Как свойства литейных сплавов влияют на ваши отливки?

Концепция эффективности литья сплавов: Литейные характеристики означают способность сплава к литью и получению высококачественных отливок.

Показатели эффективности литья сплавов: Заполняющая способность (текучесть), усадка, окисляемость, сегрегация, газопоглощение и т.д.

Качество литья сплавов существенно влияет на процесс литья, качество отливки и конструкцию отливки.

Поэтому при выборе материалов для литья деталей следует отдавать предпочтение материалам с хорошими литейными характеристиками, обеспечивая при этом эксплуатационные свойства.

Однако в реальном производстве для обеспечения эксплуатационных характеристик часто используются сплавы с более низкими литейными свойствами.

В этих случаях следует уделить больше внимания проектированию конструкции отливки и соответствующему процесс литья Для получения высококачественных отливок необходимо обеспечить необходимые условия. Таким образом, необходимо всестороннее понимание литейных характеристик сплава.

I. Литейные характеристики сплавов - Способность сплавов к заполнению

01 Определение способности сплава к заполнению

Определение: Способность расплавленного сплава заполнить форму и получить отливку с правильными размерами и четкими контурами называется заполняющей способностью расплавленного сплава.

Процесс заливки расплавленного сплава является первым этапом формирования отливки. Этот этап включает в себя ряд физических и химических изменений, таких как течение расплавленного сплава и теплообмен между ним и формой, а также кристаллизацию сплава.

Таким образом, способность к заполнению зависит не только от текучести самого сплава, но и от внешних условий, таких как свойства формы, условия заливки и структура отливки.

02 Влияние на качество литья

Влияние на качество литья: Если способность расплавленного сплава к заполнению сильна, становится легче получать тонкостенные и сложные отливки. Это приводит к уменьшению количества дефектов, таких как нечеткие контуры, недостаточная заливка и холодное закрытие.

Он также облегчает подъем и отток газов и неметаллические включений в расплавленный металл, уменьшая такие дефекты, как поры и шлаковые включения. Кроме того, он может улучшить способность к подаче, тем самым уменьшая склонность к усадке и пористости.

03 Факторы, влияющие на способность сплавов к заполнению, и технологические меры борьбы с ними

(1) Текучесть сплава

Определение:

Текучесть означает способность расплавленного сплава течь. Это свойство присуще сплаву и зависит от типа сплава, характеристик кристаллизации и других физических свойств (например, чем меньше вязкость и больше теплоемкость, чем меньше теплопроводность и больше скрытая теплота кристаллизации, и чем меньше поверхностное натяжение, тем лучше текучесть).

Метод измерения:

Для сравнения текучести различных сплавов часто используется стандартный метод литья спиральных образцов. Длина образца текучести, полученного в одинаковой форме (обычно используется песчаная форма) и при одинаковых условиях литья (таких как одинаковая температура заливки или одинаковая температура перегрева), может представлять текучесть испытуемого сплава.

Среди распространенных литейных сплавов, серый чугун и кремнистая латунь имеют наилучшую текучесть, а литая сталь - наихудшую. Для одного и того же сплава образцы текучести можно также использовать для изучения влияния различных процесс литья факторы, влияющие на его наполняющую способность.

Длина полученного образца текучести - это произведение времени и скорости течения расплавленного металла от начала заливки до остановки течения. Поэтому любые факторы, влияющие на эти два показателя, будут влиять на текучесть (или способность к заполнению).

Химический состав сплава определяет его кристаллизационные характеристики, а кристаллизационные характеристики оказывают доминирующее влияние на текучесть. Сплавы с эвтектическими компонентами (например, железоуглеродистые сплавы с массовой долей углерода 4,3%) затвердевают при постоянной температуре, внутренняя поверхность слоя затвердевания относительно гладкая, а сопротивление течению последующего расплавленного металла невелико.

Кроме того, температура затвердевания эвтектического сплава низкая, что позволяет легко получить большую степень перегрева, поэтому текучесть хорошая. Помимо эвтектических сплавов и чистых металлов, другие компонентные сплавы затвердевают в определенном температурном диапазоне, и в литейной секции образуется двухфазная зона жидкости и твердого тела.

Первые образовавшиеся дендритные кристаллы создают большее сопротивление течению последующего расплавленного металла, поэтому текучесть снижается. Чем дальше состав сплава отклоняется от эвтектической составляющей, тем больше диапазон температур затвердевания и тем хуже текучесть. Поэтому в качестве литейных материалов часто используют сплавы, близкие к эвтектическому составу.

(2) Свойства плесени

① Коэффициент теплоаккумуляции формы представляет собой способность формы поглощать и сохранять тепло от расплавленного металла.

