Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Жидкотекучесть литейных сплавов — способность расплава свободно течь в полости литейной формы, полностью заполняя её и точно воспроизводя все контуры. Именно этот параметр определяет, насколько тонкостенную и сложную отливку можно получить из конкретного сплава. Недостаточная жидкотекучесть приводит к недоливам, неслитинам и размытым очертаниям — дефектам, устранить которые после затвердевания невозможно.
Жидкотекучесть — технологическое свойство металла, характеризующее его способность течь по каналам литейной формы и заполнять их при заданных условиях заливки. Количественно жидкотекучесть выражается длиной пути (в миллиметрах), который расплав проходит до полной остановки в стандартной пробе.
Важно разграничить два понятия, которые нередко смешивают. Жидкотекучесть — стандартизованная характеристика самого расплава, определяемая в условиях типовой пробы. Заполняемость формы — более широкое понятие: способность сплава заполнять реальную полость конкретной отливки с учётом конструкции литниковой системы, давления, газовыделения формы, ориентации и капиллярных эффектов в тонких сечениях. Жидкотекучесть является одним из ключевых слагаемых заполняемости, но не исчерпывает её полностью.
Хорошая жидкотекучесть сплава не только обеспечивает заполнение формы, но и способствует получению плотных отливок: улучшает вывод усадочных раковин за пределы тела отливки, снижает риск образования пористости, горячих трещин и неслитин.
В зависимости от условий испытания принято разграничивать несколько видов жидкотекучести. Это разграничение позволяет корректно сравнивать различные сплавы между собой.
Главный металлургический фактор — разность между температурами ликвидуса (Tл) и солидуса (Tс). Чем уже интервал кристаллизации ΔT = Tл − Tс, тем выше жидкотекучесть. Чистые металлы и эвтектические сплавы затвердевают при постоянной температуре (ΔT = 0) и обладают наилучшей жидкотекучестью. Именно поэтому серый чугун с близким к эвтектическому составом значительно превосходит углеродистую сталь по способности заполнять тонкие полости формы.
Сплавы, образующие широкие области твёрдых растворов, кристаллизуются в широком интервале температур. В этот период выделившиеся дендриты создают дополнительное сопротивление движению расплава и быстро формируют блокирующую сетку. Их жидкотекучесть наиболее низка.
Повышение температуры заливки всегда увеличивает жидкотекучесть. Зависимость носит практически прямолинейный характер. По данным технической литературы, для чугуна длина спирали возрастает приблизительно на 4 см на каждые 10°С подъёма температуры. Однако необоснованный перегрев расплава увеличивает газопоглощение, усадку и опасность пригара — поэтому температуру заливки выбирают оптимальной, а не максимально возможной.
Влияние легирующих элементов и примесей на жидкотекучесть хорошо изучено. В чугунах углерод, кремний и фосфор повышают практическую жидкотекучесть в доэвтектической области — они сдвигают состав ближе к эвтектическому и снижают температуру ликвидуса. Максимальная жидкотекучесть достигается при эвтектическом составе. Сера и хром снижают жидкотекучесть чугуна; влияние марганца и никеля в рабочих концентрациях незначительно.
В сталях добавки меди и никеля до 3–4% повышают жидкотекучесть. Молибден, хром и ванадий в малых количествах практически не влияют на неё. Сера снижает жидкотекучесть стали: при её содержании уже 0,1–0,15% чугун плохо заполняет форму, а отливки получаются с повышенным числом газовых раковин. Высокомарганцовистая сталь 110Г13Л отличается высокой жидкотекучестью, что позволяет снижать температуру её разливки до 1450–1500°С.
Форма влияет на жидкотекучесть через скорость отвода тепла. Металлическая форма (кокиль) охлаждает расплав значительно быстрее песчаной — длина заполненного канала в кокиле будет меньше при прочих равных условиях. Теплоёмкость, теплопроводность и начальная температура формы, состояние поверхности и газопроницаемость формовочной смеси суммарно определяют скорость охлаждения потока и, соответственно, дальность его продвижения.
Основной стандартизованный метод оценки жидкотекучести — спиральная проба (спираль Керри), регламентированная ГОСТ 16438-70 «Формы песчаная и металлическая для получения проб жидкотекучести металлов» (действующий, с изменениями №1 и №2). Стандарт распространяется на песчаные (сухие и сырые) и металлические формы.
Расплав заливается через литниковую чашу, стояк и зумпф в спиральный канал постоянного поперечного сечения, расположенный в горизонтальной плоскости. Площадь поперечного сечения канала составляет 56 мм². Канал снабжён выступами-делениями с шагом 50 мм для измерения длины без разборки спирали. После затвердевания форму разрушают, извлекают отлитую спираль и по выступам определяют её длину. Чем длиннее спираль — тем выше жидкотекучесть испытуемого металла.
U-образная проба применяется для материалов с относительно низкой жидкотекучестью — высоколегированных сталей, жаропрочных и тугоплавких сплавов. Расплав поступает через нисходящую ветвь и под действием металлостатического давления поднимается по восходящей ветви, имеющей диаметр канала 6 мм. Показатель жидкотекучести — высота заполненной восходящей ветви в миллиметрах. Проба позволяет оценивать металлы с ограниченной подвижностью расплава, для которых спиральная проба не обеспечивает достаточной дифференциации результатов.
Помимо спиральной и U-образной применяются прутковые (проба Руффа), шариковые (проба А.Г. Спасского), клиновые, лабиринтные и винтовые пробы. Прутковые пробы просты в изготовлении; шариковые и клиновые используются для оценки заполнения тонких рельефов и чувствительны к поверхностному натяжению расплава. Наиболее воспроизводимые результаты в промышленной практике обеспечивает спиральная проба.
Из литейных сплавов на основе железа наилучшей жидкотекучестью обладает серый чугун с пластинчатым графитом эвтектического и близкого к нему состава. Чугуны с шаровидным графитом (высокопрочный чугун) имеют примерно такую же жидкотекучесть, как серые чугуны с пластинчатым графитом аналогичного состава. Это объясняет широкое применение серого чугуна для тонкостенного и рельефного литья.
Углеродистые стали кристаллизуются в широком интервале температур и значительно уступают чугуну по жидкотекучести. Из алюминиевых сплавов наилучшей жидкотекучестью отличаются силумины (сплавы Al–Si с составом, близким к эвтектическому) — именно они преимущественно применяются для фасонного литья.
Управление жидкотекучестью в литейном цехе осуществляется на нескольких уровнях: через состав сплава, условия плавки и заливки, а также конструкцию формы и литниковой системы.
Жидкотекучесть литейных сплавов — фундаментальный технологический параметр, от которого напрямую зависит возможность получения тонкостенных и сложнопрофильных отливок без недоливов и неслитин. Наилучшей жидкотекучестью обладают эвтектические сплавы и чистые металлы с нулевым интервалом кристаллизации. Главные управляемые факторы — температура заливки, химический состав расплава, его чистота от сульфидных и оксидных включений, а также свойства формы. Стандартный инструмент контроля — спиральная проба (спираль Керри) по действующему ГОСТ 16438-70 с каналом сечением 56 мм² и делениями через 50 мм. Для материалов с ограниченной жидкотекучестью применяют U-образную пробу с каналом диаметром 6 мм. Понимание механизма нулевой жидкотекучести и условий её достижения позволяет технологу предсказывать поведение расплава в форме и грамотно проектировать литниковую систему.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.