Литейные свойства сплавов

Получение качественных отливок определяется литейными свойствами сплавов. Наиболее важными литейными свойствами являются жидкотекучесть, усадка, трещиностойкость, газонасыщение.

Жидкотекучесть – это способность металлов и сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, полностью заполнять её полости и точно воспроизводить очертания отливки. Она зависит от температурного интервала кристаллизации сплава, вязкости и поверхностного натяжения сплава, температуры сплава и формы, теплопроводности материала формы.

Для измерения жидкотекучести применяют заливку специальных технологических проб в виде тонких прутков или спиралей.

Усадка – это свойство литейных сплавов уменьшать линейные размеры и объём при затвердевании и охлаждении. Она зависит от химического состава сплава, его температуры, скорости охлаждения сплава, конструкции отливки и формы. Усадка может вызвать в отливке усадочные раковины и усадочную пористость. Усадочная раковина – это крупные полости, расположенные в тех местах отливки, которые затвердевают последними. Усадочная пористость – это скопление мелких пустот, которые образуются в тех местах отливки, которые затвердевают последними без доступа к ним расплавленного металла.

Трещиностойкость – это способность сплава противостоять образованию трещин в отливках. Причиной появления трещин являются внутренние напряжения. Они возникают вследствие неравномерных затвердевания, охлаждения и, соответственно, усадки крупных и мелких частей отливок. Кроме трещин внутренние напряжения могут привести к короблению отливок, т.е. к изменению её формы и размеров.

Газонасыщение сплавов происходит в расплавленном состоянии, когда они способны поглощать различные газы из атмосферы, влаги и т.д. С увеличением температуры растворимость газов повышается. При затвердевании газы выделяются из сплава и образуются газовые раковины и поры. Для уменьшения этого явления плавка ведётся под слоём флюса или в среде инертных газов, снижается влажность формовочной смеси, подсушивается форма и т.д.

Особенности изготовления отливок из различных сплавов

Наибольшее количество отливок массой от нескольких граммов до нескольких сотен тонн изготовляют из чугуна. Он имеет высокие литейные и антифрикционные свойства, достаточно высокую прочность и невысокую стоимость. В машиностроении широко распространены чугуны всех модификаций (серый, высокопрочный и ковкий).

Серый чугун характеризуется высокой жидкотекучестью и малой усадкой (0,9…1,2%). Благодаря этому отливки из серого чугуна получаются качественными, без усадочных раковин, пористости и трещин. Минимальная толщинка отливок может доходить до 3…5 мм. Отливки из серого чугуна изготовляют в песчаных формах и специальными методами.

Высокопрочный чугун имеет такую же жидкотекучесть, как и серый чугун, но усадка его более значительна (1,25…1,7%). Отливки могут иметь усадочные дефекты. Отливки из этого чугуна получают теми же способами, что и из серого.

Детали из ковкого чугуна получают путём отжига отливок из белого чугуна, Белый чугун обладает пониженной жидкотекучестью. Поэтому для него необходима повышенная температура заливки. Усадка белого чугуна значительно больше, чем серого, что вызывает образование усадочных раковин, пористости и трещин.

Фасонные стальные отливки из углеродистой стали и из различных легированных сталей разнообразной конфигурации массой от 10 г до 120 т широко применяют в машиностроении. Из стали изготовляется около 20% всех отливок.

Стальные отливки обладают более высокими прочностью и вязкостью, чем отливки из чугуна. Однако по литейным свойствам сталь уступает чугуну: она имеет большую усадку (до 2,5%), низкую жидкотекучесть. Это приводит к образованию усадочных раковин и пористости в отливках. Маркируются литейные стали как конструкционные, но в конце марки стоит буква Л.

Для изготовления фасонных отливок используют обе главные разновидности медных сплавов – латуни и бронзы. Наилучшими литейными свойствами среди медных сплавов обладают оловянные бронзы (хорошая жидкотекучесть, усадка 1,4…1,6%), но они затвердевают в широком интервале кристаллизации (150…200º С) Это приводит к образованию пористости в отливках. Безоловянные бронзы имеют хорошую жидкотекучесть, но большую усадку (1,6…2,4%), что приводит к образованию усадочных раковин.

Латуни имеют удовлетворительную жидкотекучесть и сравнительно высокую усадку (1,6…2,2%)/

Все медные сплавы склонны к образованию трещин. Около 80% отливок медных сплавов получают литьём в песчаные и оболочковые формы.

Наилучшими литейными свойствами из алюминиевых сплавов обладают силумины марок АЛ2, АЛ4, АЛ9. Они характеризуются хорошей жидкотекучестью, низкой усадкой (0,8…1,1%), узким интервалом кристаллизации; не склонны к образованию трещин.