Чем больше теплопроводность, удельная теплоемкость и плотность материала пресс-формы, тем выше его теплоаккумулирующая способность, тем сильнее закаливающая способность расплавленного металла, тем меньше время поддержания текучести расплавленного металла и тем хуже способность к заполнению.

Например, при литье в металлические формы вероятность возникновения таких дефектов, как недостаточная заливка и холодное закрытие, выше, чем при литье в песчаные формы.

② Предварительный подогрев формы позволяет уменьшить разницу температур между ней и расплавленным металлом, снизить интенсивность теплообмена и тем самым улучшить заполняющую способность расплавленного металла.

Например, при литье алюминиевого сплава в металлическую форму повышение температуры формы с 340°C до 520°C увеличивает длину спирального образца с 525 мм до 950 мм при той же температуре заливки (760°C). Поэтому предварительный нагрев формы является одной из необходимых технологических мер при литье в металлические формы.

③ Газ в пресс-форме обладает определенной способностью выделять газ, который может образовывать газовую пленку между расплавленным металлом и пресс-формой, уменьшая сопротивление потоку и облегчая заполнение. Но если выброс газа слишком велик, а выхлоп формы не плавный, противодавление газа, образующееся в полости формы, будет препятствовать течению расплавленного металла.

Поэтому для улучшения проницаемости формовочной (стержневой) смеси необходимо и часто применяется открытие вентиляционных отверстий в форме.

(3) Условия заливки

① Температура заливки

Температура заливки оказывает решающее влияние на заполняемость расплавленного металла. Повышение температуры заливки снижает вязкость сплава и увеличивает время его текучести, тем самым повышая наполняемость; и наоборот, наполняемость снижается.

Для тонкостенных отливок или сплавов с плохой текучестью часто используется повышение температуры заливки для улучшения заполняемости, что относительно удобно в производстве.

Однако при повышении температуры заливки происходит серьезное поглощение газов и окисление сплава, увеличивается общая усадка, легко возникают такие дефекты, как дутьевые отверстия, усадочные отверстия и налипание песка, а кристаллическая структура отливки становится грубой.

Поэтому, в принципе, температура заливки должна быть снижена настолько, насколько это возможно, при обеспечении достаточной текучести.

② Давление наполнения

Чем больше давление на расплавленный металл в направлении потока, тем больше скорость потока и тем лучше способность к заполнению. Поэтому такие методы, как увеличение высоты литника или применение искусственного давления (например литьё под давлением, литье под низким давлением и т.д.) часто используются для улучшения заполняющей способности расплавленных сплавов.

(4) Структура отливки

Если толщина стенки отливки слишком мала, толщина стенки резко меняется или имеется большая горизонтальная поверхность, это затрудняет заполнение сплава жидкостью. Поэтому при проектировании конструкции отливки необходимо учитывать толщину стенки

толщина отливки должна быть больше минимально допустимого значения; в некоторых отливках необходимо создавать проточные каналы; ребра должны быть установлены на больших плоских поверхностях. Это не только способствует плавному заполнению сплава жидкостью, но и предотвращает возникновение дефектов, связанных с включением песка.

II. Литейные характеристики сплавов - Сегрегация сплавов

Сегрегация

Этот термин означает неравномерное распределение химического состава внутри отливок. Сегрегация может сделать свойства отливок неравномерными, а в тяжелых случаях привести к браку.

Сегрегацию можно разделить на две категории: Микросегрегация и макросегрегация.

Микросегрегация:

Внутризерновая сегрегация (также известная как дендритная сегрегация) - это явление, при котором различные части одного и того же зерна имеют различный химический состав. Для сплавов, образующих твердые растворы, только при очень медленном охлаждении атомы могут диффундировать в достаточной степени для получения химически однородных зерен в процессе кристаллизации.

В реальных условиях литья скорость затвердевания сплава выше, и атомы не успевают полностью диффундировать. В результате зерна, растущие дендритным способом, неизбежно имеют неравномерный химический состав.

Чтобы устранить внутригранулярную сегрегацию, отливку можно повторно нагреть до высокой температуры и выдержать в течение длительного времени, чтобы обеспечить достаточную диффузию атомов. Этот метод термообработки известен как диффузионный отжиг.

Макросегрегация:

Сегрегация по плотности (ранее известная как гравитационная сегрегация) - это явление, при котором верхняя и нижняя части отливки имеют неодинаковый химический состав. Когда плотность легирующих элементов значительно отличается, элементы с меньшей плотностью имеют тенденцию накапливаться в верхней части после полного затвердевания отливки, в то время как элементы с большей плотностью имеют тенденцию накапливаться в нижней части.

