Какие сплавы обладают хорошими литейными свойствами
1. Чугун является наиболее распространенным материалом для получения фасонных отливок. Чугунные отливки составляют около 80 % всех отливок.
Широкое распространение чугун получил благодаря хорошим технологическим свойствам и относительной дешевизне. Используют серые, высокопрочные, ковкие и легированные чугуны.
Серый чугун – наиболее распространенный литейный сплав, из него получают самые разнообразные литые детали. Отливки хорошо обрабатываются на металлорежущих станках. Из серого чугуна получают самые дешевые отливки (в 1,5 раза дешевле, чем стальные, в несколько раз дешевле, чем из цветных металлов).
Серый чугун имеет высокую жидкотекучесть и малую усадку. Жидкотекучесть повышается с увеличением содержания углерода, кремния и фосфора и понижается с увеличением серы. Особо высокую жидкотекучесть имеет чугун для тонкого художественного литья (1,0…1,2 % серы).
Модифицирование обеспечивает получение наиболее благоприятной структуры с мелкими включениями графита завихренной формы и применяется для получения чугунов с перлитной основой.
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом имеет значительно более высокую прочность и пластичность, чем серый чугун. Такой чугун получают модифицированием магнием или церием. Свойства чугуна в основном определяются его металлической основой и могут быть значительно улучшены термической обработкой. Из высокопрочных чугунов изготавливают коленчатые валы, детали турбин и другие ответственные детали.
Ковкий чугун с хлопьевидным графитом получают отжигом отливок из белого чугуна. Механические свойства чугуна зависят от металлической основы. Перлитные чугуны имеют более высокую прочность при пониженной пластичности. Ферритные чугуны, имея меньшую прочность, обладают более высокой пластичностью. Ковкий чугун применяют для получения отливок с с толщиной стенки до 40 мм.
Легированные чугуны хромистые, никелевые и др. применяют для отливок ответственного назначения. Легирование чугунов улучшает механические свойства, коррозионную стойкость, износостойкость, жаропрочность и другие свойства. В качестве легирующих элементов применяют никель, хром, молибден, алюминий, медь, титан. Низколегированные чугуны с содержанием легирующих элементов до 3 % применяют в машиностроение. Широкое применение находят отливки из высоколегированных чугунов с особыми физическими свойствами, например кислотостойких (26…36 % Cr), немагнитных (до 12 % Mn, до 2 % Cu). Эти чугуны дешевле соответствующих сталей и обладают хорошими литейными свойствами.
Область применения чугунов расширяется вследствие непрерывного повышения его прочностных и технологических характеристик.
2. Сталь как литейный материал применяют для получения отливок деталей, которые наряду с высокой прочностью должны обладать хорошими пластическими свойствами. Чем ответственнее машина, тем более значительна доля стальных отливок, идущих на ее изготовление. Стальное литье составляет: в тепловозах – 40…50 % от массы машины; в энергетическом и тяжелом машиностроении (колеса гидравлических турбин с массой 85 т, иногда несколько сотен тонн) – до 60 %.
Стальные отливки после соответствующей термической обработки не уступают по механическим свойствам поковкам.
Используются: углеродистые стали 15Л…55Л; легированные стали 25ГСЛ, 30ХГСЛ, 110Г13Л; нержавеющие стали 10Х13Л, 12Х18Н9ТЛ и др.
Углеродистые стали. Жидкотекучесть углеродистой стали в среднем в два раза меньше жидкотекучести серых чугунов. Это объясняется высокими вязкостью и поверхностным натяжением при температурах разливки, а также значительно меньшим перегревом. Усадка сталей составляет до 2,5 %.
Литые углеродистые стали по литейным свойствам уступают чугуну, но из них можно получать сложные отливки, разнообразные по конструкции, размерам, массе, толщине стенок. Наибольшее распространение получили отливки из среднеуглеродистых сталей с содержанием углерода до 0,45 %.
Отливки из низкоуглеродистых сталей применяют в электротехнике.
