Раніше описані головні фізичні та фізико-хімічні властивості металів і сплавів, що мають значення для приготування сплавів і для затвердіння виливків. Однак дослідження і виробнича практика показали, що неможливо повністю і однозначно оцінити поведінку металевого сплаву при отриманні виливків безпосередньо за значеннями цих властивостей. Процеси, що відбуваються і явища визначаються такими складними взаємодіями різних властивостей сплаву, що не вдається їх висловити в очевидною і придатною для користування формі. Тому для оцінки сплавів як ливарних матеріалів вивчають безпосередньо їх технологічні властивості, які називають ливарні властивості. Для визначення ливарних властивостей розроблені спеціальні проби, що дозволяють отримувати кількісні дані.
Основи вчення про ливарних властивостях були створені в 30-40-х роках, акад. А.А. Бочвара. Великий внесок у вивчення ливарних властивостей внесли М.М. Рубцов, А.Г. Спаський, А.М. Самарін, Ю.А. Нехендзі, А.М. Корольков. Дослідження ливарних властивостей сплавів триває безперервно: удосконалюються методики, виявляються нові сторони в поведінці сплавів, вивчаються ливарні властивості нових сплавів.
В даний час до числа ливарних властивостей сплавів відносять вологотекучість, лінійну і об'ємну усадку, тріщиностійкості. Як ливарного властивості розглядаються також макро- і мікроструктура, схильність сплаву до газонасичених і до забруднення окисними плівками при плавці, прояв ліквационноє неоднорідності складу.
Жидкотекучесть. Це властивість виражається в здатності сплаву заповнювати ливарну форму. Жидкотекучесть вимірюють за допомогою пруткових проб по довжині заповненого каналу невеликого перерізу (рис. 30-32).
Дослідження показали що припинення протягом розплаву в вузькому каналі визначається тепловими умовами і характером кристалізації сплаву. Підвищуючи температуру розплаву, можна домогтися заповнення каналу будь-якої довжини. Якщо ж заливка проводиться з однієї температури або при рівному перегрів над ликвидус, то виявляється явна зв'язок між жидкотекучестью і положенням сплаву на діаграмі стану (рис. 33). Чисті метали, евтектики, а також всі сплави, що не мають інтервалу кристалізації, мають значно більшу рідко-плинністю в порівнянні зі сплавами тієї ж системи, кристалізуються в інтервалі температур. Ця закономірність пояснюється умовами припинення течії розплаву в заполняемом каналі. У сплаві, кристалізується в інтервалі температур, утворюються розгалужені дендрити, які суттєво ускладнюють протягом розплаву. Швидкість просування потоку розплаву в каналі зменшується, і розплав встигає проникнути в канал лише на обмежену відстань. Якщо ж проба заливається чистим металом або сплавом без інтервалу кристалізації, які виростають кристали мають менш розгалужену і більш компактну форму. Вони в меншому ступені, ніж у першому випадку, уповільнюють швидкість течії розплаву. Тому канал заповнюється на велику довжину.
Однак не виявляється суворої прямий пропорційності між жидкотекучестью і інтервалом кристалізації. Це пов'язано з тим, що форма випадають кристалів визначається не тільки інтервалом кристалізації, а й кристаллографической структурою даної фази. Якщо випадають кристали мають огранений форму, то, незважаючи на збільшення інтервалу кристалізації, вологотекучість не знижується. Це спостерігається в сплавах сплавів системи свинець-сурма, де є евтектика при 13% Sb. Жидкотекучесть в цій системі збільшується до 25% Sb, коли сплави мають значний інтервал кристалізації (близько 75 ° С).
Крім форми випадають кристалів, має значення і величина теплоти кристалізації. Якщо випадає фаза має великою теплотою кристалізації, то для охолодження і затвердіння розплаву потрібно більше часу, а отже, сплав довше знаходиться в рідкому стані і встигає далі проникнути в канал форми. Вплив теплоти кристалізації можна бачити на сплавах системи алюміній-кремній. Кремній в порівнянні з алюмінієм має більш ніж в 4 рази більшою теплотою кристалізації, і вологотекучість сплавів продовжує зростати і після переходу евтектичною точки (12% Si), досягаючи максимуму при 18% Si, коли інтервал кристалізації зростає до 100 ° C. Великий жидкотекучести заевтектичних силуминов сприяє також компактна огранений форма кристалів кремнію.
