Ливарні сплави
Основні ливарні сплави
1. Чавун (див. всі записи з тегом чавуни) є найбільш поширеним матеріалом для отримання фасонних виливків. Чавунні виливки становлять близько 80% усіх виливків.
Широке поширення чавун отримав завдяки хорошим технологічним властивостям та відносній дешевизні. З сірого чавуну отримують найдешевші виливки (в 1,5 рази дешевше, ніж сталеві, у кілька разів – ніж із кольорових металів). Область застосування чавунів розширюється внаслідок безперервного підвищення його міцності та технологічних характеристик. Використовують сірі, високоміцні, ковкі та леговані чавуни.
2. Сталь (див. всі записи з тегом сталі і сплави) як ливарний матеріал застосовують для отримання виливків деталей, які поряд з високою міцністю повинні мати хороші пластичні властивості. Чим відповідальніша машина, тим більша частка сталевих виливків, що йдуть на її виготовлення. Сталеве лиття складає: у тепловозах – 40…50% маси машини; в енергетичному та тяжкому машинобудуванні (колеса гідравлічних турбін з масою 85 тонн, іноді кілька сотень тонн) – до 60%. Сталеві виливки після відповідної термічної обробки не поступаються механічним властивостям поковкам.
Використовуються: вуглецеві сталі 15Л…55Л; леговані сталі 25ГСЛ, 30ХГСЛ, 110Г13Л; нержавіючі сталі 10Х13Л, 12Х18Н9ТЛ та ін.
Серед ливарних матеріалів із сплавів кольорових металів широке застосування знайшли мідні та алюмінієві сплави:
Латуні – найпоширеніші мідні метали. Для виготовлення різної апаратури для морських суднобудування, що працює при температурі 300 про С, втулок та сепараторів підшипників, натискних гвинтів та гайок прокатних станів, черв'якових гвинтів застосовують складнолеговані латуні. Маютьгарною зносостійкістю, антифрикційними властивостями, корозійною стійкістю.
З олов'яних бронз (БРО3Ц7С5Н1) виготовляють арматуру, шестерні, підшипники, втулки.
Безолов'яні бронзи за деякими властивостями перевершують олов'яні. Вони мають більш високі механічні властивості, антифрикційні властивості, корозійну стійкість. Однак ливарні властивості їх гірші. Застосовують виготовлення гребних гвинтів великих суден, важко навантажених шестерень і зубчастих коліс, корпусів насосів, деталей хімічної та харчової промисловості.
2. Алюмінієві сплави. Виливки із алюмінієвих сплавів становлять близько 70% кольорового лиття. Вони мають високу питому міцність, високі ливарні властивості, корозійну стійкість в атмосферних умовах.
Найбільш високими ливарними властивостями мають сплави системи алюміній – кремній (Al-Si) – силуміни АЛ2, АЛ9. Вони широко застосовуються в машинобудуванні, автомобільній та авіаційній промисловості, електротехнічній промисловості (див. Електротехніка).
Також використовують сплави систем: алюміній – мідь, алюміній – мідь – кремній, алюміній – магній.
3. Магнієві сплави мають високі механічні властивості, але їх ливарні властивості невисокі. Сплави системи магній-алюміній-цинк-марганець застосовують у приладобудуванні, в авіаційній промисловості, у текстильному машинобудуванні.
Ливарні властивості сплавів
Отримання якісних виливків без раковин, тріщин та інших дефектів залежить від ливарних властивостей сплавів, що виявляються при заповненні форми, кристалізації та охолодженні виливків у формі. До основних ливарних властивостей сплавів відносять: рідкотірність, усадку сплавів, схильність до утворення тріщин, газопоглинання, ліквацію.
Рідкотекучість– здатність розплавленого металу текти каналами ливарної форми, заповнювати її порожнини і чітко відтворювати контури виливки. При високій рідині сплави заповнюють всі елементи ливарної форми. Рідина залежить від багатьох факторів: від температурного інтервалу кристалізації, в'язкості і поверхневого натягу розплаву, температури заливки і форми, властивостей форми і т.д.
Чисті метали і сплави, що твердіють при постійній температурі, мають кращу рідину, ніж сплави, що твердіють в інтервалі температур (тверді розчини). Чим вище в'язкість, тим менша рідина. Зі збільшенням поверхневого натягу рідина знижується. З підвищенням температури заливки розплавленого металу та форми рідина плинність покращується. Збільшення теплопровідності матеріалу форми знижує рідину. Так, піщана форма відводить теплоту повільніше, і розплавлений метал заповнює її краще ніж металеву форму. Наявність неметалевих включень знижує рідину. Також впливає хімічний склад сплаву (зі збільшенням вмісту сірки, кисню, хрому жидкотекучость знижується; зі збільшенням вмісту фосфору, кремнію, алюмінію, вуглецю жидкотекучость збільшується).
Усадка– властивість металів і сплавів зменшувати об'єм при охолодженні в розплавленому стані, у процесі затвердіння та в затверділому стані при охолодженні до температури навколишнього середовища. Зміна об'єму залежить від хімічного складу сплаву, температури заливки, конфігурації виливки. Розрізняють об'ємну та лінійну усадку.
В результаті об'ємної усадки з'являються усадкові раковини та садибна пористість у масивних частинах виливки. Для попередження утворення усадкових раковин встановлюють прибутки – додаткові резервуари з розплавленимметалом, також зовнішні або внутрішні холодильники.
Лінійне усадження визначає розмірну точність отриманих виливків, тому вона враховується при розробці технології лиття та виготовлення модельної оснастки. Лінійне усадження становить: для сірого чавуну – 0,8…1,3 %; для вуглецевих сталей – 2…2,4 %; для алюмінієвих сплавів - 0,9 ... 1,45%; для мідних металів – 1,4…2,3 %.
Газопоглинання– здатність ливарних сплавів у розплавленому стані розчиняти водень, азот, кисень та інші гази. Ступінь розчинності газів залежить стану сплаву: з підвищенням температури твердого сплаву збільшується незначно; зростає при плавленні; різко підвищується при перегріванні розплаву. При затвердінні та подальшому охолодженні розчинність газів зменшується, в результаті їх виділення у виливку можуть утворитися газові раковини та пори.
Розчинність газів залежить від хімічного складу сплаву, температури заливки, в'язкості сплаву та властивостей ливарної форми.
Ліквація– неоднорідність хімічного складу сплаву у різних частинах виливки. Ліквація утворюється в процесі затвердіння виливки, через різну розчинність окремих компонентів сплаву в його твердій та рідкій фазах. У сталях та чавунах помітно ліквують сірка, фосфор та вуглець.
Розрізняють зональну ліквацію, коли різні частини виливки мають різний хімічний склад, і дендритну, коли хімічна неоднорідність спостерігається в кожному зерні.