Загальні відомості про ливарних сплавах
Сплави широко застосовуються в різних областях сучасної техніки, так як вони мають кращі властивості, ніж чисті метали, а в ряді випадків і меншою стоїмо-стю. Так, сталь і чавун дешевше чистого заліза, причому сталь має значно більшу міцність. Латунь міцніше і дешевше чистої міді. Крім того, сплави мають меншу темпе-ратуру плавлення, що полегшує їх виробництво, а також виготовлення з них виливків.
Залежно від властивостей компоненти можуть утворити між собою або механічного-ську суміш, або тверді розчини, або хімічна сполука. Деякі сплави з тугоплав-ких металів і їх з'єднань виготовляються за допомогою спікання, наприклад тверді сплави для металорізальних інструментів.
Металеві сплави підрозділяють на дві групи: оброблювані тиском і ливарні.
Сплави, оброблювані тиском, повинні мати гарну пластичністю, щоб, не руйнуючись, легко змінювати свою форму при кування, штампування і прокатки.
Ливарними називаються такі сплави, які мають властивості, що дозволяють успішно отримувати з них фасонні виливки складної конфігурації. Чисті метали, як правило, мають гірші ливарні властивості, ніж сплави, і тому порівняно рідко примі-ються для виготовлення виливків.
Сплави прийнято розділяти, як і метали, перш за все на чорні і кольорові, при-ніж в останні входять і легкі сплави. Сплави підрозділяють на групи в залежності від того, який метал є основою сплаву. Найбільш важливими групами сплавів вважаються наступні:
1) чавуни і стали-сплави заліза з вуглецем та іншими елементами;
2) бронзи і латуні - сплави на основі міді;
3) сплави на основі алюмінію;
4) сплави на основі магнію;
5) сплави на основі титану;
6) сплави па основі цинку.
В даний час найбільш широке застосування знаходять сплави першої групи, т. Е. Сплави чорних металів: близько 73% всіх виливків по масі виготовляють з чавуну і около20% - зі сталі. Таким чином, на частку інших груп сплавів доводиться порівняно не-велика частина загальної маси виливків.
У хімічному складі сплаву розрізняють основні елементи (наприклад, залізо і уг-лерод в чавуні і сталі), постійні домішки, наявність яких обумовлено процесом вироб-ництва сплаву, і випадкові домішки, що потрапили в сплав внаслідок тих чи інших причин. Так, в чавуні і сталі, в якості постійних домішок, присутні: кремній, марганець, сірка і фосфор-фор, що виходять при виплавці чавуну з руд в доменних печах. Крім того, кремній і марганець вводяться в рідкий метал для розкислення сталі. Випадковими домішками в чавуні і сталі можуть бути закис заліза, гази (водень, азот і ін.), Неметалеві включення і недо-торие інші речовини. Деякі з домішок є шкідливими. До таких домішок в стали і чавуні відносяться: сірка, фосфор, закис заліза, водень, азот і неметалеві включення. Тому, вони допустимі тільки в дуже невеликих кількостях, тим менших, ніж вище требо-вання до якості сталевих і чавунних деталей.
Чавун є найбільш поширеним матеріалом для виготовлення фасонних виливків. Чавунні виливки по масі становлять близько 80% від загального числа виливків. Широке поширення чавун отримав завдяки хорошим технологічними властивостями і щодо відповідності-ної дешевизні в порівнянні з іншими ливарними сплавами. Область застосування чавуну все болючіше розширюється внаслідок безперервного підвищення його міцності і технологічних характеристик, а також розробки чавунів нових марок зі спеціальними фізичними і ме-ханических властивостями.
Сірий чавун (СЧ) - найбільш дешевий ливарний сплав. Має порівняно високі-ми механічними властивостями, відносно низькою температурою плавлення і дуже гарні-ми ливарні властивості. Жндкотекучесть сірого чавуну значно перевищує вологотекучість стали, що є істотним чинником, що обумовлює отримання якісних виливків, без усадочних раковин, тріщин, жолоблення і інших дефектів. Усадка - 0,9 -1,3%.
Сірий чавун малочувствителен до надрізів, виточками і інших концентраторів напружень.