Легированные стали. Легирование стали является одним из средств увеличения надежности, долговечности и снижения массы литых деталей, а также придания им специальных свойств. Выбор легирующих элементов обусловливается назначением отливки, ее конструктивными и технологическими особенностями.
По отношению к углероду легирующие элементы подразделяют на карбидообразующие и графитизирующие.
Легирующие элементы вызывают образование новых структурных составляющих и изменение свойств существующих фаз.
Наибольшее распространение получили стали, легированные кремнием, марганцем, хромом, никелем, ванадием, молибденом, медью в различных комбинациях и соотношениях.
3. Медные сплавы – бронзы и латуни. Их применяют для отливок, которые должны иметь хорошую износостойкость и антифрикционные свойства, высокую коррозионную стойкость в атмосфере, технической и морской воде. Медные сплавы немагнитны, хорошо полируются и обрабатываются резанием. Все медные сплавы склонны к образованию трещин.
Латуни – наиболее распространенные медные сплавы. Для изготовления различной аппаратуры для морского судостроения, работающей при температуре 300 ºС, втулок и сепараторов подшипников, нажимных винтов и гаек прокатных станов, червячных винтов применяют сложнолегированные латуни. Обладают хорошей износостойкостью, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью.
Простые латуни находят ограниченное применение. При затвердевании в них образуются концентрированные усадочные раковины, что вызывает необходимость устройства больших прибылей.
Обычно литейные латуни являются более сложными сплавами. Входящие в состав этих латуней алюминий, железо, марганец и другие элементы улучшают литейные свойства. Большинство латуней имеют линейную усадку 1,6…1,7 %, малую склонность к образованию газовой пористости, так как хорошо дегазируются при выплавке в результате образования паров цинка. Поэтому из латуней легче получить плотные, герметичные отливки.
Бронзы – сплавы меди с другими элементами, кроме цинка.
Оловянные бронзы содержат 2…14 % олова и другие компоненты.
Из оловянных бронз (БрО3Ц7С5Н1) изготавливают арматуру, шестерни, подшипники, втулки, работающие в условиях истирания, повышенного давления воды и пара.
Линейная усадка оловянной бронзы менее 1 %, отливки могут быть получены без прибылей.
Высокооловянистые бронзы имеют хорошие литейные свойства, но из-за дефицитности и высокой стоимости олова применяются только для отливок ответственного назначения.
Безоловянные бронзы по некоторым свойствам превосходят оловянные. Они обладают более высокими механическими свойствами, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью. Однако литейные свойства их хуже.
Среди сплавов этой группы наиболее широко применяют алюминиевые бронзы. Они имеют хорошую коррозионную стойкость в пресной и морской воде и во многих агрессивных средах, хорошо сопротивляются удару. Свойства алюминиевых бронз улучшаются при легировании железом, марганцем, никелем и другими элементами.
В процессе выплавки алюминиевые бронзы склонны к окислению, сопровождающемуся загрязнением расплава дисперсными оксидами алюминия. Применяют для изготовления гребных винтов крупных судов, тяжело нагруженных шестерен и зубчатых колес, корпусов насосов, деталей химической промышленности.
Свинцовые бронзы обладают хорошими антифрикционными свойствами при больших удельных нагрузках и высоких скоростях скольжения. Их используют как заменители оловянной бронзы при изготовлении вкладышей подшипников. Особенностью свинцовых бронз является предрасположенность к ликвации свинца. Дисперсное распределение свинца может быть получено только при больших скоростях кристаллизации.
4. Алюминиевые сплавы.
Отливки из алюминиевых сплавов составляют около 70 % цветного литья. Они обладают высокой удельной прочностью, высокими литейными свойствами, коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. Их высокая жидкотекучесть обеспечивает получение тонкостенных и сложных по форме отливок. Линейная усадка составляет 1,0…1,25 %. Сплавы имеют невысокую температуру плавления (550…650 0С).
Наиболее высокими литейными свойствами обладают сплавы системы алюминий – кремний (Al-Si) – силумины (АЛ2, АЛ9). Они широко применяются в машиностроении, автомобильной и авиационной промышленности, электротехнической промышленности.
