Особливості литва деяких матеріалів

Сірий чавун є найдешевшим з ливарних сплавів з добрими ливарними властивостями (лінійна усадка до 1,3%). Його механічні властивості залежать від величини зерна металу, від розмірів і характеру розподілу вкраплень графіту, а також від співвідношення між загальним, зв'язаним і вільним вуглецем (графітом). Конструкційну міцність чавунного виливка не дуже знижує наявність гострих кутів, різких переходів, неметалічних включень, невеликих газових раковин і пор.

Чавуни СЧ 00 і СЧ 12 мають феритову структуру, починаючи з СЧ 24 до СЧ 44 - перлітову структуру, а інші - ферито-перлітову структуру.

На утворення тієї або іншої мікроструктури робить вплив хімічний склад чавуну і швидкість охолоджування виливка. У зонах виливка, де метал охолоджується з більшою швидкістю, наприклад біля поверхні, утворюється дрібніше зерно і виділяється дрібніший графіт, а отже, вони мають вищі механічні властивості, а в середній зоні, охолоджуваній з меншою швидкістю, утворюється крупніше зерно.

Цю залежність потрібно враховувати при проектуванні виливка з сірого чавуну.

Форми для виливків з ковкого чавуну виготовляють з урахуванням властивостей білого чавуну (з якого ковкий отримують), який володіє великими лінійною і об'ємною усадками (1,7%), внаслідок чого схильний до утворення усадкових раковин і тріщин. Для живлення усадки в товстостінних місцях виливки передбачають бічні додатки - усадкові живильники, які тверднуть в останню чергу і в них утворюється усадкова раковина .

Високоміцний чавун одержують присадкою в рідкий чавун деяких лужних або лужноземельних металів (0,03-0,07%Mg) що змінює форму графіту на кулясту. Чавуни з кулястим графітом мають вищі механічні властивості, не поступаються литій вуглецевій сталі, зберігаючи при цьому хороші ливарні властивості (лінійна усадка 1,0%)і обробку різанням, здатність гасити вібрації, високу зносостійкість тощо.

Чавуни ВЧ 50-2, ВЧ 60-2, ВЧ 70-3, ВЧ 80-3, ВЧ 100-4, ВЧ 120-4 мають перлітову металеву основу, чавуни ВЧ 45-5 - перліто-феритову і ВЧ 38-17, ВЧ 42-12 - феритову.

Для зняття ливарних напружень, підвищення механічних властивостей чавун піддають термічній обробці.

Виготовлення форм для виливків із сталі відрізняється застосуванням додатків для живлення великої (вуглецева до 2,5%, легована до 6%) об'ємної усадки сталі. При цьому треба враховувати, що сталь має знижену рідкотекучість і високу температуру заливання.

Для виливків із сталі часто маса додатка наближається до маси виливка.

Ливарні алюмінієві сплави. Високими ливарними властивостями володіють сплави, в структурі яких є евтектика. Це сплави алюмінію і кремнію, звані силумінами (АЛ2, АЛ3, АЛ5). Лінійна усадка становить 1-1,5%. Сплави характеризуються низькими механічними властивостями.

Сплави алюмінію і міді (АЛ7, АЛ19) після термічної обробки мають високі механічні властивості, хорошу оброблюваність, але низькі ливарні властивості.

Сплави алюмінію і магнію мають погані ливарні властивості (лінійна усадка становить 1-1,6%), оскільки не містять евтектики, але мають високу корозійну стійкість, хороші механічні властивості і оброблюваність різанням. До них відносяться сплави АЛ3, АЛ13, АЛ27.

Антифрикційні сплави алюмінію з сурмою, залізом, міддю і кремнієм утворюють м'які евтектики і хімічні з'єднання високої твердості.

Форми для алюмінієвих виливків виготовляють з урахуванням ливарних властивостей кожного сплаву. Застосовують металеві холодильники для прискорення процесу кристалізації масивних стінок виливка, що забезпечує їй густину.

