Литье. исправлено (1073595), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Характер ликвации зависит от скорости охлаждения отливки. Очевидно, что большая скорость охлаждения приводит к получению отливки с лучшими механическими свойствами. Поэтому конструктор должен помнить, что при использовании для изготовления изделия сплава склонного к ликвации, при выборе способа литья следует отдавать предпочтение процессу с быстрым охлаждением. Например, при литье под давлением ясно выраженная зональная ликвация не успевает развиваться. Дендритная же ликвация не оказывает существенного влияния на качество отливок.
9.Напряжения в отливках и их последствия
Каждой температуре соответствует вполне определенный удельный объем данного сплава во всех агрегатных состояниях. С изменением температуры изменяется удельный объем сплава- сплав претерпевает расширение или сужение. Свободное расширение сплава всегда отличается от расширения этого сплава в отливке, потому что при расширении (сжатии) отливки всегда возникает торможение, препятствующее расширению (сжатию).
Встречаются три основных механизма торможения: механическое торможение усадки (рис.23, а), тепловое торможение усадки (рис. 23, б) и комбинированное торможение усадки (рис. 23, в) при этом в отливке возникают напряжения. Когда численные значения напряжений превысят предел прочности материала отливки, то она разрушается. Нарушение сплошности материала отливки, возникающее при высоких температурах, называются горячими трещинами, а при комнатной или несколько более высокой температурах холодными трещинами. Часто отливки не разрушаются, но в них остаются внутренние напряжения, которые изменяются в процессе хранения, эксплуатации, что приводит к короблению отливок и изменению их размеров. Особенно заметно изменение размеров после механической обработки отливок.
Рис. 23. Схема торможения усадки: а)- механическое; б) тепловое;
в) комбинированное. 1- отливка 2- форма.
Подробнее о напряжениях см. стр. 68
Глава 4Литейные 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, O и другие элементы, попавшие в них, в процессе изготовления. Такие элементы, как Cr, 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.
3.Алюминиевые сплавы
Для изготовления отливок используют пять групп алюминиевых сплавов: 1) на основе системы алюминий-кремний, 2) алюминий-медь, 3) алюминий-магний, 4) системы алюминий-кремний-медь, 5) прочие сплавы.
Алюминиевые сплавы имеют высокую удельную прочность при нормальной температуре, хорошо противостоят коррозии в атмосферных условиях, обладают высокими литейными свойствами.
По ГОСТу алюминиевые сплавы обозначают: АЛ1, АЛ2, ...АЛ27 (числа – порядковый номер).
Наибольшее применение в промышленности получили сплавы первой и четвертой групп.
Сплавы системы алюминий-кремний (типичный представитель – сплав АЛ2) широк применяемый в промышленности. По содержанию кремния он близок к эвтектическому и поэтому обладает лучшими, чем другие сплавы литейными свойствами.
Двойные доэвтектические сплавы алюминия и кремния имеют невысокую прочность. Поэтому в состав их вводят магний, образующий с кремнием химическое соединение MgSi, упрочняющее сплав в процессе термической обработки, например сплав АЛ9.
Наиболее вредной примесью для силуминов является железо. Образуя хрупкие тройные (Al-Fe-Si) и более сложные фазы, кристаллизующиеся в виде пластин, железо существенно снижает пластические свойства сплавов. Для нейтрализации вредного влияния железа в сплав вводят марганец. Десятые доли марганца способствуют переводу выделенной железистой составляющей в более благоприятную (компактную) форму, например сплав АЛ4, содержащий Al-Mg-Mn-Mg.
При литье в песчаные формы легирование силуминов магнием и марганцем не обеспечивает еще получение необходимых механических свойств из-за грубого выделения в эвтектике. Поэтому при литье в разовые, низкотеплопроводные формы сплавы системы алюминий- кремний, содержащие не менее 6%С Si, подвергают модифицированию. Для этой цели в расплав вводят 0,01- 0,1% Na. В присутствии натрия эвтектический кремний выделяется в виде тонких тонкодисперсных пластин, что благоприятно отражается пластических свойствах. Аналогичное влияние оказывают на структуру сплава присадки кальция и калия, окислов щелочных металлов, сурьма, висмут, литий, бор и так далее.
Сплавы на основе системы алюминий-медь (например сплав АЛ7) обладают низкой коррозионной стойкостью и недостаточной пластичностью. В отличии от сплавов первой группы они хорошо обрабатываются резанием. В следствии широкого интервала кристаллизации сплавы этой группы склонны к образованию усадочных трещин и рассеянной усадочной пористости. Отличительной особенностью алюминиево-медных сплавов является их теплопрочность. Механические и эксплутационные свойства сплавов улучшают присадками марганца и титана (сплав АЛ19) и термической обработкой (содержат Al-Cu-Mn-Ti).