Также используются сплавы систем: алюминий – медь, алюминий – медь – кремний, алюминий – магний.
Сплавы алюминия с медью (АЛ7, АЛ19) имеют пониженные литейные свойства, малую коррозионную стойкость, склонны к образованию трещин и рассеянной усадочной пористости. Они хорошо обрабатываются резанием, имеют высокие механические свойства, тепловую прочность.
Сплавы алюминия с медью и кремнием (АЛ3, АЛ6, АКМ4) широко используют в промышленности для изготовления деталей достаточной прочности и твердости, сохраняющих постоянство размеров в процессе эксплуатации и имеющих хорошее качество обработанной поверхности.
Сплавы алюминия с магнием (АЛ8, АЛ13) обладают малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью и прочностью. Их применяют для сильно нагруженных деталей, но они плохо работают при повышенных температурах.
Сложнолегированные сплавы применяют для изготовления отливок, работающих при повышенных температурах и давлениях (АЛ1), с повышенной стабильностью размеров, а также для изготовления сварных конструкций и деталей, хорошо обрабатывающихся резанием (АЛ11, АЛ21).
5. Магниевые сплавы обладают высокими механическими свойствами, но их литейные свойства невысоки. Применяют в приборостроении, в авиационной промышленности, в текстильном машиностроении.
Сплавы системы магний – алюминий – цинк – марганец предназначены для производства высоконагруженных отливок, работающих в атмосфере с большой влажностью. Лучшими литейными свойствами обладают сплавы МЛ5, МЛ6.
Сплавы магния с цинком и цирконием являются высокопрочными, характеризуются повышенными механическими свойствами и хорошей обрабатываемостью резанием. Сплавы обладают удовлетворительными литейными свойствами, имеют измельченное зерно, способны упрочняться при термической обработке. Из них получают отливки с однородными свойствами в различных по толщине сечениях. Изготавливают отливки, работающие при температурах 200…250 0С и высоких нагрузках.
Сплавы магния, легированные редкоземельными металлами, обладают высокой жаропрочностью и хорошей коррозионной стойкостью. Сплавы имеют хорошие литейные свойства, высокую герметичность, малую склонность к образованию усадочных трещин, высокие и однородные механические свойства в сечениях различной толщины. Их применяют для изготовления отливок, работающих под действием статических и усталостных нагрузок при длительной работе при 250…350 0С и кратковременной при 400 0С.
Источник
Литейные свойства сплавов
Общая технологическая схема изготовления отливки
Сущность литейного производства состоит в том, что фасонные детали (заготовки) получают заливкой жидкого металла в литейную форму, полость которой соответствует их размерам и форме. После кристаллизации металла литую деталь (заготовку), называемую отливкой, удаляют из литейной формы и в случае необходимости отправляют в механический цех для последующей обработки.
Технология изготовления отливки начинается с разработки ее чертежа и рабочих чертежей модельного комплекта (модели и стержневого ящика).
В состав литейного цеха входят отделения: модельное, землеприготовительное, стержневое, формовочное, плавильное, выбивное, обрубное, очистное. В модельном отделении по рабочим, чертежам изготавливают модельный комплект; в землеприготовительном — формовочную и стержневую смеси; в формовочном — литейную форму, а в стержневом — стержни; в плавильном получают жидкий металл. Готовую литейную форму заливают жидким металлом и после его затвердевания в выбивном отделении удаляют из формы отливку; обрубывают литниковую систему и очищают отливку от пригара в очистном отделении. Заключительной операцией является контроль качества отливки.
Литейные свойства сплавов
Для получения отливок в машиностроении наиболее широко применяются следующие сплавы: серые, ковкие и высокопрочные чугуны; углеродистые и легированные стали; сплавы цветных металлов на основе алюминия, меди, магния, титана, молибдена и других тугоплавких металлов.
Для получения качественной отливки наряду с механическими, физическими и химическими свойствами литейные сплавы должны обладать определенными технологическими свойствами, основными из которых являются жидкотекучесть, усадка, склонность к ликвации и газопоглощению.
