Проектирование и производство литых заготовок - часть 2

 

7

Формозаполняемосгь  F  можно  оценивать  как  отношение  длины  участка  

L - l к общей длине L. 

%

100

L

l

L

F

−

=

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.1) 

 
1.1.2. Усадка литейных сплавов 

Усадка – свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании 

и  охлаждении.  Усадочные  процессы  в  отливках  протекают  с  момента  заливки 
расплавленного металла в литейную форму вплоть до полного охлаждения от-
ливки. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительных 
единицах, %. 

Линейная усадка – уменьшение линейных размеров отливки при ее охлаж-

дении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная про-
тивостоять  давлению  расплавленного  металла,  до  температуры  окружающей 
среды. Линейную усадку определяют соотношением, %: 

(

)

от

от

Ф

ЛИН

l

%

100

l

l

−

=

ε

   

 

 

 

 

 

(1.2)  

где 

l

ф

 и 

l

от

 - размеры полости формы и отливки при температуре 20

0

С. 

На  линейную  усадку  влияют  химический  состав  сплава,  температура  его 

заливки,  скорость  охлаждения  сплава  в  форме,  конструкция  отливки  и  литей-
ной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания 
углерода и кремния. Усадку алюминиевых сплавов уменьшает повышенное со-
держание кремния, усадку отливок – снижение температуры заливки. Увеличе-
ние скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возраста-
нию усадки отливки. 

При охлаждении отливки происходит механическое и термическое тормо-

жение  усадки.  Механическое  торможение  возникает  вследствие  трения  между 
отливкой и формой. Термическое торможение обусловлено различными скоро-
стями  охлаждения  отдельных  частей  отливки.  Сложные  по  конфигурации  от-
ливки  подвергаются  совместному  воздействию  механического  и  термического 
торможения. 

Линейная  усадка  для  серого  чугуна  составляет 0,9…1,5%, для  углероди-

стых  сталей 2…2,4%, для  алюминиевых  сплавов 0,9…1,5%, для  медных 
1,4…2,3%. 

Объемная  усадка – уменьшение  объема  сплава  при  его  охлаждении  в  ли-

тейной форме при формировании отливки. Объемную усадку определяют соот-
ношением, %: 

(

)

,%

V

/

100

V

V

ОТ

ОТ

Ф

ОБ

−

=

ε

   

 

 

 

 

(1.3) 

где 

V

ф

  и 

V

от

 – объем  полости  формы  и  объем  отливки  при  температуре  

20 

0

С. 

Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке: 

ЛИН

ОБ

3

ε

ε

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.4) 

 

8

Усадка  в  отливках  проявляется  в  виде  усадочных  раковин,  пористости, 

трещин и короблений. 

Усадочные  раковины  –  сравнительно  крупные  полости,  расположенные  в 

местах  отливки,  затвердевающих  последними.  Сосредоточенные  крупные  уса-
дочные  раковины  образуются  при  изготовлении  отливок  из  чистых  металлов, 
сплавов эвтектического состава (сплав АЛ2) и сплавов с узким интервалом кри-
сталлизации (низкоуглеродистые стали, безоловянистые бронзы и др.). 

Усадочная  пористость - скопление  пустот,  образовавшихся  в  отливке  в 

обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевали 
последними без доступа к ним расплавленного металла. Усадочная пористость 
располагается по границам зерен металла. 

Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет 

непрерывного  подвода  расплавленного  металла  в  процессе  кристаллизации 
вплоть    до  полного  затвердевания.  С  этой  целью  на  отливки  устанавливают 
прибыли – резервуары с расплавленным металлом, которые обеспечивают дос-
туп расплавленного металла к участкам отливки, затвердевающим последними. 
На рис. 1.2, а прибыль 1 не может обеспечить доступ расплавленного металла к 
массивному участку отливки 3. В этом месте образуется усадочная раковина 2 и 
пористость. Установка на массивный участок прибыли 4 (рис. 1.2, б) предупре-
ждает образование усадочной раковины и пористости. 

Предупреждать  образование  усадочных  раковин  и  пористости  позволяет 

установка в литейную форму наружных холодильников 5 (рис. 1.2, в) или внут-
ренних холодильников 6 (рис. 1.2, г). 

Эти холодильники изготавливают из этого же сплава, что и отливку. При 

заполнении  формы,  внутренние  холодильники  частично  расплавляются  и  сва-
риваются с основным металлом. 

 

1.1.3. Трещины в отливках 

В отливках в результате неравномерного затвердевания тонких и толстых 

частей  и  торможения  усадки  формой  при  охлаждении  возникают  внутренние 
напряжения.  Эти  напряжения  тем  выше,  чем  меньше  податливость    формы  и 
стержней.  Если  величина  внутренних  напряжений  превзойдет  предел  прочно-
сти литейного сплава в данном участке отливки, то в теле ее образуются горя-
чие  или  холодные  трещины.  Если  литейный  сплав  имеет  достаточную  проч-
ность  и  пластичность  и  способен  противостоять  действию  возникающих  на-
пряжений, искажается геометрическая форма отливки, появляется коробление. 

