Разливка и кристаллизация стали и сплавов: учебное пособие

Раздел ГРНТИ: Производство черных металлов и сплавов
Д.В. Валуев
Томск ЮТИ, 2010 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

 

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 (εππ) 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
 
Наименование сплава
Усадка, %
свободная полная
литейная
Сталь:
 
 
низкоуглеродистая и низколегированная
2,0-2,4
1,8-2,0
высокомарганцевая
2,8-3,0
2,2-2,5
Чугун: серый
0,9-1,3
0,5-1,0
белый
1,6-2,3
1,5-1,8
высокопрочный
0,7-1,2
0,6-1,0
 
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.