию и окислению сплава и размыву стенок формы.

В расширяющейся литниковой системе узкое место чаще всего находится в нижнем сечении стояка, при этом выполняется условие

Вследствие этого, скорость потока расплава от стояка к питателям последовательно снижется. В результате расплав поступает в полость формы более спокойно, с меньшим разбрызгиванием, меньше окисляясь и размывая стенки формы.

Сужающаяся литниковая система наиболее широко применяется в производстве чугунных отливок, а расширяющаяся – при изготовлении отливок из стали, алюминия, магния и др. легкоокисляющихся сплавов. В настоящее время наблюдается тенденция их использования и для получения чугунных отливок.