Сплавы для отливок, получаемых литьем по выплавляемым моделям
Литье по выплавляемым моделям для производства машиностроительных подробностей фактически применяют во всех отраслях индустрии. Это произошло вследствие того что для правильных отливок, время от времени и с затруднениями, возможно использовать всевозможные сплавы с этими особенностями, каковые являются самые выгодными для эксплуатации.
Применение керамических огнеупорных форм, не реагирующих с заливаемыми сплавами и металлами, и применением вакуумного метода заливки и плавки металла разрешает отливать заготовки из весьма реакционноактивных металлов, таких, как его сплавы и титан. Наряду с этим возможно додтичь для того чтобы размерной точности и качества поверхности, что во многих случаях достаточно только одной финишной операции —полирования. Так, к примеру, приобретают литые матрицы из кобальтового сплава для того чтобы firmware, материал которых обрабатывается лишь шлифованием.
При литье по выплавляемым моделям возможно применять весьма нетехнологичные сплавы, к примеру, сплавы с плохой жидко-текучестью, и такие сплавы, из которых не считая как литьем нереально взять заготовки (эти сплавы не куются, не обрабатываются, но воображают в техническом отношении очень важные материалы).
Литье по выплавляемым моделям есть единственным технологическим методом, что воображает конструкторам наиболее много возможностей при выборе материалов для той либо другой конструкции. Исходя из этого растет количество сплавов и новых металлов, предназначенных для литья по выплавляемым моделям.
В соответствии с литературным данным с 1962 г. главными сплавами для литья по выплавляемым моделям являлись нелегированные, низкоуглеродистые, аустенитные, мартенситные, коррозионно-стойкие инструментальные стали, сплавы кобальта, никеля, алюминия и меди. С 1969 г. ассортимент сталей еще более расширился за счет сталей особого назначения, магниевых сплавов, высокопрочных чугунов, легированных чугунов и сплавов титана.
С повышением числа разрабатываемых и применяемых сплавов появляются трудности у изготовителей, поскольку увеличиваются требования к организации работы в плавильных и очистных отделениях. Время от времени затруднения появляются при недостаточной проверке пригодности сплава для литья по выплавляемым моделям, что приводит к материальным потерям.
В промышленно развитых государствах издаются нормы и стандарты на материалы, пригодные и рекомендуемые для правильных отливок, изготовляемых по выплавляемым моделям. Как правило это относится в первую очередь к сплавам железа (стали), каковые активно применяются в качестве материалов для правильных отливок. Использование единого сплава в одном цехе упрощает организацию производства и повышает экономику литейных цехов.
В начале развития промышленного метода литья по выплавляемым моделям отливали фактически лишь те подробности, каковые ранее изготовляли, к примеру, ковкой, сваркой либо механической обработкой. Для правильных отливок применяли тот же металл, из которого изготовляли исходную подробность, не учитывая того, имеет данный металл пригодные литейные свойства либо нет. У кузнецов, к примеру, имеются собственные своеобразные требования к особенностям применяемых сталей, отличающиеся от требований литейщиков.
Кузнецов и прокатчиков интересует в первую очередь то, дабы сталь имела хорошую формуемость в нагретом состоянии, т. е. дабы она прекрасно ковалась либо прокатывалась. Требования к особенностям, каковые предъявляют к стали изготовители правильных отливок, — это в первую очередь хорошие литейные свойства при мельчайшем поверхностном обезуглероживании, т. е. свойства, каковые для металлургов и кузнецов имеют второстепенное значение.
Неровная поверхность слитка перед прокаткой обрабатывается, и тем самым устраняется обезуглероженный слой с поверхности заготовки. Образование большей либо меньшей усадочной раковины в верхней части слитка не отражается на качестве прокатанного металла, поскольку перед прокаткой прибыль удаляется. Слиток при охлаждении не испытывает громадных напряжений от сопротивления усадке металла.
В соответствии с этим требованиям при разработке кованых и литых сталей подбирают их состав.
При изготовлении правильных отливок глубина обезуглероживания и литейные свойства имеют первостепенное и важное значение для экономики изготовления изделия. Пластические особенности стали в тёплом состоянии наряду с этим литейщиков не интересуют.
