Файл: Постников Н.С. Прогрессивные методы плавки и литья алюминиевых сплавов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 66
Скачиваний: 0
где ti\ — коэффициент, |
характеризующий |
степень досто |
|||
п2 |
верности определения усилии и напряжений; |
||||
— коэффициент, |
характеризующий |
степень одно |
|||
|
родности |
механических свойств |
материала де |
||
пъ |
тали и условий ее изготовления; |
|
|
||
— коэффициент, |
характеризующий |
повышение |
|||
|
прочности |
из соображений особой |
безопасно |
сти.
Коэффициенты П\ и « 3 определяются конструктором в процессе проектирования машины и при расчете ее дета лей и узлов. Коэффициент п2 применительно к литым де талям называют технологическим коэффициентом заѵпаса прочности, включающим в себя также степень однород ности механических свойств отливки, которые в основном определяются технологическими условиями их изготовле ния [151.
В работе [161 рассматривалось влияние конструкции узлов сопряжений литых деталей из сплава АЛ2 на их конструкционную прочность; определены прочностные свойства узлов сопряжений и стенок и показаны наиболее часто разрушаемые места типовых отливок с узлами со пряжений. Исследование проводилось на отливках с X-, Т- и Z-образными сопряжениями пои различных ради усах закруглений в углах сопояжений и различных тол щинах сопрягаемых стенок. Усадка в узлах сопряжения проявилась в виде утяжин по радиусам закруглений, раз меры которых зависели от величины радиуса закругле ния в сопряжении.
Анализ результатов механических испытаний образ цов из отливок с X-, Т- и Z-образными сопряжениями по казывает (рис. 2), что предел прочности и относительное удлинение образцов из вертикальных стенок не зависят от типа сопряжения; аналогичные зависимости выяви лись для предела прочности н относительного удлинения от тол шины стенки. Ппи увеличении толщины вертикаль ной стенки до 10—12 мм предел прочности образцов практически не изменяется и находится на уровне свойств отдельно отлитых образцов, составляя 95—98% от пос ледних. Относительное ѵгглинение несколько уменьшается и составляет примерно 90% от свойств отдельно отлитых
обпазцов. Дальнейшее |
увеличение |
толщины |
веотикаль- |
ной стенки приводит к |
более заметному |
уменьшению |
|
rr„ и б5 . Так, при толщине стенки |
20 мм rrR = |
80 у-90% и |
23
Рис. 2. Зависимость предела прочности при разрыве (о) и относительного удлинения (б) от толщины стенок отливок
из сплава АЛ2[16]:
/ — образец Гагарина диаметром |
5 мм |
из |
вертикальной стенки н а д |
||||||||
узлом |
сопряжения; |
2 — плоский |
о б р а з е ц |
из |
вертикальной |
стенки |
|||||
над |
узлом |
сопряжения; 3 — плоский о б р а з е ц |
с узлом |
сопряжения |
|||||||
из |
горизонтальной |
стенки; 4 — плоский |
образец |
из |
вертикальной |
||||||
стенки |
п о д |
узлом |
сопряжения; |
5 — о б р а з е ц |
Гагарина |
диаметром |
|||||
5 мм |
под |
узлом сопряжения: / — из |
вертикальных |
стенок; |
/ / — из |
||||||
|
|
|
|
горизонтальных |
стенок |
|
|
|
Ô5 = 75-~85%, a при Толщине 30 мм |
ав =6'5-т-75% |
и |
|
05 =50% от свойств |
отдельно отлитых |
образцов. |
п2 |
Технологический |
коэффициент запаса прочности |
был определен из соотношения большого количества ус редненных экспериментально полученных прочностных свойств образцов, вырезанных из вертикальных стенок отливок, и образцов с узлом сопряжения, вырезанных из горизонтальных стенок, которые, как показали исследо вания, характеризуют конструкционную прочность литых деталей, со средними прочностными свойствами образ цов, соответствующими требованиям ГОСТ 2685—63. Принимая предел прочности по ГОСТу за 100% и распо лагая данными исследований, определяем технологиче ский коэффициент запаса прочности п2 из следующей за висимости:
где А —требования прочностных свойств по ГОСТу, при нимаемые за 100%;
С — прочностные свойства плоских образцов или с узлом сопряжения, % к данным ГОСТа.
