На структуру и свойства серого чугуна существенное влияние оказывают его химический состав и скорость охлаждения отливок в форме. Углерод, кремний и марганец улучшают механические и литейные свойства чугуна. Сера вызывает отбел в тонких частях отливок и снижает жидкотекучесть. Фосфор придает чугуну хрупкость. Поэтому содержание серы и фосфора в сером чугуне должно быть минимальным. Увеличение скорости охлаждения достигается путем уменьшения толщины отливки и увеличения теплопроводности литейной формы. В тонких частях отливки у ее поверхности скорость кристаллизации будет выше, чем в более массивных частях и в сердцевине. Поэтому в тонких частях отливки образуется более мелкая структура с повышенным содержанием перлита и мелкими включениями графита, что обеспечивает высокие механические свойства этих зон. Там, где чугун затвердевает медленнее, образуется крупно
зернистая структура с малым содержанием перлита и крупными вклю-: чениями графита. Механические свойства этих зон низкие.
Механические свойства серого чугуна повышают легированием, модифицированием, термической обработкой и другими способами.
При легировании в расплавленный чугун вводят твердые или расплавленные легирующие элементы (никель, хром, титан и др.) в целях получения заданного химического состава и придания ему требуемых механических и эксплуатационных свойств.
При модифицировании в чугун вводят модификаторы (ферросилиций, силикокальций и др.) для измельчения структурных составляющих и равномерного их распределения по всему объему, что повышает механические свойства отливок.
Отливки из серого чугуна нашли широкое применение в станкостроении: станины станков, стойки, салазки, планшайбы, корпуса шпиндельных бабок и коробок передач, корпуса насосов, втулки вкладыши и др.; в автостроении; блоки цилиндров, гильзы, поршне вые кольца, кронштейны, картеры, тормозные барабаны, крыши и др.; в тяжелом машиностроении; в электротехнической промышленности и других отраслях машиностроения.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК
Для изготовления отливок используют углеродистые легированные стали. Литейные стали обозначают аналогично конструкционным сталям. В марках углеродистых литейных сталей 15Л, 20Л—60Л, легированных — ЗОХГСЛ, 15Х18Н9ТЛ, 110Г13Л и т. п. буква Л означает принадлежность к литейным сталям.
Углеродистые литейные стали обладают высокими временными сопротивлением (400—600 МПа), относительным удлинением (10—24 %), ударной вязкостью, достаточной износостойкостью при ударных нагрузках. Основной элемент, определяющий механические свойства углеродистых литейных сталей — углерод.
Литейные стали имеют плохие литейные свойства: пониженную жидкотекучесть, значительную усадку (до 2,5 %), что приводит к образованию усадочных раковин и пористости в отливках; стали склонны к образованию трещин.
Для плавки литейных сталей как правило, используют дуговые и индукционные печи. В последнее время для плавки стали широко начинают использовать плазменно-индукционные печи.
Производительность таких печей по сравнению с индукционной на 25—30 % выше, а расход электроэнергии значительно ниже.
В качестве шихтовых материалов применяют стальной лом, отходы собственного производства, передельный чугун, руду, флюсы и другие материалы. Стальные отливки преимущественно изготовляют в песчаных и оболочковых формах, литьем по выплавляемым моделям, центробежным литьем, литьем в облицованные кокили и другими способами.
На рис. 14 приведена схема литейной формы для изготовления стального зубчатого колеса. Для предупреждения усадочных раковин и пористости в отливках на массивные части устанавливают прибыли, а в тепловых узлах отливок используют наружные или внутренние холодильники.
Для предупреждения трещин, возникающих из-за неравномерной усадки отливки, формы изготовляют из податливых формовочных смесей. Кроме того, в отливках предусматривают технологические ребра, удаляемые при механической обработке.
Высокая температура заливки (1550—1650 °С) требует применения формовочных и стержневых смесей с высокой огнеупорностью. Литниковые системы для мелких и средних отливок выполняют по разъему или сверху, а для массивных — снизу (сифоном). В связи с низкой жидкотекучестью сталей площадь сечения питателей литниковой системы в 1,5—2 раза больше, чем при литье серого чугуна. Для получения высоких механических и эксплуатационных характеристик стальные отливки подвергают отжигу, нормализации и другим видам термической обработки.
Стальные отливки из углеродистых сталей используют в металлургии, станкостроении, автотракторной промышленности, трансфертном машиностроении и других отраслях. Из них изготовляют станины и валки прокатных станов, цилиндры, зубчатые колеса и т. д.
Рис. 14. Литейная форма для зубчатого колеса из стали:
1 – нижняя полуформа; 2 – верхняя полуформа; 3 – закрытые прибыли; 4 – утепляющие вставки; 5 – литниковая система; 6 – стержни
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ цсплавов
Для изготовления отливок используют алюминиевые сплавы АЛ1—АЛ15 и т. д. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к литейным алюминиевым сплавам, цифры — порядковый номер сплава.