1. Жидкотекучесть — способность жидкого металла полностью заполнять щелевидные полости литейной формы и четко воспроизводить очертания отливки. При хорошей жидкотекучести металл заполняет всю полость формы, какой бы сложной она ни была, а при недостаточной — частично, образуя недоливы в узких сечениях отливки. Жидкотекучесть зависит от химического состава и температуры заливаемого в форму сплава. Фосфор, кремний и углерод улучшают ее, а сера ухудшает. Серый чугун содержит углерода больше, чем сталь, и поэтому обладает лучшей жидкотекучестью. Повышение температуры жидкого металла улучшает жидкотекучесть, и чем выше его перегрев, тем более тонкостенную отливку можно получить, так как жидкотекучий металл заполняет очень узкие полости формы. Минимально возможная толщина стенки отливки для различных литейных сплавов (ввиду их разной жидкотекучести) неодинакова и составляет для отливок из серого чугуна: мелких 3. 4 мм, средних 8. 10 мм, крупных 12. 15 мм; для отливок из стали — соответственно 5. 7, 10. 12 и 15. 20 мм.
Жидкотекучесть металла определяют технологической пробой в виде спирали, длину которой принимают за меру жидкотекучести металла. Заливая металл при различных температурах перегрева, находят оптимальную температуру заливки формы для данного сплава.
2. Усадка — уменьшение объема металла и линейных размеров отливки в процессе ее кристаллизации и охлаждения в твердом состоянии. Различают объемную и линейную усадки.
Объемная усадка сопровождается уменьшением объема металла при кристаллизации, и поэтому в массивном сечении отливки может образоваться усадочная рыхлота (пористость), или концентрированная усадочная раковина, так как массивное сечение кристаллизуется последним и в этом сечении не хватит металла. Устраняют усадочную раковину установкой прибыли 2 или холодильников 3 в массивном сечении. Прибыль, имея большее сечение, кристаллизуется медленнее отливки и поэтому будет питать ее жидким металлом при кристаллизации, а усадочная раковина перемещается в прибыль, которую отрезают.
Линейная усадка
сопровождается уменьшением линейных размеров при охлаждении затвердевшей отливки. Стержни и формовочная смесь оказывают сопротивление линейной усадке металла. В результате в отливке возникают внутренние напряжения, которые могут привести к короблению и даже к образованию горячих окисленных трещин. Для уменьшения сопротивления линейной усадке формовочные и стержневые, смеси делают податливыми. Линейная усадка литейных сплавов различна и равна: для серого чугуна 1 %, для углеродистой стали 2 %, для цветных сплавов—1,3…1,8 %. Линейную усадку учитывают при изготовлении модели, увеличивая ее размеры по сравнению с отливкой на линейную усадку соответствующего сплава.
3. Ликвация — неоднородность химического состава сплава по сечению отливки. Различают зональную и дендритную ликвации. Зональная ликвация создает химическую неоднородность в объеме всей отливки; дендритная — в пределах одного зерна (дендрита). Неоднородность химического состава и структуры по сечению приводит к неоднородности механических свойств отливки. Для уменьшения ликвации увеличивают скорость охлаждения отливки.
4. Газопоглощение — способность литейных сплавов в жидком состоянии растворять кислород, азот и водород, причем их растворимость растет с перегревом расплава. В литейной форме газонасыщенный расплав охлаждается, понижается растворимость газов, и они, выделяясь из металла, могут образовать в отливке газовые раковины. Поэтому формовочная и стержневая смеси должны иметь хорошую газопроницаемость.
Итак, технологичные литейные сплавы должны обладать хорошей жидкотекучестью, малой усадкой и не ликвировать.
Литейные свойства сплавов
В производстве отливок важную роль играют литейные свойства сплавов, обеспечивающие хорошее заполнение литейной формы и получение отливок без дефектов — раковин, трещин и др. К основным литейным свойствам сплавов относятся: жидкотекучесть, заполняемость, усадка и ликвация.