Главными литейными особенностями стали являются:
1) жидко-текучесть, т. е. свойство расплавленного металла как следует заполнять форму;
2) склонность к образованию усадочных раковин;
3) склонность к образованию трещин.
В случае если сталь имеет нехорошие литейные свойства, то при литье в обычных условиях, т. е. без применения особых приемов, отливки окажутся бракованными. При недостаточной жидкотекучести стали отливки полностью не заливаются либо на них образуются неслитины. При хорошей жидкотекучести, но сильной склонности к образованию усадочных раковин либо трещин отливка возможно снаружи практически безукоризненной, но с неудовлетворительной внутренней плотностью.
Она будет иметь концентрированные либо рассредоточенные усадочные раковины либо трещины.
Значение мельчайшей склонности к обезуглероживанию стали выражается в том, что правильные отливки изготовляют с малыми припусками, т. е. с минимальными финишными операциями.
В случае если отливку со большой глубиной обезуглероженного слоя термически обработать (к примеру, улучшить), то уровень качества термообработки будет неудовлетворительным. Поверхностный обез-углероженный слой имеет меньшую прочность, чем центральная часть, и неспециализированная прочность подробности при переменной нагрузке будет существенно ниже. При снятии обезуглероженного слоя механической обработкой теряется преимущество литья по выплавляемым моделям, а вместе с ним и экономичность изготовления.
Для изготовителей правильных отливок приемлема такая сталь, которая имеет не только хорошую прочность, но и хорошие литейные свойства.
Хорошие литейные свойства сталей уже давно в технических публикациях отмечались как наиболее значимые особенности. В работе, к примеру, рекомендуется использовать материалы с хорошими литейными особенностями, даже в том случае, если в этом случае требуется, к примеру, заменять нелегированные стали легированными с большой прочностью. Для отливок, подвергающихся цементации, рекомендуется применять легированные стали, каковые более стабильно сохраняют собственные размеры при закалке.
Коррозионно-стойкие стали с нехорошими литейными особенностями направляться заменять сателлитами и т. п. Советуя применять более дорогие сплавы, создатель работы исходит из того, что как правило их большая прочность разрешит уменьшить толщины стенок, т. е. уменьшить отливку. В этих обстоятельствах повышенная цена материала компенсируется его меньшим расходом, и конечное удорожание отливки будет весьма малым.
Целесообразность применения отличных сталей, каковые удовлетворяют как конструкторов, так и изготовителей правильных отливок, подтверждается созданием в промышленно развитых государствах сталей новых марок специально для правильных отливок. К ним относятся, к примеру, стали, каковые должны заменить сталь с 13% Сг. Эту сталь со особыми особенностями применяют для подробностей, действующий при температуре около 600° С (подробности паровых турбин). Но она имеет нехорошие литейные свойства.
Отливки из нее склонны к образованию трещин при охлаждении и имеют нехорошее уровень качества поверхности. Исходя из этого свойства данной стали улучшают присадкой 1,2—3% Мо.
Были созданы новые стали: сталь, которая содержит наровне с хромом кобальт, молибден, никель и вольфрам; сталь с присадкой кобальта, ванадия и молибдена; полуаустенитные отверждаемые стали 17-4РН, А М56425-5РН, АМ355 и т. п.
Для литья в вакууме созданы сплавы Nimocast 713VA, РЕ 10. Для улучшения литейных особенностей легированных и нелегированных сталей, предназначенных для литья по выплавляемым моделям, в Соединенных Штатах созданы стали с присадкой 1—2% Си. Специально для литья по выплавляемым моделям был создан высокопрочный сплав Maraging, содержащий никель, кобальт, молибден, титан, бор и циркон.
Как мы знаем, что легированные стали имеют лучшие литейные свойства, чем нелегированные. Литейные свойства этих сталей увеличиваются с повышением в них содержания углерода, но направляться не забывать, что при содержании углерода в стали более 0,6% растет склонность отливок к обезуглероживанию.
Один из наибольших коммерческих литейных цехов США, изготовляющий правильные отливки (компания Hitchiner Manufacturing Со Inc., Milford), совершил особое изучение литейных особенностей сталей. Из этих сплавов отливали подробности довольно несложной формы. Литейные свойства определяли по величине жидкотекучести, склонности сплава к образованию внутренних трещин и раковин.
