Отчет по практике в ГБОУ СПО «НСТ»

Приложение 5

ТЕХНИКА И БАЗОВЫЕ  ТЕХНОЛОГИИ

ЛЕКЦИЯ «ЛИТЕЙНЫЕ  СВОЙСТВА СПЛАВОВ»

1. Литейное производство

2. Основные литейные сплавы

3. Литейные свойства сплавов 

1. Литейное производство

Литейная  технология – это процесс получения литых заготовок путем заливки расплавленного металла в формы, полость которых повторяет конфигурацию отливки. При охлаждении металл отвердевает и принимает конфигурацию полости формы.

Процесс получения отливки заключается  в заполнении полости литейной формы  расплавленным литейным сплавом (расплавом) с последующим его затвердеванием — кристаллизацией.

Кристаллизация - процесс перехода из жидкого состояния в твердое (кристаллическое, а для неметаллических материалов – аморфное), в результате которого формируются строение, и свойства отливки. Жидкий расплав отличается от твердого материала прежде всего тем, что он не может сопротивляться сдвигу и поэтому способен растекаться по поверхности твердого тела — полости литейной формы.

Литейные  свойства - это совокупность физико-химических и механических свойств, которые проявляются в процессе литья и кристаллизации отливки.

Литьем получают разнообразные  конструкции отливок массой от нескольких грамм до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5-500 мм(блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т.д.). Отливки получают из черных сплавов (чугуны, стали) и цветных сплавов (алюминиевых, магниевых, медных, цинковых, титановых и др.).

Для получения расплава применяют  шихтовые материалы:

-  небольшие слитки металлургического производства (чушки)

-  отходы собственного производства

-  лом

-  флюсы

 

 

 

 

2. Основные литейные сплавы

2.1. Сплавы чёрных металлов

1. Чугун - наиболее распространенный материал для получения фасонных отливок. Чугунные отливки составляют около 80 % всех отливок.

Широкое распространение чугун  получил благодаря хорошим технологическим  свойствам и относительной дешевизне. Из серого чугуна получают самые дешевые отливки (в 1,5 раза дешевле, чем стальные, в несколько раз – чем из цветных металлов). Область применения чугунов расширяется вследствие непрерывного повышения его прочностных и технологических характеристик. Используют серые, высокопрочные, ковкие и легированные чугуны.

Их применяют для получения отливок деталей, которые наряду с высокой прочностью должны обладать хорошими пластическими свойствами. Чем ответственнее машина, тем более значительна доля стальных отливок, идущих на ее изготовление. Стальное литье составляет: в тепловозах – 40…50% от массы машины; в энергетическом и тяжелом машиностроении (колеса гидравлических турбин с массой 85 тонн, иногда несколько сотен тонн) – до 60%. Стальные отливки после соответствующей термической обработки не уступают по механическим свойствам поковкам.

Используются: углеродистые стали; легированные стали; нержавеющие стали  и др.

2.2. Сплавы цветных металлов

1. Медные сплавы – бронзы и латуни.

1.1. Латунь –это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк, иногда с добавлением олова, никеля, свинца, марганца, железа и других элементов. Наиболее распространенные медные сплавы. Для изготовления различной аппаратуры для морских судостроения, работающей при температуре 300^о С, нажимных винтов и гаек прокатных станов, и т.п. применяют сложнолегированные латуни. Обладают хорошей износостойкостью, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью.

1.2. Бронза – это сплав меди, обычно с оловом как основным легирующим элементом, но применяются и сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка и никеля.

а) из оловянных бронз изготавливают арматуру, шестерни, подшипники, втулки.

б) безоловянные бронзы по некоторым свойствам превосходят оловянные. Они обладают более высокими механическими свойствами, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью. Однако литейные свойства их хуже. Применяют для изготовления гребных винтов крупных судов, тяжело нагруженных шестерен и зубчатых колес, корпусов насосов, деталей химической и пищевой промышленности.

2. Алюминиевые сплавы. Отливки из алюминиевых сплавов составляют около 70% цветного литья. Они обладают высокой удельной прочностью, высокими литейными свойствами, коррозионной стойкостью в атмосферных условиях.

Наиболее высокими литейными свойствами обладают сплавы системы алюминий –  кремний (Al-Si) – силумины АЛ2, АЛ9. Они широко применяются в машиностроении, автомобильной и авиационной промышленности, электротехнической промышленности.

Также используются сплавы систем: алюминий – медь, алюминий – медь – кремний, алюминий – магний.

3. Магниевые сплавы обладают высокими механическими свойствами (твердость, прочность, пластичность), но их литейные свойства невысоки. Сплавы системы магний–алюминий–цинк–марганец применяют в приборостроении, в авиационной промышленности, в текстильном машиностроении.

 

3. Литейные свойства сплавов

Получение качественных отливок без  раковин, трещин и других дефектов зависит  от литейных свойств сплавов, которые  проявляются при заполнении формы, кристаллизации и охлаждении отливок  в форме. К основным литейным свойствам  сплавов относят: жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение, ликвацию.

