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
TK–TI‘
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 |
4Д |
39 |
207 |
|
2 |
4Д |
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.