4.5. Механические свойства отливок

На формирование механических и служебных свойств отливок при ЛГМ оказывают влияние три фактора: изменение химического состава металла, в основном углеродистых сплавов, в процессе за­ливки его в форму; снятие теплоты перегрева заливаемого сплава,

Идущей на термодеструкцию модели, и теплофизические свойства формы, определяющие скорость отвода тепла от отливки.

Скорость затвердевания отливки или нарастание твердой короч­ки металла при его кристаллизации определяется по уравнению

X = K^Ix, (4.35)

Где X— толщина затвердевшего слоя металла за время т; К — ко­эффициент затвердевания, который определяется по формуле:

-^MePMe

1,1286. (Г – Т) K =—— г п———— (4.36)

.Avle

Где Lue — удельная теплота кристаллизации сплава; рМе — массо­вая плотность сплава; Сме — удельная теплоемкость сплава; Tn — температура поверхности отливки; T3 — температура заливки сплава в форму; Tk — температура кристаллизации сплава; 7ф — температура формы.

Для сплава, который кристаллизуется в интервале температур, Tk определяется по формуле

T +T

Tk= нк2 кк, (4.36, а)

Где Th к, Tkk — температура соответственно начала и конца кри­сталлизации сплава. Температура поверхности отливки определя­ется по формуле

TKTI

Tn-T^ = (4.36,6)

I + -^-

Ke

Где Ьме, — коэффициенты аккумуляции тепла расплавом и фор­мой.

Расчет по уравнениям (4.35) и (4.36) с использованием данных И] и результатов теплофизических свойств формы (гл. V) приве­дены в табл. 4.12.

Таблица 4.12

Значение коэффициента затвердевания К, см/с’/г

Материал формы

Значение коэффициента затвердевания

Чугун

Сталь

Дробь чугунная колотая марки ДЧК-05

0,126

0,15

Дробь стальная колотая марки ДСК-0,5

Од

0,11

Кварцевый песок 1К02А

0,081

0,09

Песчано-глинистая смесь, форма сырая

0,07-0,09

Од

В отличие от кристаллизации отливок в формах из песчано- глинистых смесей, в которых при затвердевании сплава в связи с его усадкой образуется зазор между формой и отливкой, при при­менении сыпучих огнеупорных материалов для формы при JITM обеспечивается постоянный плотный контакт между отливкой и формой в процессе всего периода кристаллизации металла и охла­ждения отливки. Поэтому коэффициент затвердевания К для фор­мы из песка выше, чем при использовании песчано-глинистых смесей при литье по извлекаемым моделям. В табл. 4.13 приведе­ны сравнительные характеристики механических свойств отливок из чугуна марки СЧ20, полученных при одинаковых условиях за­ливки форм из различных формовочных материалов, откуда сле­дует, что увеличение теплопроводности формы способствует по­вышению механической прочности, поверхностной твердости и снижению ударной вязкости серого чугуна. Сравнительные дан­ные механических свойств отливок из чугуна, полученных литьем по газифицируемым и извлекаемым моделям, при прочих равных условиях представлены в табл. 4.14. Повышение механических свойств отливок при ЛГМ объясняется снижением теплоты пере­грева металла непосредственно в форме, увеличением теплопро­водности формы и более высоким коэффициентом усадки.

Механические свойства отливок из сталей различных марок, полученных по газифицируемым и извлекаемым моделям при одинаковых условиях заливки формы металлом, представлены в табл. 4.15, откуда следует, что при литье по газифицируемым моде­лям за счет объемного и поверхностного науглероживания повы­шается механическая прочность отливок при снижении пластиче­ских характеристик, причем с повышением исходного содержания углерода в металле разница в механических свойствах уменьшается.

Зависимость механических свойств отливок из чугуна СЧ20 от материала формы

Материал формы

Толщина отливки,

MM

Прочность на разрыв, кг/мм2

Ударная вязкость, кг ¦ м/м2

Твердость, HB, кг/мм2

Металлическая дробь колотая ДСК-05

10 20

27.3

26.4

0,14 0,19

246 240

Кварцевый песок марки 1К016А

10 20

24,3 23,5

0,28 0,29

192 200

Песчано-глинистая смесь, влажность 4,5 %

10 20

26,2 24,2

0,29 0,27

208 207

Таблица 4.14

Механические свойства отливок из чугуна

Способ получения отливки

№ пар­тии

Стрела прогиба, мм

Прочность на изгиб, кг/см2

Твердость HB, кг/мм2

ЛГМ

1

39

207

2

43

207

3

4,6

44,26

217,3

Среднее

4,26

42,26

210,3

Литье по извлекаемым

1

4,6

44,3

217

Моделям в песчано-

2

4,6

40,0

217

Глинистые сырые формы

3

Среднее

4,2 4,46

40,3 41,53

207 213,6

Таблица 4.15

Механические свойства стальных отливок

Марка стали и способ формовки

Механические характеристики

Сталь ЮЛ

Сталь 45Л

Сталь У ЮЛ

 

ПГФ

ЛГМ

ПГФ

ЛГМ

ПГФ

ЛГМ

 

