Кечин В.А. Селихов Г.Ф. Афонин А.Н. Проектирование и производство литых заготовок. ВГУ. 2002, 208с (934503), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В первой группефиксируют прекращение движения металла в сужающемся канале. Жидкотекучесть характеризуется линейными размерами заполненной или незаполненнойполости канала, например клиновой пробы (рис. 1.1, а). Прекращение движенияжидкого металла может наступить в результате кристаллизации и в жидком состоянии под действием сил поверхностного натяжения.
Во второй группе прекращение течения металла наступает вследствие кристаллизации его в узкомсечении короткого канала. Величина жидкотекучести может быть оценена помассе металла, вытекшего от начала испытания до прекращения течения. Впробах третьей группы фиксируют длину затвердевшей части металла в каналепостоянного сечения.
Известно большее разнообразие проб последней группы,которые широко используются в производстве и лабораторных исследованиях.Спиральную пробу (рис. 1.1, б) широко применяют для определения жидкотекучести чугуна и цветных металлов. Она состоит из чаши 1, фильтра 2, стояка63, металлоприемника 4 и спирального канала 5 трапециевидного сечения с небольшими выступами 6.Жидкотекучесть определяют по пути, пройденному жидким металлом дозатвердевания, т. е. по длине прутка. Небольшие выступы 6, нанесенные через50 мм, облегчают измерение длины спирали (прутка). Спиральный канал позволяет получить длинные прутки в сравнительно небольших формах.Рис.
1.1. Технологические пробы для определения жидкотекучести.Пробу, приведенную на рис. 1.1, выполняют в металлической форме и используют главным образом для многократного определения жидкотекучестистали на рабочей площадке сталеплавильной печи. Пробу в виде прутка (рис.1.1, г) также часто используют для оценки жидкотекучести стали. На некоторойчасти в конце пробы сечение затвердевшего металла оказывается суженным надлине l.Длину L - l, на которой не наблюдается сужения сечения, иногда называютмерой формозаполняемости или формовоспроизводимости.7Формозаполняемосгь F можно оценивать как отношение длины участкаL - l к общей длине L.L−l100%(1.1)F=L1.1.2.
Усадка литейных сплавовУсадка – свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердеваниии охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливкирасплавленного металла в литейную форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительныхединицах, %.Линейная усадка – уменьшение линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающейсреды.
Линейную усадку определяют соотношением, %:(l − l )100%ε ЛИН = Ф от(1.2)l отгде lф и lот - размеры полости формы и отливки при температуре 200С.На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура егозаливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержанияуглерода и кремния. Усадку алюминиевых сплавов уменьшает повышенное содержание кремния, усадку отливок – снижение температуры заливки. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.При охлаждении отливки происходит механическое и термическое торможение усадки. Механическое торможение возникает вследствие трения междуотливкой и формой.
Термическое торможение обусловлено различными скоростями охлаждения отдельных частей отливки. Сложные по конфигурации отливки подвергаются совместному воздействию механического и термическоготорможения.Линейная усадка для серого чугуна составляет 0,9…1,5%, для углеродистых сталей 2…2,4%, для алюминиевых сплавов 0,9…1,5%, для медных1,4…2,3%.Объемная усадка – уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объемную усадку определяют соотношением, %:ε ОБ = (VФ − VОТ )100 / VОТ ,%(1.3)где Vф и Vот – объем полости формы и объем отливки при температуре020 С.Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке:ε ОБ = 3 ε ЛИН(1.4)8Усадка в отливках проявляется в виде усадочных раковин, пористости,трещин и короблений.Усадочные раковины – сравнительно крупные полости, расположенные вместах отливки, затвердевающих последними.
Сосредоточенные крупные усадочные раковины образуются при изготовлении отливок из чистых металлов,сплавов эвтектического состава (сплав АЛ2) и сплавов с узким интервалом кристаллизации (низкоуглеродистые стали, безоловянистые бронзы и др.).Усадочная пористость - скопление пустот, образовавшихся в отливке вобширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевалипоследними без доступа к ним расплавленного металла. Усадочная пористостьрасполагается по границам зерен металла.Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счетнепрерывного подвода расплавленного металла в процессе кристаллизациивплоть до полного затвердевания. С этой целью на отливки устанавливаютприбыли – резервуары с расплавленным металлом, которые обеспечивают доступ расплавленного металла к участкам отливки, затвердевающим последними.На рис.
