Ливарні сплави

ЛИВА́РНІ СПЛА́ВИ – багатокомпонентні металеві речовини з комплексом ливарних властивостей, що забезпечує отримання виливків необхідної конфігурації з високою експлуатаційною здатністю, за­даними розмірною точністю та якістю поверхні. Найважливішими ливар. властивостями сплавів є рідкоплинність (здатність у розплавленому стані заповнювати ливарну форму, чітко відтворюючи контури її поверхні), усадження (зменшення об’єму під час охолодження в розплавленому стані, у процесі тверднення та в твердому стані під час охолодження до температури довкілля), схиль­ність до ліквації (неоднорідність хім. складу в різних частинах виливка, що виникає під час його тверднення через різну розчинність окремих компонентів сплаву в його рідкій і твердій фазах), утворення внутр. напружень і тріщин, неметал. вклю­чень, поглинання газів. Вони проявляються як у рідкому стані, так і на всіх стадіях тверднення й охолодження сплавів. Л. с. класифікують залежно від їхнього складу, властивостей і призначення. Сплави на основі заліза називають чорними (до них належать всі різновиди чавунів і сталей), на основі алюмінію, магнію, цинку, олова, свин­цю, міді, титану, молібдену, нікелю, кобальту, берилію та ін. металів, зокрема й благородних (срібла, золота, платини), – кольоровими. Для забезпечення необхід. властивостей литих деталей, напр., міцності, твердості, зносостійкості, у сплави в певній кількості вводять спец. домішки, т. зв. легуючі елементи, за вмістом яких розрізняють низько- (менше 2,5 %), середньо- (від 2,5 до 10 %) і високолеговані (більше 10 %) сплави (див. також Легування).

Найпоширенішим матеріалом для одержання фасон. виливків є чавун. Широке застосування він отримав завдяки хорошим технол. властивостям. Викори­стовують сірі, високоміцні та ковкі чавуни, що відрізняються формою графіту. Серед них най­поширенішим є сірий чавун із пластинчастим графітом, з нього отримують найрізноманітніші литі деталі. З нього виготовляють найдешевші виливки (в 1,5 раза дешевше від сталевих, у кілька разів – від кольорових), які добре обробляються на металорізал. верстатах. Сірий чавун має високу рідкоплинність, що підвищується зі збільшенням вмісту вуглецю, кремнію та фосфору, і мале усадження. Ви­сокоміц. чавуну з кулястим графітом властиві значно вищі міцність і пластичність, ніж сірому. Такий чавун отримують шляхом модифікування магнієм або церієм. Його властивості можуть бути значно покращені терміч. обробленням. З високоміц. чавунів виготовляють колінчасті вали, деталі турбін і ін. відп. деталі. Ковкий чавун з пластівчастим графітом отримують унаслідок тривалого відпалу виливків з білого чавуну з товщиною стінки до 40 мм. Леговані чавуни хромисті, нікеле­ві та ін. застосовують для ви­ливків відп. призначення. Ле­гування чавунів покращує мех. характеристики, короз. стійкість, зносостійкість, жароміцність та ін. властивості. Легованими можуть бути і сірі, і високоміцні, і ковкі чавуни. Мех. властивості високоміц. і ковких чавунів визначаються переважно їхньою метал. основою. Пер­літні чавуни мають більш високу міцність при зниженій пластичності, феритні навпаки – мен­шу міцність, але більш високу пластичність. Властивості сірих чавунів залежать не тільки від метал. матриці, а й від кількості, морфології, розміру та розподілу графіту.

