Ливарні сплави та їх властивості
Залежно від методу переробки в заготівлі металеві сплави поділяють на ливарні (використовувані при виготовленні фасонних виливків) і деформуються, одержувані спочатку у вигляді злитків, а потім ковкою, прокаткою, волочением, штампуванням. Відмінності в методах переробки істотно впливають на вимоги до властивостей, а отже, і на вимоги до складів ливарних і деформованих сплавів.
Ливарні метали класифікуються залежно від їх складу, властивостей, призначення. Сплави з урахуванням заліза називають чорними. До них відносять всі різновиди чавунів та сталей. Інші ливарні сплави на основі алюмінію, магнію, цинку, олова, свинцю, міді, титану, молібдену, нікелю, кобальту, берилію та інших металів, у тому числі і благородних (срібла, золота, платини) називають кольоровими.
Для забезпечення необхідних експлуатаційних властивостей литих деталей, наприклад міцності, твердості, зносостійкості, сплави в певній кількості вводять спеціальні добавки, так звані легуючі компоненти. За вмістом їх сплави ділять на низьколеговані (менше 2,5% легуючих компонентів за масою), середньолеговані (від 2,5 до 10%) та високолеговані (понад 10%).
Ливарні сплави або готують з вихідних компонентів (шихтових матеріалів) безпосередньо в ливарному цеху, або сплави надходять з металургійних комбінатів у готовому вигляді і їх переплавляють перед заливкою в ливарні форми. Як у першому, так і в другому випадку окремі елементи в процесі плавки, що входять до складу ливарного сплаву, можуть окислюватися (чадіти), випаровуватися при підвищених температурах (виганятися), вступати в хімічну взаємодію з іншими компонентами або з футеруванням печі і переходити вшлак. Для відновлення необхідного складу сплаву втрати окремих елементів у ньому компенсують, вводячи у розплав спеціальні добавки (лігатури, феросплави), що готуються на металургійних підприємствах. Лігатури є допоміжними сплавами, які використовуються як для введення в розплав основного ливарного сплаву легуючих елементів, так і для компенсації їх чаду.
Лігатури містять крім легуючого елемента також і основний метал сплаву, тому вони легше і повніше засвоюються розплавом ніж чистий легуючий елемент. Застосування лігатур стає необхідним, якщо температури плавлення основного ливарного сплаву і легуючого елемента мають значну різницю. Найбільш широко застосовують лігатури з кольорових металів, наприклад: мідь - нікель (15-33% Ni), мідь - алюміній (50% Al), мідь - олово (50% Sn), алюміній-магній (до 10% Mg). При лиття чорних сплавів широко використовують феросплави: феросиліцій (сплав заліза з 13% і більше кремнію), феромарганець, ферохром, феровольфрам, феромолібден та ін для введення легуючих елементів, а також для розкислення розплаву. Використовують також феросплави, що складаються з трьох і більше компонентів. До феросплавів умовно відносять і деякі сплави, залізо в яких міститься тільки у вигляді домішки, наприклад, силікоалюміній і силікокальцій.
Розкислення, для якого часто використовують феросплави, є процесом видалення зі сплаву кисню, що міститься у вигляді розчинених у металі оксидів (наприклад, закису заліза FeO в сталі). У процесі розкислення елементи, що містяться у феросплавах, виконують роль відновників: вони з'єднуються з киснем оксиду, розчиненого в розплаві, відновлюють метал, а самі, окислившись, переходять у шлак. Так, розкислення стали кремнієм,що містяться у феросиліції, відбувається за реакцією 2FeO+Si→2Fe+SiO2.
Очищення (рафінування) розплаву розкисленням сприяє значному покращенню якості металу виливки, підвищенню його міцності та пластичності.
Ряд сплавів, як і і металів чи неметалевих матеріалів (солей та інших.), використовують як модифікаторів, які за введенні в ливарний метал у невеликих кількостях істотно впливають з його структуру і властивості, наприклад подрібнюють зерно і сприяють підвищенню міцності металу. Так, для отримання високоміцного чавуну широко використовують модифікування магнієм.
Б час у СРСР близько 95% всіх вироблених виливків (за масою) становлять чавунні і залізні. Слід проте враховувати, що з чорних сплавів виготовляють велику кількість великих виливків, маса яких сягає кількох десятків і навіть сотень тонн, та якщо з сплавів кольорових металів відливають переважно дрібні і середні деталі масою від кількох грамів до кількох десятків і рідко — кілька сотень. кілограмів. Тому, незважаючи на те, що в загальному випуску маса виливків із кольорових сплавів становить близько 5%. номенклатура їх, як і і методи лиття, дуже різноманітна, а кількість значно.