Отливки из исследуемых сплавов сравнивали с отливками, изготовленным из следующих трех сплавов, имеющих только высокие литейные свойства:
1) коррозионно-стойкая сталь, содержащая, %: 0,15С, l,0Si, l,5Mn, 9,0Ni, 19Сг;
2) бериллиевая латунь, содержащая, %: 0,5Ni, 2,1 Be, другое Си;
3) алюминиевый сплав, содержащий, %: 6,5—7,5 Si, 0,3 Мп, 0,2 Си, 0,5 Fe, 0,2—0,4 Mg, 0,3 Zr, 0,2 Ti, другое Al.
В следствии было выяснено влияние отдельных элементов на литейные свойства сталей, отливаемых в тёплые керамические формы.
Кремний. В стали с 0,1 и 0,5% Мп кремний не воздействует на жидкотекучесть при его содержании от 0,5 до 2,5%, в случае если увеличивается содержание углерода. При содержании кремния до 1,8% Усадка значительно уменьшается и не возрастает склонность металла к образованию трещин. Можно считать самоё оптимальным содержание кремния 0,5—1,5%.
Как раз в этом диапазоне сталь владеет хорошими литейными особенностями.
•Углерод. В углеродистых сталях увеличение содержания Углерода до 0,35% не изменяет жидкотекучести. Склонность 0 2г,уазованию трещин возрастает с содержанием углерода более пп ° Склонность к образованию усадочных раковин понижается Ри содержании углерода выше 0,3%; падение склонности к образованию усадочных раковин наступает при содержании углерода выше 0,5% *.
Литейные свойства сталей с 0,3% С, легированных хромом (1,0%) и молибденом (0,25%), такие же, как углеродистой стали, содержащей 0,45% С. Приблизительно однообразные литейные свойства (усадки) у легированных сталей с 1,8% Ni, 0,65% Сг и 0,25% Мо и углеродистых сталей с 0,2—0,25% С. Жидкотекучесть легированных сталей лучше, склонность к трещинообразованию меньше если сравнивать с углеродистыми сталями. Отмечается, что сложные отливки направляться изготовлять из сплавов с гарантированными литейными особенностями. В данной работе не приводятся информацию об условиях опробований образцов и о методах оценки результатов опробований.
Ниже приводятся результаты исследований о влиянии отдельных элементов на литейные свойства стали, совершённые на заводе ZPS г. Готвальдов (ЧССР). При этих опробованиях классификационными показателями были склонность и жидкотекучесть к образованию усадочных раковин и трещин. Жидкотекучесть определяли по паре видоизмененной пробе В. Walker.
Склонность к образованию усадочных раковин контролировали на экспериментальной пробе Gikel [20], устойчивость материала к образованию трещин — на пробах по BS 3146 от 1961 г. (Англия). Большая часть опробований проводили при постоянных условиях, дабы исключить влияние вторых технологических параметров — температуры металла, скорости заполнения формы, температуры формы и т. п. Опробования были дополнены определением глубины обезуглероживания по CSN 420449. Влияние отдельных элементов на литейные свойства стали проявилось следующим образом.
Углерод не изменяет жидкотекучесть и усадку углеродистых сталей при его содержании до 0,3%; при содержании углерода до 0,25% не выявилась склонность к образованию трещин. При низком содержании углерода кроме того присадка 1% Si не изменяет жидкотекучести, но с увеличением содержания кремния возрастает склонность к образованию трещин. Лишь у стали с содержанием углерода более 0,4% улучшается жидкотекучесть присадкой кремния, наряду с этим возрастает и усадка.
Присадка меди числом до 1,75% не воздействует на жидкотекучесть ни у углеродистых, ни у сталей легированных хромом, ванадием и молибденом.
Низкоуглеродистые хромомарганцовистые стали имеют нехорошую жидкотекучесть, сильную склонность и большую усадку к трещинообразованию. Присадкой хрома к нелегированной стали с 0,4% С улучшается жидкотекучесть, но при той же склонности к образованию трещин. Стали с низким содержанием хрома, молибдена и никеля имеют весьма хорошие литейные свойства, так же как и никель-молибденовые стали.