 Холодные  трещины  возникают  в  области  упругих  деформаций,  когда 

сплав полностью затвердел. Тонкие части отливки охлаждаются и сокращаются 
быстрее, чем толстые. В результате в отливке образуются напряжения, которые 
и  вызывают  появления  трещин.  Холодные  трещины  чаще  всего  образуются  в 
тонкостенных отливках сложной конфигурации и тем больше, чем выше упру-
гие свойства сплава, чем значительнее его усадка при пониженных температу-
рах  и  чем  ниже  его  теплопроводность.  Опасность  образования  холодных  тре-
щин в отливках усиливается наличием в сплаве вредных примесей (например, 

 

9

фосфора  в  сталях).  Для  предупреждения  образования  в  отливках  холодных 
трещин необходимо обеспечивать равномерное охлаждение отливок во всех се-
чениях путем использования холодильников; применять сплавы для отливок с 
высокой пластичностью; проводить отжиг отливок и т.п. 

 

а) 

 

б) 

 

 

в) 

 

г) 

Рис. 1.2. Способы  предупреждения  усадочных  раковин  и  пористости  

в отливках. 

 
Коробление отливок – изменение формы и размеров отливки под влиянием 

внутренних напряжений, возникающих при охлаждении. Коробление увеличи-
вается при усложнении конфигурации отливки и повышением скорости охлаж-
дения, которая вызывает неравномерное охлаждение между отдельными частя-
ми  отливки  и  различную  усадку.  Коробление  отливки  может  быть  также  вы-
звано  сопротивлением  формы  усадке  отдельных  частей  отливки.  Для  преду-
преждения короблений в отливках необходимо увеличивать податливость фор-
мы; создавать рациональную конструкцию отливки и т.д. 

 

1.1.4. Газовые раковины и пористость в отливках 
В  расплавленном  состоянии  металлы  и  сплавы  способны  активно  поглощать 
значительное количество водорода, кислорода, азота и других газов из оксидов 
и  влаги  исходных  шихтовых  материалов  при  их  плавке,  сгорании  топлива,  из 
окружающей среды, при заливке металла в форму и т.д. 

В жидких металлах и сплавах растворимость газов с увеличением темпера-

туры повышается. При избыточном содержании газов они выделяются из рас-

 

10

плава  в  виде  газовых  пузырей,  которые  могут  всплывать  на  поверхность  или 
оставаться в отливке, образуя газовые раковины, пористость или неметалличе-
ские включения, снижающие механические свойства и герметичность отливок. 
При  заливке  расплавленного  металла  движущийся  расплав  может  захватывать 
воздух  в  литниковой  системе,  засасывать  его  через  газопроницаемые  стенки 
каналов  литниковой  системы.  Кроме  того,  газы  могут  проникать  в  металл  из 
формы при испарении влаги, находящейся в формовочной смеси, при химиче-
ских реакциях на поверхности металл – форма и т.д. 

Для уменьшения газовых раковин и пористости в отливках плавку следует 

вести под слоем флюса, в среде защитных газов с использованием хорошо про-
сушенных  шихтовых  материалов.  Кроме  того,  перед  заливкой  расплавленный 
металл необходимо подвергать дегазации вакуумированием, продувкой инерт-
ными газами и другими способами, а также увеличивать газопроницаемость ли-
тейных форм и стержней, снижать влажность формовочной смеси, подсушивать 
формы и т.д. 

 

Контрольные вопросы 

1. Какими показателями оцениваются литейные свойства сплавов? 
2. Что  такое  жидкотекучесть  сплава,  от  каких  факторов  она  зависит,  как 

определяется и влияет на конструкцию и качество отливок? 

3. Что  такое  усадка  литейного  сплава,  от  чего  она  зависит,  как  влияет  на 

качество отливок? 

4. Из-за чего возникают газовые раковины и пористость в отливках? 

 
1.2 Чугуны 

Чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления 

фасонных отливок. В разных странах, в зависимости от развития машинострое-
ния и других отраслей производства, чугунные отливки составляют 74…83% от 
общего  числа  отливок.  Область  применения  чугуна  продолжает  расширяться 
вследствие  непрерывного  повышения  его  прочности  и  эксплуатационных 
свойств,  а  также  разработки  чугунов  новых  марок  со  специальными  физиче-
скими  и  химическими  свойствами.  Широкое  распространение  чугун  получил 
благодаря  хорошим  технологическим  свойствам  и  низкой  себестоимости  по 
сравнению с другими сплавами. 

Наиболее  широкое  распространение  в  промышленной  практике  получили 

чугуны: белые (при содержании 

С

 до 4% в виде цементита); серые (при содер-

жании 

С

 2,5…3,7% при этом до 0,9% углерода находится в химически связан-

ном с железом состоянии, остальная часть углерода содержится в виде графи-
та); высокопрочные (получаются из серого чугуна путем его обработки в жид-
ком  состоянии  небольшими  количествами 

Mg

  или  другими  элементами);  ков-

кие (получаются путем специального отжига белого чугуна); антифрикционные 
(применяются  в  подшипниковых  узлах  трения);  легированные  (в  состав  кото-
рых входят 

Ni

, 

Mo

, 

Cr

, 

Cu

, 

W

, 

V

, 

Al

, 

Ti

 и др.).