Для предотвращения сегрегации по плотности расплавленный металл следует тщательно перемешивать или быстро охлаждать во время заливки, чтобы предотвратить разделение элементов с разной плотностью.

Существует множество типов макросегрегации, включая положительную сегрегацию, отрицательную сегрегацию, V-образную сегрегацию и полосовую сегрегацию, а также сегрегацию по плотности.

III. Литейные характеристики сплавов - Газопоглощение сплавов

Газопоглощение сплавов - Этот термин обозначает свойство сплавов поглощать газы при плавлении и заливке.

Поглощение газов сплавами увеличивается с ростом температуры. Газы гораздо лучше растворимы в расплавленном сплаве, чем в твердом состоянии. Чем выше перегрев сплава, тем больше газа в нем содержится. Присутствие газов в отливках проявляется в трех формах: твердый раствор, соединение и пористость.

(1) Пористость в отливках

В зависимости от источника газа в сплаве, пористость можно разделить на три категории:

a. Экссудационная пористость

Когда газы, растворенные в жидкости сплава, выделяются в процессе затвердевания из-за снижения растворимости газов и не успевают выводиться, пористость, образующаяся в отливках, называется экссудационной пористостью.

Экссудационная пористость чаще всего встречается в алюминиевые сплавыдиаметром часто менее 1 мм. Это не только влияет на механические свойства сплава, но и сильно нарушает герметичность отливки.

b. Инвазивная пористость

Под инвазивной пористостью понимаются поры, образованные газами, скапливающимися на поверхностном слое песчаной формы и проникающими в жидкость сплава.

c. Реактивная пористость

Реактивная пористость - это поры, образующиеся в отливках под действием газов, образующихся в результате химических реакций между расплавленным сплавом, залитым в форму, и влагой, ржавчиной и т. д. в материале формы, стержневых опоках, охладителях или шлаке.

Реактивная пористость бывает разных типов и форм. Например, поры, образовавшиеся в результате химических реакций между жидкостью сплава и поверхностью песчаной формы, обычно располагаются на глубине 1-2 мм под поверхностью отливки. После механической обработки или очистки поверхности обнажается множество мелких отверстий, поэтому их называют подповерхностными порами.

Поры нарушают сплошность сплава, уменьшают площадь эффективной несущей способности и вызывают концентрацию напряжений вокруг пор, тем самым снижая механические свойства отливок, особенно ударную вязкость и усталостная прочность. Дисперсные поры также могут способствовать образованию микропористости, снижая воздухонепроницаемость отливки.

(2) Меры по предотвращению пористости

a. Уменьшить газовыделение формовочной смеси (стержневой смеси) и увеличить мощность выхлопной системы пресс-формы.

b. Контролируйте температуру жидкости сплава, уменьшайте ненужный перегрев и снижайте содержание исходного газа в жидкости сплава.

c. Приложите давление, чтобы затвердеть сплав и предотвратить выделение газа. Изменение давления напрямую влияет на выделение газа. Например, если жидкий алюминиевый сплав кристаллизуется в камере под давлением 405-608 кПа (4-6 атмосфер), можно получить отливку без пор.

d. Во время плавки и заливки старайтесь уменьшить вероятность контакта жидкости сплава с газами. Например, накройте поверхность сплава крышкой или используйте технологию вакуумной плавки.

e. Удалите газ из жидкости сплава. Например, вводят газообразный хлор в жидкость алюминиевого сплава. Когда нерастворенный Пузырьки хлорного газа поднимаются вверх, атомы водорода, растворенные в жидкости алюминиевого сплава, непрерывно диффундируют в пузырьки хлорного газа и удаляются из жидкости сплава.

f. Поверхности охладителей, опор сердечников и т.д. не должны быть ржавыми или маслянистыми, их следует содержать в сухом состоянии и т.д.

IV. Литейные свойства сплавов - затвердевание и усадка сплавов

01 Затвердевание и усадка сплава

(1) Определения затвердевания и усадки

Затвердевание - это процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое.

Усадка - это уменьшение объема, которое происходит в отливках во время процессов затвердевания и охлаждения.

(2) Влияние на качество литья

Если затвердевание и усадка не контролируются должным образом в процессе охлаждения жидкого металла, залитого в форму, в отливке могут образоваться такие дефекты, как усадочные полости, усадочная пористость, литейные напряжения, деформации и трещины.

02 Методы затвердевания отливок и влияющие факторы

(1) Методы затвердевания отливок

Во время затвердевания на поперечном сечении отливки обычно существуют три области: область твердой фазы, область затвердевания и область жидкой фазы. Сосуществование жидкой и твердой фаз в зоне затвердевания существенно влияет на качество отливки.

