» » Литейные свойства сплавов
14.01.2016

Литейные свойства сплавов характеризуют возможность получения качественных отливок. Важнейшими из них являются жидкотекучесть, усадка и ликвация.
Жидкотекучесть — способность металлов и сплавов в расплавленном состоянии заполнять полость стандартной формы и точно воспроизводить ее очертания. Жидкотекучесть зависит от ряда факторов: состава и физико-химических свойств сплава; теплофизических свойств формы; технологических условий литья. Наибольшая жидкотекучесть характерна для эвтектических сплавов, а наименьшая — для сплавов на основе твердых растворов или гетерофазных структур. Это связано с влиянием на процесс затвердевания отливки ширины температурного интервала кристаллизации — разности температур начала кристаллизации (ликвидус) и конца кристаллизации (солидус) для конкретного сплава. Для сплавов с узким интервалом кристаллизации (≤ 30 °С) характерна высокая жидкотекучесть в условиях постепенного затвердевания отливки от поверхности к центру. К этому типу относятся чистые металлы, эвтектические сплавы.
В сплавах на основе твердых растворов и гетерофазных структур при наличии широкого температурного интервала кристаллизации (≥ 100 °С) затвердевание осуществляется посредством образования широкой области твердожидкого состояния, когда в расплаве по всему объему отливки почти одновременно выделяются разветвленные кристаллы (дендриты). Такую разновидность процесса кристаллизации называют объемным затвердеванием. Кристаллизация оставшейся жидкой фазы приводит к тому, что во всем объеме отливки происходит выделение растворенных в расплаве газов, при этом возникает много пор, заполненных газом, и мелких усадочных раковин. Примером сплавов этого типа являются алюминиевые сплавы с 5—10 % Сu.
На жидкотекучесть существенно влияют физические свойства сплава: увеличение теплоемкости и удельной теплоты кристаллизации металла способствует повышению жидкотекучестн, поскольку при этом возрастает количество выделяющейся теплоты в процессе затвердевания и охлаждения отливки. Вязкость расплавов, увеличиваясь с понижением температуры, снижает жидкотекучесть. Высокое поверхностное натяжение, с одной стороны, значительно облегчает разливку металла, но, с другой — затрудняет формирование острых углов и кромок в отливках.
Жидкотекучесть зависит от склонности металла к окислению, сплошности и прочности оксидной пленки. При заливке формы оксидные пленки оказывают сопротивление течению расплава и замедляют заполнение им формы. В случае плавки и заливки металла в вакууме или защитной среде жидкотекучесть возрастает с повышением температуры перегрева. При заливке на воздухе температурная зависимость жидкотекучести имеет максимум, соответствующий температуре, выше которой происходит активное окисление расплава с образованием оксидных пленок.
Усадка характеризует уменьшение объема и линейных размеров сплавов при затвердевании.
На характер и величину усадки влияют химический и фазовый состав сплава, протяженность температурного интервала его кристаллизации, взаимная растворимость компонентов и физические свойства сплава (например, коэффициент термического расширения), а также технологические условия литья.
Технологические факторы оказывают существенное влияние на величину и характер усадки. Так, перегрев расплава перед заливкой приводит к увеличению объема усадочной раковины и пористости.
Увеличение скорости охлаждения отливки сопровождается ростом плотности и увеличением объема усадочной раковины (за счет уменьшения пористости).
Снижение пористости и повышение плотности слитков достигается в условиях кристаллизации при повышенном давлении.
Неравномерность и неодновременность усадки различных частей отливки приводят к появлению остаточных напряжений трех видов: механических (связанных с торможением усадки элементами формы), термических (вызванных различием скоростей охлаждения отдельных частей отливки) и фазовых (обусловленных неодновременным протеканием фазовых превращений в различных зонах отливки). Большие остаточные напряжения могут вызывать коробление и возникновение трещин в отливке.
Резкое снижение пластичности сплавов вблизи температуры содидуса, сопровождающееся образованием горячих трещин, называют высокотемпературной хрупкостью или горя челом костью. Сплавы с широким интервалом затвердевания обладают обычно большей склонностью к образованию горячих трещин.
Ликвация представляет собой неоднородность химического состава в различных частях слитка. Развитие химической неоднородности может происходить в объеме зерен (кристаллитов) сплава — внутри кристаллитная (дендритная) ликвация, а также в объеме отдельных зон (макрообъемов) слитка — зональная ликвация.
При затвердевании и охлаждении отливки растворенные в расплаве газы (водород, азот и др.) могут выделяться в виде химических соединений, а также образовывать газовые раковины и лоры. Существенное уменьшение газонасыщенности сплавов достигается при их плавке в вакууме.