При виготовленні форм з мідних сплавів необхідно враховувати велику усадку (латуні - 1,5-1,9%; олов’яні бронзи 1-1,5%; безолов’яні бронзи 1,6-2,2%), порівняльне легке окислення при високій температурі з утворенням плівки оксидів. Бронза, наприклад, має велику схильність до ліквації. Тому, щоб уникнути спаїв і несплавлень, повинно бути забезпечено повільне заповнення форми сплавом і рівномірне охолодження в ній виливка. Наприклад, для алюмінієвої бронзи передбачають підведення металу у форму, що виключає падіння сплаву з висоти, розбризкування і зштовхування його потоків.

Ливарні магнієві сплави Магній має малу густину (1,73 г/см³).

Високі механічні властивості мають магнієві ливарні сплави з 4% Аl. При підвищенні вмісту алюмінію до 8-10% знижуються межа міцності на розтягування і в'язкість, а твердість - збільшується. Сплави магнію з алюмінієм можна термічно обробляти для підвищення їх механічних властивостей.

Цинк вводять в сплави магнію з алюмінієм у кількості 0,2- 0,5% для підвищення їх механічних властивостей.

Форми для магнієвого литва виготовляють з урахуванням великої реакційної спроможності магнію.

Формувальні матеріали застосовують з добавками сірки і борної кислоти. Перед заливкою форму просушують. При виготовленні ливникової системи передбачають повільне, спокійне заповнення форми. Для захисту магнієвих сплавів від загоряння під час заливки форми струмінь металу опилюють сірчаним порошком.

Ливарні тугоплавкі сплавиДо тугоплавких сплавів відносяться сплави на основі титану, ніобію, молібдену, вольфраму, ванадію. Ці тугоплавкі сплави мають високу хімічну активність. При плавленні вони інтенсивно взаємодіють з киснем, азотом і воднем.

Температура плавлення ванадію - 1670°С, ніобію - 2415°С, молібдену - 2610°С, танталу - 2996°С, вольфраму - 3410°С.

Форми виготовляють з урахуванням того, що тугоплавкі сплави розкладають окисли алюмінію і кремнію, які найчастіше входять в формувальні матеріали. Тому форми виготовляють з графіту або міді, останні охолоджують водою. Ливникову систему виготовляють з урахуванням спокійного заповнення форми сплавом. Щоб сплав не окислювався, форми заливають в глибокому вакуумі.

