3. Течливост
3. Течливост
При изучаването на леярските свойства на металите и сплавите голямо значение има течливостта, която се определя като способността (свойството) на стопилките да запълват форми.
Според резултатите от многобройни изследвания е установено, че при равни други условия стойността на течливостта не е пряко свързана с вискозитета и повърхностното напрежение на течния метал, а се определя от интервала на кристализация и комбинацията от термофизични свойства на металите: топлина на кристализация, топлинен капацитет и топлопроводимост. В този случай топлината на кристализация е основният фактор. Течливостта е толкова по-висока, колкото по-голяма е топлината на кристализация.
Течливост и нейната връзка с топлофизичните свойства на метала
При определяне на течливостта на металите най-често се използва спираловиден метод, който се състои в изливане на разтопен метал от тигел през дъното в нагрята метална форма с леярска кухина под формата на спирала с дължина l [27]. Прецизният контрол на температурата, възможността за промяна на температурата на нагряване на формата и метала в широк диапазон, поддържането на постоянството на условията на изливане на метала позволяват получаване на добра повторяемост на резултатите. Всичко това също дава възможност да се сравнява и оценява течливостта на различни метали в светлината на техните термофизични свойства.
Течливостта зависи от общото количество топлина на течния метал, състоящо се от топлината на прегряване над точката на топене Q1 и топлината на кристализация Q2. Тъй като топлината на кристализация Q2 е средно 85,90% (Таблица 9) от общата топлина, този параметър е решаващ при оценката на течливостта.
При промяна на технологичните параметри на изливане на чисти метали в матрицабеше установено, че при всякакви условия течливостта на цинка е по-висока от тази на калая и оловото, което още веднъж показва решаващото значение на топлината на кристализация. В табл. 10 показва стойностите на течливостта на металите, които най-често се използват за получаване на медни сплави (бронз, месинг) в художественото леене, като се вземе предвид ефектът от прегряване върху течливостта.
Други термофизични свойства (топлинен капацитет и топлопроводимост) имат по-малък ефект върху течливостта на металите, но не могат да бъдат пренебрегнати. Тъй като топлопроводимостта се променя рязко по време на прехода от течно към твърдо състояние, може да се приеме, че колкото по-висока е топлопроводимостта, толкова по-ниска е течливостта на стопилката.
Връзката между течливостта и вида на диаграмите на състоянието
При оценката на течливостта се проследява връзката между течливостта и позицията на сплавта върху диаграмата на състоянието. Течливостта се определя от интервала на кристализация, както и формата на първичните кристали, стойността на топлината на кристализация на първичната утаяваща фаза.
Установено е, че минимумите и максимумите на течливостта на сплавите в зависимост от състава отговарят на определени участъци и критични точки на диаграмите на състоянието. Сплавите с широк интервал на кристализация, като правило, имат минимална течливост, а максимумите на диаграмите на състава и течливостта съответстват на евтектични сплави (фиг. 60) и химични съединения.
Без да се вземе предвид формата на кристалите, образувани в началния етап на втвърдяване на сплавите, и топлината на образуване на първичните кристали, е невъзможно да се оцени стойността на течливостта с голяма точност.
Връзка на ликвидността на двоичния файлсплави и типът на диаграмата на състоянието е потвърден на сплави с по-сложен състав. Индустриалните сплави, използвани за отливки, обикновено са трикомпонентни и по-сложни. На кривите състав-флуидност минимумите съответстват на сплави с голям интервал на кристализация, а максимумите съответстват на сплави, близки до евтектични концентрации.
Метод за определяне на течливостта на индустриални медни сплави
Както бе споменато по-рано, най-често за определяне на течливостта на промишлените сплави се използва чугунена спирална форма, нагрята отгоре и отдолу от две пещи и оборудвана с термодвойки. Напречното сечение на спиралния канал е 25 mm 2 с обща дължина 2,5 m. Трябва да се отбележи, че металостатичното налягане винаги се поддържа същото, тъй като обемът на метала, протичащ едновременно в спиралата, остава малък в сравнение с общия му запас в тигела.
Различни други проби също се използват за определяне на течливостта на сплавите. При свободно изливане на метал течливостта се измерва с помощта на така наречените прътови проби по дължината на запълване на канал с малко напречно сечение (тест на Ruff, тест на Кюри и др.) [43]. Данните за течливостта на промишлени сплави на базата на мед, дадени в специализираната литература (Таблица 11), са в добро съответствие с моделите на промяна на течливостта на сплавите в зависимост от факторите, които позволяват да се оцени. По този начин течливостта на някои медни сплави се основава на естеството на втвърдяването на тези сплави, което се определя от тяхното положение на фазовите диаграми. Месингите (L90, LA85-0.5, L68) кристализират в температурния диапазон от 20 до 50 ° C, алуминиеви бронзи, в много тесен диапазон (15,20 ° C), калаени бронзи, напротив, в широк диапазон (над 100 ° C). При първоначални условия на изливанесплави, най-високата течливост се наблюдава в алуминиевите бронзи (дължина на спиралата l = 80, 100 cm), най-малката - в калаено-оловните бронзи (l = 20, 40 cm). Месингите имат среден диапазон на кристализация и средна течливост в сравнение с алуминиеви и калаено-оловни бронзи.