Метод затвердевания" литья подразделяется на следующие три типа в зависимости от ширины области затвердевания:

Рисунок 1 Классификация зон затвердевания отливки

① Послойное затвердевание

Чистые металлы или эвтектические сплавы затвердевают без сосуществующих жидкой и твердой фаз в области затвердевания, как показано на рис. 2(a). Таким образом, четкая граница (фронт затвердевания) разделяет внешний твердый слой и внутренний жидкий слой на поперечном сечении.

По мере снижения температуры твердый слой утолщается, а жидкий уменьшается, пока фронт затвердевания не достигнет центра. Этот метод затвердевания называется послойным.

② Пастообразное застывание

Если диапазон температур кристаллизации сплава широк, а кривая распределения температур внутри отливки относительно ровная, то в течение определенного периода затвердевания на поверхности отливки не будет твердого слоя.

Вместо этого область затвердевания, в которой сосуществуют жидкая и твердая фазы, простирается по всему поперечному сечению, как показано на рис. 1(C). Этот метод затвердевания похож на затвердевание цемента, который изначально пастообразен, а затем затвердевает, и поэтому называется пастообразным затвердеванием.

③ Промежуточное застывание

Большинство сплавов затвердевает по методу, промежуточному между двумя вышеперечисленными, называемому промежуточным затвердеванием.

Взаимосвязь между затвердеванием отливки и Дефекты литья:

Как правило, послойное затвердевание облегчает заполнение сплава и компенсацию усадки, предотвращая появление усадочных полостей и пористости. Получение плотных структурных отливок может быть затруднено при пастообразном затвердевании.

(2) Основные факторы, влияющие на методы затвердевания отливок

① Диапазон температур кристаллизации сплава

Меньший диапазон температур кристаллизации сплава приводит к сужению области затвердевания и тенденции к послойному затвердеванию. Например, при литье в песчаные формы низкоуглеродистая сталь застывает послойно, а высокоуглеродистая сталь, имеющая широкий диапазон температур кристаллизации, застывает пастообразно.

② Температурный градиент в поперечном сечении отливки

При определенном диапазоне температур кристаллизации сплава ширина области затвердевания зависит от градиента температуры в поперечном сечении отливки, как показано на рис. 2 (T1→T2). Если градиент температуры отливки увеличивается, то соответствующая область затвердевания сужается.

Рисунок 2 Способы затвердевания отливки

Температурный градиент отливки в основном зависит от:

a. Свойства сплава: Чем ниже температура застывания сплава, тем выше его теплопроводность, и чем больше скрытая теплота кристаллизации, тем лучше его способность выравнивать внутренние температуры, что приводит к меньшему градиенту температуры (как в большинстве алюминиевых сплавов).

b. Теплоудерживающая способность формы: Более высокий коэффициент теплоудержания формы увеличивает ее способность к быстрому охлаждению, что приводит к большему градиенту температуры отливки.

c. Температура заливки: Более высокая температура заливки вводит больше тепла в форму, уменьшая температурный градиент отливки.

d. Толщина стенок отливки: Более толстые стенки отливки приводят к меньшему градиенту температуры.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что сплавы, склонные к послойному затвердеванию (такие как серый чугун, алюминиево-кремниевые сплавы и т. д.), более пригодны для литья и должны использоваться там, где это возможно.

Если необходимо использовать сплавы, склонные к пастообразному затвердеванию (такие как оловянная бронза, алюминиево-медный сплав, ковкий чугун и т. д.), следует рассмотреть возможность принятия соответствующих технологических мер (например, литье в металлические формы) для уменьшения площади их затвердевания.

03 Усадка сплава и факторы, влияющие на нее

(1) Принцип и процесс усадки сплава

Структура жидкого сплава состоит из атомных кластеров и "пустот". Атомы внутри кластеров расположены упорядоченно, но расстояние между атомами больше, чем в твердом состоянии. Когда жидкий сплав заливается в форму, температура продолжает падать, пустоты уменьшаются, расстояния между атомами сокращаются, и объем жидкого сплава уменьшается.

При застывании сплава пустоты исчезают, а атомные расстояния еще больше сокращаются. В процессе охлаждения до комнатной температуры после затвердевания расстояния между атомами продолжают уменьшаться.

Усадка сплава от температуры заливки до комнатной температуры проходит следующие три стадии:

①Усадка жидкости

Это усадка сплава от температуры заливки до начала затвердевания (температура линии ликвидус), пока сплав находится в жидком состоянии. Это приводит к снижению уровня жидкости в полости формы.

