Отливки из алюминиевых сплавов

Отливки из алюминиевых сплавов. Литейные свойства.

Согласно ГОСТу литейные алюминиевые сплавы разделены на пять групп. Наилучшими литейными свойствами обладают сплавы I группы - силумины. Они имеют хорошую жидкотекучесть, небольшую 0,9-1 линейную усадку, стойки к образованию трещин, достаточно герметичны.

Это сплавы марок АЛ2, АЛ4, АЛ9, их широко используют в производстве. Однако они склонны к образованию грубой крупнозернистой эвтектики в структуре отливки и растворению газов. При литье силуминов в кокиль структура отливок вследствие высокой скорости кристаллизации получается мелкозернистой. Основной недостаток сплавов I группы при литье в кокиль - склонность к образованию рассеянной газовой пористости в отливках.

Сплавы II группы медистые силумины также нередко отливают в кокиль. Эти сплавы обладают достаточно хорошими литейными свойствами и более высокой прочностью, чем силумины, менее склонны к образованию газовой пористости в отливках. Сплавы III - V групп имеют худшие литейные свойства - пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку до 1,3 , склонны к образованию трещин, рыхлот и пористости в отливках. Получение отливок из этих сплавов требует строгого соблюдения технологических режимов, обеспечения хорошего заполнения формы, питания отливок при затвердевании.

Все литейные алюминиевые сплавы в жидком состоянии интенсивно растворяют газы и окисляются. При затвердевании сплава газы выделяются из раствора и образуют газовую и газоусадочную пористость, которая снижает механические свойства и герметичность отливок. Образующаяся на поверхности расплава пленка окислов при заполнении формы может разрушаться и попадать в тело отливки, снижая ее механические свойства и герметичность.

При высоких скоростях движения расплава в литниковой системе пленка окислов, перемешиваясь с воздухом, образует пену, попадание которой в полость формы приводит к дефектам в теле отливок. Влияние кокиля на свойства отливок. Интенсивное охлаждение расплава и отливки в кокиле увеличивает скорость ее затвердевания, что благоприятно влияет на структуру - измельчается зерно твердого раствора, эвтектики и вторичных фаз. Структура силуминов, отлитых в кокиль, близка к структуре модифицированных сплавов снижается опасность появления газовой и газоусадочной пористости, уменьшается вредное влияние железа и других примесей.

Это позволяет допускать большее содержание железа в алюминиевых отливках, получаемых в кокилях, по сравнению с отливками в песчаные формы. Все это способствует повышению механических свойств отливок, их герметичности. Кокили для литья алюминиевых сплавов применяют массивные, толстостенные. Такие кокили имеют высокую стойкость и большую тепловую инерцию после нагрева до рабочей температуры они охлаждаются медленно.

Это позволяет с большей точностью поддерживать температурный режим литья и получать тонкостенные отливки. Для отливок сложной конфигурации используют кокили, имеющие системы нагрева или охлаждения отдельных частей. Это дает возможность обеспечить направленное затвердевание и питание отливок. Для получения точных отливок рабочую полость кокиля обычно выполняют обработкой резанием. Положение отливки в форме должно способствовать ее направленному затвердеванию топкие части отливки располагают внизу, а массивные вверху, устанавливая на них прибыли и питающие выпоры.

Литниковая система должна обеспечивать спокойное, плавное поступление расплава в полость формы, надежное улавливание окисных плен, шлаковых включений и предотвратить их образование в каналах литниковой системы и полости кокиля, способствовать направленному затвердеванию и питанию массивных узлов отливки. Используют литниковые системы с подводом расплава сверху, снизу, сбоку, комбинированные и ярусные рис. 2.15, а. Литниковые системы с верхним подводом используют для невысоких отливок типа втулок и колец I, 1-3 . Такие литниковые системы просты, позволяют достичь высокого коэффициента выхода годного.

