Рис. 3. Схема образования усадочной раковины (а - г) и схема вывода усадочной раковины в прибыль (д).

На рис.3 представлена схема образования концентрированной усадочной раковины. Часто имеют место случаи образования рассеянных раковин. При затвердевании в полости формы есть три фазы сплава:

1) жидкая,

2) твердая,

3) жидкая и твердая или двухфазная зона.

При затвердевании в двухфазной зоне могут возникнуть рассеянные поры. Увеличение толщины твердого слоя происходит до тех пор пока в двухфазной зоне не возникает сплошной скелет из кристаллов. Теперь жидкий металл, питающий затвердевающую зону встречает значительное сопротивление своему продвижению, которое увеличивается по мере уменьшения ячеек указанного скелета. И при прекращении питания каких-либо ячеек при дальнейшем охлаждении в них возникает усадочная межкристаллическая раковина. Раковины там меньше, чем позже прекратилась связь жидкого раствора с питаемой ячейкой.

В этом случае возникает рассеянная микропористость. Эти поры нарушают сплошность металла и могут при значительных механических нагрузках являться концентраторами напряжений (как надрезы) и тем самым ухудшать механические свойства деталей.

Для уменьшения влияния на качество отливки усадочных концентрированных раковин применяют два способа:

а) одновременное затвердевание,

б) направленное затвердевание.

Одновременное затвердевание - это одновременная и равномерная кристаллизация расплава во всех частях отливки, что обеспечивается определенными условиями. Приближенно эти условия можно считать выполненными, если толщина отливки во всех ее точках неизменна или изменяется равномерно. Наилучшим образом соблюдаются эти условия при возможно меньшей толщине стенки.

При направленном затвердевании кристаллизация отливки происходит последовательно в направлении противоположном вектору отвода тепла и источнику питания жидким сплавом. При направленном затвердевании отливка получается наиболее плотной, без концентрированных раковин, которые выводятся в прибыль.

Направленное затвердевание можно осуществить несколькими путями:

а) охлаждением нижней части формы или нагревом прибыли;

б) конструкцией отливки, имеющей с постепенно увеличивающейся толщиной в направлении к прибыли;

в) подводом расплавленного металла под прибыль.

4. Поглощение газов в значительной мере зависит от вида и свойств газа, природы растворителя, температуры и давления. Если воде с повышением температуры растворимость газов уменьшается, то в жидких металлах и сплавах растворимость газов может увеличиваете с увеличением температуры.

Для уменьшения объема растворенных газов, газовых раковин и пористости применяют следующие методы:

а) дегазации исходных (шихтовых) материалов;

б) дегазацию жидкого металла перед заливкой в форму;

в) предупреждения выделения газов из раствора в процессе кристаллизации металла в форме.

5. Склонность к образованию неметаллических включений.

В затвердевшем сплаве окислы, нитриды, более тугоплавкие соединения и др., являются телами, нарушающими сплошность и единообразие его структуры. Неметаллические включения неблагоприятно оказываются на физико-химических свойствах,

6. Ликвация.

При охлаждении сплава в форме вследствие неодинаковой удельной массы, неодинаковой температуры кристаллизации составляющих сплава в отдельных участках возникает химическая неоднородность - ликвация. Ликвация зависит от скорости охлаждения большая скорость охлаждения способствует получению более однородного по химическому составу отливки, к получению отливки с лучшими механическими свойствами.

4. Литейные сплавы и их характеристика.

Чугун - многокомпонентный сплав железа с углеродом и другими компонентами (углерода 2-4%).На характер кристаллизации чугуна влияют содержание элементов (C, Si, Mn, P, S ) и скорости охлаждения. При этом структура и свойства чугунов различны:

если весь углерод кристаллизуется в виде графита, а металлическая основа в виде феррита, то получают серый чугун,

если же весь углерод кристаллизуется в составе цементита Fe3C , то получают белый чугун.

В половинчатом чугуне находятся одновременно графит и свободный цементит. Получающиеся при кристаллизации структуры можно существенно изменить последующей термообработкой.

Чугун широко применяют благодаря хорошим технологическим свойствам (хорошая жидкотекучесть и обрабатываемость резанием) и малой относительной стоимости.

Стали - железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2% С. Кроме углерода в сталях содержатся Mn, Si, S, P, N, H, O и другие элементы. Стали с добавкой Cr, Ni, Mo, V, W имеют особые физические, физико-химические свойства или повышенную прочность.

В производстве применяют три группы литейных сталей: конструкционные, инструментальные и легированные. Литейные свойства сталей ниже литейных свойств чугунов, легированные стали имеют плохие литейные свойства. При усадке получают раковины и пористость.

Плотные (без пор и раковин) отливки получают при правильной их конструкции, то есть когда есть прибыль или обеспечено направленное затвердевание. Усадка в твердом состоянии может вызвать горячие или холодные трещины, коробление отливок, высокие внутренние напряжения и изменение литейных размеров.

Алюминиевые сплавы - сплавы основной составной частью которых является алюминий. В качестве дополнительных компонентов, создающих те или иные специфичные технологические свойства, применяют кремний, медь, магний, титан, натрий, марганец.

Добавка кремния улучшает литейные свойства, добавка меди улучшает обрабатываемость резанием, магний увеличивает коррозионную стойкость и прочность.

Магниевые сплавы - сплавы на магниевой основе и в зависимости от требуемых свойств содержащие добавки: марганец, алюминий, цинк, цирконий и другие редкоземельные элементы. Литейные свойства удовлетворительные.

Медные сплавы - сплавы не медной основе с добавками различных элементов; различают две основные группы медных сплавов:

латуни - сплав меди с цинком;

бронзы - сплав меди с другими (Кроме цинка) элементами.

Литейные свойства - удовлетворительные.

Титановые сплавы - сплавы на основе титана, содержащие добавки, которые создают особые свойства. Литье этих сплавов связано с большими технологическими трудностями (из-за активного взаимодействия расплава с материалами формы).

5. Основные способы литья, применяемые в приборостроении.

1. Литье в ЖСС.

Литье в песчаные формы обеспечивает невысокое качество поверхности (ниже Rz =320 мкм), низкую точность (ниже 16 квалитета), трудно автоматизируется и не обеспечивает удовлетворительные условия труда. Для получения более высоких качественных показателей применяют литье в формы из жидких самоотвердевавщих смесей (ЖСС). Этот способ литья применяют в любом виде производства.