② Усадка при затвердевании

Это усадка сплава от начала затвердевания до конца затвердевания. Как правило, усадка при затвердевании проявляется в основном в виде падения уровня жидкости.

③Усадка в твердом состоянии

Это усадка сплава от конца затвердевания до комнатной температуры, когда сплав находится в твердом состоянии. Усадка на этом этапе характеризуется уменьшением линейных размеров отливки.

Жидкостная и застывающая усадки сплава являются основными причинами образования усадочных полостей и пористости в отливке, а твердотельная усадка - основной причиной возникновения напряжений, деформаций и трещин в отливке, что напрямую влияет на точность размеров отливки.

(2) Основные факторы, влияющие на усадку сплава

Химический состав ①Alloy

Различные сплавы имеют разную скорость усадки. Среди широко используемых сплавов литая сталь имеет самый высокий показатель усадки, а серый чугун - самый низкий. Причина очень малой усадки серого чугуна заключается в том, что большая часть углерода в нем находится в виде графита, который имеет большой удельный объем. Увеличение объема, вызванное выпадением графита в процессе кристаллизации, компенсирует часть усадки сплава.

Таблица 1 Скорость усадки различных сплавов

Тип сплаваМассовая доля углеродаТемпература заливки
/℃
Жидкая усадкаКоагуляционная усадкаТвердотельная усадкаОбщая объемная усадка
Литая углеродистая сталь0.35%16101.6%3%7.8%12.46%
Белый чугун3.00%14002.4%4.2%5.4~6.3%12-12.9%
Серый чугун3.50%14003.5%0.1%3.3~4.2%6.9~7.8%

② Температура заливки

Чем выше температура заливки, тем больше жидкая усадка сплава.

③ Условия литья и структура отливки

Фактическая усадка отливки отличается от свободной усадки сплава. Этому препятствуют форма и стержень; кроме того, поскольку отливка имеет сложную структуру и неравномерную толщину стенок, взаимные ограничения различных частей при охлаждении также препятствуют усадке.

V. Затвердевание и усадка сплавов - Пористость и усадка в отливках

Пористость и усадка определяются как отверстия, которые образуются в окончательно затвердевшей части отливки, если жидкая усадка и усадка при затвердевании сплава не компенсируются жидким сплавом. Крупные, концентрированные пустоты называются пористостью, а мелкие, дисперсные - усадкой.

Вред - Пористость и усадка уменьшают эффективную несущую площадь отливки, вызывая концентрацию напряжений и снижая тем самым механические свойства. Для деталей, требующих герметичности, пористость и усадка могут вызвать утечки и серьезно повлиять на их герметичность. Поэтому пористость и усадка являются одними из основных дефектов литья.

01 Образование пористости и усадки

① Процесс образования пористости

Когда жидкий сплав заливается в цилиндрическую форму, температура жидкого сплава постепенно снижается из-за охлаждающего эффекта формы. Его жидкая усадка продолжается, но когда литник не затвердел, полость формы всегда заполнена (см. Рисунок 3(a)).

При снижении температуры поверхность отливки сначала застывает в твердую оболочку, одновременно закрывая литник (см. Рисунок 3(b)). При дальнейшем охлаждении жидкий металл внутри оболочки продолжает сжиматься, компенсируя усадку при затвердевании, которая произошла при формировании оболочки.

Поскольку усадка жидкости и усадка при застывании намного больше, чем усадка твердой оболочки, уровень жидкости падает и отделяется от верхней части оболочки (см. Рисунок 3(c)). Так продолжается до тех пор, пока оболочка не утолщается, а уровень жидкости не падает.

После полного застывания металла в верхней части отливки образуется конусообразная пористость (см. Рисунок 3(d)). Когда отливка продолжает остывать до комнатной температуры, ее объем немного уменьшается, сокращая объем пористости (см. Рисунок 3(e)). Если в верхней части отливки установить стояк, пористость переместится к нему.

② Места пористости

Как правило, она появляется в последней затвердевшей области отливки, например, в верхней или центральной части отливки, около литника или там, где стенки отливки толще.

Рисунок 4 Место появления усадочных отверстий

③ Образование усадки

Это происходит из-за недостаточной компенсации усадки в последней затвердевшей области отливки или из-за того, что сплав затвердевает в пастообразном состоянии и небольшие жидкие области, разделенные дендритными кристаллами, не получают компенсации усадки.

Усадка подразделяется на макроусадку и микроусадку. Макроусадка - это небольшие отверстия, видимые невооруженным глазом или под лупой, часто распределенные по центральной оси отливки или под пористостью (рис. 4). Микроусадка - это крошечные отверстия, распределенные между зернами, видимые только под микроскопом.

