Лекции ТКМ (1) (816151), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Преимущества:

- снижение содержания газов;

- снижение содержания неметаллических включений;

- снижение содержания серы и фосфора вследствие их выгорания при высоких температурах.

Недостатки:

- дороговизна способа;

- изменение химсостава металла, а следовательно и механических свойств стали, вследствие выгорание легкоплавких легирующих элементов.

Плазменный переплав применяют для получения высококачественных и особовысококачественных сталей и сплавов.

ЛЕКЦИЯ 4. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ЛИТЬЕ

Литьѐ – технологический процесс получения заготовок или деталей в результате свободной или принудительной заливки расплавленного металла в полость литейной формы, которая соответствует конфигурации получаемого изделия (отливки).

Масса отливок может достигать от нескольких граммов до 350 тонн.

Литейные сплавы

Отливки получают из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов.

Чугунные отливки составляют около 80 % всех отливок. Из серого чугуна получают самые дешевые отливки (в 1,5 раза дешевле, чем стальные, в несколько раз – чем из цветных металлов).

Сталь, как литейный материал, 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.

Отливки из цветных металлов и сплавов применяются для изготовления деталей, обладающих особыми свойствами (износостойкость, антифрикционные свойства, коррозионная стойкость). При этом отливки из алюминиевых сплавов составляют около 70 % цветного литья.

Свойства литейных сплавов

К основным свойствам литейных сплавов относятся жидкотекучесть, усадка, газопоглощение, ликвация, склонность к образованию трещин.

Жидкотекучесть

Жидкотекучесть - способность метала в расплавленном состоянии заполнять полость литейной формы, точно воспроизводя ее очертания.

Жидкотекучесть зависит от:

1. Температуры заливаемого метала (чем выше температура , тем лучше жидкотекучесть).

Температура заливаемого металла (Тзм) выбирается отдельно для конкретного материала. Как правило, Тзм = Тликвидус + (50….150), °С.

2. Температуры литейной формы (чем выше температура , тем лучше жидкотекучесть).

3. Материала литейной формы (если материал литейной формы обладает высокой теплопроводностью и теплоотдачей, форму подогревают до температуры от 50-300 °С для повышения жидкотекучести).

4. Структуры металла ( твердые растворы и химические соединения обладают низкой жидкотекучестью, механические смеси -высокой)

5. Химического состава сплава (с увеличением содержания неметаллических включений, серы, кислорода и хрома жидкотекучесть снижается, а с повышением содержания фосфора, кремния, углерода и алюминия - возрастает);.

6. Интервала кристаллизации (чем уже интервал кристаллизации, тем выше жидкотекучесть).

Жидкотекучесть определяется по специальной технологической пробе, называемой спиралью (рисунок 3.1):

Рисунок 3.1 - Технологическая проба (спираль)

1 - спираль; 2 - верхняя полуформа; 3 - нижняя полуформа

Усадка

Усадка – свойство металлов и сплавов уменьшаться в размерах при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердевания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды (20 С). Усадка подразделяется на объѐмную и линейную.

Объѐмная усадка (εv) – уменьшение объѐма сплава при его охлаждении от температуры заливки до температуры окружающей среды. Изменение объема зависит от химического состава сплава, температуры заливки, конфигурации отливки.

Линейная усадка (εл) – уменьшение линейных размеров отливки при еѐ охлаждении до температуры окружающей среды. 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 %.

εv ≈ 3εv

В результате усадки могут образовываться такие дефекты, как концентрированная усадочная раковина, усадочная пористость, горячие и холодные трещины, коробление

Газопоглощение

Газопоглощение - способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Газопоглощение может привести к появлению таких дефектов, как газовые раковины и пористость.

Склонность к ликвация

Склонность к ликвация – склонность к образованию неоднородности химического состава литого материала 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. Различают дендритную и зональную ликвации (см. строение слитка стали) Ликвация вызывает неоднородность механических свойств в различных частях отливки.

Склонность к образованию трещин

Склонность к образованию трещин – дефектов в виде надрывов усадочного происхождения. Склонность к образованию трещин усиливается при наличии в расплаве газов (водород, азот, кислород), примесей (сера, фосфор) и неметаллических включений (FeO, MnO, Al2O3,SiO2), а также при перегреве металла перед заливкой.

Формирование отливки в литейной форме

Процесс получения отливки можно условно разбить на следующие периоды:

1) заполнение литейной формы расплавленным металлом;

2) переход теплоты в литейную форму, вызывающий остывание металла до достижения температуры начала кристаллизации;

3) затвердевание отливки;

4) охлаждение затвердевшей отливки в литейной форме.

При формировании отливки в ней возникает структурная и химическая неоднородности.

Структурная неоднородность

После заливки расплавленного металла в литейную форму, начинается его охлаждение и кристаллизация. В первую очередь кристаллизуются слои, находящиеся у стенок литейной формы. Скорость охлаждения материала в этих участках максимальна, поэтому в этой зоне образуется мелкозернистая структура металла. Ближе к центру и в центральных областях скорость охлаждения уменьшается, что приводит к образованию крупнозернистой структуры.