В бижутерийната промишленост при центробежно изливане на метал в керамични форми се използват технологични проби под формата на спирали с променливо и постоянно напречно сечение, мрежи с капиляри с различна дебелина, клиновидни или топкови проби.
Никелово сребро MNTs 15-20, широко използвано за производството на сервизи, бижута, сувенири и подаръци, има недостатъчно високи свойства на леене. Установено е, че добавките от алуминий и калай, които подобряват механичните му свойства, значително влияят на неговата течливост. Проучванията показват, че добавянето на 1% (тегловни) Al към сплавта MNTs 15-20 значително увеличава течливостта на никел среброто - 1,6 пъти (Таблица 13).
Таблица 13. Течливост на никелово сребро с легиращи добавки
Легиращи добавки от алуминий и калай бяха въведени в чиста форма в разтопено никелово сребро преди леене с разбъркване на стопилката с графитена пръчка.
Течливост на двойни медни сплави
Течливостта на медта зависи от температурата, степента на дезоксидация и дезоксидантите (фиг. 61). Медта има ниски леярски свойства, т.е. има слаба течливост поради високото повърхностно напрежение на разтопената мед. Това затруднява получаването на фасонни отливки както при свободно изливане, така и при принудително подаване на стопилката във формата. Има определена закономерностпромени в течливостта на медта, когато се легира с нейните компоненти, които формират основата на промишлени сплави - месинг, бронз, никел и др. С малки добавки на калай, цинк, никел, алуминий и други компоненти, течливостта на бинарните сплави се увеличава рязко, след това намалява и постепенно се увеличава в съответствие с диаграмата на състоянието и термофизичните свойства. Значително увеличение на течливостта с малки добавки на легиращи елементи се определя главно от значителна промяна в термофизичните свойства. Течливостта на бинарни медни сплави е разгледана подробно в [23, 42].
Сплави на системата мед-калай. Течливостта на сплавите се определя при еднакви прегрявания над линията на ликвидус. Промяната в течливостта в зависимост от състава е показана на фиг. 62. Плавното му нарастване се получава при приближаване до перитектичната точка по диаграмата на състоянието на Cu-Sn (виж фиг. 8).
Сплави от системата мед - цинк. Системата Cu-Zn в областта на α-месинг е неподреден заместващ твърд разтвор с ред в къси разстояния при високи температури. В сплави, съдържащи 50% (ат.) Zn (β-месинг), с намаляване на температурата, структурата е подредена. Течливостта на медта с малки добавки на цинк [0,5. 1,0% (по маса)] нараства рязко, след което постепенно намалява с увеличаване на съдържанието на цинк в сплавите и разширяване на интервала на кристализация на α-месинг (фиг. 63).
Минималната стойност на течливостта съответства на сплави, съдържащи 15,20% (тегловни) Zn - състави с максимален интервал на кристализация. Освен това, течливостта е практически независима от състава и започва да се увеличава при приближаване на съставите, разположени близо до перитектиката на фазовата диаграма на Cu-Zn (виж Фиг. 13).
Медно-оловни системни сплави. Течливост на мед със сравнително малки оловни добавки [0,5. 1,0% (по маса)] нараства и след това намалява (фиг. 64). Най-ниска течливост в системата Cu-Pb се наблюдава при сплави с най-голям интервал на кристализация на диаграмата на състоянието (виж фиг. 9). Двойните Cu-Pb сплави са склонни към разслояване, сегрегация на оловни частици по плътност; равномерността на разпределението зависи от степента на дисперсия на оловото в медта, определена от условията на топене (температура, интензивност на разбъркване и др.).
Системни сплави мед - алуминий. Въвеждането на алуминий в медта и медните сплави е придружено от силен екзотермичен ефект. Топлините на смесване на мед и алуминий в течно състояние се характеризират с високи отрицателни стойности: - ΔHmax = - 18,84 J / mol при 1473 K. Когато алуминият се потопи в течна мед, повърхностните слоеве на метала са силно прегрявани - с 373,473 K. Течливостта на сплавите Cu-Al се увеличава с малки добавки на алуминий към мед (фиг. 65), намалява , достигайки минимална стойност при 5% (по тегло) Al, и след това се повишава при съдържание на алуминий от 10,12% (по тегло).
Сплави на системата мед-никел. Медта и никелът образуват система с неограниченразтворимост на компонентите в твърдо състояние. Течливостта на Cu-Ni сплави (фиг. 66), когато сравнително малки количества никел се въвеждат в медта, първо значително се увеличава, а след това постепенно намалява, тъй като интервалът на кристализация на сплавите се увеличава в съответствие с фазовата диаграма (виж фиг. 7).