1.2, а прибыль 1 не может обеспечить доступ расплавленного металла кмассивному участку отливки 3. В этом месте образуется усадочная раковина 2 ипористость. Установка на массивный участок прибыли 4 (рис. 1.2, б) предупреждает образование усадочной раковины и пористости.Предупреждать образование усадочных раковин и пористости позволяетустановка в литейную форму наружных холодильников 5 (рис. 1.2, в) или внутренних холодильников 6 (рис.
1.2, г).Эти холодильники изготавливают из этого же сплава, что и отливку. Призаполнении формы, внутренние холодильники частично расплавляются и свариваются с основным металлом.1.1.3. Трещины в отливкахВ отливках в результате неравномерного затвердевания тонких и толстыхчастей и торможения усадки формой при охлаждении возникают внутренниенапряжения. Эти напряжения тем выше, чем меньше податливость формы истержней. Если величина внутренних напряжений превзойдет предел прочности литейного сплава в данном участке отливки, то в теле ее образуются горячие или холодные трещины. Если литейный сплав имеет достаточную прочность и пластичность и способен противостоять действию возникающих напряжений, искажается геометрическая форма отливки, появляется коробление.Холодные трещины возникают в области упругих деформаций, когдасплав полностью затвердел.
Тонкие части отливки охлаждаются и сокращаютсябыстрее, чем толстые. В результате в отливке образуются напряжения, которыеи вызывают появления трещин. Холодные трещины чаще всего образуются втонкостенных отливках сложной конфигурации и тем больше, чем выше упругие свойства сплава, чем значительнее его усадка при пониженных температурах и чем ниже его теплопроводность. Опасность образования холодных трещин в отливках усиливается наличием в сплаве вредных примесей (например,9фосфора в сталях). Для предупреждения образования в отливках холодныхтрещин необходимо обеспечивать равномерное охлаждение отливок во всех сечениях путем использования холодильников; применять сплавы для отливок свысокой пластичностью; проводить отжиг отливок и т.п.а)б)в)г)Рис.
1.2. Способы предупреждения усадочных раковин и пористостив отливках.Коробление отливок – изменение формы и размеров отливки под влияниемвнутренних напряжений, возникающих при охлаждении. Коробление увеличивается при усложнении конфигурации отливки и повышением скорости охлаждения, которая вызывает неравномерное охлаждение между отдельными частями отливки и различную усадку. Коробление отливки может быть также вызвано сопротивлением формы усадке отдельных частей отливки. Для предупреждения короблений в отливках необходимо увеличивать податливость формы; создавать рациональную конструкцию отливки и т.д.1.1.4.
Газовые раковины и пористость в отливкахВ расплавленном состоянии металлы и сплавы способны активно поглощатьзначительное количество водорода, кислорода, азота и других газов из оксидови влаги исходных шихтовых материалов при их плавке, сгорании топлива, изокружающей среды, при заливке металла в форму и т.д.В жидких металлах и сплавах растворимость газов с увеличением температуры повышается. При избыточном содержании газов они выделяются из рас-10плава в виде газовых пузырей, которые могут всплывать на поверхность илиоставаться в отливке, образуя газовые раковины, пористость или неметаллические включения, снижающие механические свойства и герметичность отливок.При заливке расплавленного металла движущийся расплав может захватыватьвоздух в литниковой системе, засасывать его через газопроницаемые стенкиканалов литниковой системы.
Кроме того, газы могут проникать в металл изформы при испарении влаги, находящейся в формовочной смеси, при химических реакциях на поверхности металл – форма и т.д.Для уменьшения газовых раковин и пористости в отливках плавку следуетвести под слоем флюса, в среде защитных газов с использованием хорошо просушенных шихтовых материалов. Кроме того, перед заливкой расплавленныйметалл необходимо подвергать дегазации вакуумированием, продувкой инертными газами и другими способами, а также увеличивать газопроницаемость литейных форм и стержней, снижать влажность формовочной смеси, подсушиватьформы и т.д.Контрольные вопросы1. Какими показателями оцениваются литейные свойства сплавов?2.
Что такое жидкотекучесть сплава, от каких факторов она зависит, какопределяется и влияет на конструкцию и качество отливок?3. Что такое усадка литейного сплава, от чего она зависит, как влияет накачество отливок?4. Из-за чего возникают газовые раковины и пористость в отливках?1.2 ЧугуныЧугун является наиболее распространенным материалом для изготовленияфасонных отливок.
В разных странах, в зависимости от развития машиностроения и других отраслей производства, чугунные отливки составляют 74…83% отобщего числа отливок. Область применения чугуна продолжает расширятьсявследствие непрерывного повышения его прочности и эксплуатационныхсвойств, а также разработки чугунов новых марок со специальными физическими и химическими свойствами. Широкое распространение чугун получилблагодаря хорошим технологическим свойствам и низкой себестоимости посравнению с другими сплавами.Наиболее широкое распространение в промышленной практике получиличугуны: белые (при содержании С до 4% в виде цементита); серые (при содержании С 2,5…3,7% при этом до 0,9% углерода находится в химически связанном с железом состоянии, остальная часть углерода содержится в виде графита); высокопрочные (получаются из серого чугуна путем его обработки в жидком состоянии небольшими количествами Mg или другими элементами); ковкие (получаются путем специального отжига белого чугуна); антифрикционные(применяются в подшипниковых узлах трения); легированные (в состав которых входят Ni, Mo, Cr, Cu, W, V, Al, Ti и др.).111.2.1.
Серый чугунВ табл. 1.1 приведены основные характеристики и примеры применениянаиболее распространенных марок чугунов. Серые чугуны содержат 2,4…3,6%С; 0,5…3% Si; 0,2 …1% Mn; 0,04…0,3% Р; 0,02…0,2% S.Согласно ГОСТ 1412 – 85 механические свойства чугунов (табл. 1.2) определяются по результатам испытаний на растяжение образцов, вырезанных изотдельно залитых цилиндрических брусков диаметром 30 мм.Таблица 1.1.Характеристика и примеры применения отливок из серого чугуна.Марка чугуна поГОСТ1412-85СЧ 10СЧ 15СЧ 20СЧ 25ХарактеристикаНеответственное литье, ккоторому предъявляетсяглавным образом требование легкости обработки, а не прочностиМалоответственное литье с толщиной стенкиδст=8÷15 мм; невысокиетребования к износостойкостиОтветственное литье сδст=10÷30 мм; детали,требующие значительной прочности и работающие при температуредо 300 0С.Ответственное сложноелитье с δст=20÷60 мм;детали, работающие притемпературе до 300 0С.СЧ 30Ответственное высоконагруженное литье сδст=20÷100 мм; детали,работающие при температуре до 300 0С.СЧ 35Ответственное тяжелонагруженное литье сδст≥20 мм.Примеры примененияПлиты, грузы, корыта, крышки, кожухи и т.п.Детали сложной конструкции при недопустимости большого коробления и невозможности ихстарения; маховики, шкивы; поршневые кольца,арматура, сосуды работающие под давлением;тонкостенные отливки с развитыми габаритнымиразмерами.Корпуса, блоки цилиндров, зубчатые колеса, станины с направляющими большинства металлорежущих станков, диски сцепления, тормозные барабаны и т.п.Корпуса насосов и гидроприводов, поршни игильзы дизелей и бесклапанных двигателей, цилиндры и головки дизелей, рамы, штампы для холодной вытяжки и другие детали, работающиепод высоким давлениемЦилиндры и крышки паровых машин, малые коленчатые валы, клапаны и кулачки распределительных механизмов, зубчатые колеса, цепныезвездочки, тормозные барабаны, муфты, дискисцепления, клапаны, поршневые кольца и другиеинтенсивно нагруженные деталиКрупные толстостенные втулки, крупные коленчатые валы, цепные звездочки, зубчатые и червячные колеса, тормозные барабаны, муфты, диски сцепления, клапаны и другие детали.12Вследствие чувствительности чугуна к изменению скорости охлажденияпрочность в различных узлах отливки может отличаться от прочности, характеризующей данную марку.Таблица 1.2.Механические свойства отливок серого чугуна с пластинчатым графикомпо ГОСТ 1412 – 85.МаркаТвердость НВσв, МПаσи, МПачугунаНе менееМПакгс/мм2СЧ 10982741402…2246143…229СЧ 151473141599…2246163…229СЧ 181763581668…2246170…229СЧ 201963921668…2364170…241СЧ 212063921668…2364170…241СЧ 242354211668…2364170…241СЧ 252454511766…2452180…250СЧ 302944901755…2501181…255СЧ 353435391932…2638197…269СЧ 403925882030…2795207…285СЧ 454416372246…2835229…289В сером чугуне присутствие графита пластинчатой формы действует каквнутренние надрезы, поэтому серый чугун характеризуется сравнительно низкой прочностью и особенно низкой пластичностью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
