2.3.        Технологические свойства основных литейных сплавов

Технологические свойства литейных сплавов учитываются в первую очередь при выборе материала детали, изготавливаемой литьем. Во всех случаях при прочих равных условиях следует отдавать предпочтение сплавам с лучшими литейными свойствами. Рассмотрим технологические свойства основных литейных сплавов, применяемых в машиностроении.

Чугун

Чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок. Чугунные отливки по массе составляют около 80 % от общего числа отливок. Широкое распространение чугуны получили благодаря хорошим технологическим свойствам и относительной дешевизне по сравнению с другими литейными сплавами. Область  применения чугуна все более расширяется вследствие непрерывного повышения его прочностных и технологических  характеристик, а также разработки чугунов новых марок со специальными физическими и механическими свойствами.

Основным компонентом, оказывающим существенное влияние на свойства чугуна, является углерод. При этом имеет значение не только общее содержание углерода, но и форма, в которой он содержится в чугуне: в виде графита (серый чугун) или цементита (белый чугун).

Серый чугун наиболее дешевый литейный сплав. Он обладает сравнительно высокими механическими свойствами, относительно низкой температурой плавления и очень хорошими литейными свойствами. Жидкотекучесть  серого чугуна значительно превышает жидкотекучесть стали. Размеры усадки колеблются от 0,9 до 1,3 %, что является существенным фактором, обусловливающим получение качественных отливок, без усадочных раковин, трещин, коробления и других дефектов.

Серый чугун малочувствителен к надрезам, выточкам, буртикам и другим концентраторам напряжений. Это объясняется наличием графитовых включений, которые уже как бы являются внутренними надрезами, и добавление к ним новых наружных надрезов мало отражается на снижении прочности. Серый чугун обладает способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках, поэтому детали станин металлорежущих станков, дизелей, компрессоров отливают из серого чугуна, а не стали. Использовать серый чугун для деталей машин, подвергающихся ударным нагрузкам, нельзя, так как он хрупок и обладает низкой пластичностью. Недостатком серого чугуна как литейного сплава является отбел поверхности, особенно при литье в металлические формы.

На механические свойства серого чугуна основное влияние  оказывают количество, форма и распределение графитовых включений, а также прочность основной металлической массы.

Серые чугуны подразделяют на две группы: конструкционные чугуны и чугуны со специальными свойствами. Отливки из конструкционных чугунов используют главным образом для получения деталей машин. Ковкий чугун используется для изготовления мелких тонкостенных отливок  (толщина не более 40…50 мм) для сельскохозяйственных машин, автомобилей, тракторов, арматуры, и других деталей массового производства.

Благодаря хлопьевидной форме графита ковкий чугун отличается достаточно высокой прочностью. Занимая промежуточное положение между чугуном и сталью. В зависимости от состава и микроструктуры металлической основы ковкий чугун делят на два класса: ферритный и перлитный.

Ковкий чугун ферритного класса обладает повышенной пластичность, сопротивляемостью ударным нагрузкам и однородностью механических свойств по сечению отливок.


Для ковкого чугуна перлитного класса характерны высокая прочность и износостойкость, средняя пластичность, хорошие антифрикционные свойства. Однако ковкий чугун обладает более низкими литейными свойствами, чем серый, в частности пониженной жидкотекучестью, большей усадкой и повышенной склонностью к трещинообразованию.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом широко используется как конструкционный материал в современном машиностроении. По литейным свойствам он приближается к сталям, т.е. имеет пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку, а следовательно, повышенную склонность к образованию дефектов литейного происхождения. Себестоимость заготовок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в среднем на 25 % ниже себестоимости отливок из углеродистой стали, но на 20 % выше чем из серого чугуна. Заменять серый чугун высокопрочным  целесообразно в том случае, если при этом уменьшается масса детали или увеличивается срок ее службы.

Из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом отливают ответственные тяжело нагруженные  и толстостенные детали:  крупные коленчатые валы, шестерни, прокатные валки и другие детали прокатного и кузнечно-прессового оборудования, работающие в условиях ударных нагрузок.

Сталь

Сталь как литейный материал применяют для получения деталей, которые наряду с высокой прочностью должны обладать хорошими  пластическими свойствами, быть надежными и долговечными в эксплуатации. Стали, обладают хорошей свариваемостью, что дает возможность  изготавливать сложные сварно-литые конструкции. Стальные отливки после соответствующей термообработки не уступают по механическим свойствам поковкам.

Литейные стали условно можно разделить на три группы: конструкционные (нелегированные и легированные), инструментальные и стали со специальными свойствами. Из конструкционных сталей в основном изготавливают детали, испытывающие механические нагрузки (статические, динамические, вибрационные). Из инструментальных сталей изготавливают литой инструмент, а из сталей со специальными свойствами (жаропрочных, кислотостойких, коррозионно-стойких и т.д.) – детали, работающие в различных агрессивных средах, при высоких температурах, в условиях сложных механических нагрузок.

По литейным свойствам стали уступают  чугуну, но, тем не менее, из них можно изготавливать сложные отливки, разнообразные по конфигурации, размерам, массе, толщине стенок для различных отраслей промышленности. После термической обработки литая конструкционная нелегированная сталь обладает достаточно высокими механическими свойствами.

Жидкотекучесть нелегированной конструкционной стали в среднем в два раза  меньше жидкотекучести серых чугунов, при этом по мере возрастания содержания углерода жидкотекучесть возрастает. Низкоуглеродистые стали марок 15Л и 20Л применяют для изготовления несложных литых частей  сварно-литых конструкций, так как эти стали обладают пониженной жидкотекучестью. Разнообразные по массе и конфигурации фасонные отливки для различных отраслей машиностроения  в основном изготавливают из среднеуглеродистых сталей марок 25Л, 30Л, 35Л, 40Л.