ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ И РАЗЛИВКИ СПЛАВОВ.

ЖИДКОТЕКУЧЕСТЬ

Жидкотекучесть — способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить контуры полостей формы и стержней. Она определяется по специальным технологическим пробам, заполняемым жидким сплавом при некоторой постоянной температуре заливки. Так, жидкотекучесть стали, магниевых и других сплавов определяется по прутковой пробе, полученной в песчаной форме (рис. 28, а).

Рис 28. Приспособления для изготовления проб на жидкотекучесть сплавов, а — песчаная форма для прутковой пробы: 1— сама форма; 2 — канал, заполняемый жидким сплавом; 3 — литниковая воронка.

Жидкотекучесть чугуна, бронзы и алюминиевых сплавов принято определять с помощью спиральной пробы трапецеидального сечения, модель которой представлена на рис. 28, 6. Модель состоит из спирали 1, имеющей на верхней поверхности выступы 2 (на расстоянии, равном 50 мм), стояка 3 и выпора 4.

Рис 28. Приспособления для изготовления проб на жидкотекучесть сплавов: б — модель для формовки простой спиральной пробы

Кроме того, для определения жидкотекучести стали пользуются пробами U-образного вида, металлическая форма для которой представлена на рис. 28, в. Разъемная металлическая форма 1 состоит из двух частей, скрепленных между собой с помощью болта и гайки, воронки 2 и U-образного канала 3.

Рис 28. Приспособления для изготовления проб на жидкотекучесть сплавов: в — металлическая форма для U-образной пробы

В пробах этих трех типов жидкотекучесть определяют по длине (в см) заполненной части полости формы. Жидкотекучесть сплавов увеличивается с повышением температуры перегрева сплава. Однако во избежание появления брака по усадке, пригару формовочной смеси, трещинам и т. д. температура сплава при заливке форм должна быть умеренно высокой ( см. ниже).

ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ И РАЗЛИВКИ СПЛАВОВ.

Под температурой плавления сплава подразумевают температуру ликвидуса, т. е. температуру верхней области затвердевания сплава на его диаграмме состояния. В реальных сплавах часто присутствуют не два компонента, как это имелось в виду при составлении диаграмм состояния, а три и более, что весьма усложняет диаграмму состояния сплава и затрудняет определение по ней температуры его плавления. В таких случаях температура плавления сплавов устанавливается опытным путем или подсчитывается приблизительно, исходя из влияния отдельных компонентов сплава на температуру его плавления.

Температура разливки сплавов всегда превышает температуру их плавления, так как иначе сплавы не будут обладать нужной жидкотекучестью. Кроме того, в ряде случаев повышение температуры разливки благоприятно влияет на строение сплава, например такого, как серый чугун, вызывая измельчение графитовых включений. При более высокой температуре разливки из жидкой стали легче выделяются неметаллические включения. Однако перегрев (перегревом называется превышение температуры жидкого сплава над температурой его плавления) сплава должен быть ограничен определенными пределами, зависящими как от свойств самого сплава, так и от особенностей отливок, получаемых из него. Как будет показано ниже, повышение температуры разливки в ряде случаев вызывает рост кристаллитов сплава, усиливает усадочные явления, увеличивает поглощение газов, повышает склонность сплава к горячим трещинам, ликвации и т. д. Большое влияние на температуру разливки оказывают сложность и размеры отливок, в том числе толщина их стенок. Чем сложнее отливки и чем тоньше их стенки, тем более высокий перегрев должен иметь сплав при разливке его по формам. Нужно также учитывать, что при песчаных формах повышение температуры разливки таких тугоплавких сплавов, как сталь, усиливает пригар формовочных и стержневых смесей к поверхности отливок. Учитывая все эти обстоятельства, температура разливки сплава определенного химического состава устанавливается для каждой группы отливок опытным путем с учетом главных особенностей изготовляемых отливок.

Связь между диаграммой состояния сплавов и температурой их разливки наиболее четко выявляется в тех случаях, когда сплавы состоят из двух компонентов или, когда в их составе имеется незначительное количество примесей, не влияющих заметно на температуру плавления и другие литейные свойства.

Такое положение характерно дли углеродистой стали, свойства которой практически определяются только содержанием углерода. На рис. 27 показано взаимное положение верхней части диаграммы состояния сплавов железа с углеродом и области 1, соответствующей обычному интервалу значений температуры разливки стали в зависимости от содержания в ней углерода. Из рисунка видно, что температура разливки углеродистой стали превышает на 30—110°С температуру начала ее затвердевания. Нужно отметить, что в случае изготовления сложных тонкостенных отливок из низкоуглеродистой стали температура разливки стали может составлять 1700°С, а иногда еще выше.

Температура плавления легированных сталей обычно несколько ниже, чем углеродистых, имеющих то же содержание углерода. Значительная разница в этом отношении имеется для некоторых высоколегированных сталей (например, высокомарганцевых), температура плавления которых гораздо ниже, чем углеродистых (табл. 19).

