Литейные свойства металлов и сплавов

Выбор способа изготовления отливки во многом зависит как от геометрии отливки, объема потребности в отливках данного типа, так и от имеющихся литейных свойств сплава заложенного конструктором детали.

Литейные свойства это совокупность физико-химических свойств металлов, характеризующих их поведение в разных условиях изготовления отливок.

Наиболее важнейшие из них, жидкотекучесть, усадка и ликвация.

Жидкотекучестью сплава металла называется способность расплавленного металла заполнять полость литейной формы и давать геометрию размеров отливки с определенной точностью.

Жидкотекучесть сплава зависит от его химического состава, температуры, Примененных в литейной форме материалов изготовления. Ряд химических элементов улучшает жидкотекучесть, другие наоборот  — ухудшают. Увеличение углерода и фосфора в чугуне и стали улучшает их жидкотекучесть, а увеличение серы — снижает жидкотекучесть. Высокая температура уменьшает вязкость жидкого сплава и облегчает заполнение формы. Жидкий расплав лучше заполняет форму, поэтому для каждого способа изготовления отливок устанавливают свои особые требования к жидкотекучести металла, повышают или снижают жидкотекучесть как правило температурой.

Затвердевание  жидкого металла при его охлаждении уменьшает его объем. Это общее уменьшение объема отливки и соответственно все ее размеров называется усадкой.

Чтобы обеспечить требуемые размеры отливки, литейную форму и модельную оснастку изготавливают с учетам предполагаемой усадки металла. Для большинства металлов усадка составляет от 0,8 до 3,1%.

Размеры отливки простой формы при остывании уменьшаются (усаживаются) равномерно. Такая усадка называется свободной.

На практике иметь дело со свободной усадкой приходится крайне редко, при литье изготовлении отливок простой формы. Как правило, все отливки в производстве имеют сложную неравномерную конфигурацию, переходы диаметров, утолщения, ребра и прочие элементы, качественное исполнение которых и определило необходимость их получение литьем.

Формовочные материалы, из которых изготовлена литейная форма, ее конфигурация препятствует равномерному «усаживанию» размеров сложной отливки. Усадка отливки, протекающая в этих условиях, называется затрудненной.

Затрудненная усадка вызывает внутренние напряжения в отливке, которые в последствии образуют литейные дефекты в виде горячих и холодных трещин , утяжин, коробления и другим основаниям для брака отливки.

Расплав в форме застывает не равномерно сначала на поверхности отливки в местах ее соприкосновения со стенками формы, отливка покрывается литейной коркой, дальнейшее застывание (кристализация) происходит по направлению к центру отливки из ее краев.

Если сечения отливки неодинаковы и остывают с разной скоростью, то сечение тонкие, остывающие быстрее, будут оттягивать металл из толстых сечений в результате в толстых сечениях отливки вследствие этого не хватает металла на формирование сердцевины сечения, и там образуются рыхлости или раковины, называемые усадочным и, для недопущения такого брака отливок при написании технологии изготовления рассчитывается усадка отливки и необходимая прибыльная часть отливки питающая усаживающийся металл из вне геометрической формы отливки, тем самым усадочные пороки выводятся либо в неответственное место отливки, либо в прибыль, которая затем удаляется.

Ликвация сплава металла. В твердом состоянии большинство металлов состоит из зерен различного химического состава, физических свойств и веса. Также, составляющие сплава имеют разные температуры затвердевания, Происходит это потому, что сплав затвердевает обычно не при постоянной температуре, а в некотором интервале температур. Зерна, выпадающие в интервале температур затвердевания, отличаются друг от друга по химическому составу. Чем раньше произошло выпадение (затвердевание) зерна, тем меньше примесей оно содержит. Естественно, что остающаяся часть жидкого сплава все время обогащается примесями и остаток расплава, застывающий последним, содержит наибольшее количество примесей и неметаллических включений .

Такое изменение химического состава зерен жидкого сплава в ходе затвердевания называется ликвацией.

Ликвация тем сильнее, чем медленней остывает расплав. Ликвация может быть значительно уменьшена ускорением затвердевания сплава, перераспределение примесей между выпадающими кристаллами и остающимся жидким сплавом происходить в этом случае не успевает, также как и замедляется осаждение тяжелых кристаллов.

В сталях и чугунах интенсивней других примесей ликвируют фосфор и сера в виде соединений с железом (фосфидов и сульфидов). В металле застывающим в последнюю очередь вытесняются неметаллические включения, содержащиеся в отливке, также газы и шлаки не вышедшие через литейную корку на поверхность отливки или в прибыль.