Таким чином, вологотекучість як здатність рідкого сплаву заповнювати форму визначається інтервалом кристалізації, формою первинних кристалів, величиною теплоти кристалізації первинно випадає фази. Будь-якого зв'язку між жидкотекучестью сплавів і їх в'язкістю і поверхневий натяг не виявляється.
Для оцінки здатності сплаву заповнювати дуже тонкий рельєф використовують клинову або кулькову проби. У цих пробах розплав повинен проникнути в гостру вершину клинчастої порожнини або затекти під кульку, що прилягає до плоскої стінки. Мірою жидкотекучести служить довжина незаповненою гострої вершини в клиновий пробі і діаметр незалітого отвори в кульковою пробі Ці показники залежать в основному від міцності окисних плівок на поверхні розплаву і поверхневого натягу. Показники жидкотекучести по прутковим пробам і по клиновий або кульковою пробам ніяк між собою не пов'язані.
Лінійна усадка. Це властивість сплавів визначається температурним коефіцієнтом лінійного розширення і температурою початку лінійної усадки сплаву. Відомо, що сплави, що кристалізуються в інтервалі температур, набувають здатність зберігати форму вище точки солідусу, коли випало близько 50% кристалів. Ця температура і називається температурою початку лінійної усадки. Її прояв добре видно на діаграмах залежності лінійної усадки сплавів від складу в подвійних системах з простою евтектики (рис. 34). На кривій лінійної усадки відзначаються два переломи, які приблизно відповідають точці перетину лінії початку лінійної усадки з евтектичних горизонталлю на діаграмі стану.
У багатьох сплавів досить часто спостерігається тимчасове розширення, яке передує усадки. Це явище називають предусадочного розширенням. Воно становить 0,1-0,3%. Його пов'язують з виділенням газів, розширенням скелета через розігрівання виливки в момент відходу її від стінок форми, капілярним тиском рідини в каналах між осями дендритів. У чавунів предусадочного розширення пояснюється графітизацією в процесі затвердіння.
Лінійна усадка сплавів зумовлює лінійну усадку виливків, але ці два показники не збігаються за величиною. Лінійна усадка сплаву - величина постійна при заданих умовах отримання зразків. Лінійна усадка виливки може бути як менше, так і більше лінійної усадки сплаву.
Об'ємна усадка. Це властивість визначається різницею щільності сплаву в рідкому і твердому станах, величиною інтервалу кристалізації і характером кристалізації всередині інтервалу. Вивчають і визначають об'ємну усадку, переливаючись невеликі зразки у вигляді кулі, куба або конуса і заміряючи обсяг усадочних пустот.
Як уже зазначалося, об'ємна усадка в виливках і, отже, в дослідних зразках проявляється в двох видах: у вигляді зосереджених усадочних раковин і розсіяною усадочною пористості. Було з'ясовано, що усадочні раковини утворюються тільки в тих випадках, коли виливок твердне пошарово, а це можливо лише за відсутності у сплаву інтервалу кристалізації. Отже, в дослідних зразках з чистих металів, зі сплавів, відповідних за складом ЕВТЕКТИКА, конгруентно плавиться проміжним фазам, максимумів і мінімумів, об'ємна усадка буде виражатися тільки у вигляді зосереджених усадочних раковин.
Усадочна пористість виникає в середній частині виливків зі сплавів з інтервалом кристалізації через те, що в них розвиваються двофазні перехідні області, ширина яких і визначає величину обсягу виливки, уражену усадочною пористістю. З розглянутого раніше механізму утворення двофазних перехідних областей видно вплив інтервалу кристалізації сплаву: його зростання призводить до розширення двофазних областей. Обсяг усадочною пористості визначається кількістю рідини в двофазної області в момент, коли в середній частині виливки зникає рідка область. Всі ці обставини призводять до наступної залежності прояви об'ємноїусадки подвійних сплавів від складу (рис. 35).
У разі інтенсивного охолодження (лиття зразків в металеву форму) пориста область займає лише порівняно невелику центральну частину. Найбільша ширина пористої області припадає приблизно на склади, відповідні на діаграмі стану точкам перетину лінії початку лінійної усадки і евтектичною горизонталі (крива 1 на рис. 35, а). Саме у цих сплавів в ході затвердіння зразків була найбільш широка двухфазная перехідна область, що містила найбільшу кількість рідини. Тому у цих сплавів і виявляється найбільший обсяг усадочною пористості (крива 3 на рис. 35, а). Оскільки загальна об'ємна усадка в цих системах змінюється по плавною кривою (крива 2 на рис. 35, а), обсяг усадочних раковин у даних сплавів відповідно найменший. У разі чистих компонентів і сплавів близько евтектики в зразках є лише усадочні раковини без пористості. На рис. 35 обсяг усадочних раковин вимірюється координатами між кривими 2 і 3.