Значения технологического коэффициента запаса прочности для наиболее слабого места отливки из спла вов АЛ2 и АЛ 11 приведены в табл. 10.
Т а б л и ц а 10
Технологический коэффициент запаса прочности для литых деталей из сплавов АЛ2 и АЛ 11 (отливки изготовлены без прибылей и холодильников) [15]
|
Толщина |
|
|
Пг |
|
Наиболее слабое |
|
|
|
|
|
|
|||
Сплав |
сопрягаемых |
сопряжение |
|
|
|||
сопряжение |
место отливок |
||||||
|
стенок, иш |
крестообраз |
Т-образное |
|
|
||
|
|
ное |
|
|
|
|
|
АЛ11 |
5 |
1,09 |
|
0,90 |
|
Узел |
|
|
10 |
1,10 |
|
1,00 |
|
Горизонтальная |
|
|
15 |
1,20 |
|
1,17 |
• |
стенка |
|
|
|
То же |
|||||
|
20 |
1,50 |
|
1,30 |
|
» |
» |
АЛ2 |
10 |
0,96 |
|
0,98 |
|
Горизонтальная |
|
|
15 |
0,99 |
|
1,00 |
|
стенка |
|
|
• |
|
То же |
||||
|
20 |
1,06 |
1,08 |
|
» |
» |
|
|
30 |
1,32 |
|
1,36 |
|
|
|
25
Таким образом, надежность ЛИТОЙ детали зависит не только от свойств выбранного сплава, но и от конструк ции детали, а также от величины удельной литой повер хности. Эти факторы в значительной мере и определяют технологический коэффициент запаса прочности.
Жесткими требованиями к свойствам отливок дикту ется необходимость и радикального усовершенствования технологических процессов их изготовления, которое осу ществляется, как правило, в два этапа: первый — улуч шение технологии приготовления расплава (технологии плавки) и его заливки, второй — подбор оптимальной технологии литейной формы.
П е р в ы й э т а п — получение высококачественного расплава обеспечивается при соблюдении следующих ус ловий: подбор' оптимального состава сплава; использо вание шихты, дающей высокую чистоту расплава; очи стка расплава от неметаллических включений и газов; вакуумнрованне перед разливкой; эффективное модифи цирование; применение, если это требуется, покровных флюсов; точный контроль температуры на всех' этапах приготовления сплава и максимальное сокращение вре мени выдержки в печи жидкого расплава.
Важным условием является также жесткий контроль содержания легирующих компонентов, наиболее эффек тивно влияющих в процессе упрочнения сплава при тер
мической |
обработке на его свойства |
(например, магний |
в сплавах |
алюминий —• кремний). |
Применяя известные |
способы очистки алюминиевых сплавов от неметалличе ских включений, необходимо также обратить внимание на перспективность метода фильтрации и на процесс про ведения плавки и разливки в среде инертного газа.
Так как при слишком высоких температурах плавки и разливки, а также при длительной выдержке расплава наблюдается увеличение размеров зерна, температура плавки и разливки для алюминиевых сплавов должна быть возможно более низкой.
Применяя указанные выше технологические опера ции, можно получить расплав высокого качества. Конт роль качества расплава обычно производится на отдель но отлитых образцах. Однако по результатам такого контроля можно судить лишь о качестве металла и пра вильности выбора режимов термической обработки, а не о механических свойствах отливки.
26
Чтобы получить отливки, механические свойства ко торых одинаковы или близки к механическим свойствам отдельно отлитых образцов, необходима оптимальная технология литейной формы.
В т о р о й э т а п — выбор оптимальной технологии ли тейной формы.
