Основные теоретические представления

Производительность и качество изготовления деталей зависит от технологичности материала. Технологические требования направлены на обеспечение наименьшей трудоемкости изготовления деталей и конструк­ций. Одно из важных технологических свойств металлов - это возможность получать отливки без внутренних и внешних дефектов. Для получения ка­чественных отливок жидкий сплав должен давать четкий отпечаток фор­мы, не содержать неметаллических включений и иметь возможно меньшее количество растворенных газов и вредных примесей. Способность металла заполнять полость литейной формы, воспроизводить полностью и точно ее очертания называется жидкотекучестью.

Различают жидкотекучесть, как свойство сплава, и заполняемость форм. Заполняемость форм зависит от свойств сплава (вязкости, поверхно­стного натяжения, теплоты кристаллизации и др.), свойств литейной фор­мы (материала, шероховатости стенок, теплопроводности, газопроницае­мости и т.п.) и условий заполнения формы (напора металла, конструкции литниковой системы и др.). Жидкотекучесть сплава определяется только совокупностью его физических, химических и физико-химических свойств.

При определении жидкотекучести необходимо исключить влияние на заполняемость всех остальных факторов, сделав их постоянными.

Различают нулевую, истинную, условно истинную и практическую жидкотекучесть. Нулевой называется жидкотекучесть, характеризующая такое состояние сплава, при котором он перестает течь. Явление нулевой жидкотекучести наблюдается при образовании определенного количества кристаллов в затвердевающем металле. У чугуна нулевая жидкотекучесть наступает при 30% твердой фазы, а у стали - при 20%.

Истинная жидкотекучесть сплавов определяется при одинаковом на­греве их выше нулевой жидкотекучести, при которой сплав теряет под­вижность. В практических условиях трудно определить температуру ис­тинной жидкотекучести, поэтому определяют не истинную, а условно ис-

тинную жидкотекучесть сплавов при одинаковом перегреве их выше тем­пературы ликвидуса.

Под практической понимают жидкотекучесть сплавов при постоян­ной температуре заливки. В этом случае перегрев выше температур ликви­дуса и нулевой жидкотекучести для различных сплавов неодинаков. На ри­сунке 1 изображены схемы, дающие наглядное представление о различных видах жидкотекучести сплавов.

T,°C

Содержание компонента, °/о

Рис. 1. Схема, характеризующая различные виды жидкотекучести: 1 - нулевая жидкотекучесть, 2 - истинная жидкотекучесть, 3 - условно истинная жидкотекучесть,

4 - практическая жидкотекучесть

Влияние физических свойств сплавов на жидкотекучесть сводится в основном к следующему. Характер кристаллизации сплавов определяет разветвленность дендритов. Чистые металлы, эвтектические сплавы и хи­мические соединения, кристаллизующиеся при постоянных температурах с минимальным развитием двухфазной области, образуют малоразветвлен-ные дендриты обладающие большей истинной жидкотекучестью. Сплавы кристаллизующиеся в интервале температур, для которых характерны большое развитие двухфазной области и сильная разветвленность дендри­тов твердой фазы, обладают меньшей жидкотекучестью.

С увеличением интервала кристаллизации истинная жидкотекучесть сплавов уменьшается. В то же время можно ожидать некоторого увеличе­ния практической и условно истинной жидкотекучести, так как у сплавов вплоть до температуры нулевой жидкотекучести сохраняется подвиж­ность.

Большое влияние на жидкотекучесть оказывают также состав и свойства жидкого металла. Однородные сплавы и чистые металлы облада­ют более высокой жидкотекучестью, чем неоднородные сплавы и химиче­ские соединения.

Чугун при повышенном содержании углерода и кремния, по сравне­нию со сталью, обладает хорошей жидкотекучестью, вследствие уменьше­ния двухфазной области и появления в структуре эвтектики. Повышение содержания кремния в стали резко увеличивает ее подвижность, особенно резкое повышение жидкотекучести наблюдается у среднеуглеродистой стали при изменении содержания кремния с 0,25 до 0,45 %, что является результатом более полного раскисления. Повышение содержания марганца до 2 % не оказывает заметного влияния на жидкотекучесть, однако у высо­комарганцовистой стали Г13Л жидкотекучесть очень высокая, что позво­ляет снизить температуру ее разливки до 1450-1500 °С.