Сталь як ливар. матеріал застосовують для одержання виливків деталей, що водночас із високою міцністю повинні мати хороші пластичні властивості. Сталеві виливки після відповід. терміч. оброблення можуть не поступатися за мех. властивостями поковкам. Використовують вуглец. та леговані сталі. Вуглец. сталі поступаються чавуну за ливар. властивостями, зокрема мають удвічі меншу рідкоплинність. Це пояснюється високими в’язкістю та поверхневим натягом при т-рах розливання, а також значно меншим перегріванням. Усадження сталей досягає 2,5 %, однак із них можна отримувати складні виливки, різноманітні за конструк­цією, розмірами, масою, товщиною стінок. Найбільше поширення отримали виливки з середньовуглец. сталей з вмістом вуглецю до 0,45 %. Легов. сталі застосовують для збільшення надійності, довговічності та зниження маси литих деталей, а також надання їм спец. властивостей. Вибір легуючих елементів обумовлюється призначенням виливка, його конструктив. і технол. особливостями. Відносно до вуглецю легуючі елементи поділяють на карбідоутворюючі та графітизувальні. Вони зумовлюють утво­рення нових структур. складових і змінюють властивості існуючих фаз. Досить поширеними є сталі, леговані хромом, ні­келем, ванадієм, молібденом, міддю, кремнієм, марганцем у різних комбінаціях і співвідношеннях.

Мідні сплави застосовують для виливків, які повинні мати хорошу зносостійкість і антифрикц. властивості, високу короз. стій­кість в атмосфері, тех. і мор. воді. Вони немагнітні, добре по­ліруються й обробляються різанням, однак схильні до утворення тріщин. Серед них найрозповсюдженіші сплави міді з цинком – латуні. Їх поділяють на прості (двокомпонентні) та складні (одержувані при додатк. легуванні алюмінієм, залізом, марганцем та ін. елементами). Прості ливарні латуні використовують рідко. Під час тверднення в них утворюються концентров. усадк. раковини, що викликає не­обхідність застосування великих надливів. Легуючі елементи, що входять до склад. латуней, зазвичай сприяють поліпшенню ливар. властивостей. Біль­шість латуней мають лінійне уса­дження 1,6–1,7 %, малу схильність до утворення газ. пористості, оскільки добре дегазуються під час виплавлення в результаті виникнення парів цинку. Тому з латуней легше отримати щільні, герметичні виливки. Для виготовлення апаратури для мор. суднобудування, що працює при т-рі 300 °С, втулок і сепараторів підшипників, натиск. гвинтів і гайок прокат. станів, черв’яч. гвинтів застосовують складнолегов. латуні. Сплави міді з ін. елементами, крім цинку, – брон­зи. Оло­в’яні бронзи містять 2–14 % олова та ін. компоненти. З них виготовляють арматуру, шестерні, підшипники, втулки, що працюють в умовах стирання, підвищеного тиску води та пари. Їхнє лінійне усадження менше 1 %, завдяки чому виливки можуть бути отримані без надливів. Бронзи з великим вмістом олова мають добрі ливарні вла­стивості, але через дефіцитність і високу вартість олова застосовують тільки для виливків відповідал. призначення. Без­олов’яні бронзи за деякими пара­метрами перевершують олов’яні. У них кращі мех. і антифрикц. властивості, короз. стій­кість, однак гірші ливарні властивості. Серед сплавів цієї групи найчастіше застосовують алюм. бронзи. Їм властива висока короз. стійкість у пріс. і мор. водах, багатьох агресив. середовищах, вони добре чинять опір удару. Властивості алюм. бронз поліпшуються під час легування залізом, марганцем, нікелем та ін. елементами. З алюм. бронз виготовляють гребні гвинти великих суден, важко навантаже­ні шестерні та зубчасті колеса, корпуси насосів, деталі хім. промисловості. Свинц. бронзи мають хороші антифрикц. властивості при ве­ликих питомих навантаженнях і високих швидкостях ковзання. Їх використовують як замінники олов’яних бронз під час виготовлення вкладок підшипників. Особливістю свинц. бронз є схильність до ліквації свинцю. Дисперс. розподіл свинцю мож­ливий лише при великих швидкостях кристалізації. Виливки з алюм. сплавів становлять бл. 70 % кольор. лиття. Вони мають високу питому міцність і відмінні ливарні властивості, короз. стійкість в атмосфер. умо­вах. Їхня висока рідкоплинність забезпечує отримання тонкостін. і склад. за формою виливків. Лінійне усадження становить 1,0–1,25 %. Алюм. спла­ви мають невисоку температуру плавлення (550–650 °С). Найкращі ливарні властивості у сплавів системи Al–Si – силумінів. Із ме­талург. комбінатів їх постачають на маш.-буд., автомобіл., авіац., електротех. підприємства. Також використовують алюм. сплави систем: Al–Cu, Al–Cu–Si, Al–Mg. Високі мех. і невисокі ливар-ні властивості – погану рідко­плинність, велике лінійне уса­дження, схильність до утворення усаджув. пухкостей і гарячих тріщин – мають магнієві сплави. Їх застосовують у приладобудуванні, авіац. промисловості, текстил. машинобудуванні. Залежно від хім. складу магнієві сплави поділяють на 3 осн. групи, що базуються на відповід. системах: Mg–Al–Zn, Mg–Zn–Zr та Mg–РЗМ–Zr. Титан. сплави поєднують малу густину (4,43–4,6 г/см³), велику питому міцність (найвищу серед застосовуваних у промисловості сплавів), над­звичайно високу короз. стійкість, значну міцність при підвищених т-рах. Вони за міцністю не поступаються сталям та в кілька разів міцніші від алюм. і магнієвих сплавів. Однак поширення їх у техніці стримується високою вартістю та дефіцитністю титану, а також технол. труд­нощами отримання виливків.