Жидкотекучесть — это способность металлов и сплавов течь по каналам формы и заполнять ее.
Заполнение литейных форм является сложным гидродинамическим и физико-химическим процессом. Главным фактором, определяющим уровень жидкотекучести, являются свойства сплава в жидком состоянии: теплофизические свойства, особенности кристаллизации, вязкость, окисляемость.
Влияние литейной формы связано главным образом с ее теплофизическими свойствами, со смачиваемостью жидким металлом, с условиями физико-химического взаимодействия «металл — форма».
Особенности и преимущества производства стального литья
Как происходит изготовление литых изделий из стали? В общем виде процесс выглядит следующим образом: материал нагревают до точки плавления, перемещают в специальную форму и ожидают его затвердевания. После этого (когда отливка завершится), продукция подвергается обработке: это необходимо для повышения степени точности и устранения дефектов, которые могут возникать в ходе производства. Чаще всего используются такие технологии, как литье в песчано-глинистые смеси, в холодно-твердеющие смеси (ХТС) и в жидкостекольные смеси (ЖСС).
Песчано-глинистые формы выбирают для производства изделий, которые имеют большие габариты (например, корпуса турбин). Эта технология пользуется популярностью благодаря возможности получения отливок, имеющих сложную форму и большие размеры. При этом стоимость производства находится на доступном уровне. Литье в ХТС обеспечивает получение отливок с высоким качеством поверхности и имеющих значительно меньшее количество каких-либо дефектов и засоров. Класс точности – от 9. В ряде случаев более подходящим считается применение технологии литья в ЖСС. Выбор конкретной технологии происходит в зависимости от габаритов изделия, его веса, а также марки стали и состава сплава.
Литье получило распространение не только в нашей стране, но и во всем мире: метод активно применяется для производства деталей неразборных типов, характеризующихся повышенной степенью прочности, долговечностью и надежностью. Также они отличаются выносливостью при эксплуатации в условиях высоких температур.
Производство стального литья нередко выступает единственным методом создания изделий (для ряда конструкций прокатка металла и деформация неприменимы). Популярность метода объясняется и тем, что благодаря появлению современных технологий, литье из стали по характеристикам почти ни в чем не уступает кованой продукции, при этом стоимость находится на более демократичном уровне. Но, конечно, получение прочных и долговечных изделий возможно только при условии соблюдения всех требований в процессе производства.
Особенностью изготовления стального литья относительно чугунного является выраженные усадочные явления, которые необходимо учитывать при проектировании литнико-питающей системы в целях недопущения наличия усадочных дефектов (раковины, поры) в отливках. Руководством ЗАО “Завод специального машиностроения “Маяк” в 2020г была внедрена автоматизация процессов разработки литейной технологии с применением современных программ ProCast и LVMFlow. Это позволяет запускать в производство отливки только после устранения всех возможных литейных дефектов на этапе проектирования, что гарантирует получение годных отливок в сжатые сроки без каких-либо дефектов, в том числе скрытых (подробнее)
Литейные свойства сплавов
Литейные сплавы и их применение
Литейные сплавы получают сплавлением двух или нескольких металлов и неметаллов. Такие сплавы должны обладать хорошей жидкотекучестью и теплопроводностью, повышенной пластичностью и др. Практическое значение литейных сплавов определяет то, что они по некоторым свойствам (прочности, твердости, способности воспроизводить очертания литейных форм, обрабатываемости режущим инструментом и др.) превосходят чистые металлы.
Важное место в литейном производстве занимают сплавы с особыми физическими свойствами (например, электропроводностью, магнитной проницаемостью и др.).
Сплавы в зависимости от химического состава отличаются друг от друга температурой плавления, химической активностью, вязкостью в расплавленном состоянии, прочностью, пластичностью и другими свойствами. Для производства фасонных отливок применяют серые, высокопрочные, ковкие и другие чугуны, углеродистые и легированные стали, сплавы алюминия, магния, меди, титана и др.