Хромованадиевые стали при содержании 0,4% С имеют примерно однообразную жидкотекучесть с хромомолибденовыми и хромоникелевыми сталями.
Хромоникель-молибденованадиевые стали имеют весьма хорошие литейные свойства при низкой склонности к образованию трещин.
Хорошую жидкотекучесть при содержании углерода более О 4% имеют кремнемарганцовистые стали, каковые, но, имеют повышенную склонность к образованию усадочных раковин, что всецело согласуется с данными работы. Мельчайшее обезуглероживание имели хромомолибеднованадиевые и хро-мованадиевые стали, хромистые, кремнистые, кремниймарганцо-вистые и нелегированные стали с содержанием углерода до 0,5%. Большая глубина обезуглероживания была у отливок из марганцовистой стали.
Большое обезуглероживание на отдельных частях отливки составляло 0,6 мм, а по всей поверхности до 0,3 мм. В общем возможно констатировать, что легированные стали имеют лучшие литейные свойства и правильнее отражают подробности поверхности формы если сравнивать с углеродистыми; они имеют кроме этого меньшее поверхностное обезуглероживание.
Экономичность литья по выплавляемым моделям связана не только с применением сталей, каковые гарантируют удовлетворительные литейные свойства, вместе с тем и с технологичностью металлургического процесса плавки. стойкость и Прочность отливок из стали зависят не только от их состава, вместе с тем и от верно совершённых процессов плавки.
Заметное влияние на механические особенности стали оказывает способ раскисления и степень стали раскислительного ведения и процесса плавки. способ и Степень раскисления имеют прямое влияние на внутреннюю чистоту (плстность) металла, на распределение и форму неметаллических включений и, как следствие, на склонность к образованию трещин.
ведение и Шихта плавки являются решающими в отношении содержания газов в степени и металле пористости отливок. Было доказано, что в отливках пористость вызывается не только усадкой, но и растворением в стали газов. Пористость значительно снижает прочность стали.
Состав стали во многом определяет процесс ведения плавки и ее металлургическую обработку. К примеру, для сталей, в составе которых находятся элементы с повышенным сродством к кислороду, требуется сложная металлургическая обработка. “ Расплавленном металле при высоком содержании кислорода, как- к примеру, у хромомарганцовистых сталей, не редкость много окисных пленок. Из для того чтобы загрязненного металла взять отливки с плотной структурой очень тяжело.
В сталях же, легированных хромом, никелем и молибденом, окисные пленки Не образуются.
Стали, легированные никелем, имеют при негативном еДении плавки склонность к повышенному растворению газов, в следствии отливки получаются раковинами. Эти стали весьма чувствительны к содержанию серы, исходя из этого ее содержание должно быть минимальным (не более 0,03%). При более высоком содержании серы никелевые стали склонны к образованию трещин.
Хро-моникелевые стали имеют в литом состоянии благодаря повышенной первичной кристаллической сегрегации склонность к образованию дендритной трещин и структуры (волосовин) на границах зерен. Это возможно избежать при тщательном ведении плавки.
Подобное отмечается и в сталях, содержащих титан и алюминий. Эти стали (до определенного содержания указанных элементов) по большому счету нельзя лить без применения вакуумной техники.
Имея в виду расширение и использование литья по выплавляемым моделям в будущем, нужно учитывать не считая литейных особенностей и метод ведения плавки сплавов и их металлургическую обработку.
Для правильных отливок возможно применять материалы, улучшенные до большой прочности, каковые обеспечат при переменной нагрузке удовлетворительную усталостную прочность. Прочность отливок зависит кроме этого и от термической обработки. Стойкость машиностроительных подробностей, подвергнутых переменному на-гружению, зависит от усталостной прочности материала, которая со своей стороны зависит от остаточных напряжений в отливках, появляющихся по окончании закалки.
В случае если эти напряжения будут громадными, то по окончании определенного времени эксплуатации эти подробности выйдут из строя. Отливки, действующий при переменной нагрузке, направляться изготовлять из стали для того чтобы состава, которая разрешает проводить термообработку с целью достижения минимального уровня избыточных внутренних напряжений. Этому условию удовлетворяют в первую очередь стали, каковые не имеют склонности к так называемой отпускной хрупкости.
Под отпускной хрупкостью знают чувствительность стали к методу охлаждения с температуры отпуска без утраты ударной вязкости.
