Линейная усадка некоторых сплавов

Литейные свойства сплавов и их влияние на конструктивные размеры и форму отливок

К литейным свойствам сплавов относятся жидкотекучесть, усад­ка, склонность к ликвации и газопоглощению.

Жидкотекучесть — способность жидкого металла полностью за­полнять полости литейной формы и четко воспроизводить очерта­ния отливки. Жидкотекучесть зависит от химического состава, тем­пературы заливаемого в форму сплава и теплопроводности мате­риала формы. Фосфор, кремний и углерод улучшают ее, а сера ухудшает. Серый чугун содержит углерода и кремния больше, чем сталь, и поэтому обладает лучшей жидкотекучестью. Повышение температуры жидкого металла улучшает жидкотекучесть, и чем выше его перегрев, тем более тонкостенную отливку можно полу­чить. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую форму, которая интенсивно охлаждает расплав. Минимально возможная толщина стенки отливки для различных литейных сплавов ввиду их разной жидкотекучести неодинакова и составляет (при литье в песчаные формы) для отливок из серого чугуна: мелких — 3...4 мм, средних — 8...10, крупных—12...15 мм; для отливок из стали — соответственно 5...7 мм, 10...12 и 15...20 мм.

Жидкотекучесть металла определяют путем заливки специаль­ных технологических проб и характеризуют линейными размерами заполненной полости канала определенной формы. Заливая металл при различных температурах перегрева, находят оптимальную тем­пературу заливки формы для данного сплава.

Усадка— свойство литейных сплавов уменьшать объем при за­твердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках про­текают с момента заливки расплавленного металла в литейную фор­му вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадки, %:

ε_лии= (l_Ф — l_от)100/l_от; (5.2)

ε_об= (V_Ф-V_от)100/V_от, (5.3)

где l_ф, V_ф — соответственно линейный размер и объем полости

Примечание. Большие значения усадки относятся к простым отливкам со свобод­ной усадкой, а меньшие — к сложным отливкам с затрудненной усадкой.

формы; l_от, V _oт — линейный размер и объем отливки при темпера­туре 20 °С.

Линейная и объемная усадки связаны соотношением

ε_об ≈ Зε_лин (5.4)

На усадку (табл. 5.6) влияют химический состав сплава, тем­пература его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, кон­струкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния, алю­миниевых сплавов — с повышением содержания кремния. Увели­чение температуры заливки и 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 между отливкой и формой. Термическое тормо­жение обусловлено различными скоростями охлаждения отдельных частей отливки. Сложные по конфигурации отливки подвергаются совместному воздействию механического и термического тормо­жений.

Помимо искажения линейных размеров усадка в отливках про­является в виде усадочных раковин, пористости, трещин и коро­блений. При правильном учете усадочных процессов затвердевание отливки должно идти снизу вверх с образованием концентриро­ванной усадочной раковины (рис. 5.2). В противном случае в теле отливки образуется усадочная пористость.

Ликвация— это неоднородность строения в различных частях отливки. Возможна ликвация по химическому составу (зональная или дендритная), по плотности, неметаллическим включениям и другим факторам.

Зональная ликвация представля­ет собой химическую и другие не­однородности в объеме всей отлив­ки; дендритная — в пределах одного зерна (дендрита). Склонность к ли­квации зависит от химического состава сплава, скорости охлажде­ния сплава и размеров отливки.

Неоднородность химического со­става и структуры по сечению при­водит к неоднородности механиче­ских свойств отливки. Для умень­шения ликвации увеличивают скорость охлаждения отливки.

Склонность к газопоглощению – это способность литейных сплавов

Рис. 5.2. Схема процесса кристаллизации отливки:

1 — усадочная раковина; 2 — прибыль; 3 — отливка; 4 — место сосредоточения

усадочной пористости

в жидком состоянии растворять кислород, азот и водород. Их рас­творимость растет с перегревом расплава (температуры залив­ки). Движение металла в форме мелкими струйками или турбу­лентными потоками также способствует повышению растворимости газов. При охлаждении в литейной форме газонасыщенного рас­плава растворимость газов понижается и они, выделяясь из ме­талла, могут образовать в отливке газовые раковины.