Разнозернистость вызывает структурную неоднородность по объему отливки, что приводит к неоднородности механических свойств в различных частях отливки (с увеличением размера зерна пластичность падает).

Химическая неоднородность (ликвация)

Помимо структурной неоднородности в отливке присутствует химическая неоднородность (ликвация). Различают ликвацию зональную, когда различные части отливки имеют различный химический состав, и дендритную, когда химическая неоднородность наблюдается в каждом зерне. Химическая неоднородность вызывает неоднородность механических свойств в различных частях отливки (механические свойства металла напрямую зависят от его хим.состава).

Взаимодействие отливки и формы

При литье отливка и форма испытывают силовое и химическое взаимодействия, влияющие на размерную точность, качество поверхности, макро- и микроструктуру, механические и эксплуатационные свойства получаемого литого изделия.

1. Силовое взаимодействие

В процессе охлаждения и кристаллизации происходит изменение размеров отливки (усадка). Если литейная форма или стержень препятствует сокращению отливки при охлаждении и кристаллизации, в отливке могут образоваться такие дефекты, как трещины и коробления.

2. Химическое взаимодействие

При высоких температурах (температура расплава Т ≈ 1500 – 1550 °С) в формовочной и стержневой смесях могут протекать химические превращения, приводящие к ухудшению свойств этих материалов. В результате этого в отливках могут возникать такие дефекты, как газовые , песчаные и шлаковые раковины , пригар.

Способы изготовления отливок

Для получения отливок служит литейная форма.

Литейная форма – система элементов, образующих рабочую полость, в которой, после заливки расплавленного металла, происходит формирование отливки. Отливка приобретает определенное макро- и микростроение, механические свойства. Литейные формы изготавливают из неметаллических материалов (литье в песчаные формы – ЛПФ, литье по выплавляемым моделям – ЛВМ, в оболочковые формы – ЛОФ) и металла ( литье в кокиль - ЛК, центробежное литье - ЦЛ, литье под давлением - ЛД ). Формы, изготовленные из неметаллов, разрушаются при извлечение отливок и используются для получения одной отливки (разрушающиеся или разовые формы). Формы, изготовленные из металлов, при извлечение отливки не разрушаются и используются для получения нескольких отливок (не разрушающиеся литейные формы)

Требования к литейной форме

Литейная форма должна обладать:

1 - высокой прочностью – способностью воспринимать нагрузки без разрушения при заливке расплавленного металла и транспортировке формы;

2 - достаточной податливостью - способностью не препятствовать сокращению отливки при ее охлаждении;

3 - высокой газопроницаемостью – способностью пропускать газы при формировании отливки;

4 - достаточной огнеупорностью – способностью сопротивляться расплавлению или размягчению под действием температуры расплава.

Литейная форма для получения отливок в песчаных формах

(представлена на рисунке 3.2)

Литейная опока (поз. 1 и 2) – это приспособление в виде жѐсткой рамы (открытого ящика), служащее для удержания формовочной смеси в процессе изготовления литейной формы и еѐ последующей транспортировки и заливки металлом.

Литниковая чаша 9, стояк 10, шлакоуловитель 11 и питатель 12 образуют литниковую систему.

Литниковая система – система каналов и элементов литейной формы для подвода в еѐ полость расплавленного металла. Она обеспечивает заполнение и питание отливки при затвердевании, а также служит для улавливания шлака, попадающего вместе с металлом. Основными элементами литниковой системы являются:

- литниковая чаша – служит для приѐма расплавленного металла из ковша и подачи его в форму, а также она препятствует проникновению шлака в форму, так как он легче металла и всплывает на поверхность чаши;

- стояк – вертикальный или наклонный канал, предназначенный для подачи расплавленного металла из литниковой чаши к другим элементам системы; - шлакоуловитель – служит для задержки шлака, а также для подвода расплавленного металла от стояка к питателям; - питатель – служит для подвода расплавленного металла в полость литейной формы.

1, 2 - опоки верхней и нижней полуформ, соответственно; 3 - формовочная смесь;

4- полость литейной формы для получения отливки; 5 - выпор, предназначенный для вывода газов из формы при заливке, контроля степени заполнения формы расплавленным металлом и для слива избыточного холодного металла из верхней части полости формы;

6 - стержень для формирования внутренней полости отливки; 7 - вентиляционный канал стержня для выхода газов; 8 - наколы в формовочной смеси для обеспечения газопроницаемости литейной формы; 9 - литниковая чаша; 10 - стояк; 11 - шлакоуловитель; 12 - питатель; 13 - центрирующие стержни для предотвращения взаимного смещения полуформ (исключения перекоса отливки);

РЛФ – разъем литейной формы.

Рисунок 3.2 - Литейная форма для получения отливок в песчаных формах

Основные дефекты отливок и способы их предотвращения

Дефекты отливок по месту расположения подразделяют на наружные и внутренние. Наружные находятся на поверхности отливки, внутренние – в теле отливки. Все дефекты отливок могут быть как наружными, так и внутренними.

1. Недоливы и спаи

(рисунок 3.22)

Недолив (рисунок 3.22,а) - неполное образование отливки вследствие незаполнения полости литейной формы расплавленным металлом

Характеристики

Список файлов лекций