Заливка с кантовкой кокилей с такой литниковой системой обеспечивает плавное заполнение формы и способствует направленному затвердеванию отливок. Литниковые системы с подводом расплава снизу используют для отливок корпусов, высоких втулок, крышек II, 1-3 . Для уменьшения скорости входа расплава в форму стояк делают зигзагообразным II, 1 , наклонным II, 2 . Для задержания шлака устанавливают шлакозадерживающие бобышки Б II, 1 для удаления первых охлажденных порций расплава, содержащих шлаковые включения, используют промывники П II 3 . Литниковые системы с подводом расплав, а сбоку через щелевой литник III, 1-3 , предложенные акад. А. А. Бочваром и проф. А. Г. Спасским, сохраняют основные преимущества сифонной заливки и способствуют направленному затвердеванию Отливки.

На практике используют несколько вариантов таких систем.

Стояки выполняют также наклонными или сложной формы, так называемые гусиные шейки. Эти стояки снижают скорость, исключают захват воздуха, образование шла ков и пены в литниковой системе, обеспечивают плавное заполнение формы расплавом. При заливке крупных отливок обязательным элементом литниковой системы является вертикальный канал, являющийся коллектором. I 1 2 II 1 2 3 III 1 2 3 IV 1 2 3 V 1 2 3 Расплав рис. 2.15,6 из чаши поступает в зигзагообразный стояк 2, а из него - в вертикальный канал 3 - колодец - и вертикальный щелевой питатель 4, Соотношение площадей поперечных сечений элементов литниковой системы подбирают так, чтобы уровень расплава в форме во время ее заполнения был ниже уровня в канале 3 верхние порции расплава должны сливаться в форму и замещаться более горячим расплавом. Размеры канала 3 и питателя 4 назначают сообразно с толщиной стенки отливки 5 чтобы избежать усадочных дефектов в отливке, расплав в канале 3 и питателе 4 должен затвердевать позже отливки.

Недостаток литниковой системы - большой расход металла на литники и сложность отделения их от отливки.

Литниковые системы с комбинированным подводом используют для сложных отливок см. рис. 2.15,а IV, 1-3 . Нижний питатель способствует спокойному заполнению формы, а верхний подает наиболее горячий расплав под прибыль, улучшая ее питающее действие.

Ярусные литниковые системы используют для улучшения заполнения формы тонкостенных сложных или мелких отливок V, 1-3 . Размеры элементов литниковых систем для отливок из алюминиевых и магниевых сплавов определяют, исходя из следующих положений значения критерия Re для различных элементов литниковой системы стояка, коллектора, питателей не должны превосходить гарантирующих минимальное попадание окислов и неметаллических включений в форму вследствие нарушении сплошности скорость движения расплава в форме должна обеспечить ее заполнение без образования в отливке неслитин и спаев.

Ниже приведены максимальные допустимые значения критерия Re ud v для различных элементов литниковых систем, по данным Н. М. Галдина и Е. Б. Ноткина 8 Стояк Коллектор Питатели Форма простая . сложная 43500-48300 28000-33800 7800-5300 2600-1350 780 Из приведенных данных следует, что для получения качественных отливок скорость движения расплава должна убывать от сечения стояка к питателю. Поэтому для отливок из алюми ниевых сплавов применяют расширяющиеся литниковые системы с соотношением fc fк fп l 2 3 или 1 2 4, 2.1 где fc, fк, fn - площади поперечного сечения стояка, коллектора, питателя соответственно. Для крупных 50-70 кг и высоких 750 мм отливок fc fк fп 1 3 4 или 1 3 5. Для определения среднего значения минимально допустимой скорости подъема расплава в форме иф используют различные теоретические и экспериментальные зависимости, учитывающие химический состав сплава, конфигурацию отливки, температуру формы и сплава и т. д. Наиболее простой, но достаточно точной, является зависимость, установленная А. А. Лебедевым 8 , uф 3,0ч4,2 lo, 2.2 где uф - начальная скорость подъема расплава в форме, см с lо - характерная толщина стенки отливки, см при отношении Hо lо 50 принимают меньшие значения коэффициента в правой части 2.2 , при Hо lо 50 - большие его значения Н0 - высота отливки без прибылей и выпоров.