Этот тип усадки более распространен, иногда охватывает всю секцию. Микроусадку трудно полностью избежать, и она обычно не рассматривается как дефект для отливок общего назначения. Для отливок с высокими требованиями к герметичности, механическим, физическим или химическим свойствам необходимо приложить усилия для ее уменьшения.

Различные литейные сплавы имеют разную склонность к образованию пористости и усадки. Сплавы слоистого затвердевания (чистые металлы, эвтектические сплавы или сплавы с узким диапазоном температур кристаллизации) имеют высокую склонность к пористости и низкую склонность к усадке.

Пастообразные затвердевающие сплавы, хотя и менее склонны к пористости, очень склонны к усадке. Поскольку некоторые технологические меры позволяют контролировать режим затвердевания отливки, пористость и усадка могут быть взаимообратимы в определенном диапазоне.

02 Предотвращение усадочных полостей и пористости

① Реализация "направленного затвердевания"

Чтобы предотвратить появление усадочных полостей и пористости, отливка должна затвердевать в соответствии с принципом "направленного затвердевания". Этот принцип подразумевает использование различных технических мер для создания возрастающего температурного градиента от наиболее удаленной от литника части отливки к самому литнику.

Затвердевание начинается с самой удаленной от литника детали, постепенно продвигаясь к нему в порядке, при этом сам литник затвердевает последним. Этот процесс способствует эффективной усадке при затвердевании, перемещению усадочных полостей к литнику и получению более плотных отливок.

Поэтому литник следует размещать в самой толстой и высокой части отливки, причем достаточно большого размера. По возможности, литник должен располагаться на литнике, позволяя расплавленному металлу сначала протекать через него.

В то же время на некоторых особо толстых участках отливки (как показано на рис. 5) могут быть установлены охладители, чтобы ускорить охлаждение и максимизировать эффект усадки при затвердевании литника.

Недостатком направленного затвердевания является значительный перепад температур по всей отливке, что вызывает значительные тепловые напряжения и потенциальную деформацию или растрескивание отливки.

Кроме того, наличие литника увеличивает расход металла и затраты на очистку. Направленное затвердевание обычно используется для сплавов с высокой скоростью усадки и узким диапазоном температур затвердевания (таких как литая сталь, ковкий чугун и латунь), а также для отливок со значительной разницей в толщине стенок и высокими требованиями к воздухонепроницаемости.

Рисунок 5 Роль холода

② Компенсация давления

Для этого форму помещают в камеру под давлением. После литья под давлением камера быстро закрывается, чтобы отливка затвердела под давлением, устраняя пористость и усадочные пустоты. Этот метод также известен как "литье в горшок под давлением".

③ Использование технологии пропитки для предотвращения утечек из-за усадочных полостей и пористости

Для этого в полости отливки вводится гелеобразный пропитывающий состав, затем он затвердевает и соединяется со стенками полостей отливки, обеспечивая герметичность.

Определение местоположения усадочных полостей и пористости

Для предотвращения усадочных полостей и пористости необходимо точно определить их расположение в отливке при разработке процесса литья, чтобы принять необходимые технические меры. Расположение усадочных полостей и пористости обычно определяют методом изотермических линий или методом вписанной окружности.

① Метод изотермической линии

Этот метод предполагает соединение точек на отливке, которые достигают температуры затвердевания одновременно, для формирования изотермических линий, основанных на условиях теплоотдачи различных частей отливки. Это делается слой за слоем, пока изотермические линии в самом узком сечении не коснутся друг друга.

Таким образом, можно определить последнюю затвердевшую часть отливки, т.е. расположение усадочных полостей и пористости. На рисунке 6(a) показано положение усадочной полости, определенное методом изотермической линии, а на рисунке 6(b) - фактическое положение усадочной полости на отливке, которые в основном совпадают.

Рисунок 6 Метод изотермической линии

② Метод вписанной окружности

Этот метод часто используется для определения расположения усадочных полостей на пересекающихся стенках отливки, как показано на рисунке 7(a). В части с наибольшим диаметром вписанной окружности (называемой "горячей точкой"), где скапливается больше металла, затвердевание обычно происходит в последнюю очередь, что легко приводит к образованию усадочных полостей и пористости (рис. 7(b)).

Рисунок 7 Метод вписанной окружности

VI. Затвердевание и сжатие сплава - напряжение, деформация и трещины при литье

1. Классификация и формирование внутренних литейных напряжений

Определение:

Напряжение, вызванное затрудненной твердофазной усадкой отливки, называется литейным напряжением. Литейные напряжения можно разделить на три типа:

Механическое напряжение:

Этот тип напряжения является временным, возникающим из-за механического препятствия усадке отливки. Как только механическое препятствие устраняется, напряжение исчезает. Причиной механического препятствия является высокая температурная прочность формовочной (стержневой) смеси, плохая сминаемость, а также препятствия, создаваемые ремнями песочницы и отпечатками стержней.