Алюминиевые сплавы с медью и кремнием широко используют для изготовления деталей, обладающих достаточной твердостью и прочностью, сохраняющих постоянство в процессе эксплуатации и отвечающих требованиям по чистоте обработанной поверхности (корпусы различных приборов). Среди сплавов этой группы наиболее благоприятными свойствами обладает АЛ-4.
Сплавы системы алюминий-магний (типичный представитель сплав АЛ8) отличаются низкой плотностью и высокой коррозионной стойкостью и прочностью; их используют для изготовления отливок, испытывающих большие вибрационные нагрузки или подвергающиеся воздействию морской воды. Вводят добавки Mn и Si, например сплав АЛ13 содержит Al-Mg-Mn-Si.
Вследствие повышенной склонности к окислению, образованию усадочных трещин и рыхлот, взаимодействию с влагой формы, пониженной жидкотекучести, изготовление отливок магниевых сплавов в состав формовочных смесей вводят специальные присадки (борную кислоту, серу и пр.), предохраняющиеся расплав от загорания в форме.
В зависимости от состава сплава отливки проходят определенный режим термический обработки. Характерным является также пропитка пористых отливок различными лаками.
В последнее время разработаны новые высокопрочные литейные алюминиевые сплавы марок АЛ2М, АЛ4Д, АЛ11М.
Сплавы марок АЛ4Д и АЛ2М относятся по своему составу к системе алюминий-кремний-медь-магний.
Дополнительное легирование сплавов типа силумин медью и магнием позволило получить сплавы с высокой прочностью и высокой технологичностью при литье под давлением и в кокиль.
Сплав марки АЛ4Д разработан применительно для литья под давлением, поэтому для предотвращения возможности приваривания металла к форме в его состав введены наибольшие добавки марганца и хрома. Добавки титана в сплав измельчают структуру. Механические свойства образцов из сплава АЛ4Д, вырезанных из деталей, отлитых под давлением с применением вакуума следующие в=33-38 кгс/мм2, =1,5-3%, что соответствует прочности углеродистой стали.
Комплексное легирование сплава АЛ2М добавками редких элементов: титаном, бериллием, цирконием, бором и применение исходных материалов высокой чистоты обеспечивает высокие механические свойства. Сплав был успешно опробован при литье деталей методом штамповки жидкого металла и при литье в кокиль.
Механические свойства на вырезанных образцах: в=37 кгс/мм2 , =3%.
Сплавы АЛ4Д и АЛ2М являются термически упрочняемыми, поэтому высокие механические свойства этих сплавов могут быть получены только после закалки и искусственного старения.
Сплав АЛ11М разработан на основе стандартного сплава АЛ11 системы алюминий-цинк-кремний. Этот сплав дополнительно легирован титаном, цирконием, бериллием, медью, магнием и бором.
Следует отметить, что в оптическом приборостроении наиболее широкое применение получил сплав АЛ2. Из этого сплава льются детали, изготовляемые как литьем в землю, так и литьем под давлением. Применение этого сплава для литья под давлением не имеет убедительных оснований, так как основное его преимущество – высокая жидкотекучесть, теряется из-за специфики литья под давлением. Основные же недостатки – плохая обрабатываемость резанием, невысокие механические свойства, а особенно относительное удлинение. Не случайно, поэтому, в большинстве стран в качестве типовых сплавов для литья под давлением приняты сплавы типа: алюминий-кремний-медь, алюминий-магний.
Медь повышает предел прочности при растяжении, и что особенно важно в алюминиевых сплавах, повышает их твердость, жидкотекучесть, уменьшает склонность к образованию цветов побежалости, улучшая внешний вид отливки и их обрабатываемость.
4.Магниевые сплавы
Отливки из магниевых сплавов широко применяются главным образом там, где они позволяют снизить массу изделия. Магниевые сплавы в 4-4,5 раза легче стали, их плотность колеблется от 1,7 до 1,9 кг/см3. Область применения сплавов непрерывно расширяется, что обусловлено их относительно высокими механическими и эксплутационными качествами, а также снижением стоимости. Последнее обстоятельство определяется постепенным снижением стоимости электроэнергии, являющейся основной статьей расходе при производстве металлического магния.
По ГОСТу магниевые сплавы обозначают: Мл1, Мл2, ... Мл27 (числа- порядковый номер).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