При литье мелких и средних отливок в кокиль площадь поперечного сечения стояка определяют по формуле 3,0ч4,2 , 2.3 где G - масса отливки, г - плотность сплава скорость движения расплава в узком сечении стояка, см с. Скорость определяют по формуле, где расчетный напор, определяют по известным формулам 4 - коэффициент расхода, принимают 4 0,65ч0,76 для нижнего подвода 0,7ч0,8 для ярусной системы 0,56ч0,67 для комбинированного способа подвода.

Меньшие значения принимают для пониженных температур заливки.

Определив по формуле 2.3 , по соотношению 2.1 находят площади поперечного сечения остальных элементов литниковой системы.

В кокиле выполняют каналы литниковой системы в соответствии с минимальными расчетными размерами, которые при доводке технологии отливки в случае необходимости увеличивают. При литье крупных, сложных отливок для определения размеров литниковой системы пользуются специальными методами 8 . Технологические режимы литья назначают в зависимости от свойств сплава, конфигурации отливки и предъявляемых к ней требований. Состав и толщину слоя краски на поверхности рабочей полости кокиля назначают в соответствии с рекомендациями табл. 2.3. Для регулирования скорости отвода теплоты от различных частей отливки толщину и свойства огнеупорных покрытий в разных частях кокиля часто делают различными.

Для1 окраски в этом случае используют трафареты. Поверхности каналов литниковой системы покрывают более толстым слоем красок с пониженной теплопроводностью, а поверхности прибыльных частей иногда оклеивают тонколистовым асбестом клеем служит жидкое стекло. Температуру нагрева кокиля перед заливкой прини-мают, руководствуясь данными табл. 2.4. Температурузаливки расплава в кокиль назначают в зависимости от химического состава сплава, толщины стенки отливки и ее размеров.

Для силуминов типа АЛ2, АЛ4, АЛ9 ее принимают равной 973-4023 К, для широкоинтервальных сплавов типа АЛ 19, обладающих пониженной жидкотекучестью равной 993-1043 К. Продолжительность выдержки отливки в кокиле назначают с учетом ее размеров и массы.

Обычно отливки охлаждают в форме до температуры 650 К. Продолжительность охлаждения отливки до температуры выбивки определяют расчетом по известным формулам 2, 14 и окончательно корректируют при доводке технологического процесса. Отливки из магниевых сплавов Литейные свойства. Магниевые литейные сплавы по сравнению с алюминиевыми обладают худшими литейными свойствами пониженной жидкотекучестью, большой 1,2-1,5 усадкой, склонностью к образованию горячих трещин, пониженной герметичностью, высокой склонностью к окислению в жидком и твердом состоянии, способностью воспламеняться в жидком состоянии.

Магниевые сплавы имеют большой интервал кристаллизации, склонны к растворению газов и поэтому в отливках часто образуются микрорыхлоты. Отливки нз магниевых сплавов склонны к короблению при затвердевании и термической обработке. Наибольшее применение для литья в кокиль нашли сплавы МЛ5 системы Mg - А1 - Zn , МЛ6 системы Mg - Al - Zn , МЛ12 системы Mg - Zn - Zr МЛ10 Mg - Nd - Zr. Влияние кокиля на свойства отливок.

Кокиль практически не вступает в химическое взаимодействие с магниевым расплавом, что уменьшает окисляемость сплава, улучшает качество отливок. Пониженная жидкотекучесть сплавов вызывает необходимость заливать их в кокили при повышенной температуре, особенно при изготовлении тонкостенных отливок. Это приводит к повышению окисляемости сплава, вероятности попадания окислов в отливку, увеличению размеров зерна в структуре, ухудшению механических свойств отливки.