Сірий чавун має здатність розсіювати вібраційні коливання при пере-сних навантаженнях, тому деталі станин металорізальних верстатів, деталі дизелів, компрес-соров відливають з сірого чавуну, а не зі сталі. Використовувати сірий чавун для деталей машин, що піддаються ударним навантаженням, не можна, так як він крихкий і має низьку пластично-стю.
Сірі чавуни підрозділяють на дві групи: конструкційні чавуни і чавуни зі спеціальними властивостями. Виливки з конструкційних чавунів використовують головним чином для деталей машин. Споживачами чавунного лиття є такі галузі промисловості, як автомобільна, тракторна, сільськогосподарська, машино-, верстатобудування і ін. Визна-ляющим при оцінці якості чавуну для виливків цієї групи є його механічні свій-ства. Виливки малої або середньої міцності (межа міцності до 200-250 МПа) виготовляють з простих чавунів, виливки підвищеної міцності - з низьколегованих і модифікує-ванних.
Для отримання виливків зі спеціальними властивостями використовують такі властивості чу-гуна, як термо-, жаростійкість, корозійна стійкість, спеціальні електромагнітні властивості. У більшості випадків такі виливки виготовляють з низько- і середньолегованих чугу-нів.
Ковкий чавун (КЧ) в основному є конструкційним матеріалом, використовуваним дня виготовлення дрібних тонкостінних виливків (товщина стінок не більше 40 -50 мм) для сільського-господарських машин, автомобілів, тракторів, арматури, фітингів та інших деталей масового виробництва. Особливо доцільне застосування ковкого чавуну в разі, якщо деталь важко відлити з стали, а отримати її обробкою тиском занадто дорого.
Доя ковкого чавуну характерні високі міцність і зносостійкість, середня пла-стичностью, хороші антифрикційні властивості. Однак ковкий чавун володіє більш низькі ливарні властивості, ніж сірий, зокрема зниженою жидкотекучестью, більшою посадив-кою і підвищеною схильністю до утворення тріщин.
За ливарним властивостям високоміцні чавуни (ВЧ) наближаються до сталей, тобто мають знижену жидкотекучесть, підвищену усадку, а отже, підвищену схильність до утворення дефектів ливарного походження. Собівартість виливків з ВЧ нижче на 25% ніж зі сталі. З ВЧ відливають відповідальні важко навантажених деталі: великі коленвали, шестерні, прокатні валки і т.д. що працюють в ударних навантаженнях.
Сталь (15Л, 20Л), як ливарний матеріал, застосовують для одержання виливків деталей, які поряд з високою міцністю повинні володіти хорошими пластичними властивостями, бути надійними і довговічними в експлуатації. Чим відповідальніше машина і важче умови, в яких вона працює, тим більш значна частка сталевих виливків, що йдуть на її изготовле-ня.
Сталеві виливки без ливарних дефектів (усадочних і газових раковин, неметали-чеських включень, тріщин і т.п.) після відповідної термообробки не поступаються за меха-ническим властивостями поковки.
Стосовно до машинобудування ливарні стали умовно можна розділити на три групи: конструкційні (нелегіровані та леговані), інструментальні і стали зі спеціальними властивостями.
З конструкційних сталей в основному виготовляють деталі, які відчувають механи-етичні навантаження, - статичні, динамічні, вібраційні. З інструментальних сталей виготовляють литий інструмент. З сталей із спеціальними властивостями (жароміцні, жаро-, кислотостійкі, корозійно-стійкі та т.д.) виготовляють деталі, що працюють в різні агресивних середовищах, при високих температурах, в умовах складних механічних навантажень.
Процес виготовлення сталевих виливків значно складніше чавунних. Ливарні властивості у стали нижче, ніж у чавуну.
Серед ливарних матеріалів зі сплавів кольорових металів найбільш широке примі-ня знайшли алюмінієві сплави (АЛ2, АЛ5).
Отримання виливків з алюмінієвих сплавів в машинобудівній промислово-сті знайшло широке застосування перш за все завдяки високим питомої міцності, техно-логічності і досить високим фізико-механічними властивостями.