1. Жидкотекучесть – способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. При высокой жидкотекучести сплавы заполняют все элементы литейной формы. Жидкотекучесть зависит от многих факторов: от температурного интервала кристаллизации, вязкости, температуры заливки и формы, свойств формы и т.д.

Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре, обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, затвердевающие в интервале температур (твердые растворы). Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С повышением температуры заливки расплавленного металла и формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую форму. Наличие неметаллических включений снижает жидкотекучесть. Так же влияет химический состав сплава (с увеличением содержания серы, кислорода, хрома жидкотекучесть снижается; с увеличением содержания фосфора, кремния, алюминия, углерода жидкотекучесть увеличивается).

2. Усадка – свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердевания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды. Изменение объема зависит от химического состава сплава, температуры заливки, конфигурации отливки. Различают объемную и линейную усадку.

2.1. В результате объемной усадки появляются усадочные раковины и усадочная пористость в массивных частях отливки. Для предупреждения образования усадочных раковин устанавливают прибыли – дополнительные резервуары с расплавленным металлом, а также наружные или внутренние холодильники. Объемная усадка примерно в 3 раза больше линейной.

2.2. Линейная усадка определяет размерную точность полученных отливок, поэтому она учитывается при разработке технологии литья и изготовления модельной оснастки. Линейная усадка составляет: для серого чугуна – 0,8…1,3 %; для углеродистых сталей – 2…2,4 %; для алюминиевых сплавов – 0,9…1,45 %; для медных сплавов – 1,4…2,3 %.

3. Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава увеличивается незначительно; возрастает при плавлении; резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры.

Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры  заливки, вязкости сплава и свойств  литейной формы.

Газы в расплав попадают при протекании химических реакций (например, FеО + С—Fе + СО) с поверхности раздела расплав—форма при заполнении формы расплавом из шихтовых материалов. С этим свойством связан весьма распространенный дефект отливок—газовая пористость. Растворимость газов в расплавах уменьшается с понижением температуры. В связи с этим понижение температуры заливаемого расплава является одной из мер предупреждения образования газовой пористости, к числу которых относятся также дегазация (прокалка или технологическая обработка в вакууме или инертной среде с целью удаления газов) шихтовых материалов, расплава перед его заливкой в форму и др.

4. Ликвация – неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Ликвация образуется в процессе затвердевания отливки, из-за различной растворимости отдельных компонентов сплава в его твердой и жидкой фазах. В сталях и чугунах заметно ликвируют сера, фосфор и углерод.

4.1. Дендритная(внурикристаллитная) ликвация - это неоднородность химического состава в микрообъемах сплава в пределах одного зерна (дендрита). Во-первых, оси дендрита, затвердевшие раньше, обогащены тугоплавким и обеднены легкоплавким компонентами сплава по сравнению с межосными пространствами. Во-вторых, растущие первыми оси дендритов содержат меньше примесей, чем межосные пространства, в которые эти при-меси оттесняются при образовании дендритов. Это приводит к неравномерному распределению примесей по сечению кристалла.

Дендритную ликвацию устраняют  отжигом отливок.

4.2. Зональная  ликвация - это неоднородность химического состава в микрообъемах с градиентом концентраций в отливке в целом или в отдельных ее частях. Это закономерное изменение содержания компонентов в различных зонах отливки.

Она возникает в процессе диффузии (распространение, растекание) примесей из двухфазной зоны кристаллизующейся  отливки в объем незатвердевшего расплава всплывания загрязненных примесями объемов вследствие их меньшей плотности по сравнению с основным сплавом и т. д.

Зональная ликвация устраняется  выравниванием толщин стенок отливок, применением рассредоточенного подвода металла к отливке, изготовлением отливок литьем в кокиль и другими способами.

5. Склонность  к образованию трещин – способность металлов и сплавов к релаксации (ослаблению, уменьшению) напряжений, возникающих в отливке при затвердевании и охлаждении, в результате усадки, фазовых превращений или температурного перепада.

Различают горячие трещины, образующиеся в отливках при высоких температурах, и холодные, образующиеся при низких температурах. По внешнему виду эти трещины отличаются окисленной поверхностью, в особенности - на стальных отливках. Холодные трещины, в отличие от горячих, имеют поверхность и образуются в области упругих деформаций при температуре, которая значительно ниже температуры окончания кристаллизации.

6. Свариваемость. От свариваемости сплавов зависит качество исправления дефектов отливок и надежность соединения литых деталей методом сварки.

Для художественных отливок  это свойство имеет большое значение.

В литейной практике свариваемость  обычно оценивают по склонности к  образованию сварочных трещин и  по разупрочнению околошовной зоны. Трещин в зоне сварного шва могут появиться при его остывании в результате возникновения больших термических напряжений.