1 Литейные сплавы

К металлам и сплавам, используемым для изготовления отли­вок, предъявляют следующие требования:

1) состав их должен обеспечивать получение в отливке за­данных физических, физико-механических, физико-химических (химических) свойств;

2) свойства и структура должны оставаться стабильными в течение эксплуатации отливки;

3) обладать хорошими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, хорошей герметичностью, малой склонностью к образованию трещин и поглощению газов и др.);

4) легко обрабатываться режущим, абразивным или иным ин­струментом и хорошо свариваться;

Удовлетворение всем перечисленным требованиям является очень трудной, а подчас, в условиях реального производства, не­выполнимой задачей. Поэтому при выборе сплава для тех или иных литых изделий руководствуются одним или группой требований, которым подчиняются другие, имеющие для данных условий второстепенное значение.

Литые изделия широко используют там, где необходимо обе­спечивать высокие требования в отношении прочности, твердости, плотности, упругости, пластичности, сопротивления истираемости, малой хрупкости, высокой вязкости, жесткости, теплопровод­ности, теплового расширения, плавкости, теплоемкости, жаро­прочности, жаростойкости, электропроводности, электросопротив­ления, магнитных свойств, сопротивления воздействию агрессив­ных сред и т. п.

Особенности плавления.

При нагревании металлов и сплавов от обычной температуры до температуры плавления происходит непрерывное поглощение энергии, которая расходуется на увеличение интенсивности колебаний и движений. До какого-то момента времени каждый атом находится на своем обычном месте и окружен соот­ветствующим числом ближайших атомов, расположенных на рас­стояниях, примерно соответствующих совершенной структуре. Но наступает момент, когда эти расстояния нарушаются или у ато­ма изменяется число соседних атомов.

При плавлении нарушаются термодинамическая устойчивость кристаллических решеток и характерный для твердого состояния порядок расположения атомов (молекул или ионов). В результате твердые кристаллические тела теряют постоянство формы, проис­ходит скачкообразное изменение (увеличение) внутренней энер­гии, объема и некоторых других физических свойств металлов и сплавов. Сплавы, в отличие от однокомпонентных ве­ществ, плавятся в некотором интервале температур, зависящем от их состава и давления.

С повышением температуры колебательные движения увели­чиваются и твердое тело, проходя через область неустойчивых со­стояний, превращается в жидкое. Чтобы этот процесс мог завер­шиться полностью, в рабочее пространство печи должно поступать количество теплоты, необходимое для обеспечения отрыва атомов от их обычного равновесного положения и для компенсации раз­личных потерь теплоты сопутствующих плавлению процессов.

Легирование. Легирование — это введение в расплавленные или твердые металлы легирующих материалов для получения сплава заданного химического состава с целью придания ему определенных требуе­мых свойств.

Общим (объемным) легированием называют введение легирую­щих материалов в жидкий металл и равномерное распределение их в объеме. Поверхностным легированием называют введение легирующих материалов в поверхностные слои затвердевшей или затвердевающей отливки. Легирующими материалами могут слу­жить технически чистые элементы, преимущественно металлы.

Модифицирование. Модифицированием называют процесс преднамеренного из­менения структуры литого металла и сплава под воздействием специально вводимых очень малых добавок (модификаторов). Модификаторы способствуют кристаллизации структурных со­ставляющих в округлой форме, значительному их измельчению и равномерному распределению по всему объему.

В одних случаях мелкозернистая структура получается в ре­зультате действия модификаторов на число зародышей, в других — вследствие уменьшения скорости роста кристаллов. Модифици­рование — мощное средство влияния на различные свойства ли­тейных сплавов.

Структуру металлов и сплавов при их кристаллизации модифи­цируют с помощью:

1) тугоплавких частиц, которые ис­кусственно увеличивают число зародышей;

2. поверхностно-активных элементов, адсорбирующихся на гранях растущих кристаллов и создающих при этом «барьер» между растущими кристаллами и жидкостью;

Литейные свойства. Не все сплавы в одинаковой степени пригодны для изготовле­ния фасонных отливок. Из одних сплавов без особого труда можно получить отливки сложной конфигурации и соответствующих свойств, из других получение отливок сопряжено с большими технологиче­скими трудностями.

Возможность получения доброкачественных тонкостенных от­ливок, сложных по форме или больших по размерам, без раковин, трещин, пригара и других литейных дефектов предопределяется литейными свойствами сплавов.

К основным литейным свойствам относятся следующие:

1. жидкотекучесть — способность металлов и сплавов в жид­ком состоянии заполнять формы и точно воспроизводить в отливке ее очертания;

2. склонность к поглощению газов и образованию по этой причине дефектов в отливках:

3. склонность к образованию неметаллических включений;

4. усадка и склонность к образованию усадочных раковин и пор;

5. склонность к ликвации;

6. склонность к образованию в результате кристаллизации макро- и микроструктуры;

7)склонность к образованию литейных напряжений и трещин.

Жидкотекучесть проявляется в способности металлов и сплавов в жидком состоянии течь по литейной форме, заполнять ее полости и четко воспроизводить все контуры отливки. Жидкотекучесть зависит от многих физических и физико-химических свойств сплава.

1. Газы в литейных спла­вах в одних случаях являются вреднейшими примесями, а в дру­гих используются для получения высококачественных плотных от­ливок и даже для улучшения ряда свойств (например, прочности, твердости, жаропрочности и др.)