Не все сплавы в одинаковой степени пригодны для изготовления фасонных отливок. Из одних сплавов (серого чугуна, силумина) можно легко изготовить отливку сложной конфигурации, а из других (титановых сплавов, легированных сталей и др.) получение отливок сопряжено с определенными трудностями. Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов. К основным литейным свойствам сплавов относят жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение и ликвацию.
Жидкотекучесть —
способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. При высокой жидкотекучести литейные сплавы заполняют все элементы литейной формы, при низкой — полость формы заполняется частично, в узких сечениях образуются недоливы.
Жидкотекучесть сплавов определяют по специальным пробам. За меру жидкотекучести принимают длину заполненной спирали в литейной форме, и она зависит от многих факторов. Например, повышение температуры заливки увеличивает жидкотекучесть всех сплавов. Чем выше теплопроводность материала формы, тем быстрее отводится тепло от залитого металла, тем ниже жидкотекучесть.
Применяемые стальные сплавы и стоимость отливок
- Углеродистые стали: 15Л, 20Л, 25Л, 35Л, 45Л, 55Л от 132 р/кг ;
- Низколегированные стали: 20ГЛ, 45ГЛ, 40ХЛ, 70ХЛ, 20ГСЛ от 134 р/кг , 30ХМЛ, 35ХГСЛ от 148 р/кг , 30ХНМЛ от 182 р/кг, 14ХГ2НМЛ от 198р/кг, 30ХМФЛ от 168 р/кг, 15Х1М1ФЛ от 240 р/кг, 08ГДНФЛ от 290 р/кг, 12ДХН1МФЛ от 310 р/кг, 23ХГС2МФЛ от 320р/кг, 30Х3С3ГМЛ от 360р/кг и др.;
- Легированные стали: 20Х5МЛ от 230р/кг, 20Х13Л от 250 р/кг, 12Х17Л от 280 р/кг и др.;
- Жаропрочные стали: 12Х18Н9ТЛ, 30Х23Н7СЛ от 320р/кг, 40Х24Н12СЛ от 360 р/кг, 20Х20Н14С2Л от 360р/кг, 20Х25Н19С2Л от 460 р/кг, 35Х18Н24С2Л от 510р/кг, 12Х18Н12М3ТЛ от 570р/кг и др.;
- Износостойкие стали: 110Г18Л,110Г13Х2Л, 110Г13ХБРЛ, 110Г13ФТЛ, 110Г13Л от 142 р/кг; 45Х6НМФЛ, 150Х12НМФЛ от 210р/кг.
*** Цены указаны за 1кг литья с НДС
Где применяется продукция?
Изделия, которые производятся методом стального литья, находят широчайшее применение во многих сферах. Популярность продукции обусловлена тем, что она не только обладает отличными техническими характеристиками, но и является предпочтительным вариантом с экономической точки зрения. Так, литые изделия из стали востребованы в следующих отраслях:
- добывающая промышленность;
- машиностроение;
- деревообрабатывающая промышленность;
- металлургия и нефтехимическая отрасль;
- авиа- и судостроение;
- производство станков и оборудования промышленного назначения;
- изготовление техники и приборов, предназначенных для бытового использования.
Литейные сплавы
Наиболее распространенным литейным материалом является серый чугун, так как он обладает хорошими литейными свойствами, недефицитен и имеет невысокую стоимость. Значительно меньшая часть отливок изготавливается из высокопрочных, ковких и легированных чугунов.
Сталь имеют более высокие механические свойства по сравнению с чугунами, но она значительно дороже, а изготовление из нее отливок связано с рядом трудностей из-за ее низких литейных свойств.
Среди литейных сплавов цветных металлов наиболее широкое применение нашли медные, алюминиевые, магниевые, цинковые и титановые сплавы.
К литейным сплавам предъявляется ряд различных требований, касающихся их механических и физико-химических свойств. Но независимо от этого все литейные сплавы должны обладать определенными литейными свойствами, без учета которых даже при самом совершенном технологическом процессе литья получить качественную отливку не удается.
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Источник