ЛАБОРАТОРНО - ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

по курсу “Основы технологии новых материалов”

ЛИТЬЕ МЕТАЛЛОВ

Цель работы: ознакомление студентов с физическими основами литейного производства: технологическими требованиями и техническими приемами при изготовлении литьем изделий из металлов.

В процессе выполнения настоящей работы студенты должны ознакомиться:

- с нагревательными приборами;

- с методами изготовления литейных форм;

- с методикой назначения температуры нагрева металла перед литьем;

- с оборудованием и инструментом литейного производства;

- с технологией и основными операциями изготовления металлических изделий литьем.

Сущность процесса литья металлов

Литейное производство является первой ступенью по получению заготовок, полуфабрикатов или готовых изделий. Задачей литейного производства является изготовление изделий любой массы, разнообразных по форме и размерам ( в том числе с внутренними полостями) из металлов и сплавов, обладающих жидкотекучестью.

Сущность литья металлов заключается в заливке расплава в специально подготовленную форму, полость которой имеет требуемую конфигурацию отливки; затвердевший и охлажденный сплав сохраняет конфигурацию этой полости.

Литейное производство является довольно недорогим способом изготовления изделий из металлов и сплавов. Доля литых деталей в большинстве изготавливаемых машин составляет в среднем 40...50%, а по стоимости изготовления их - 10...15%. Применение рациональных по форме и размерам отливок - литейных заготовок и полуфабрикатов позволяет сократить потери металла в общем объеме почти в 2 - 3 раза за счет уменьшения припусков на механическую обработку.

Структура металла в отливках

Металл в отливках имеет резко выраженную неоднородность по структуре и химическому составу, что объясняется сложностью процесса охлаждения отливки.

Вследствие усадки в частях отливки, в которых застывание металла происходит позднее других частей ( в верхней части, середине отливок, утолщениях и т.д.) образуются усадочные раковины. Для уменьшения влияния усадочных раковин на эксплуатационные характеристики изделия иногда специально делают в верхней части т.н. прибыль, в котором эти раковины и локализуются, прибыль впоследствии отрезается от изделия.

Из-за разных скоростей охлаждения наблюдается и неоднородность по структуре зерен. Наружная поверхность мелкозернистая, затем идет слой более крупных, вытянутых в сторону от поверхности зерен, в более глубоких слоях наблюдаются полигональные крупные зерна.

Также имеется химическая неоднородность, которая проявляется в виде дендритной или зональной ликвации. При дендритной ликвации сначала образуются более-менее чистые в химическом отношении кристаллы, которые прирастают друг к другу в древовидные образования, области вокруг которых содержат больше примесей. При зональной ликвации самыми насыщенными примесями оказываются участки, в которых кристаллизация идет в последнюю очередь ( в верхней части и середине), причем эта ликвация проявляется ярче в крупных отливках. Так при среднем содержании углерода в 0,33% в стальных слитках 2 тонны весом содержания С по разным участкам колеблется в интервале 0,31...0,40%, а в слитках 172 тонны - в интервале 0,19...0,55%.

Таким образом из крупной стальной литой заготовки можно вырезать куски с самым различным содержанием углерода и других примесей - с поверхности более чистое железо, из середины высокоуглеродистую сталь. Большое различие будет соответственно и в механических свойствах металла.

Литейные сплавы

При литейном производстве используются сплавы, обладающие определенным комплексом свойств, способствующих получению качественных отливок:

Жидкотекучестью называется способность сплавов течь и заполнять литейную форму;

Усадкой называется уменьшение объема и линейных размеров отливки при ее формировании, а также охлаждении с температуры заливки до температуры окружающей среды. Изменение объема сплава в процессе усадки характеризуется наружной усадкой ( изменением наружных размеров), усадочной раковиной (результат некомпенсированной объемной усадки, часто в середине отливки ) и пористостью (по причине нехватки, отсутствия подпитки жидким расплавом или газовыделения) .

Трещиноустойчивостью называется способность сплава противостоять образованию трещин в отливках. Трещины бывают горячие - при температурах затвердевания вследствие усадки и холодные - образующиеся при низких температурах из-за внутренних напряжений в металле отливок.

Газонасыщение возможно за счет попадания газов из шихтовых материалов и атмосферы, а также выделяющихся из литейных форм при их контакте с горячим металлом Газонасыщение вызывает газовую пористость и / или изменение химического состава металла отливки.

Наилучшими литейными качествами обладают сплавы с содержанием эвтектики: чугуны, силумины, бронзы, латуни.

Отличные литейные свойства у серого чугуна - высокая жидкотекучесть и малая усадка (до 1,3%). Высокопрочный чугун имеет усадку больше (до 1,7%), а ковкий чугун - меньшую жидкотекучесть.

Стали обладают плохими литейными свойствами: усадка до 2,5%, низкая жидкотекучесть, склонность к образованию горячих и холодных трещин, однако заготовки для дальнейшей обработки давлением и резанием, а также некоторые стальные изделия изготавливаются литьем.

Наилучшими литейными свойствами обладают силумины ( Al + Si 10-12%), например усадка 0,8...1,1%. Они получили широкое распространение в литейном производстве.

Лучшие среди медных сплавов литейные свойства у оловянистых бронз (усадка 1,4 -1,6%), безоловянные имеют усадку 1,6...2.4 % . Латуни характеризуются удовлетворительной жидкотекучестью и сравнительно высокой усадкой (1,6...2,2%).

Также в литейном производстве используются магниевые и титановые сплавы, которые плавятся в защитных средах ввиду их высокой химической активности.