5. Усадка литейных сплавов. Зависимость усадки от внутренних напряжений сплава и от химического состава.


Усадка - свойство литейных металлов уменьшать объём при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. Усадка бывает линейная и объёмная, выражается в относительных единицах.

Линейная усадка. Это уменьшение размеров отливки при её охлаждении от температуры, при которой образуется корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку определяют процентным соотношением: , где и - размеры полости формы и отливки при температуре 20 градусов.

На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Например, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния, усадку алюминиевых сплавов уменьшает повышенное содержание кремния. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.

При охлаждении отливки происходят механическое (возникает из-за трения между отливкой и формой) и термическое (обусловлено различными скоростями охлаждения различных частей отливки) торможения усадки.

Линейная усадка для серого чугуна 0,9...1,3%; для углеродистых сталей 2...2,4%; для алюминиевых сплавов 0,9...1,5%; для медных сплавов 1,4...2,3%.

Объёмная усадка - уменьшение объёма сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки.

Объёмную усадку определяют процентным соотношением: , где и - объём полости формы при температуре 20 градусов. Объёмная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке:. Усадка в отливках проявляется в виде усадочных раковин, пористости, трещин и короблений.

Внутренние напряжения (термические, фазовые и усадочные):

Термические возникают при разнице стенок, сложности отливки – происходит охлаждение с разной скоростью.

Фазовые – при переходе из одной фазы в другую.

Если - искривление отливки. Если - трещины в отливке; трещины бывают горячие (в момент кристаллизации отливки) и холодные (в процессе охлаждения и эксплуатации отливки).


13. Особенности изготовления отливок в кокиле. Сущность способа, разновидности кокилей, технологические возможности и области применения.


Сущность кокильного литья заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла в многократно используемые металлические литейные формы-кокили с последующим затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки и извлечением её из полости формы.

Отличительные особенности литья в кокиль состоят в том, что формирование отливки происходит в условиях интенсивного теплового взаимодействия с литейной формой, т.е. залитый металл и затвердевающая отливка охлаждаются в кокиле с большей скоростью, чем в песчаной форме. Кокиль практически не податлив и более интенсивно препятствует усадке отливки, что затрудняет извлечение её из кокиля, а также может приводить к короблению и трещинам в отливках; кокиль газонепроницаем, а газотворная способность его минимальна и определяется в основном составами теплозащитных покрытий, наносимых на рабочую поверхность кокиля. Физико-химическое взаимодействие отливки и кокиля минимально, что способствует повышению качества поверхностного слоя отливки.

Кокили - металлические формы - изготавливают литьём, механической обработкой и другими методами из серого чугуна (СЧ15, СЧ20 и др.), стали (20, 15Л, 20Л и др.).

Технологический процесс изготовления отливки в кокиль:

Рабочую поверхность кокиля с вертикальной плоскостью разъёма, состоящую из поддона 1, двух симметричных полуформ 2 и 3 и металлического стержня 4, предварительно нагревают 100...150 градусов, покрывают из пульверизатора 5 слоем защитного покрытия. С помощью манипулятора устанавливают песчаный стержень 6, который выполняют в отливке 7 расширяющуюся полость. Половины кокиля 2 и 3 соединяют, скрепляют и проводят заливку расплава. После затвердевания отливки 7 и охлаждения её до температуры выбивки кокиль раскрывают и протягивают вниз металлический стержень 4.

Отливка 7 манипулятором удаляется из кокиля.



Виды кокилей:

Отливки простой конфигурации изготавливают в неразъёмных вытряхных кокилях а). При изготовлении крупных, но простых по конфигурации отливок используются кокили с горизонтальными разъёмами б). Несложные отливки с небольшими выступами и впадинами на наружных поверхностях изготавливают в кокилях с вертикальным разъёмом в). Кокили с комбинированными разъёмами применяют при изготовлении сложных отливок г).