Для предотвращения горячих трещин в отливках, обусловленных повышенной усадкой сплавов, необходимо осуществлять подрыв неподатливых металлических стержней или использовать песчаные стержни модифицирование сплавов церием и висмутом повышает трещиноустойчивость сплавов. Положение отливки из магниевого сплава в кокиле имеет особенно важное значение для направленного ее затвердевания и питания. Для питания отливки обязательно используют прямые или отводные прибыли для лучшей их работы прибыли выполняют в стержневых, асбестовых или керамических вставках.

Литниковые системы для магниевых сплавов расширяющиеся fc fк fп 1 2 3. Для крупных и сложных отливок fc fк fп 1 4 6. Размеры элементов литниковых систем определяют, пользуясь формулами. 2.1 , 2.3 и зависимостями коэффициентов расхода, приведенными выше. Объем прямой или отводной прибыли определяют из соотношения Vпр 2-2,5 Vп.о, где Vп.о - объем питаемого узла отливки. Способы подвода расплава в кокиль и конструкции литниковых систем такие же как и для алюминиевых сплавов см. рис. 2.15 . Особое внимание следует обращать на рассредоточенный подвод расплава в рабочую полость.

Это вызвано пониженной жидкотекучестью магниевых сплавов и их малой теплопроводностью. Последнее свойство при сосредоточенном подводе приводит к замедленному охлаждению отлпвки в месте подвода питателя и образованию в эгом месте усадочных дефектов - пористости, рыхлот, трещин. Технологические режимы литья магнеевых сплавов в кокиль назначают с учетом их литейных свойств, конфигурации отливки и предьявляемых к ней требований.

Состав и толщину краски рабочей полости кокиля принимают но рекомендациям табл. 2.3. Для устранения окисления и загорания сплава при заливке рекомендуется покрывать по-верхность кокиля и кромки заливочной чаши серным цветом, кото-рый сгорая, создает защитную среду вокруг отливки. Температуру нагрева кокиля перед залинкой назна-чают в пределах указанных в табл. 2.4. Температура заливки магниевых сплавов зависит от химического состава, но обычно на 100- 150 К выше линии ликвидна, что вызвано их пониженной жидкотекучестью.

Обычно температура заливки составляет 1000 1020 К для тонкостенных отливок и 950-980 К для массивных, толстостенных Отливки из медных сплавов Литейные свойства. Литьем в кокиль изготовляют отливки из латуней, бронз, а также чистой меди. Латуии имеют обычно небольшой интервал кристаллизации, хорошую жндкотекучесть, но большую усадку 1,5-2,5 в зави-симости от химического состава.

Латуни мало склонны к образованию усадочной пористости, но, как и все медные сплавы, интенсивно, растворяют водород, особенно кремнистые латуни, отливки из которых часто поражаются газовой пористостью. Бронзы оловянные имеют высокую жидкотекучесть, повышенную усадку 1.4-1,6 , большой интервал кристаллизации, а потому и повышенную склонность к образованию усадочной пористости в отливках. Алюминиевые бронзы имеют небольшой интервал кристаллизации, большую усадку 1,7-2,5 отливки нз них получаются плотными, но они склонны к образованию окисных плен из-за повышенной окисляемости содержащегося в них алюминия.

Плены, попадающие в отливку, снижают ее механические свойства и герметичность. Кремнистые бронзы, аналогично кремнистым латупям, склонны к образованию газовой пористости. Свинцовые бронзы склонны к ликвации, ухудшающей свойства отливок. Чистая медь имеет низкую жидкотекучесть, высокую усадку 1,8-2 , интенсивно растворяет газы, которые при затвердев а ни и отливки образуют газовую пористость и раковины в ней. При плавке мель интенсивно окисляется.

