6.2.5. Литейные сплавы

Основными технологическими свойствами, которыми должны обладать металлические сплавы, являются жидкотекучесть, малая усадка при кристаллизации. небольшая ликвация. Жидкотекучесть - способность расплавленного металла заполнять самые тонкие части формы. Жидкотекучесть чугуна улучшается с повышением в нём концентраций кремния, фосфора, углерода. Жидкотекучесть, естественно, зависит от температуры металла перед заливкой в форму. Усадка - уменьшение объёма сплава при кристаллизации. Величина усадки зависит от состава сплава, скорости его охлаждения. При большой усадке в отливках возникают внутренние напряжения, которые могут привести к образованию трещин; при усадке образуются усадочные раковины, рыхлость в местах позднего застывания металла. Заметно ухудшает качество отливок ликвация - возникновение химической неоднородности сплава в результате перемещения легкоплавких составляющих сплава в процессе кристаллизации в наиболее массивные части отливки. В стальных и чугунных отливках больше всего ликвируют Р, С, S.

Около трёх четвертей всех отливок получают из чугунов: серого, легированного, ковкого и высокопрочного. Наиболее распространённым сплавом является серый чугун: он дёшев, обладает хорошей жидкоподвижностью, малой ликвацией и небольшой усадкой. Отливки из него хорошо обрабатываются на металлорежущих станках.

Механические свойства чугуна зависят не только от его химического состава (содержания Si; Mn; S; Р; С, легирующих элементов Cr; Mo; Ti; V и др.), но и от формы выделения углерода. Прочность изделий из чугунов заметно меньше прочности стальных. Это объясняется тем, что при медленном охлаждении из чугуна выделяется углерод в форме пластинок графита^*, каждая из которых является по существу микротрещиной.

С целью повышения прочности чугунных отливок часто производят модифицирование чугуна - вводят в его состав небольшое количество специальных присадок -модификаторов; чаще всего это магний. В этом случае при охлаждении чугуна графит выделяется в форме глобулей. Высокопрочный чугун рекомендуется применять при изготовлении ответственных отливок сложной формы (коленчатых валов, зубчатых колёс, корпусов насосов и др.).

В литейном производстве более 90% чугунов выплавляют в шахтных печах - вагранках. Применяют также плавку в индукционных и дуговых печах (для чугунов высокого качества).

По сравнению с чугуном сталь обладает худшими литейными свойствами: жидкотекучесть примерно в два раза меньше, а усадка - в два раза больше. Однако стальные отливки превосходят чугунные по механическим свойствам, особенно по пластичности и ударной вязкости. Часто с целью придания отливкам специфических свойств сталь легируют. Стальные отливки обычно подвергают отжигу или нормализации для снятия внутренних напряжений.

Большое распространение имеют отливки из сплавов меди - бронзы и латуни. Их применяют для деталей, которые должны обладать хорошей износостойкостью, антифрикционными свойствами, высокой коррозионной стойкостью.

Для плавки бронз и латуней чаще всего используют электрические дуговые и индукционные печи.

К литейным алюминиевым сплавам относятся двойные сплавы алюминия с кремнием (силумины), а также сплавы, содержащие Si, Сu, Mg, Ni и другие компоненты. Алюминиевые литейные сплавы имеют хорошие литейные свойства.

Отливки высокой прочности из магниевых сплавов широко применяются в приборостроении, авиационной промышленности и других отраслях машиностроения. Наибольшее применение имеют литейные магниевые сплавы с Al, Mn, Zn и редкоземельными элементами. Выплавку сплавов проводят в тиглях, индукционных печах, открытых и вакуумных, электрических печах сопротивления.