Твердость, кг/мм2

137

153

168

193

201

230

 

Ударная вязкость, кг • м/см2

8,0

7,0

6,5

4,5

1,5

1,2

 

Предел текучести Gs гс/мм2

33,5

40,5

47,0

48,5

49,5

52,0

 

Марка стали и способ формовки

Механические характеристики

Сталь ЮЛ

Сталь 45Л

Сталь У ЮЛ

ПГФ

ЛГМ

ПГФ

ЛГМ

ПГФ

ЛГМ

Предел прочности ств, кгс/мм2

49,0

56,0

74,0

78,5

66,5

65,5

Удлинение 8, %

18,5

16,5

17,0

17,0

15,0

10,0

Сужение у, %

32,0

27,5

37,5

36,0

25,5

22,0

Примечания: 1. ПГФ — песчано-глинистая форма (извлекаемая мо­дель), ЛГМ — песчано-глинистая форма (газифицируемая модель).

2. Термическая обработка: нормализация при 880 °С, последующий отпуск при 600 °С.

В табл. 4.16 приведены сравнительные показатели механиче­ских свойств отливок из сплавов на медной основе в зависимости от способа литья и материала формы, откуда следует, что отливки, полученные ЛГМ, значительно превосходят по механическим свойствам отливки, полученные по извлекаемым моделям, особен­но по пластическим свойствам (независимо от материала формы). Это можно объяснить отсутствием окисления сплава при получе­нии отливок ЛГМ в связи с восстановительной атмосферой в фор­ме; при литье по извлекаемым моделям атмосфера в полости фор­мы имеет явно выраженный окислительный характер.

В цветных сплавах причиной снижения механических свойств являются оксиды металлов, которые образуются в процессе залив­ки формы в результате взаимодействия струи жидкого металла с кислородом воздуха.

При ЛГМ продукты термодеструкции уже на стадии заливки об­разуют восстановительную атмосферу, что предохраняет цветные сплавы от окисления. Применение в качестве материала формы металлических песков при ЛГМ позволяет на 15-20 % улучшить механические свойства сплавов, в том числе плотность и герме­тичность, что является перспективным направлением в производ­стве отливок ЛГМ из медных сплавов.

Механические свойства отливок из медных сплавов

Таблица 4.16

Материал формы, способ литья

Толщина стенки отливки,

MM

Проч­ность, кгс/мм2

Удлине­ние, %

Твердость, HB, кгс/мм2

Плот­ность, г/см3

Бронза ОЦСНЗ-7-5-1

ЛГМ, дробь стальная ДСК-05

10 20 40

25.0

22.1 19,2

24,8 22,3 16,7

81 78 75

8,81 8,76 8,55

ЛГМ, песок кварце­вый 1К02А

10 20 40

24,1 19,6 17,5

20.7

18.8 14,6

76 72 74

8,56 8,54 8,49

ЛГМ,

Песчано-глинистая

10 20 40

22,2 20,4 18,1

18,4 19,1 14,7

67 65 58

8,50 8,53 8,40

Извлекаемая модель, песчано-глинистая

10

18-20

8

60

Бронза БрАМц9-2

ЛГМ, дробь стальная ДСК-05

10 20 40

54.2

52.3 50,8

26,6 25,7 24,5

117 144 112

7,78 7,76 7,15

ЛГМ, песок кварце­вый 1К02А

10 20 40

49,3 50,2 47,8

21,4 19,3 19,7

111 112 104

7,54 7,50 7,53

ЛГМ, песчано – глинистая

10 20 40

50,7 47,5 49,2

24,3 21,1 20,3

112 108 103

7,57 7,49 7,52

Извлекаемая модель, песчано-глинистая

10

40,0

20,0

80,0

Латунь JIK-80

ЛГМ, дробь стальная

10

46,0

32,2

117

8,32

ДСК-05

20

43,6

28,3

114

8,26

40

41,2

25,6

110

8,13

ЛГМ, песок кварце­

10

43,8

23,2

108

8,21

Вый 1К02А

20

39,3

25,1

109

8,17

40

35,4

21,6

98

8,19

ЛГМ, песчано-

10

38,5

24.3

101

8,23

Глинистая

20

38,3

21,3

104

8,18

40

34,7

20,8

92

8,11

Извлекаемая модель, песчано-глинистая

10

25,0

10,0

100

Для изготовления литейной формы при ЛГМ используются как традиционные формовочные смеси (сырые песчано-глинистые, само – и холоднотвердеющие, жидкие самотвердеющие), так и не­связанные сухие сыпучие материалы (кварцевый песок, металли­ческая дробь). Технологический процесс изготовления литейной формы из формовочных смесей во многом подобен процессу фор­мовки по извлекаемым моделям и отличается некоторыми техно­логическими приемами; это обусловлено применением неизвле – каемой, легко деформируемой и газифицируемой модели.

Изготовление литейной формы из несвязанных огнеупорных сыпучих материалов стало возможным только благодаря примене­нию газифицируемой модели и является принципиально новым технологическим процессом формообразования.