4. Литейные сплавы и их характеристики

   1. Чугуны

Чугун– это многокомпонентный сплав железа с углеродом (2-4 %) и другими элементами.

Структура и свойства чугунов различны. Если весь углерод сплава кристаллизуется в виде графита, а металлическая основа в виде феррита, то это серый ферритовый чугун. Если же весь углерод кристаллизуется в составе цементита Fe₃C, то это белый чугун. В половинчатом чугуне наряду с графитом находится структурно свободный цементит.

На характер кристаллизации чугуна влияет много факторов. К ним относится содержание элементов, постоянно препятствующих в чугуне (С, Si,Mn,S,P) легирующих элементов. Большое влияние оказывает скорость охлаждения чугуна, изменение которой в стенках разной толщины вызывает образование различных микроструктур в одной и той же отливке.

Структуры, получающиеся при кристаллизации чугуна в форме, можно существенно изменить последующей термической обработкой.

По сравнению со сталью в чугунах с одинаковой металлической основой меньше: а) предел прочности при растяжении, а также пределы упругости и пропорциональности; б) пластичность (относительное удлинение и ударная вязкость); в) модуль упругости.

В то же время чугун, в отличии от стали, обладает низкой чувствительностью к надрезам. Благодаря этому возникающие в чугунной отливке надрезы (раковины, поры, неметаллические включения, риски после механической обработки и так далее) в малой степени снижают ее конструктивную прочность. Подобные же надрезы в стальной отливке резко ухудшают ее свойства, особенно пластичность и усталостную прочность.

Благодаря этим преимуществам чугун в ряде случаев оказывается более надежным конструкционным материалом, чем сталь. Широкое распространение чугун получил благодаря хорошим технологическим свойствам (хорошая жидкотекучесть и обрабатываемость резанием) и относительной дешевизной по сравнению с другими литейными сплавами. Область применения чугуна все более расширяется вследствие непрерывного повышения его прочностных и технологических свойств, а также разработки чугунов новых марок со специальными физическими и химическими свойствами.

2. Стали

Сталью называются железоуглеродистые сплавы, содержащие до 20%С. Наряду с углеродом в сталях присутствуют Mn,Si,S,P,N,H,Oи другие элементы, попавшие в них, в процессе изготовления. Такие элементы, какCr,Ni,Mo,V,W, добавляют для придания стали особых физических, физико-химических свойств или повышения ее прочности. Стали с добавками этих элементов называются легированными.

В промышленности применяют три группы литейных сталей: конструкционные, инструментальные и со специальными свойствами.

Из конструкционных сталей изготовляют детали несущие механические нагрузки. По химическому составу их подразделяют на углеродистые (низко и средне-углеродистые) и легированные.

Из инструментальных сталей изготовляют литой инструмент (режущий, мерительный, штамповочный и так далее).

Из сталей со специальными свойствами (коррозионно-стойкие, жаропрочные, кислотоупорные, износостойкие) выполняют литые изделия, подвергающиеся воздействию различных сред высоких температур и нагрузок.

В приборостроении наиболее широкое применение нашли углеродистые стали.

Углеродистая сталь.В зависимости от содержания углерода сталь делят на низкоуглеродистую (до 0,20%С), среднеуглеродистую (от 0,20% до 0,45%С), высокоуглеродистую (более 0,45%С).

Углерод является основным элементом, определяющим механические свойства углеродистых сталей. Увеличение содержания углерода повышает прочность и снижает пластичность стали. В зависимости от содержания углерода (от 0,12 до 0,6%) сталь делят на девять марок (15Л, 20Л, 25Л, 30Л, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л, 55Л). Марки стали обозначают цифрами, соответствующими среднему содержанию углерода (указываются сотые доли процента) и буквой Л (литая). Например, сталь, содержащую 0,35% С, обозначают 35Л.

Литейные свойства углеродистых сталей ниже чугунов. Например, жидкотекучесть в среднем в два раза меньше жидкотекучести чугунов. Усадка в два раза больше усадки чугунов.

Усадка стали в жидком состоянии и в период кристаллизации, вызывает образование усадочных раковин и пористости.

Получение плотных отливок обеспечивается правильной конструкцией отливки, установкой прибылей и созданием направленного затвердевания.

Усадка стали в твердом состоянии может вызвать образование горячих и холодных трещин, коробление отливок, высокие внутренние напряжения и изменение линейных размеров.

Стали, особенно, легированные, обладают плохими литейными свойствами.