При уповільненому охолодженні зразків в піщаній формі ширина пористої області значно більше, її максимум спостерігається у сплавів з найбільшим інтервалом кристалізації (крива 1 на рис. 35, б). Під час обговорення процесу затвердіння виливків в піщаних формах зазначалося, що двухфазная перехідна область в них тривалий час займає практично все перетину. Однак в кінці затвердіння відбувається харчування периферійних шарів рідиною евтектичного складу, що приходить з глибших шарів. Це підживлення призводить до того, що пористість виникає лише в центральній частині і периферійні шари виявляються щільними. Процес харчування повинен йти тим успішніше, чим більше в сплаві евтектики, і оскільки її кількість безперервно зростає при зміні складів сплавів в сторону евтектичною концентрації, спостерігається монотонне зменшення ширини пористої області до повного зникнення в сплавах поблизу евтектики.
Обсяг пористості змінюється, як і в разі металевих форм, по кривій з двома максимумами у сплавів, склади яких відповідають точкам перетину кривої температури початку лінійної усадки tн.л.у з евтектичною горизонталлю, так як у цих сплавів виявляється найбільша частка рідини в двофазної перехідною області (крива 3 на рис. 35, б). Абсолютний обсяг усадочною пористості значно більше, ніж при литті в металеві форми. Тому обсяг усадочних раковин відповідно менше. Треба відзначити, що при використанні піщаних форм для зразків із сплавів з досить великим інтервалом кристалізації замість освіти усадочноюраковини спостерігається загальне зниження рівня розплаву в формі і потім як би смятие верхній частині відливається зразка. Це пояснюється тривалістю існування зразків в двофазному стані, коли спочатку вони поводяться як рідина (поки випало мало кристалів), а потім деформуються через відхід рідини під дією тяжкості, атмосферного тиску і капілярних сил.
Tрещіноістойчівост'. Цим терміном визначають здатність сплаву протистояти утворенню тріщин в литих зразках. Протилежне властивість називають схильністю до утворення тріщин або горячеломкостью.
Важливо відзначити, що тріщиностійкості кожного чистого компонента дуже різко знижується при введенні іншого компонента. У сплавах, що містять евтектики, тріщиностійкості зберігається на високому рівні в широкій області складів. Зміна тріщиностійкості сплавів тісно пов'язаний з ходом кристалізації, проявом лінійної усадки, міцністю і пластичністю сплаву в ефективному інтервалі кристалізації. Раз рушення затвердевающего зразка відбувається в тих випадках, коли почалася лінійна усадка викликає таку пластичну деформацію, яка перевершує пластичність сплаву при даних умовах. Величина лінійної усадки до закінчення кристалізації приблизно пропорційна ефективному інтервалу кристалізації. Тому тріщиностійкості різко падає (а горячеломкость зростає) зі збільшенням цього інтервалу. Коли ж цей інтервал відсутній, тріщиностійкості висока.
Тріщиностійкості залежить також від форми випадають кристалів. У разі розгалужених дендритів вона істотно менше, ніж при компактних кристалах. Залежність тріщиностійкості від величини ефективного інтервалу кристалізації однозначна лише для сплавів з однаковими первинними і вторинними фазами. Тому не можна оцінювати тріщиностійкості сплавів на основі різних металів, зіставляючи їх ефективні інтервали кристалізації.
Тріщиностійкості в основному визначається здатністю сплаву протистояти утворенню кристалізаційних тріщин. Треба відзначити, що в кільцевих пробах, де усадки перешкоджають міцні металеві стрижні-вставки, можуть виникати як гарячі, так і холодні тріщини.
Як видно з викладеного, ливарні властивості сплавів багато в чому залежать від їх положення на діаграмі стану, яке визначає особливості процесу кристалізації. Ці особливості полягають у величині температурного інтервалу кристалізації сплаву (загального і ефективного). Велике значення має концентраційний інтервал кристалізації - різниця в складі перших випадають кристалів і останньої зникаючої рідини.
Краще сполучення ливарних властивостей відзначається у сплавів, що лежать близько евтектичною точки і містять у своїй структурі досить велика кількість евтектичною складової. У більшості випадків ливарнісплави, призначені для виробництва фасонних виливків, є саме такими сплавами. Звичайно, є ливарнісплави з невисокими ливарні властивості, створені і застосовуються задля їх високих робочих властивостей.