3.2. Требования к литейным материалам

Имеется три основных требования, которым должны удовлетворять

литейные материалы: 1) жидкотекучесть; 2) величина усадки при

затвердевании и охлаждении; 3) склонность к ликвидации, т.е. химической

неоднородности, возникающей в процессе кристаллизации.

Жидкотекучесть определяют по длине канала, который заполняется

металлом при температуре разливки. Этот параметр не очень точно измеряется,

так как зависит от скорости заполнения изложницы, состояния ее поверхности,

теплопроводности материала, начальной температуры разливки. На

жидкотекучесть влияет содержание фосфора, серы и углерода. Наиболее резко

влияющим фактором является температура. Повышение температуры на 1000С

увеличивает жидкотекучесть примерно в два раза.

Усадка. Различают литейную и объемную усадку: Dl=[(l0 – lк)/l0]×100 и

Dv=[(v0-vк)/v0]×100, причем Dvº3Dl.

Литейная усадка серого чугуна 1%, стали 2%, меди – 1,5%. Наиболее

интенсивным средством борьбы с усадочными раковинами является

использование прибыльных надставок.

Ликвация зависит от величины температурного интервала кристаллизации

и условий перемешивания.

Прочность литейных материалов.

Механические свойства чугуна зависят от распределения графита и

структуры металлической основы. Чем больше в чугуне графита, тем в большей

степени он теряет свою прочность. Наиболее желательная структура – перлит,

т.е. чугун с 0,8% С, когда углерод связан в цементит Fe3C.

Получение нужной структуры определяется соотношением концентраций

углерода и кремния, а также регулируется скоростью охлаждения. Для

устойчивости перлита, этой более прочной структурной составляющей, чугун

модифицируют. При этом, несмотря на более быструю кристаллизацию, чугун

частично графитизируется, а металлическая основа в более широком интервале

скоростей охлаждения и толщины отливок остается перлитной.

При модифицировании чугуна магнием, либо церием, графит выделяется в

шаровидной форме. Прочность чугуна с шаровидным графитом более высокая.

Она составляет 500-600 МПа _鐇鐇鐇鐇при10испытаниях на растяжение.

Плавка чугуна.

Плавка чугуна производится в вагранках и индукционных печах. Следует

подчеркнуть, что при плавке в индукционных печах возможно свободно

регулировать и температуру и состав. Рекомендуемая температура плавки

чугуна, используемого для отливки мелких деталей, примерно 13500С, а для

крупных деталей ~12600С.

3.3. Литейные стали

В машиностроении применяют три группы литейных сталей:

конструкционные, инструментальные и стали со специальными свойствами.

К литейным конструкционным сталям относятся низко- и

среднеуглеродистые, а также легированные со структурой ферритно-

перлитного и перлитного классов. Их используют для изготовления

нагруженных деталей (при статических, динамических и вибрационных

нагрузках). Инструментальные стали (высокоуглеродистые и легированные

стали перлитного, мартенситного и карбидного классов) используют для

режущего, штамповочного и мерительного инструмента.

Стали со специальными свойствами (жаропрочные, износостойкие и др.)

обычно имеют структуру ферритного и аустенитного классов. Из них

выплавляют литые изделия, работающие в условиях высоких нагрузок при

повышенных температурах.

Выбивка и очистка деталей производится на пневматических решетках.

Очистка производится дробеструйными аппаратами, наждаками и газовой

резкой, закрытыми пескоструйными агрегатами.

Вес остальных отливок может достигать 300 тонн.

Качество литой стали почти такое же, как у кованой. Кованая сталь после

грамотной термообработки обладает лучшими свойствами.

Брак литья.

Один из видов брака – заливы из-за излишнего зазора между опоками;

коробление – из-за неравномерности толщины стенок отливок; корольки –

капли холодного металла. Так, в чугуне возникают капли отбеливающиеся на

стенках.

Брак в виде спаев появляется при перерывах в ходе заливки и низких

температурах. Недолив – неполное заполнение формы в результате наличия

газов и низкой жидкотекучести. Газовые раковины – причина их недостаточная

газопроницаемость, влажность. Усадочные раковины – возникают при

неудачной конструкции питания отливки и заливке металла со слишком

высокой скоростью. Шлаковые раковины появляются из-за неправильной

конструкции литниковой системы. Брак по возможности устраняется наваркой,

сваркой, металлизацией.

Основными трудностями при получении стальных отливок является

возникновение газовых раковин, при неправильном раскислении сталей, и

наличие литейных напряжений. Для снятия литейных напряжений и улучшения

структуры литых стальных изделий, стали подвергают рекристаллизации

(методами диффузионного отжига) либо нормализации, если требуется

повышение механических свойств. Стальные изделия отливают нормального,

повышенного и особого качества, что определяется содержанием вредных

примесей (т.е. серы и фосфора).