Курсовая работа: Литейные металлические сплавы

Литейные металлические сплавы состоят из двух или нескольких составляющих. Основной составляющей является металл, придающий всему сплаву металлический характер. Металлические сплавы обычно дешевле чистых металлов и имеют более высокие механические и физические свойства. Так, прочность стали (сплав железа с углеродом) значительно выше прочности железа; бронза (сплав меди с оловом и другими элементами) и латунь (сплав меди с цинком и другими элементами) прочнее меди; силумин (сплав алюминия с кремнием) прочнее алюминия. Установлено также, что многие сплавы отличаются гораздо лучшими, литейными свойствами, чем чистые металлы.

Большинство металлов, из которых изготовляются сплавы, находится в земной коре не в чистом виде, а в химическом соединении с другими элементами. Такие природные соединения металлов, содержащие различные посторонние примеси, называются рудами. Из этих руд после их подготовки на металлургических заводах получают чистые металлы или сплавы.

Фасонные отливки из различных сплавов применяются во всех отраслях промышленности, строительства и быта. Особенно велика роль фасонных отливок в машиностроении. Область применения литых деталей все время расширяется. Доля их в общей массе машин составляет (%):

Металлообрабатывающие станки ……..80

Текстильные машины ................. ……..72

Прокатные станы ........................ ……..68

Тракторы............................... ………….58

Паровые турбины....................... ……..55

Электровозы ............................... ……..26

Отливки, изготовляемые в настоящее время, имеют толщину стенок от 2 до 500 мм, массу от 10 г до 260 т и габариты от 1 см до 30 м. Естественно, что только сплавы, имеющие хорошие литейные свойства, могут обеспечить требуемые качества таких разнообразных отливок. Необходимо также, чтобы отливки после затвердевания и охлаждения обладали требуемыми механическими, физическими и химическими свойствами. Наряду с этим сплавы должны быть по возможности дешевыми и не содержать дефицитных элементов.

Немаловажное значение имеет температура плавления сплава. Чем ниже температура плавления, тем с меньшими затратами тепла можно расплавить и перегреть сплав в плавильной печи до требуемой температуры при выпуске из печи и заливке.

Условия эксплуатации

В выхлопной части корпуса турбины имеется профиль Жуковского, поверхность которого должна иметь малую шероховатость. Данная деталь работает при высоких температурах и давлении.

Стальные литые детали используют в труднейших условиях эксплуатации - при вибрационных и знакопеременных нагрузках, в разных агрессивных средах и т.д. Надёжность применения литых деталей проверена в течение многих лет эксплуатации различных машин и оборудования. Технический прогресс вызвал повышение требований к качеству литых деталей. Многие литые детали ответственного назначения в связи с этим подвергают просвечиванию рентгеновскими или гамма - лучами, проверяют ультразвуком, магнитной дефектоскопией, методом керосиновой пробы и другими специальными методами контроля.

Литейные свойства сплавов

Важнейшие свойства сплавов: высокая жидкотекучесть, малая усадка, небольшая склонность к образованию литейных напряжений, незначительная ликвация примесей, мелкокристаллическое строение.

Жидкотекучесть . Способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить контуры полостей формы и стержней называют жидкотекучестью. О жидкотекучести сплавов судят по длине (в см) заполненной части формы. Жидкотекучесть сплавов увеличивается с повышением температуры перегрева сплава. Однако во избежание появления брака по усадке, пригару формовочной смеси и трещинам температура сплава при заливке форм должна быть умеренно высокой.

Усадка . Процесс уменьшения линейных размеров и объема жидкого сплава в форме при охлаждении называют усадкой. В литейном производстве различают объемную и линейную усадку сплавов.

Объемной усадкой называют разность между объемом полости формы и объемом отливки после ее охлаждения. Линейной усадкой называют разность между линейными размерами формы и остывшей отливки.

В практике литейного производства усадку обычно выражают в процентах по отношению к первоначальному объему жидкого сплава (объемная усадка) или к первоначальным линейным размерам в полости формы (линейная усадка). Величина усадки зависит от химического состава сплава. Так, повышение содержания углерода и кремния и уменьшение содержания марганца и серы в чугуне приводят к уменьшению усадки.

Для борьбы с линейной усадкой следует размеры модели делать больше размеров отливки на величину литейной усадки. Борьба же с усадочными раковинами и пористостью более трудна. К основным

мерам предупреждения усадочных раковин и пористости относятся:

достаточное питание отливки путем увеличения сечения литниковой

системы, установка прибылей, применение холодильников, улучшение конструкции отливки.

Литейные напряжения. В отливке в процессе ее остывания в форме возникают литейные напряжения: вследствие неравномерной усадки — усадочные напряжения; ввиду неодинаковой скорости остывания отдельных частей отливки — термические напряжения; в связи с изменением кристаллического строения отливки — фазовые напряжения.

Усадке практически всегда в той или иной степени препятствуют болваны, стержни и т. п., и поэтому в разных частях отливки получается неравномерная усадка.

В некоторых сплавах в процессе охлаждения изменяются структура и размеры отдельных зерен, вследствие чего увеличивается или уменьшается объем отливок. Эти изменения в тонких и толстых частях отливки совершаются в разное время.

Литейные напряжения в отливках, вызванные этими явлениями, могут привести к образованию горячих и холодных трещин, короблению отливки.

Ликвация. При затвердевании сплава, залитого в форму, на протяжении всего времени его остывания происходит процесс выравнивания химического состава по всему сечению отливки. Однако этот процесс протекает медленно, вследствие чего в отдельных частях отливки, а также в отдельных зернах сплава, наблюдается химическая неоднородность, называемая ликвацией. Обычно ликвация обусловливается тем', что отдельные составляющие сплава, имеющие неодинаковую плотность и различные температуры затвердевания, отделяются от основной массы сплава как в жидком состоянии, так и при его затвердевании.