Рис. 27. Зависимость между температурой разливки стали, ковкого и серого чугуна и температурой плавления сплавов железа с углеродом: 1—сталь; 2— ковкий чугун; 3—серый чугун.

Таблица 19. Температуры плавления и разливки сталей различного состава

Наименование стали и массовая доля в ней основных компонентов	Температура, °С
плавления	разливки
Низкоуглеродистая (0,2% углерода)		1560-1635
Среднеуглеродистая (0,4% углерода)		1550—1615
Высокоуглеродистая (1,0% углерода)		1510-1570
Низколегированная (0,25% углерода, 1,4% марганца)		1550-1590
То же (0,3% углерода, 0,6% молибдена)		1560-1600
То же (0,4% углерода, 0,8% хрома, 1,6% никеля)		1550-1600
Высоколегированная (0,1% углерода, 18% хрома, 8% никеля)		1560-1600
То же (0,2% углерода, 18% хрома, 8% никеля)		1550-1580
Высокомарганцевая (1% углерода, 13% марганца)		1420-1450
Примечание. Температура разливки определена измерением термопарой погружения. При наличии титана в высоколегированной стали температура разливки увеличивается на 20-25 °С, так как вязкость стали возрастает из-за образования пленок нитрида титана.

Таблица 20. Температуры плавления и разливки различных сплавов цветных металлов

Наименование и марка сплава	Температура, °С
плавления	разливки
Оловянные бронзы:
БрОЦСНЗ-7-5-1, БрОЦС5-5-5	975-990	1100-1200
БрОЦС4-4-17		1000-1200
Безоловянные бронзы:
БрАЖ9-4Л, БрАМц9-2Л	1045—1065	1100-1200
БрАЖМц10-3-1, 5		1140-1200
Латуни:
ЛКС80-3-3		950-1100
ЛК80-ЗЛ		1000-1150
Алюминиевые сплавы:
АЛ2		680-780
АЛЗ, АЛ4, АЛ5, АЛ6, АЛ8, АЛ9	612—626	720-760
АЛ1, АЛ7	630-636	710-760
Магниевые сплавы:
МЛ2	643-650	720-800
МЛЗ, МЛ4	610-630	690-790
МЛ5, МЛ6	590-605	690—780
Цинковый сплав ЦАМ10-5Л		450-500
Титановый сплав

Температуры разливки легированных сталей близки (за исключением высокомарганцевых сталей) к температурам разливки соответствующих углеродистых сталей.

Для легированных сталей разница между наименьшими значениями температуры разливки и температурой плавления несколько больше, чем для углеродистых сталей (40—50 °С вместо 30—35 °С). По-видимому, это объясняется уменьшением жидкотекучести легированных сталей при пониженной температуре разливки из-за наличия в них пленок (окислов) и по другим причинам.

Области 2 и 3 (рис. 27) соответствуют приблизительным значениям температуры (с поправкой на показания оптического пирометра) разливки ковкого (имеется в виду белый чугун) и серого чугуна. Из рис. 27 видно также, что перегрев серого и особенно ковкого чугуна весьма значителен по сравнению с перегревом стали. Это обстоятельство (в известной степени) можно объяснить тем, что из серого чугуна в ряде случаев отливают мелкие, весьма тонкостенные детали.

Значения температур плавления и разливки сплавов цветных металлов приведены в табл. 20. Из данных этой таблицы видно, что по перегреву эти сплавы можно разделить на три группы:

1) малый перегрев — оловянные бронзы с высоким содержанием свинца, латуни (кроме латуни марки ЛК80-ЗЛ) и цинковый сплав;

2) средний перегрев — алюминиевые и магниевые сплавы; безоловянные бронзы, латунь марки ЛК80-ЗЛ;

3) высокий перегрев — оловянные и свинцовые бронзы и титановый сплав.

Помимо особенностей отливок, изготовляемых из отдельных сплавов, различия в величине перегрева отчасти можно объяснить свойствами сплавов. Так, сравнительно низкий перегрев бронз с высоким содержанием свинца объясняется как тем, что из них отливаются преимущественно простые детали (вкладыши подшипников, втулки), так и тем, что свинец легко ликвирует в жидком сплаве, а поэтому сплав не следует перегревать. Высокий перегрев оловянных бронз с небольшим содержанием свинца вызван необходимостью полного растворения в жидком сплаве кристаллитов, которые при недостаточном перегреве жидкого сплава могут вызвать после затвердевания неравномерное крупнозернистое строение, обладающее худшими свойствами, чем равномерное и мелкозернистое. Несколько повышенный перегрев латуни марки ЛК80-ЗЛ объясняется не только тонкостенностью изготовляемых из нее отливок, но и тем, что ее жидкотекучесть ухудшается из-за наличия пленок окиси кремния (SiО₂). Такое же явление наблюдается и в алюминиевых бронзах, в которых образуются пленки окиси алюминия (Al₂О₂). Поэтому температура разливки различных сплавов устанавливается с учетом не только температуры плавления, но и других главных факторов, влияющих на процесс заполнения форм жидким сплавом.