Особенности изготовления отливок из различных сплавов, их применение

Производство отливок из серого чугуна. В сером чугуне часть углерода находится в виде графита, а количество углерода в виде цементита не превышает 0,8%. Серый чугун широко применяется для изготовления отливок станин станков, оснований электродвигателей, поршней, коленчатых валов, антифрикционных втулок и др. Чугун обладает способностью рассеивать колебания при вибрационных нагрузках (демпфирующая способность), а некоторые марки имеют высокую прочность и износостойкость.

Для получения отливок существует по ГОСТ 10 марок серого чугуна (СЧ 00, СЧ 12, СЧ 18, СЧ 38).

Цифры в маркировке чугунов соответствует значению предела прочности при растяжении в кг/мм².

Механические свойства отливок из чугуна зависят от толщины стенки и структуры. Структуру можно изменять подбором химсостава, модифицированием и термической обработкой.

Чугуны для отливок по физико-механическим свойствам можно разделить на:

- серый чугун малой прочности σ_в до 280 МПа имеет ферритную структуру;

- серый чугун повышенной прочности имеет мелкое завихренное строение графита, структура перлитная. К этой группе относится чугун, легированный никелем, хромом, молибденом, а также модифицированный ферросилицием, силикокальцием, силикоалюминием, в количествах от 0,1 до 0,3%;

- чугун высокой прочности, он имеет ферритную или перлитную структуру с шаровидным строением графита. Этот чугун модифицируют магнием в количестве 0,07%, маркируется ВЧ (высокопрочный). Марки ВЧ40-10. Модифицированные чугуны после термообработки имеют σ_в более 1000 МПа. Применяют для получения коленчатых валов, зубчатых колес, деталей турбин и др.;

- серый чугун со специальными свойствами:

магнитный чугун применяется для корпусов электрических машин, щитов, рам и т.д., имеет структуру феррита с шаровидным графитом;

немагнитный чугун применяется в кожухах и бандажах электромашин, содержит 7-9% Ni и 7-10% Mn или 10-12% Mg и 1,2-2,0% Cu.

Чугун с большим электросопротивлением содержит 14-16% Si.

Аустенитные чугуны обладают кислостойкостью (14% Ni, 2% Cr, 7% Cu) и жаропрочностью (20-25% Al).

При изготовлении форм для получения отливок из серого чугуна следует учитывать, что он имеет хорошие литейные свойства. Однако, необходимо правильно выбирать тип и расположение литниковой системы. Прибыли применяются только для крупных отливок. Ориентировочные температуры заливки следующие: для крупного неответственного литья – 1220^оС, для толстостенного машиностроительного литья – 1260^оС, для ответственного и тонкостенного – 1350-1400^оС.

Производство отливок из ковкого чугуна. Ковкий чугун получают путем длительного отжига (томления 17-80 ч) отливок из белого чугуна.

Для получения отливок вначале выплавляют чугун такого химсостава, чтобы при затвердевании он получился белым со структурой перлит и цементит, затем отливки из белого чугуна подвергают отжигу для разложения цементита и получения необходимой структуры.

В зависимости от способа производства ковкий чугун условно делят на две группы: «черносердечный» и «белосердечный».

Черносердечный чугу н получают при отжиге отливок в нейтральной среде (кварцевый песок). Такой чугун, имеет бархатный черный излом с тонкой наружной серой каймой и структурой феррита и графита. Содержание углерода до и после отжига 2,2-2,9%. Марки КЧ 37-12, КЧ 35-10, КЧ 30-6. Применяется для получения деталей автомобилей и сельхозмашин, испытывающие сложные напряжения и ударные нагрузки.

Белый чугун, предназначен для получения черносердечного чугуна, не может быть выплавлен в вагранке, так как содержит меньше 3% углерода и, следовательно, имеет высокую температуру плавления. Для выплавки такого чугуна применяют две печи: сначала белый чугун плавят в вагранке, а затем переливают в печь (дуговую или пламенную), где нагревают и доводят до требуемого химсостава. Такой процесс называется дуплекс-процессом.

Белосердечный ковкий чугун получают при отжиге отливок из белого чугуна в окислительной среде (например, в засыпке железной руды). Этот чугун имеет серебристый излом. Микроструктура такого чугуна резко меняется по сечению: у края Ф+Г, к центру П+Ф+Г или П+Г. До отжига содержится 2,8-3,3% С, после отжига 1,5-2,2% С. Марки чугуна КЧ 50-4, КЧ 60-3, КЧ 63-2. Применяют для получения арматуры, гаечных ключей, фитинги, гайки и т.д.

Для отжига отливок из белого чугуна применяют тоннельные методические печи (длина 74 м), а также электропечи. Белый чугун, применяемый для производства белосердечного чугуна, содержит повышенное количество углерода, поэтому для его плавки применяют только вагранку.

