Разливка и кристаллизация стали и сплавов: учебное пособие

Д.В. Валуев

Томск ЮТИ, 2010 г.

ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА ЧУГУНА И СТАЛИ

К числу важнейших литейных свойств сплавов относятся: жидкотекучесть, величина усадки и расширения, а также склонность их к образованию внутренних напряжений и трещин в отливках.

Жидкотекучестъ. Под жидкотекучестью чугуна и стали понимают способность металла заполнять форму и точно воспроизводить ее конфигурацию. Жидкотекучесть расплава зависит от ряда факторов, характеризующих металл, форму и условия ее заливки.

Наиболее распространенной пробой для определения жидкоте-кучести чугуна и стали является спираль Кэри (рис. 3.11. а);пробу Нехендзи-Самарина (рис. 3.11. б)также широко применяют для изучения свойств стали.

Температура заливки оказывает решающее влияние на жидкотекучесть: с ее повышением она всегда увеличивается.

Рис. 3.11. Пробы для определения жидкотекучести: а - спираль Кэри: 1 —литниковая чаша; 2 - верхняя полуформа; 3 - нижняя полуформа; 6 — проба Нехендзи— Самарина: 1 - полуформа; 2 - литниковая чаша; 3 - проба

В среднем можно принять, что длина спирали сечением 50 мм возрастает на 4 см на каждые 10°С подъема температуры заливки.

Исследованиями установлено, что истинная жидкотекучесть сплава (при постоянном перегреве над линией ликвидус) уменьшается с увеличением интервала затвердевания. В связи с этим низкоуглеродистый чугун (около 2% С) характеризуется минимальной истинной жидкотекучестью, а эвтектический - максимальной. Тем более велика практическая жидкотекучесть эвтектического чугуна (жидкотекучесть при постоянной температуре заливки), так как с приближением к эвтектическому составу температура линии ликвидус снижается. Поэтому углерод, кремний и фосфор повышают практическую жидкотекучесть в доэвтектическом чугуне и понижают ее в заэвтектическом. Максимальная жидкотекучесть получается при эвтектическом составе. Сера и марганец в отдельности слабо влияют на жидкотекучесть, но при наличии их в значительных количествах образующийся сульфид марганца сильно ее понижает.

Было установлено, что в жидкой стали высокое содержание марганца увеличивает жидкотекучесть. Кремний при содержании до 1% снижает  жидкотекучесть стали. При увеличении его количества более 1% последняя возрастает. Алюминий резко снижает жидкотекучесть. Сера снижает жидкотекучесть, а фосфор повышает. Присутствие хрома до 1% снижает жидкотекучесть, 1-5 % не влияет на нее, а, начиная с 5%, повышает ее. Никель в количествах до 0,5 % снижает жидкотекучесть, а свыше этой величины не влияет на нее. Медь повышает жидкотекучесть стали.

Высокой жидкотекучести соответствует длина спирали для чугуна, составляющая примерно 1200-1500 мм, для стали 600-800 мм, при использовании V-образной пробы высота заполненной восходящей ветви не менее 150мм.

Сера снижает жидкотекучесть, а фосфор повышает. Присутствие хрома до 1% снижает жидкотекучесть, 1-5 % не влияет на нее, а, начиная с 5%, повышает ее. Никель в количествах до 0,5 % снижает жидкотекучесть, а свыше этой величины не влияет на нее. Медь повышает жидкотекучесть стали.

Высокой жидкотекучести соответствует длина спирали для чугуна, составляющая примерно 1200-1500 мм, для стали 600-800 мм, при использовании V-образной пробы высота заполненной восходящей ветви не менее 150мм.

Усадка. Под усадкой понимают свойство сплавов уменьшать свой объем при затвердевании и охлаждении. Соответственно уменьшение линейных размеров отливки по сравнению с размерами формы называется линейной усадкой.

Объемные превращения стали в твердом состоянии проходят в три этапа: усадка до перлитного превращения ( -£_дп), протекающая

от конца затвердевания до эвтектоидного превращения, расширение в интервале эвтектоидного превращения (—ε _>а) и усадка (ε_ππ) после перлитного превращения, протекающая от конца эвтектоидного превращения до полного охлаждения отливки.

Однако в реальных условиях изготовления отливок наблюдается торможение усадки выступающими частями формы и стержнями. Такую усадку называют литейной и определяют в процентах по отношению к первоначальным линейным размерам полости формы. Значения ее колеблются в больших пределах (табл. 3.7).

Таблица 3.7

Значения усадки сталей и чугунов

При охлаждении залитого в форму металла объем его изменяется. Серый чугун кристаллизуется с увеличением объема, а сталь, белый чугун, чистое железо кристаллизуются с уменьшением объема. За весь период охлаждения залитого в форму металла объем его уменьшится.

Это уменьшение объема называется объемной усадкой, которая примерно равна утроенной линейной усадке.