Виготовлення ливарних форм

Загальні терміни

Ливарна форма	Це пристосування що створює робочу порожнину, при заливанні до якої рідкого металу формується виливок. Ливарна піщано-глиняста форма складається:
1 - верхньої напівформи; 2 - нижньої напівформи; 3 - стриженя; 4 - випору (додаток); 5 - ливникової чаши; 6 - стояка; 7 - опоки верхньої; 8 - опоки нижньої; 9 - газовідвідних каналів; 10 - центрувальних штирів; 11- вушок опоки; 12 - шлаковловлювачів; 13 - живильників.
Ливарне технологічне оснащення.	У комплект ливарного оснащення для виготовлення форм з формувальних сумішей входять моделі, підмодельні плити, стрижневі ящики, опоки тощо.
Модельний комплект	Це комплект формувальних пристроїв, потрібних для утворення при формовці робочої порожнини. Це модель, стрижневі ящики, моделі ливникової системи, формуванні, контрольні і складальні шаблони для визначеного виливка.
Модель 2) 1) 3) 1) – деталь (водогінний вентиль) 2) – модель рознімна з штифтами що центрують 3) стрижневі знаки	Це елемент за допомогою якого у ливарній формі одержують порожнину, – має конфігурацію зовнішньої поверхні виливка. Модель більша за виливок на величину усадки металу. Розміри моделі відрізняється від відповідних розмірів деталі величиною припусків на механічну обробку, технологічних припусків, величиною усадки металу. Модель виготовляють із дерева (зазвичай одиничне виробництво), металу, пластмаси. Модель може бути рознімна або ні для здійснення можливості технології формування у піщаній формі.
Площина рознімання моделі, форми (РМФ).	Призначається для можливості видалення моделі з форми після здійснення процесу формування. Вимоги: 1 – можливість найлегшого видалення моделі з форми; 2 – виключення криволінійності роз’єму; 3- забезпечення точності розмірів виливка.
Стрижневі знаки.	У місцях, де в деталі має бути отвір (або порожнина). Мають вигляд виступів. Знаки роблять заглибини в формовій суміші, куди вставляється стрижень при складанні форми.
Ливникова система.	Це сукупність каналів і резервуарів, якими розплав надходить з ковша до порожнини форми і живлення її під час тверднення. Основними елементами ливникової системи є: ливникова чаша, стояк, шлаковловлювач, живильники, випори, додатки. За способом підведення розплаву в робочу порожнину форми ливникові системи ділять на: нижню, верхню, бічну.
	Ливникова чаша	Призначена для приймання розплавленого металу і спрямовування його в порожнину форми.
	Стояк	Канал що спрямовує розплав у інші елементи (крім чаши) ливникової системи.
	Шлаковловлювач	Затримує неметалеві домішки в розплаві перед його надходженням до живильників.
	Живильник	Канал що підводить розплав у робочу порожнину
Додатки	1 – усадкова раковина; 2 – додаток; 3 – усадкова пористість; 4 – виливок.	Потрібні для отримання виливків без усадкових раковин і пористості, що можуть утворюватися внаслідок зменшення об'єму розплаву при затвердінні. Використовують відкриті додатки, закриті і додатки що діють під тиском.
	Випори	Вертикальні канали, потрібні для виходу газів з форми, контролювання заповнюваності робочої порожнини.
Газовідвідні канали	Потрібні для видалення газів, що виділяються формою при заливці металу з високою температурою. Канали, що зроблені спицею-душником і проходять на різну глибину форми.
Підмодельна плита	Служить для розміщення на ній моделей і встановлення опок при виготовленні ливарної форми вручну. Підмодельні плити формують площину рознімання ливарної форми.
Опока(дивись «форми»).	Це міцні металеві рами різної форми, призначені для виготовлення ливарних напівформ з формувальних сумішей. Опоки виготовляють з сірого чавуну, сталі, алюмінієвих сплавів.
Стрижень.	Це елемент форми, за допомогою якого у виливку отримують отвір чи порожнину.
Стрижневий ящик.	Виготовляють стрижні у стрижневих дерев’яних ящиках із стрижневої суміші, що міцніша за формову.
Технологічний припуск складається з:
напуску	Якщо деталь складної форми, модель для неї спрощується шляхом невиконання окремих елементів (отворів на фланцях вентиля, різьби тощо). На них призначається напуск (1) і на моделі ці елементи вже відсутні (спрощені).
ливарних (формових) ухилів Вертикальна стінка моделі	Призначаються на поверхні моделі або стрижня для спрощення видалення моделі (стрижня) без псування з форми (стрижневого ящика). Величина до 3º.
Приливи Виливок	Штучно доданий елемент (2) до виливка, за допомогою якого закріплюють при механічній обробці (транспортують) виливок.
Ребра	Передбачають для запобігання жолоблення виливка при твердінні (термічній обробці).
Галтелі	Закруглення внутрішнього кута виливка і моделі для отримання повільного переходу в спряжених стінках
Припуск на механічну обробку.	Це шар металу, що призначається на поверхні виливка з метою отримання потрібної геометрії та точності деталі подальшою механічною обробкою. Величина припуску регламентується ДСТУ, залежить від матеріалу виливка, розташування виливка в формі тощо.
Формові суміші.	Для виготовлення форм. Формові суміші поділяють на облицювальні, наповнювальні чи єдині
Стрижневі суміші.	Для виготовлення стрижнів в стрижневих ящиках. Більш міцні за формові, для теплового сушіння і самотверднучі.