Тепловой стресс:

Это внутреннее напряжениеТермическое напряжение, известное как тепловой стресс, возникает из-за разной скорости охлаждения различных частей отливки, вызывая непостоянную усадку в течение одного и того же периода, и ограничения между этими частями. Это термическое напряжение сохраняется даже после охлаждения отливки до комнатной температуры, поэтому его также называют остаточное напряжение.

Фазообменный стресс:

Изменения объема, вызванные фазовыми изменениями в сплаве в условиях упругости, могут создавать фазопеременные напряжения. Если разные части отливки охлаждаются с разной скоростью, фазовые изменения происходят не одновременно, что приводит к возникновению этого напряжения.

Напряжение в отливке - это алгебраическая сумма термического напряжения, механического напряжения и напряжения фазового перехода. В зависимости от ситуации эти три напряжения могут накладываться друг на друга или противодействовать друг другу. Наличие литейных напряжений может привести к ряду негативных последствий, таких как деформация и трещины в отливке, снижение несущей способности и влияние на точность обработки.

2. Способы уменьшения и устранения стресса при кастинге

① Технологические аспекты:

a. Отливка должна затвердевать в соответствии с принципом "одновременного затвердевания". Для этого литниковая система должна быть размещена в зоне тонких стенок, а охлаждающая - в зоне толстых стенок. Это позволяет минимизировать разницу температур между различными частями отливки и обеспечить одновременное затвердевание, тем самым снижая тепловые нагрузки до минимального уровня. Следует отметить, что в центральной части отливки в это время часто наблюдается усадочная пористость и недостаточное уплотнение.

b. Повышение разборности формы и стержня, удаление песка и упаковка ящика как можно раньше, чтобы устранить механические препятствия, и медленное охлаждение отливки в яме для сохранения тепла также могут уменьшить напряжение отливки.

② Структурное проектирование:

Стремитесь к простой конструкции с равномерной толщиной стенок и постепенными переходами от тонких стенок к толстым, чтобы уменьшить разницу температур и обеспечить более свободную усадку каждой детали.

③ Термические напряжения в отливках можно устранить с помощью таких методов, как естественное и искусственное старение.

Рисунок 8: Одновременное затвердевание отливок

3. Деформация и трещины

① Деформация:

Отливки с напряжением находятся в нестабильном состоянии и самопроизвольно снижают напряжение путем деформации, чтобы достичь стабильного состояния. Очевидно, что только когда упруго растянутые части сжимаются, а упруго сжатые части удлиняются, напряжение в отливке может потенциально уменьшиться или исчезнуть.

Рисунок 9 Схематическая диаграмма деформации, вызванной тепловым напряжением

Направление деформации Т-образных отливок показано пунктирной линией на рисунке 9(a). Это происходит потому, что после остывания Т-образной отливки толстая стенка находится под растяжением, а тонкая - под сжатием, подобно двум пружинам разной длины (рис. 9(b)). Более короткая пружина сверху растягивается, а более длинная пружина внизу сжимается, чтобы сохранить прежнюю длину (рис. 9(c)).

Однако такая комбинация пружин неустойчива и стремится восстановить исходное равновесное состояние. Поэтому возникает изгибная деформация, похожая на описанную выше ситуацию (рис. 9(d)).

Опасность, меры противодействия:

Основной мерой по предотвращению деформации отливки является снижение внутренних напряжений в отливке. Например, на этапе проектирования стремитесь к равномерной толщине стенок отливки. При организации процесса литья старайтесь охлаждать все части отливки одновременно, а также повышайте сминаемость формовочной (стержневой) смеси.

При изготовлении деталей можно использовать метод обратной деформации, т.е. деталь заранее изготавливается в форме, противоположной деформации отливки, чтобы компенсировать ее деформацию. Основание станка, показанное на рис. 10, имеет деформацию изгиба из-за толстых направляющих и тонких боковин после литья. Если деталь изготовлена с противоположной кривизной, представленной двойной точечной линией, то после отливки рельсы будут прямыми.

Следует отметить, что после деформации отливки часто можно только уменьшить, но не полностью устранить напряжение в отливке. После механической обработки дисбаланс напряжений в детали вызывает дальнейшую деформацию, влияя на точность обработки. Поэтому для важных отливок перед механической обработкой следует проводить отжиг для снятия напряжений.