Літ.: Горшков А. А., Волощенко М. В., Дубов В. В., Крамаренко О. Ю. Справочник по изготовлению отливок из высококачественного чугуна. Москва; К., 1961; Курдюмов А. В., Пикунов М. В., Бахтиаров Р. А. Плавка и затвердевание сплавов цветных металлов. Москва, 1968; Альтман М. Б. Металлургия ли­тейных алюминиевых сплавов. Москва, 1972; Гуляев А. П. Металловедение. Москва, 1986; A. K. Chakrabarti. Casting technology and cast alloys. New Delhi, 2005; Бялік О. М., Черненко В. С., Писаренко В. М., Москаленко Ю. Н. Металознавство. К., 2010; H. Fredriksson, U. Akerlind. Solidification and Crystalli­zation Proces­sing in Metals and Alloys. Stockholm, 2012; Верховлюк А. М. Вза­имодействие жидких и твердых фаз в металлургических процессах. К., 2013.

А. М. Верховлюк, В. Л. Лахненко, С. В. Гнилоскуренко

Рекомендована література

1. Горшков А. А., Волощенко М. В., Дубов В. В., Крамаренко О. Ю. Справочник по изготовлению отливок из высококачественного чугуна. Москва; К., 1961;
   Google Scholar Internet
2. Курдюмов А. В., Пикунов М. В., Бахтиаров Р. А. Плавка и затвердевание сплавов цветных металлов. Москва, 1968;
   Google Scholar Internet
3. Альтман М. Б. Металлургия ли­тейных алюминиевых сплавов. Москва, 1972;
   Google Scholar Internet
4. Гуляев А. П. Металловедение. Москва, 1986;
   Google Scholar Internet
5. A. K. Chakrabarti. Casting technology and cast alloys. New Delhi, 2005;
   Google Scholar Internet
6. Бялік О. М., Черненко В. С., Писаренко В. М., Москаленко Ю. Н. Металознавство. К., 2010;
   Google Scholar Internet
7. H. Fredriksson, U. Akerlind. Solidification and Crystalli­zation Proces­sing in Metals and Alloys. Stockholm, 2012;
   Google Scholar Internet
8. Верховлюк А. М. Вза­имодействие жидких и твердых фаз в металлургических процессах. К., 2013.
   Google Scholar Internet

завантажити статтю