←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
заливается в песчаную форму, в полость которой с двух торцов вставлены шпильки. Одна шпилька жёстко укреплена в опоке, а другая соединена с пружиной. Затвердевающий металл «схватывает» шпильки, и образец с одного торца оказывается жёстко связанным с опокой, а с другого – соединённым через шпильку с пружиной, делающей усадку затруднённой.
Нагрузка на образец измеряется по прогибу пружины с помощью механического индикатора, проградуированного в единицах силы.
Результаты исследований с помощью приборов, в которых усадка тормозится пружиной, в сильной степени зависит от жёсткости пружины. Чем жёстче пружина, тем быстрее после окончания заливки образуется трещина и тем меньше в этот момент нагрузка. Следовательно, абсолютное значение критической нагрузки зависит не только от свойств сплава, но и от жёсткости пружины. Особенно важно то, что жёсткость пружины по-разному сказывается на критической нагрузке, определённой на разных сплавах. В результате можно получить разную зависимость сопротивляемости образованию трещин от состава. Так, при увеличении жёсткости пружины, в ряду сплавов Fe – C сталь с 0.2% С из наименее горячеломкой становится наиболее горячеломкой.
Было замечено, что при наличии у сплава предусадочного расширения, в производственных отливках стержень, расширяющийся при заливке металла, оказывает сопротивление усадке как только она начинается, а в установке с пружиной нагрузка прикладывается к образцу с опозданием. Обусловлено последнее тем, что в период предусадочного расширения пружина из положения oa изгибается в положение oc , а после начала усадки, когда она возвращается в исходное положение, образец не нагружен (рисунок 3). Образец нагружается только после того, как пружина проходит через исходное положение oa и отклоняется в положение ob. Из-за холостого хода пружины критическая нагрузка зависит от величины предусадочного расширения, и результаты испытаний иногда расходятся с производственным
опытом и оценкой горячеломкости по пробам, относящимся к первым двум группам.
Одним из показателей горячеломкости является относительное количество треснувших отливок. Такой способ неудобен в лабораторных условиях, так как достоверные данные можно получить лишь при большом количестве повторных заливок. В то же время в заводских условиях, когда под контроль попадают сотни производственных отливок, статистический метод оценки горячеломкости по относительному числу треснувших отливок даёт очень хорошие результаты.
Рис.8 Схема опыта с торможением усадки пружиной
Была также сделана попытка оценить горячеломкость по величине минимальной твёрдости стержневой смеси, начиная с которой в кольцевой отливке появляются трещины. Эта методика не нашла применения, так как оказалась малочувствительной и неудобной в исполнении.
Вот ещё один пример измерения горячеломкости. Образцы в виде брусов отливались в песчаную форму, в полости которой с торцов были вставлены шпильки. С одного торца шпилька, «схватываемая» затвердевающим металлом, жёстко соединяла каждый образец с опокой, а с другого торца шпилька свободно проходила через отверстие в опоке. На конце этой шпильки с внешней стороны опоки была насажена гайка, и зазор между ней и опокой позволял проходить свободной усадке образца. Величина этого зазора, а следовательно, и степень затруднения усадки устанавливались заранее и были различными для разных образцов. Горячеломкость оценивалась по критической величине зазора, соответствующей появлению трещин. Рассмотренная проба оказалась малочувствительной и в дальнейшем не нашла применения.
Ни одна из существующих проб не может быть признана универсальной и пригодной для решения любых задач, связанных с изучением горячеломкости при литье. Такой универсальной пробы, по всей видимости, вообще невозможно разработать, хотя бы потому, что в одном опыте принципиально нельзя воспроизвести условия разных способов литья (в песчаную форму, в кокиль, непрерывного и т.д.) При решении разных задач выдвигаются разнообразные и часто прямо противоположные требования к пробе на горячеломкость.
1.4. ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
1.4.1. Сплавы на основе системы алюминий – кремний
Сплавы Al – Si являются наиболее распространёнными литейными алюминиевыми сплавами. Это связано с хорошим комплексом литейных свойств. Эвтектическая точка (11,7% Si) на диаграмме состояния (рисунок 9) смещена к чистому Al, поэтому основой эвтектики Si является твёрдый раствор. Если выделение кремния в эвтектике находится в виде крупных образований, то пластичность сплава резко ухудшается с увеличением доли эвтектики в структуре.