Найбільш високими ливарними властивостями володіють сплави системи алюміній-кремній, так звані силуміни. Ці сплави широко застосовують в автомобільній, авіація-ційної, приладо-, машино-, суднобудівної та електротехнічної промисловості, так як вони мають високі ливарні властивості, достатні пластичністю і механічною міцністю, задовільною корозійною стійкістю. З силуминов отримують виливки деталей складної конфігурації, що працюють при середніх і значних навантаженнях.
Сплави системи алюміній - мідь володіють зниженими ливарні властивості, низькими пластичністю і корозійну стійкість, але добре обробляються різанням. Внаслідок широкого інтервалу кристалізації сплави цієї системи схильні до утворення усадочних тріщин і розсіяною усадочною пористості. Відмітна особливість цих спла-вів - теплопрочность. Основна область застосування - літакобудування.
Складні алюмінієві сплави, що містять мідь і кремній, мають високу жидкотекучестью, корозійну стійкість, гарну зварюваність. Їх застосовують для виготовлення корпусів різних приладів, автомобільних і тракторних поршнів, деталей авіаційних двигунів.
Алюмінієво-магнієві сплави з усіх ливарних алюмінієвих сплавів мають найбільш високі механічні властивості, зниженою щільністю, високими корозії-ційної стійкістю і міцністю. Їх використовують при виготовленні виливків, що зазнають великі вібраційні навантаження або піддаються впливу морської води. Унаслідок великої схильності: до окислення, утворення усадочних тріщин і пухкості, взаємодії з вологою ливарної форми, зниженої жидкотекучести виготовлення відливок з цих сплавів викликає значні технологічні труднощі. Усадка - 0,9 -1,4%.
Латуні (ЛЦ40С-свинцева, Лц40Мц - марганцева) - найбільш поширені мідні сплави, що відрізняються щодо невисокою вартістю, високими механічними та технологічними властивостями. Для фасон-ного лиття, як правило, застосовують сложнолегірованние латуні, прості латуні іспол'зуют рідко. Більшість латуней володіють високими жидкотекучестью, оброблюваністю і сва-ріваемостью, що дозволяє використовувати їх в якості замінників олов'яної бронзи.
Олов'яні бронзи (Бр03Ц12С5) широко застосовують для виготовлення литий арматури, подшип-ників, шестерень, втулок, що працюють в умовах інтенсивного стирання, підвищеного тиску-ня води і пари. Олов'яні бронзи мають хороші ливарні властивості, що дозволяють отримувати складні по конфігурації виливки. Усадка 1,25-1,6%, хороша текучість, але схильні до утворення розсіяною усадочною пористості ..
Безолов'яні бронзи (БрА9Мц2Л) за деякими властивостями перевершують олов'яні і з успіхом можуть бути використані як замінника останніх. Вони мають більш високими механічного-ськими, корозійними і антифрикційними властивостями. Однак ливарні властивості їх гірше, нижче вологотекучість, вище схильність до окислення, значна лінійна усадка (2-3%). Найбільш широко застосовують алюмінієві, марганцеві та крем'яні бронзи.
Виробництво виливків з титанових сплавів є однією з перспективних галузей лиття, так як сплави на основі титану відрізняються малою щільністю, високими питомою міцністю, фізико-механічними властивостями і опором корозії. Титанові спла-ви мають високу жндкотекучест'ю, мало схильні до утворення гарячих тріщин і лока-лізованних усадочних раковин. Однак виготовлення відливок з титанових сплавів викликає великі технологічні труднощі, обумовлені активним взаємодією рідкого рас-плаву з усіма використовуваними в даний час для виготовлення ливарних форм матеріалу-ми. Піщано-глинисті форми для отримання фасонних виливків з титану і його сплавів НЕ-придатні, так як титан дуже активно взаємодіє з матеріалом форми, легко окислюється. Задовільним матеріалом для ливарних форм є графіт, але слід враховувати, що вартість його досить висока. Більш дешевими є оболонкові форми, виготов-лені з суміші високовогнетривких нейтральних оксидів із застосуванням в якості связующе-го фенолформал'дегідной смоли. Недолік цих форм - забруднення поверхні виливків продуктами взаємодії титану з матеріалом форми.