Прибавление до 3-4 % меди и никеля к углеродистой стали повыша­ет жидкотекучесть. Присадка небольших количеств молибдена, хрома и ванадия не влияет на подвижность стали. Сера, образуя с железом и мар­ганцем сложные тугоплавкие соединения, уменьшает подвижность стали. Чугун, содержащий серу даже в количестве 0,1-0,15 %, плохо заполняет формы, и отливки получаются с повышенным количеством газовых рако­вин. Фосфор способствует образованию легкоплавких соединений в чугу­не, что увеличивает его жидкотекучесть. Присутствие в чугуне от 1 до 2 % фосфора позволяет производить отливку художественных изделий и тон­костенной кухонной посуды.

На жидкотекучесть сильно влияет скрытая теплота кристаллизации. Чем больше тепла выделяется при кристаллизации, тем медленнее проис­ходит затвердевание, тем больше жидкотекучесть сплава. При оценке жид­котекучести сплавов необходимо учитывать величину интервала затверде­вания и скрытую теплоту их кристаллизации.

Различные литейные сплавы даже при умеренном перегреве, легко достижимом в производственных условиях, имеют вязкость, мало отли­чающуюся от вязкости воды. Однако в процессе заполнения формы, бла­годаря большой теплопроводности сплав быстро остывает; при этом вяз­кость его возрастает, а подвижность падает. Время пребывания сплава в подвижном состоянии ограничивается. Снижение теплопроводности мате­риала формы увеличивает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет её лучше, чем ме­таллическую форму, которая интенсивно охлаждает расплав.

Сплавы с большой вязкостью целесообразно более быстро заливать в форму. Увеличение скорости заливки и сечения элементов литниковой системы также способствует повышению заполняемости литейной формы. Увеличение скорости имеет особо важное значение при заливке тонко­стенных деталей, так как при их изготовлении часто получается брак по газовым раковинам, недоливу и спаям.

Теплоёмкость и теплопроводность существенно влияют на отвод те­пла от движущегося сплава к форме. Скорость охлаждения, в свою оче­редь, определяет длительность пребывания сплава в подвижном состоянии.

Чем больше теплоемкость и меньше теплопроводность сплава, тем мед­леннее охлаждение и больше его жидкотекучесть.

Поверхностное натяжение и смачиваемость стенок формы литейны­ми сплавами влияют только на заполнение узких каналов. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается и тем больше, чем тоньше канал в литейной форме.

Подавляющее большинство сплавов не смачивает стенок формы, и для преодоления капиллярного противодавления необходим дополнитель­ный металлостатический напор. В том случае, когда металл смачивает форму, увеличивается поверхность контакта. Это может вызвать ускорение охлаждения и уменьшение жидкотекучести.

Окисные плёнки на поверхности металла более существенно влияют на жидкотекучесть, чем поверхностное натяжение. По приближенным рас­четам усилия для преодоления сопротивления плёнок окислов алюминия почти в 4 раза превышают усилия, необходимые для преодоления поверх­ностного натяжения.

Рис 2. Спиральная проба (а) и литейная форма (б) для определения жидкотекучести сплавов: 1,2 - нижняя и верхняя полуформы; 3 - заливоч­ная чаша; 4 - графитовая пробка

Жидкотекучесть металлов и сплавов определяется путем заливки специальной технологической пробы, имеющей прямолинейную или спи­ральную форму (рис. 2.). Нагретый до определенной температуры сплав заливается вформу, в литниковой системе которой для улавливания шлака предусмотрена установка керамической сетки. Если металл имеет боль­шую жидкотекучесть, он заполняет 3-4 витка; в случае низкой жидкоте­кучести металлзастывает, не успевая заполнить даже одного витка спи­ральной формы. Окончив заливку, форму разрушают, из неё извлекают отлитую спираль и по её длине определяют величину жидкотекучести. Для ускорения определения жидкотекучести спиральная форма отливается с соответствующими делениями, расстояние между которыми равно 50 мм. Например, жидкотекучесть чугуна, равная 400 - 600 мм, считается вполне удовлетворительной, и чугун с такой жидкотекучестью способен заполнять тончайшие каналы литейной формы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: