 |
Основные свойства литейных сплавов и их влияние на качество отливок
|
|
|
|
К основным свойствам литейных сплавов относят следующие:
Ø Жидкотекучесть - это способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить ее очертания в отливке.
Жидкотекучесть определяют по длине пути, пройденному жидким металлом до затвердевания. Чем длиннее пруток, тем больше жидкотекучесть. Высокую жидкотекучесть (>700 мм) имеют силумины, серый чугун, кремнистая латунь;
среднюю жидкотекучесть (350-340 мм) имеют углеродистые стали, белый чугун, алюминиево-медные и алюминиево-магниевые сплавы;
низкую жидкотекучесть имеют магниевые сплавы.
С повышением температуры сплава жидкотекучесть увеличивается.
Ø Кристаллизация - это процесс перехода от жидкого состояния расплава к твердому состоянию с образованием структуры. Кристаллизация сплава происходит в направлении перпендикулярном поверхности теплоотвода. Скорость кристаллизации меняется от максимальной у поверхности до минимальной в центре стенки отливки.
Для создания равномерной кристаллической структуры желательно уменьшить толщину отливки. Наилучшие свойства имеют сплавы при мелкокристаллической (мелкозернистой) структуре. Изменением скорости охлаждения невозможно достигнуть равномерной структуры. С целью получения мелкозернистой структуры в сплавы вводят особые добавки - модификаторы для силумина АЛ -2 - натрий, для серого чугуна - магний.
Процесс кристаллизации и кристаллическое строение отливки зависят от ее формы, температуры заливки сплава, от марки сплава, от вида литейной формы.
Ø Усадка - свойство металлов и сплавов уменьшать свои размеры и объем при затвердевании и охлаждении. При затвердевании отливки выделяются также ранее растворенные расплавом газы. Усадка может способствовать образованию усадочных раковин, а выделяющиеся при охлаждении отливки газы способствуют образованию газовых раковин.
|
|
|
В затвердевшем сплаве окислы, нитриды, более тугоплавкие соединения и др., являются телами, нарушающими сплошность и единообразие его структуры. Неметаллические включения неблагоприятно сказываются на физико-химических свойствах.
Ø Ликвация. При охлаждении сплава в форме вследствие неодинаковой удельной массы, неодинаковой температуры кристаллизации составляющих сплава в отдельных участках возникает химическая неоднородность - ликвация. Ликвация зависит от скорости охлаждения большая скорость охлаждения способствует получению более однородного по химическому составу отливки, к получению отливки с лучшими механическими свойствами.
Литейные сплавы и их характеристика
o Чугун - многокомпонентный сплав железа с углеродом и другими компонентами (углерода 2-4%).На характер кристаллизации чугуна влияют содержание элементов (C, Si, Mn, P, S) и скорости охлаждения. При этом структура и свойства чугунов различны:
- если весь углерод кристаллизуется в виде графита, а металлическая основа в виде феррита, то получают серый чугун,
-если же весь углерод кристаллизуется в составе цементита Fe3C, то получают белый чугун.
В половинчатом чугуне находятся одновременно графит и свободный цементит. Получающиеся при кристаллизации структуры можно существенно изменить последующей термообработкой.
Чугун широко применяют благодаря хорошим технологическим свойствам (хорошая жидкотекучесть и обрабатываемость резанием) и малой относительной стоимости.
o Стали - железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2% С. Кроме углерода в сталях содержатся Mn, Si, S, P, N, H, O и другие элементы. Стали с добавкой Cr, Ni, Mo, V, W имеют особые физические, физико-химические свойства или повышенную прочность. В производстве применяют три группы литейных сталей: конструкционные, инструментальные и легированные. Литейные свойства сталей ниже литейных свойств чугунов, легированные стали имеют плохие литейные свойства. При усадке получают раковины и пористость.
|
|
|
Плотные (без пор и раковин) отливки получают при правильной их конструкции, то есть когда есть прибыль или обеспечено направленное затвердевание. Усадка в твердом состоянии может вызвать горячие или холодные трещины, коробление отливок, высокие внутренние напряжения и изменение литейных размеров.
o Алюминиевые сплавы – сплавы, основной составной частью которых является алюминий. В качестве дополнительных компонентов, создающих те или иные специфичные технологические свойства, применяют кремний, медь, магний, титан, натрий, марганец.
Добавка кремния улучшает литейные свойства, добавка меди улучшает обрабатываемость резанием, магний увеличивает коррозионную стойкость и прочность.
o Магниевые сплавы - сплавы на магниевой основе и в зависимости от требуемых свойств содержащие добавки: марганец, алюминий, цинк, цирконий и другие редкоземельные элементы. Литейные свойства удовлетворительные.
o Медные сплавы - сплавы не медной основе с добавками различных элементов; различают две основные группы медных сплавов:
латуни - сплав меди с цинком;
бронзы - сплав меди с другими (Кроме цинка) элементами.