Склонны к отпускной хрупкости марганцовистые стали с содержанием марганца более 1,5%, хромомарганцовистые, хромо-ванадиевые, хромоникелевые и хромоникель-ванадиевые. Прекрасно противостоят отпускной хрупкости нелегированные стали и углеродистые стали, легированные вольфрамом и особенно молибденом. Молибден в этом отношении весьма действен.
В марганцовистых, хромистых, хромоникелевых сталях достаточно его содержания 0,2—0,5%, дабы не допустить хрупкость при медленном охлаждении стали в печи по окончании отпуска.
К преимуществам термообработки легированной стали направляться отнести кроме этого устойчивость отливок к деформации при охлаждении и нагреве. Подробности из углеродистых нелегированных сталей деформируются при термообрабоке многократно посильнее, чем легированные стали, закаливаемые в масле либо на воздухе. Среди последних деформируются меньше стали, легированные элементами, снижающими температуру закалки (положение точки Ас3).
Исходя из этого стали, легированные никелем, имеют по окончании закалки меньшую деформацию. Благодаря деформации отливок из углеродистой стали по окончании термообработки довольно часто приходится прибегать к рихтовке. Для этого требуются время от времени дорогие приспособления.
Такая рихтовка формы отливок довольно часто не достигает собственной цели. На протяжении эксплуатации огрихтованная подробность может снова деформироваться и принять форму, бывшую для правки.
Рвение изготовлять правильные отливки с этими же механическими и динамическими чертями, как и у подробностей, взятых ковкой либо прокаткой металла, заставляет прибегать к особым методам термообработки, к примеру к изотермической закалке.
Данный краткий обзор достаточен для получения главных сведений о химическом составе стали, имеющей удовлетворительные особенности для правильных отливок, приобретаемых литьем по выплавляемым моделям.
Вторыми факторами, которыми нельзя пренебрегать, являются их стоимость и обрабатываемость сталей. На обрабатываемость стали обращают особенное внимание в тех случаях, в то время, когда в правильных отливках нужно сверлить дополнительно отверстия либо нарезать резьбу. В работе дана таблица индексов обрабатываемости разных сплавов.
В соответствии с данной классификации нелегированные стали со средним содержанием углерода (0,2—0,5%) имеют обрабатываемость на 50% лучше, чем кое-какие низколегированные стали.
В нормали и стандарты внесены кое-какие углеродистые и нелегированные стали, не смотря на то, что, как уже было ранее указано, они по последовательности факторов не в полной мере пригодны для литья по выплавляемым моделям.
Сравнение особенностей сталей, отлитых в тёплых керамических формах с прокатанными либо коваными сталями. Металл, залитый в раскаленные керамические оболочковые формы, охлаждается в них существенно медленнее, чем, к примеру, в холодных песчаных формах. Этим и разъясняется происхождение неотёсанной структуры, в особенности в толстых сечениях отливки, взятой правильным литьем.
По большому счету считается, что такие отливки благодаря медленного охлаждения в раскаленной форме не имеют напряжений. В их структуре первичные кристаллы недеформированы. Материал правильных отливок при больших температурах при однообразном химическом составе имеет более большой предел текучести, чем материал по окончании деформирующей обработки в нагретом состоянии.
Литая структура менее пригодна для отливок с повышенным Динамическим нагружением.
Прочность при растяжении и предел текучести литого материала, и материала, деформируемого в нагретом состоянии, при одном и том же химическом составе однообразны. ударная вязкость и Относительное Удлинение литого материала ниже если сравнивать с материалом, деформированным в нагретом состоянии в направлении деформации, но выше если сравнивать с примерами, вырезанными поперек направления деформации.
Для всех литых материалов характерно, а следовательно, и для сталей то же, что с повышением толщины стенок механические особенности понижаются. Это влияние толщины стенок отливок на механические особенности было выяснено количественно. У сталей отмечается довольно меньшее понижение относительного сужения, предела текучести и ударной вязкости с повышением толщины стенок отливок.
Влияние скорости охлаждения литой стали на ее структуру изучали советские исследователи.
Понижение прочностных особенностей с повышением толщины стенок отливок относится кроме этого и к чугуну и к цветным сплавам.