При изготовлении форм для получения отливок из белого чугуна следует учитывать, что он имеет повышенную усадку. Поэтому необходимо предусматривать установку боковых прибылей и в местах, где скапливается наибольшее количество металла, устанавливают металлические холодильники.

Производство отливок из углеродистых и легированных сталей. В машиностроении применяют три группы литейных сталей: конструкционные, инструментальные и со специальными свойствами.

Литейные конструкционные углеродистые стали предназначены для различных целей, например: 15Л – детали электромашин, корпуса для подшипников, якоря, корпуса электродвигателей; 25Л – детали тепловозов, дорожных машин, клапаны, арматура и др.; 35Л – детали автомобилей и тракторов, зубчатые колеса, ступицы колес, кронштейны и др.; 45Л – детали, работающие на износ без значительных ударных нагрузок (валки, зубчатые колеса и др.); 55Л – литой инструмент, приспособления и детали металлургического оборудования.

Литейные легированные стали используются следующие: жаропрочные – 15Х18Н22В6М2Л, нержавеющие – 10Х17Н3СЛ, 20Х13Л, кислотоупорные – 10Х18Н9ТЛ, 5Х18Н11ВЛ и др., окалиностойкие (жаростойкие) – 40Х9С2Л, 25Х23Н7СЛ, износоустойчивые – 110Г13Л.

При изготовлении форм для получения стальных отливок следует учитывать, что сталь имеет большую усадку и высокую температуру заливки. Поэтому для предупреждения усадочных раковин предусматривают прибыли, в том числе подогреваемые и с искусственным повышением давления, а также холодильники.

Стальные отливки обязательно подвергаются термической обработке (отжигу, нормализации, закалке, отпуску).

Производство отливок из алюминиевых сплавов. По ГОСТ алюминиевые литейные сплавы имеют следующие обозначения АЛ 1, АЛ 2, …, АЛ 27. Эти сплавы применяют для изготовления поршней, головок двигателей, деталей приборов и др.

По свойствам и составу литейные алюминиевые сплавы можно разделить на пять групп:

1) силумины АЛ2, АЛ4, АЛ9 (11-13% Si);

2) коррозионностойкие АЛ 8 (9-11,5% Mg);

3) износостойкие АЛ7 (4-5% Cu);

4) повышенной прочности АЛ11 (4-6% Zn, 6-8% Si, 0.1-0.3% Mg);

5) повышенной жаропрочности АЛ1 (Al+Cu+Mg+Ni).

При изготовлении форм для получения алюминиевых отливок необходимо предусматривать массивные выпоры, а для устранения пористости применяют кристаллизацию под давлением 0,5-0,6 МПа.

Производство отливок из медных сплавов. Из сплавов меди наиболее широко применяются бронзы и латуни.

Бронзы, применяемые в литейном производстве, делятся на две группы – оловянистые машиностроительные и специальные безоловянистые.

Оловянистые бронзы (например, БрОЦСН 3-7-5-1) обладают повышенной коррозионной стойкостью, применяются для получения арматуры, корпусов насосов, подшипников, зубчатых колес, втулок и др.

Безоловянистые бронзы имеют повышенную прочность σ_в=600 МПа. Существуют алюминиевые бронзы (например, БрАЖ 9-4), обладающие повышенной износостойкостью и коррозионной стойкостью, а также кремнистые бронзы, содержащие около 3% Si, и имеющие хорошие литейные свойства. Кроме того, для отливок применяются марганцовистые и свинцовистые бронзы.

Простые латуни (Сu+Zn) для отливок применяются редко. Наиболее широко применяются специальные латуни (например, ЛАЖМц 66-6-3-2). Из них изготавливают паровую и водяную арматуру, гребные винты, лопасти, антифрикционные детали.

При изготовлении форм для отливок из медных сплавов необходимо учитывать, что они легко окисляются, имеют значительную усадку, а бронзы имеют большую склонность к ликвации.

В машиностроении применяют магниевые литейные сплавы марок МЛ 1 – МЛ 19, из которых изготавливают корпуса приборов, детали двигателей, корпуса фотокамер и пишущих машинок и др.

Цифры в маркировке магниевых сплавов указывают на номер марки. Содержат они от 4 до 6% Al и 0,2-0,5% Zn; σ_в=150-350 МПа.

Для предохранения магниевого сплава от возгорания во время заливки форм струю металла опыливают серным порошком. Сера образует пары серы и сернистый газ, которые предохраняют металл от соприкосновения с воздухом.

При изготовлении отливок из тугоплавких сплавов (на основе Ti, Mo, W, V, Nb) следует учитывать, что они имеют высокую химическую активность. Поэтому плавку и заливку их проводят в вакууме.

Дата добавления: 2014-01-07