Литейные свойства - удовлетворительные.
o Титановые сплавы - сплавы на основе титана, содержащие добавки, которые создают особые свойства. Литье этих сплавов связано с большими технологическими трудностями (из-за активного взаимодействия расплава с материалами формы).
Базы, черновые и чистовые
Для определения расположения поверхностей деталей пользуются базовыми плоскостями (базами). В качестве базовых плоскостей принимают необрабатываемые (черновые базы) или обрабатываемые (чистовые базы) поверхности.
Базы делят на конструкционные и технологические. Литейные базы относят к технологическим.
Литейными базами служат необрабатываемые поверхности или их оси. От этих плоскостей проставляют размеры до всех необрабатываемых и до базовых обрабатываемых (чистовых баз) поверхностей.
|
|
|
В простых деталях базами могут быть различные опорные поверхности и плоскости разъема (исключая плоскость разъема форм) в более сложных корпусных деталях, литейными базами могут служить оси цилиндрических отверстий (поверхностей).
Правильный выбор литейной базы во много упрощает техпроцесс изготовления модели и отливки, а также последующие операции механической обработки отливки.
При выборе литейных баз исходят из рекомендаций:
1. Размеры литейной базовой поверхности должны быть возможно меньшими, тогда коробление её будет минимальным, следовательно, допуск на базовый размер будет меньше;
2. Точность сборки литейной формы не должна влиять на точность положения литейной базы;
3. Литейные базовые поверхности должны образовываться одной половиной литейной формы, чтобы исключить влияние перекоса половин;
4. Для каждой из трех осей координат назначают только одну литейную базовую поверхность; вводить две литейные базы и более на рекомендуется;
5. Для выполнения всех операций изготовления детали (до сборки изделия) стремятся пользоваться одной и той же базой; этим достигается наибольшая точность изготовления изделия.
При невозможности назначения общей базы для литья и механической обработки, для последующей механической обработки назначают свою базу. При этом литую базу связывают по каждой оси координат с базой механической обработки; расстояние между этими базами должно быть минимальным.
Если в конфигурации детали отсутствуют плоскости, удовлетворяющие этим условиям выбора баз, следует делать специальные технологические приливы, поверхности которых принимают за базы. Если такая база не может обеспечить операции механической обработки, то выбирают новую базу.
Новая база по своим размерам должна быть такой, чтобы можно было получить надежное, прочное крепление детали на станке. Базирующая поверхность должна быть прочной и не должна деформироваться от воспринимаемых ими усилий, вызываемых при резании металла.
|
|
|
На чертежах деталей это выражается определенной системой простановки размеров.
После определения литейных с ними связывают размерами всех необрабатываемых поверхностей, не допуская при этом простановки размеров цепочкой. По каждой оси координат литейные базы связывают с базами механической обработки так, чтобы на чертеже литой детали их было не более трех (по одному размеру оси каждой из трех литейных баз, соответствующих трем осям координат).
Проставлять два и более размера между необрабатываемой и обрабатываемой поверхностями в направлении одной и той же координатной оси не рекомендуется, так как все они, кроме одного, проставленного от литейной базы, являются замыкающими размерной цепи и допуски будут суммироваться. Например:
1 вариант (лучший)
Литейная база А связана с базой механической обработки В размером «а». Необрабатываемые поверхности Б и Д связанные с литейной базой А соответственно размерами «б» и «в». Механически обрабатываемая поверхность Г связана размером «с» с базой механической обработки В. Замыкающим размером является толщина фланца, которая по величине будет колебаться в пределах суммы допусков на два размера «а» и «б». Для «е*» двух размеров «а» и «г».
2 вариант (допустимый)
Литейная база А связана с базой механической обработки В размером «а» и с необрабатываемыми поверхностями Б и Д размерами «б» и «в». База механической обработки В связана с обрабатываемой поверхностью Г размером «г». Замыкающим размером является высота приливов «е» между Г и Б. Величина приливов «е» будет колебаться в пределах суммы допусков на три размера: («а» + «б») и «г».
3 вариант (недопустимый)
3 вариант (недопустимый)
Литейная база - А.
База механической обработки - В.
Необрабатываемые поверхности Б и Д связаны с литейной базой размерами «б» и «в». назначенными цепочкой. Замыкающим размером будет также высота приливов «е». Но пределы колебания размера «е» теперь будут состоять из суммы допусков на все четыре размера: («а» + «б» + «в») и «г», что может привести в процессе механической обработки к срезу приливов с захватом поверхности Б и нарушению размера «в».
|
|
|
