Литейные свойства сплавов

Качество отливок определяется литейными свойствами сплавов.

Жидкотекучесть – способность металлов и сплавов заполнять в расплавленном состоянии все полости литейной формы и точно воспроизводить ее очертания. Для измерения жидкотекучести применяют заливку технологической пробы – спирали сечением 0,56 см². Степень жидкотекучести оценивается по длине получившейся спирали.

Усадка – уменьшение линейных размеров и объема сплава при затвердевании. Различают линейную и объемную усадку. Усадка зависит от химического состава сплава, степени его перегрева, скорости охлаждения сплава, конфигурации отливки и конструкции формы. Усадочные раковины (крупные пустоты) и усадочная пористость (скопление мелких пустот) образуются в массивных местах отливки, которые затвердевают в последнюю очередь без подпитки расплавленным металлом. Для их устранения предусматривают: подпитку (поступление) жидкого металла из прибылей (дополнительных объемов расплавленного металла); принудительное охлаждение массивной части отливки, для выравнивания скорости охлаждения массивной и тонкой частей отливок.

Трещиностойкость – способность сплава противостоять образованию трещин в отливках. При неравномерном по объему охлаждении отливки усадка крупных и мелких частей отливки происходит неравномерно, возникают большие внутренние напряжения. Они могут привести к короблению отливки (изменению формы и размеров) и появлению трещин. Горячие трещины образуются в период кристаллизации отливки, холодные трещины – в затвердевшем сплаве при охлаждении.

Газопоглощение. В расплавленном состоянии металлы обладают способностью активно поглощать различные газы из атмосферы. При затвердевании газы выделяются из сплава и образуют газовые раковины и поры. Для борьбы с этим явлением плавку можно проводить под слоем флюса или в среде инертных газов. Необходимо просушивать готовые формы и уменьшать влажность формовочной смеси.

12.2. Литье в песчано - глинистые формы

Операции технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах показаны на рис. 12.1. Для изготовления литейной формы необходимы модельный комплект и формовочная смесь.

Модельный комплект: модели, подмодельные, подопочные и сушильные плиты, стержневые ящики, опоки и др. С помощью модели в песчаной форме получают внутреннюю полость, соответствующую конфигурации отливки. В стержневом ящике изготовляют стержни для образования внутренних полостей отливки. Модели и стержневые ящики делают цельными или разъемными, что облегчает выемку модели из формы и стержня из ящика. Опоки – металлические рамы, служащие для удержания формовочной смеси и сборки литейной формы. Подопочные плиты предназначены для установки опок и готовых форм под заливку. Модельный комплект изготовляют по чертежам детали. В размерах модели и стержня должны учитываться припуски на механическую обработку и линейную усадку металла. Материалом для моделей и стержневых ящиков служат дерево, металл или пластмасса.

На рис. 12.2 показана схема изготовления литейной формы для получения втулки 1. Форма собирается из двух полуформ, полученных набивкой формовочной смеси в парные опоки 5 и 6. Для изготовления верхней и нижней полуформ используют разъемную модель 2. Отверстие в отливке 9 получают с помощью стержня 4, изготовленного в стержневом ящике из более прочной (стержневой) формовочной смеси. При сборке формы стержень устанавливают в углубления (гнезда), образованные в форме стержневыми знаками 3 на модели 2. Воздух и газы удаляются через выпор 8. Готовую отливку извлекают, отрезают литники, очищают поверхность от остатков формовочных материалов и направляют на механическую обработку.

Металл заполняет форму через литниковую систему (рис. 12.3). Она обеспечивает: подвод металла к внутренней полости формы и ее заполнение с требуемой скоростью (стояк 2, питатели 4); вывод газов и паров из формы (выпоры 6); постоянную подпитку отливки при затвердевании; задержание шлака, неметаллических включений на входе в форму (фильтр 7, шлакоуловители 3).

Формовочные смеси – материалы, из которых изготовляют литейные формы.

Технологические свойства смесей. Прочность – способность смеси сохранять форму без деформаций при заливке металла. Пластичность – способность смеси воспринимать очертания модели.

Непригораемость – способность смеси выдерживать высокую температуру заливаемого сплава без плавления или химического взаимодействия с ним. Газопроницаемость – способность смеси отводить газы через стенки формы. Податливость – способность формы и стержней деформироваться при усадке отливки.

Формовочные смеси состоят из наполнителя (песок, бывшие в употреблении смеси), связующего материала (глина), антипригарных добавок (каменноугольная пыль, графит, борная кислота и др.). На поверхности форм и стержней наносят краски (кремниевые или циркониевые) и пасты, которые увеличивают их термическую стойкость и поверхностную прочность. Выбор состава смеси зависит от состава сплава, который используют для отливок. Приготовление смеси начинают с подготовки материалов. Кварцевый песок промывают, сушат. Глину и уголь тонко измельчают, сушат. Отработанную смесь восстанавливают: спекшиеся куски дробят и пропускают через магнитный сепаратор для отделения металлических включений. Компоненты смешивают в нужных пропорциях. Смесь направляется в бункер-отстойник для выдержки (выравнивание влажности по объему). Готовую формовочную и стержневую смеси подают к месту формовки. Ручная формовка малопроизводительна, трудоемка, имеет ограниченное применение. При машинной формовке механизируются операции засыпки, уплотнения смеси в опоке и извлечения модели из формы и т. д. По способу уплотнения формовочной смеси в опоках формовочные машины делят на вибрационные, прессовые, вакуумные, пескометные и др.

Температура заливаемого металла должна быть выше температуры плавления не более чем на 50–150 °С. Охлаждение отливки длится от минут до нескольких суток, в зависимости от массы. Далее производится извлечение отливки из формы – выбивка (форма разрушается). Эта трудоемкая операция, вручную проводится при единичном производстве мелких отливок. На операции обрубки у отливок удаляют литники, прибыли, выпоры, заливы по периметру стыка полуформ и т. д. Обрубка производится пневматическими зубилами, ленточными и дисковыми пилами, газовой резкой и другими способами. Очистка отливок – удаление пригара, остатков формовочной и стержневой смесей с поверхности производится в галтовочных барабанах с абразивом, дробеструйных камерах, химической или электрохимической обработкой.