Алюминиевые сплавы имеют высокие временное сопротивление (150—340 МПа), относительное удлинение (1,5—12 %) и твердость (НВ 50—90). Кроме того, сплавы АЛ1, АЛ21 и другие имеют высокую теплопрочность, сплавы АЛ8, АЛ13 и другие повышенную коррозионную стойкость в морской воде и хорошо работают при вибрационных нагрузках. Все алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются резанием.
Силумины (сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9) имеют высокую жидкотекучесть, малую усадку (0,8—1,1 %), не склонны к образованию горячих и холодных трещин, потому что они по химическому составу близки к эвтектическим сплавам (интервал кристаллизации 10— 30 °С).
В качестве шихтовых материалов используют технически чистый алюминий, силумины, отходы собственного производства, лигатуры и другие добавки. Для удаления водорода и неметаллических включений алюминиевые сплавы рафинируют, как правило, гексахлорэтаном, который при температуре 740—750 °С вводят в расплав в количестве 0,3—0,4 % массы расплава.
Рис. 15. Устройство камерной поворотной электрической печи сопротивления:
1 – электронагревательные элементы; 2 – металлосборник; 3 – загрузочные окна; 4 – механизм наклона печи для слива металла
Отливки из алюминиевых сплавов широко используют в авиационной и ракетной технике, автомобильной, приборостроительной, машиностроительной, судостроительной и электротехнической промышленности. Из алюминиевых сплавов изготовляют блоки двигателей внутреннего сгорания, головки блоков, корпуса насосов, судовые винты авиационные детали, детали электро- и радиоаппаратов.
Для изготовления отливок используют магниевые сплавы которые обозначают МЛ 1—МЛ19. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к литейным магниевым сплавам, цифры — порядковвый номер сплава.
Магниевые сплавы имеют высокие временное сопротивление (150—350 МПа), относительное удлинение (3—9 %) и твердости (НВ 30—70). Магниевые сплавы хорошо работают при динамических нагрузках, имеют удовлетворительную коррозионную стойкость способны работать с высокими нагрузками при температурах 200 - 300 °С, хорошо обрабатываются резанием. Механические свойства магниевых сплавов значительно повышаются после упрочняющей термической обработки.
Магниевые сплавы имеют низкие литейные свойства (пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку, склонны к образованию трещин) главным образом из-за большого интервала кристаллизации. Кроме того, магниевые сплавы хорошо растворяют водород (до 24 см3/100 г металла), что затрудняет получение отливок без газовой пористости. Эти сплавы склонны к самовозгоранию при плавке и заливке форм.
Магниевые сплавы плавят в тигельных электрических печах сопротивления (рис. 16, а) и индукционных печах промышленной частоты (рис. 16, б) и др. Для плавки используют стальные тигли.
В качестве шихтовых материалов применяют чушковый магнит и алюминий, отходы собственного производства, лигатуры, флюсы и др.
Отливки из магниевых сплавов изготовляют преимущественно литьем в песчаные формы и, кроме того, в кокиль, литьем под давлением и другими способами.
Магниевые сплавы, так же как и алюминиевые, при заливке могут окисляться и интенсивно захватывать оксиды. Поэтому для обеспечения плавного поступления металла в полость формы используют расширяющиеся литниковые системы с нижним или вертикальнощелевым подводом металла. Для задержания шлака применяют металлические фильтровальные сетки.
Для предотвращения загорания магниевого сплава в литейной форме в состав формовочных смесей вводят защитные присадки. Чтобы предотвратить загорание магния при заливке форм, струю расплавленного металла припыливают порошком серы. Образующийся при ее горении сернистый газ предотвращает загорание.
Отливки из магниевых сплавов широко используют в автомобильной промышленности, текстильном машиностроении, приборостроении, авиационной и ракетной технике и др. Из этих сплавов изготовляют корпуса насосов, детали арматуры, бензомасляную аппаратуру, корпуса приборов и инструментов, корпуса тормозных барабанов, и колес и т.п.
Рис. 16. Устройства электрических печей сопротивления (а) и индукционной промышленной частоты (б) для плавки магниевых сплавов:
1 – кожух; 2 – огнеупорная кладка; 3 – нагреватель; 4 – труба для аварийного выпуска металла;
5 – тигель; 6 – крышка; 7 – поворотный механизм; 8 – индуктор; 9 – магнитопровод; 10 – тепловая изоляция.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ
Для изготовления отливок используют медные сплавы, которые делят на бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Бронзы обозначают, например, Бр05Ц5С5, БрА9ЖЗЛ, где первые две буквы означают принадлежность данного сплава к бронзам, остальные буквы показывают, какие элементы входят в состав бронзы (олово, цинк, свинец, алюминий, железо), а цифры, состоящие после букв — процентное содержание элементов в данном сплаве. Буква «Л» показывает, что эта бронза литейная.