2.1 Физические основы производства отливок

2.1.1 Процесс образования отливки является общим для всех способов литья. После заливки расплавленного металла в форму он охлаждается и затвердевает с образованием кристаллической структуре. Процессы кристаллизации при формировании отливки аналогичны образованию стального слитка в изложнице.

Зародышами кристаллизации являются примеси и комплексы кристаллических решеток. Кристаллизация начинается около поверхности формы и продолжается по направлению теплоотвода (во внутрь отливки). Скорость затвердевания по сечению отливки неравномер­на. Максимальная скорость у поверхности, где и формируется на­иболее мелкозернистая структура отливки, а, следовательно, эта часть имеет повышенные механические свойства.

При неправильно выбранной конструкции возможно снижение механических свойств отливки из-за неудачно расположенных кристаллов. Например, в местах стыке столбчатых кристаллов, рас­тущих от резных поверхностей, металл имеет пониженные свойства.

Процесс формирования отливки сопровождается усадкой с образованием усадочной раковины. При этом следует учитывать, что усадочная раковина наиболее загрязненная часть отливки.

При затвердевании и охлаждений отливки растворимость газов в металле уменьшается и в результате их выделения в те­ле отливки образуются газовые раковины и поры. Кроме того, возникающие внутренние напряжения в результате ускоренного охлаждения, могут приводить к короблению отливки и появлению трещин.

2.1.2 Основными литейными свойствами сплавов являются жидкотекучесть, усадка, ликвация.

Жидкотекучестью называется способность расплавлен­ного металла заполнять и точно воспроизводить рельеф литейной формы. При плохой жидкотекучести образуется недолив, особенно в местах тонких стенок. Минимальная толщина стенок отливок, обеспечивающая качественную заливку металла (хорошую жидкотекучесть) составляет для чугуна 2,5-6,0 мм, для стали 4-7 мм, бронзы 2-4мм.

Усадкой называют свойство металла при затвердевании и охлаждении уменьшаться в объеме и линейных размерах. Для серого чугуна усадка составляет 1,0%, для стали 2,0%, цветных метал­лов 1,5%.

Линейная усадка вызывает коробление, напряжение, трещины. Объемная усадка приводит к образованию усадочных ра­ковин и рыхлости. При конструировании отливок необходимо учиты­вать влияние усадки. Предусматривать в отливках галтели, плав­ные переходы, ребре жесткости, прибыли и т.д.

Ликвация - это неоднородность химического состава в различных частях отливки. На ликвацию влияет химсостав сплава, скорость охлаждения отливки. В крупных отливках охлаждения сплава медленное и ликвация развивается больше, чем в тонкостенных.

При конструировании отливок и разработке технологического процесса необходимо учитывать вли­яние ликвации - обеспечивать равномерность стенок и направление затвердевания снизу-вверх, при этом ликвирующие при­меси будут скапливаться в прибыли, а не в теле отливки.

Вопросы для самоконтроля

1. Какими явлениями сопровождается процесс образования отливки?

2. Как влияют особенности кристаллизации металла отливки на ее свойства?

3. Какими литейными свойствами характеризуются металлы?

4. На какие конструктивные параметры отливки влияет жидкотекучесть металла?

5. Чем сопровождается объемная и линейная усадка металла отливки?

6. Как необходимо конструировать отливку и схему ее затвердевания с учетом ликвации примесей в жидком металле?