Модифицирование натрием (используются также Li, K, Sr) резко измельчает включения кремния в эвтектике, в результате повышается комплекс пластических свойств, что, в свою очередь, приводит к отсутствию склонности к образованию горячих трещин. Небольшое количество хрупкого кремния в эвтектике и модифицирование структуры позволяют использовать сплавы с наилучшим комплексом литейных свойств (сплав АЛ2 (АК12)). Доэвтектические сплавы с 5-9% Si и другими добавками также находят широкое применение (АЛ4 (АК9ч), АЛ9 (АК7ч)).
В двойных сплавах Al – Si, получивших название простые силумины, вследствие отсутствия интерметаллидов эффект упрочнения от выделения вторичных фаз очень незначителен и не имеет практического значения. В связи с этим двойные сплавы относятся к числу термически не упрочняемых и обладают невысокими прочностными свойствами.
Примеси железа в сплавах Al – Si образуют сложное соединение (Al – Fe – Si) в виде хрупких пластин, которые резко снижают пластичность. Отрицательное влияние железа эффективно снижает добавка 0.2 – 0.5% Mn.
В присутствии марганца вместо Al – Fe – Si) образуется фаза Al – Fe – Si – Mn) в виде компактных равноосных полиэдров, в меньшей степени влияющих на пластичность.
Механические свойства силуминов заметно отличаются при различных способах литья, например, при литье в песчаную форму механические свойства хуже, чем при литье в кокиль или при литье под давлением. Объясняется это тем, что более высокая скорость кристаллизации приводит к измельчению структурных составляющих.
Сплав АЛ2(АК12) (11.7% Si) – единственный промышленный двойной сплав системы Al – Si. Он характеризуется невысокими механическими свойствами, которые в зависимости от условий литья и размеров сечения отливки сильно колеблются.
Эвтектический состав сплава (10 – 13% Si) – обеспечивает ему отличный комплекс литейных свойств: наиболее высокую жидкотекучесть среди всех алюминиевых сплавов, отсутствие склонности к образованию трещин и
Рис.9 Диаграмма состояния Al – Si
пористости. Из сплава получают плотные, герметические отливки с концентрированной усадочной раковиной. Линейная усадка не превышает 0.8%. Сплав широко используется для всех способов литья в различные формы, применяется в модифицированном состоянии, без термической обработки. АЛ2(АК12) характеризуется высокой коррозионной стойкостью. Сплав АЛ2(АК12) применяют особенно широко для литья под давлением, а также для производства крупногабаритных отливок.
1.4.2. Сплавы на основе системы алюминий – медь
Для анализа структурообразования в литейных сплавах Al – Cu используется участок диаграммы состояния от Al до первого химического соединения CuAl2) (рисунок 10).Отметим ряд особенности диаграммы состояния:
1. Значительная предельная растворимость в твёрдом состоянии (Cp = 5.65% Cu) и её быстрое уменьшение с понижением температуры определяют возможность упрочняющей термической обработки сплавов (закалка + старение). Упрочняющей фазой являются дисперсные вторичные выделения CuAl2. Часть меди сохраняется в твёрдом растворе и дополнительно упрочняет сплав по растворному типу. Повышенная прочность и жаропрочность – основные достоинства сплавов Al – Cu.
2. Эвтектическая точка сдвинута к интерметаллиду (Cэ = 33%), поэтому эвтектика более чем на половину (по объёму) состоит из хрупкого и твёрдого соединения CuAl2. В результате сплавы эвтектического состава (с наилучшими литейными свойствами) совершенно не пригодны к использованию из-за высокой хрупкости. Кроме того, значительное содержание меди приводит к заметному увеличению плотности: от 2.7 для чистого Al до 3.3 г/см3 для сплава с 10% Cu. Указанные обстоятельства ограничивают концентрацию добавок меди в литейных сплавах с нижней стороны 1.0 – 1.5% (для обеспечения достаточного растворного упрочнения), с верхней стороны 6 – 8% (во избежание излишней хрупкости из-за образования CuAl2).
3. Невысокая температура плавления эвтектики (tэ = 548 °С) в сочетании с большим значением Ср приводит к образованию в промышленных сплавах широкого интервала кристаллизации ( tкр 100 C).
Такие сплавы отличаются пониженной жидкотекучестью, склонностью к пористости и образованию горячих трещин, в них сильно развита ликвация; неравновесная эвтектика проявляется уже при 1.5 – 2.5% Cu. Таким образом, на примере сплавов
←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11