Окислы меди ухудшают ее литейные свойства, а также механические свойства и электропроводность отливок. Влияние кокиля на качество отливок. Высокая скорость охлаждения и затвердевания при литье в кокиль благоприятно влияет на качество отливок повышаются их механические свойства, герметичность, плотность, улучшается структура. Повышение скорости охлаждения способствует приближению характера затвердевания широкоинтервальных сплавов к последовательному.

Поэтому, например, отливки из оловянных бронз в кокиль имеют большую плотность, чем при литье в песчаные формы. Отлнвки из кремнистых латуне.й и бронз меньше поражены газовой пористостью, так как высокая скорость охлаждения расплава препятствует выделению газов из раствора. Повышенная скорость затвердевания отливок из свинцовых бронз уменьшает ликвацию, способствует измельчению включений свинца, что повышает антифрикционный свойства отливок.

Отливки из медных сплавов при литье в кокиль часто поражены трещинами, так к.а-к кокиль неподатлив. Это затрудняет получение в кокилях сложных тонкостенных отливок. Главная мера -предупреждения этих дефектов - хорошее раскисление и рафинирование сплавов - освобождение их от окислов, сильно влияющих на трещйноустойчивость сплавов, а также создание условий для направленного затвердевания и питания отливки. Положение отливки в кокиле должно обеспечивать направленное затвердевание .и питание ее при усадке.

Поэтому располагают массивные ее части вверху и на них устанавливают прибыли. Литниковая система рис. 2.16, для медных сплавов должна обеспечивать плавное заполнение формы и питать отливку в процессе ее затвердевания. Поэтому литники делают большого сечения, одновременно выполняющими функции прибылей. Между стояком и питателем устанавливают питающие бобышки Б, ,в кр-торых происходит также частичное шлакозадержание. Для отливок из алюминиевых, марганцевых и кремнистых бронз используют нижний подвод расплава через зигзагообразные и наклонные стояки рис. 2.16, б, в , шлакоуловители и плоские щелевидные питатели.

Тонкостенные мелкие отливки заливают сверху рис. 2.16, а, обычно с подводом расплава в питающую бобышку Б. Для отливок из медных сплавов применяют как расширяющиеся, так и суживающиеся литниковые системы. Для сплавов, склонных к образованию плен алюминиевых, марганцевых бронз, используют расширяющиеся литниковые системы fп fл.х fс 3 2 1 , а для латуни - суживающиеся fп fл.х fс 1 2,5 3,5 . Размеры элементов литниковой системы определяют, пользуясь известным гидравлическим методом расчета 8 . Технологические режимы назначают в зависимости от литейных свойств сплава, конфигурации отливки и требований к ней. В состав красок рабочих поверхностей кокилей вводят вещества, способные при взаимодействии с расплавом испаряться и газифицироваться с образованием восстановительной среды, предотвращающей окисление расплава см. табл. 2.3 . Обычно это масла, графит, а также органические лаки, термореактивные смолы.

Такие покрытия наносят на поверхность кокиля перед каждой заливкой или через две-три заливки.

Температуру нагрева кокиля перед заливкой назначают поданным табл. 2.4. Для получения отливок высокого качества из свинцовых бронз необходимо обеспечить высокую скорость затвердевания. Это достигается охлаждением кокилей водой, использованием для кокилей высокотеплопроводных материалов. Температура заливки медных сплавов зависит от химического состава и конфигурации отливки.

Оловянные бронзы заливают при температурах 1420-1470 К алюминиевые бронзы - при 1370-1430 К. Кремнистые латуни заливают при температурах 1250-1310 К, свинцовые латуни - при 1300-1380 К. Массивные отливки заливают при температурах, близких к нижнему пределу рекомендованных, тонкостенные - к верхнему. Температуру выбивки отливок из кокилей назначают в зависимости от химического состава сплава, толщины стенки отливки и ее конфигурации.