1 Литейное производство
1.1 Литейные сплавы
Изготовление литых изделий осуществляется из литейных сплавов, к которым относятся (рисунок – 1):
Чугуны – серый литейный, ковкий и высокопрочный.
Медные сплавы – латуни и бронзы.
Алюминиевые сплавы.
Стали – углеродистые и легированные.
Магниевые сплавы.
В настоящее время примерно 75% литья осуществляется из серого литейного чугуна, 20% - из стали, 3% - из ковкого чугуна и 2% из цветных сплавов.
Литейные сплавы должны обладать хорошими литейными свойствами:
Жидкотекучесть – способность сплавов при заливке воспроизводить рельеф полости формы. При низкой жидкотекучести (высокой вязкости) расплава литейная форма может заполняться сплавом не полностью («недолив») и отливка бракуется. Жидкотекучесть зависит от физико-химических свойств сплава и его температуры в момент заливки. Наличие в структуре сплава эвтектики и повышение температуры увеличивает жидкотекучесть.
Усадка – свойство металла уменьшаться в объёме и линейных размерах при затвердевании и охлаждении. На величину усадки влияет химический состав и температура заливки сплава. С увеличением температуры усадка увеличивается.
Усадка создаёт многие затруднения при производстве литых изделий. Она является причиной возникновения напряжений в отливке, которые вызывают её коробление (изменение формы) и образование трещин. Трещины бывают горячими и холодными в зависимости от того, в какой период охлаждения они возникают. Горячие трещины возникают вскоре после затвердевания, когда сплав имеет ещё низкую прочность. При остывании металла между его наружными холодными и внутренними горячими слоями возникают напряжения. Если они превысят предел текучести сплава – отливка искривится, если предел прочности сплава - появятся холодные трещины.
Линейная усадка. Отливки из серого чугуна имеют линейную усадку, равную 1%, из стали – 2%, из цветных сплавов 1 – 1,5%.
Объёмная усадка. Затвердевание отливки происходит послойно, от стенок формы в глубь изделия. Усадка затвердевшей части отливки восполняется за счёт не затвердевших частей. В результате этого, в том месте, где металл затвердевает в последнюю очередь, образуется усадочная раковина.
Ликвация – химическая неоднородность литого металла. Неоднородность состава приводит к неоднородности свойств литого изделия. Ликвация зависит от химического состава и скорости охлаждения сплава. Некоторые сплавы склонны к ликвации, о чём говорит большой интервал температур между началом и окончанием процесса кристаллизации (между ликвидусом и солидусом). Чем медленнее охлаждается отливка, тем больше развивается ликвация.
Газовые раковины – образуются, когда пузыри газов, растворённых в жидком металле и выделяющихся при его затвердевании, не успевают всплыть на поверхность металла, залитого в форму.
При проектировании деталей в первую очередь учитывают механические свойства сплавов, и, прежде всего прочность (предел прочности на растяжение - в) и пластичность (относительное удлинение – ). Соотношение между этими величинами для различных литейных сплавов приведено на рисунке 1. Кроме этих свойств учитываются и другие: коррозионная стойкость, жидкотекучесть, плотность, износостойкость, стоимость и т.д. Например, если стоимость отливок из серого литейного чугуна принять за единицу, то стоимость отливок из ковкого чугуна будет составлять – 1,3; из стали – 1,5; из цветных сплавов – 3 6. При проектировании конкретной детали конструктор должен учитывать всю совокупность этих свойств. Например, при выборе расположения ребра жёсткости в конструкции траверсы, представленной на рисунке 3, рациональнее выбрать вариант – в, отлив её из дешёвого чугуна, хорошо работающего на сжатие.
σв, МПа
δ
а б
Рисунок 1 – Прочность и пластичность а – неправильная конструкция;
литейных сплавов б – правильная конструкция
Рисунок 2 – Направление кристал-
лизации сплава при охлаждении
а – траверса работает на изгиб; б – траверса работает
на растяжение; в – траверса работает на сжатие
Рисунок 3 – Влияние конструкции траверсы на вид нагрузки, которую она испытывает