На измельчение зерна при литье алюминиевых спла вов оказывает очень большое влияние не только присут ствие легирующих и модифицирующих добавок, но и по вышение скорости кристаллизации. Высокая скорость кристаллизации отливок может быть обеспечена при ли тье в металлические формы или корковые формы с при менением металлической дроби. Даже при литье толсто стенных кокильных отливок можно получать образцы, вырезанные из деталей, с высокими значениями механи ческих свойств. Как показано в табл. 11, механические свойства образцов, вырезанных из отливок с различной толщиной стенки, близки и даже превосходят механиче ские свойства деформируемых сплавов АК4, АК6 и др.
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 11 |
|
|
|
Изменение механических свойств сплавов АЛ 19 |
|
||||||
|
|
|
и В2243 в зависимости от толщины стенки |
|
|||||
кокильных |
отливок (по данным |
И. Ф. Колобнева, |
С. Д. Лоханкина, |
||||||
|
|
|
|
Б. П. Домашникова) |
|
|
|
||
я |
|
|
|
Кокильные |
отливки |
со стенками |
Отдельно |
||
|
Механические |
|
толщиной, |
мм |
|
отлитые |
|||
а |
|
|
|
||||||
га |
|
|
свойства |
|
|
|
|
|
образцы |
с |
|
|
|
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
(10 мм) |
и |
|
|
|
|
|||||
АЛ19 |
а в |
, |
кГ/мм2 |
34—42 34—40 32—38 30—36 28—32 |
40—43 |
||||
|
а0 2 , кГ/мм" |
30—36 30—35 28—34 26—30 26—28 |
33—36 |
||||||
|
ô,Vo |
|
6 - 8 5 - 8 4—6 |
4—6 |
4 - 5 |
5 - 8 |
|||
В2243 |
0 В |
, |
кГ/мм2 |
44—52 44—52 42—48 40—46 36—42 |
45—52 |
||||
|
ст0 |
2 , кГ/мм2 |
40—44 40—44 36—40 34—38 32—40 |
40—46 |
|||||
|
о, °/о |
|
6—10 |
6—10 |
5 - 8 |
4—7 |
4—6 |
6—15 |
Перевод отливок на литье в кокиль позволяет значи тельно повысить их механические свойства, а особенно относительное удлинение (на 150—200%)- Однако от ливки ç высокими механическими свойствами могут быть
27
получены и при литье в песчаные формы, при этом не обходима простановка большего числа массивных холо дильников.
Положительная роль холодильников при получении отливок с высокими механическими свойствами литьем в песчаные формы объясняется тем, что в процессе затвер девания обеспечивается направленная кристаллизация и питание. При этом скорость кристаллизации обеспечива ется достаточной величиной температурного градиента на границе формирующаяся стенка отливки-—холодиль ник, который .может превышать температурный градиент
при литье в кокиль. При литье с применением |
холодиль |
||
ников можно |
получать отливки |
с высокими |
механичес |
кими свойствами, равными или |
даже превосходящими |
||
механические |
свойства отливок, |
получаемых |
при литье |
в кокиль. |
|
|
|
Известно отрицательное влияние вредных примесей (особенно железа) на механические свойства алюминие вых литейных сплавов. Однако до недавнего времени применение сплавов с малым содержанием примесей ли митировалось общим уровнем технологии литья и недо статком алюминия высокой чистоты. Установлено, что только в результате снижения содержания вредных при месей в сплавах возможно повысить предел прочности на 10—20% и относительное удлинение на 50—100%- На пример, ограничение содержания железа до 0,12% в спла ве АЛ4М в немалой степени способствовало улучшению механических свойств этого сплава. Поэтому при шихтов ке и плавке не следует допускать загрязнения расплава примесями, которые могли'бы уменьшить степень пересы щения твердого раствора или способствовать образова нию грубокристаллических частиц вторых фаз, являю щихся концентраторами напряжений и выозівающих охрупчивание сплава.
Присутствующее в расплаве железо можно нейтрали зовать в силуминах добавками марганца, бериллия. Так, введение марганца в сплав В124 позволило повысить до пустимое содержание железа в нем до 0,3%, а при введе нии в сплав ВАЛ5 бериллия допустимое содержание примеси железа было увеличено до 0,6%. Таким образом, ограничивая или нейтрализуя вредные примеси, можно повысить механические свойства не только новых, но и всех стандартных сплавов,
28