Рисунок 10: Деформация изгиба и прогиб станины станка

② Трещины:

Когда напряжение в отливке превышает предел прочности материала, в ней могут появиться трещины.

Трещины можно разделить на горячие и холодные трещины.

Горячие трещины:

Они образуются при высоких температурах и являются одним из наиболее распространенных дефектов литья при производстве стальных отливок, поковок из чугуна и некоторых отливок из легких сплавов. Характерные признаки: извилистая и неправильная форма трещины, окисленная поверхность трещины (поверхность трещины стального литья почти черная, а алюминиевого сплава - темно-серая), трещина проходит по границам зерен. Горячие трещины часто появляются в последних затвердевших частях отливок или на поверхности, где может возникнуть концентрация напряжений.

Холодные трещины:

Они образуются при низких температурах. Сплавы с плохой пластичностью, высокой хрупкостью и низкой теплопроводностью, например, белый чугун, высокоуглеродистая стальХолодные трещины характерны для стали, а также для некоторых легированных сталей. Ее характеристики: форма трещины - непрерывная прямая линия или плавная кривая, часто проходящая через зерна. Поверхность трещины чистая, с металлическим блеском или легким окислением. Холодные трещины часто возникают в растягивающихся частях отливки, особенно в местах концентрации напряжений, таких как внутренние острые углы, усадочные полости и вблизи неметаллических включений.

Опасность, меры противодействия:

Факторы, снижающие напряжение при литье или уменьшающие хрупкость сплава (например, снижение содержания серы и фосфора в стали), оказывают положительное влияние на предотвращение трещин.

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.

Далее

Освоение CAD/CAM: Основные технологии с пояснениями

Основные концепции автоматизированного проектирования и автоматизированного производства Автоматизированное проектирование и автоматизированное производство (CAD/CAM) - это комплексная и технически сложная дисциплина системного инжиниринга, которая включает в себя такие различные области, как компьютерная [...]...

Виртуальное производство: Концепции и принципы

Концепция виртуального производства Виртуальное производство (ВП) - это фундаментальная реализация реального производственного процесса на компьютере. В нем используются технологии компьютерного моделирования и виртуальной реальности, поддерживаемые высокопроизводительными [...]...

Понимание гибких производственных систем: Руководство

Гибкая производственная система (FMS) обычно использует принципы системной инженерии и групповой технологии. Она объединяет станки с числовым программным управлением (ЧПУ) (обрабатывающие центры), координатно-измерительные машины, системы транспортировки материалов, [...]...

Изучение 4 передовых методов нанофабрикации

Подобно тому, как производственные технологии играют важнейшую роль в различных областях, технология нанофабрикации занимает ключевое место в сфере нанотехнологий. Технология нанофабрикации включает в себя множество методов, в том числе механические [...].

Сверхточная обработка: Виды и технологии

Сверхточная обработка относится к прецизионным производственным процессам, в которых достигаются чрезвычайно высокие уровни точности и качества поверхности. Ее определение относительно и меняется по мере развития технологий. В настоящее время эта технология позволяет достичь [...].

Выбор правильного приспособления для ЧПУ: Типы и советы

В настоящее время механическую обработку можно разделить на две группы в зависимости от серийности производства: Среди этих двух категорий, первая составляет около 70-80% от общей стоимости продукции механической обработки [...]...

Топ-4 метода специальной обработки в современном машиностроении

В этой статье в основном представлены несколько зрелых методов специальной обработки. I. Обработка электрическим разрядом (EDM) EDM - это метод обработки токопроводящих материалов, использующий явление электрической коррозии во время [...]...

Что такое обработка с ЧПУ? Виды, преимущества, недостатки и этапы обработки

Что такое обработка с ЧПУ? Числовое программное управление (ЧПУ) - это метод управления движением и операциями обработки на станках с помощью оцифрованной информации. Станки с числовым программным управлением, часто сокращенно называемые [...]...

Изучение высокоскоростной резки: Обзор технологий и применение

Обработка резанием остается наиболее распространенным методом механической обработки, играющим важную роль в механическом производстве. С развитием производственных технологий технология обработки резанием претерпела значительный прогресс в [...].

Топ-7 новых инженерных материалов: Что нужно знать

Под передовыми материалами понимаются недавно исследованные или находящиеся в стадии разработки материалы, обладающие исключительными характеристиками и особыми функциональными свойствами. Эти материалы имеют огромное значение для развития науки и техники, [...]...

Методы расширения металла: Исчерпывающее руководство

Формирование выпуклости подходит для различных типов заготовок, таких как чашки глубокой вытяжки, разрезанные трубы и прокатные конические сварные изделия. Классификация по средствам формования выпуклости Методы формования выпуклости можно разделить [...].
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.