Усадочная раковина
Усадочная раковина и меры борьбы с ней
Усадочная раковина, такой раковиной называют пустоты в отливках, образующиеся в результате изменения объема металла в жидком состоянии и при затвердевании.
Усадочная раковина может быть концентрированной, расположенная в виде пустот или рассеянные по всему сечению отливки в виде мелких и мельчайших пор, неразличимых невооруженным глазом (усадочная пористость).
Так как усадочные раковины образуются в отливке в период охлаждения сплава от температуры tж до температуры tс, то главное внимание при борьбе с усадочными раковинами обращается на объемную усадку ɛж и ɛvз, т.е. в период охлаждения металла от температуры перегрева до температуры ликвидуса и от температуры ликвидус до температуры солидус.
Характер усадочных явлений, происходящих в отливке, в большой степени зависит от температурного интервала, в котором происходит затвердевание отливки.
Сплавы с большим температурным интервалом затвердевания дают обычно рассеянную усадочную пористость. Объясняется это тем, что кристаллизация этих сплавов может идти не сплошным фронтом, а во всем объеме металла, в результате чего пропитывание образующихся пор жидким металлом становится затруднительным. Устанавливать прибыли для таких сплавов бесполезно – они не могут питать отливку.
Для получения плотных отливок из таких сплавов необходимо быстро охлаждать отливки, чтобы затвердевание шло сплошным фронтом, по принципу направленного затвердевания, или применять кристаллизацию под внешним давлением в специальных автоклавах.
При применении этого метода в специальную камеру (автоклав) закатывают на тележке форму, закрывают дверку и через люк в литниковые чаши заливают металл, затем люк быстро закрывают, создают давление воздуха 6-7 атм и выдерживают форму в автоклавах до полного затвердевания отливки. Благодаря внешнему давлению жидкий металл проникает в усадочные микропоры, и отливка получается плотной.
При затвердевании чистых металлов и эвтектических сплавов кристаллизация отливок идет сплошным фронтом, поэтому затвердевающие слои все время питаются за счет жидкого металла, и усадочная раковина и и рыхлоты будут концентрироваться в наиболее массивных частях отливки. Избежать концентрированных раковин в отливках можно путем установки прибылей – резервуаров жидкого металла, из которых непрерывно компенсируется усадка затвердевающей отливки. Прибыли должны устанавливаться таких размеров и в таких местах отливки, чтобы они затвердевали в последнюю очередь.
В целях экономии жидкого металла вместо прямых открытых прибылей(рис 1 б), или со сверхатмосферным газовым давлением (рис 1 в), прибыли с регулируемым воздушным давлением ( рис 1 г).
Для облегчения удаления прибылей разработаны конструкции легкоудаляемых прибылей (рис 1 д), которые отделены от отливки диафрагмой 2 – пластинкой из огнеупорного материала. Такие прибыли легко отбиваются от отливки.
Формы прибыли должна быть такой, чтобы металл возможно дольше оставался в ней жидким. Так, например, если взять разные фигуры равного объема (1845см3) и определить время их полного затвердевания, то получим следующие результаты: шар затвердевает в течение 7,2 мин, цилиндр 4,7 мин., параллепипед 36, мин., плитка с толщиной стенки 57 мм – 2,7 мин. , и плита с толщиной стенки 35,5 мм -1,5 мин. Таким образом, наивыгоднейшая форма прибыли – шар. Поэтому на практике широко применяются прибыли сферической формы.
Кроме установки прибылей, можно избежать концентрирования раковин путем регулирования скорости охлаждения отдельных узлов отливки. Для этой цели применяют металлические холодильники, формовочные смеси разной теплопроводности и теплоизоляционные краски.
В отдельных случаях для устранения усадочных раковин сочетают комбинированное применение прибылей 1, диафрагмы 2 и холодильников 3 (рис 1 г).
Перегрев металла выше линии ликвидуса увеличивает объемную усадку жидкого металла. Поэтому сплавы, склонные к образованию усадочных раковин, необходимо заливать при более низких температурах.
Скорость заливки форм также оказывает влияние на величину объемной усадки жидкого металла.
При медленной заливке создаются более благоприятные условия для питания отливки, так как сплав начинает кристаллизоваться в то время, когда еще продолжается заливка формы.
Необходимо также учитывать величину коэффициента усадки жидкого металла αvж; чем больше эта величина, тем больше будет уменьшаться объем жидкого металла.
Коэффициент объемной усадки жидкой углеродистой стали принимают равным от 0,4 · 10-2 до 1,6 ·10-20/0 на 1ᴼ. В среднем для жидкой углеродистой стали его принимают равным 1,0 ·10-20/0 на 1ᴼ. При этом каждый градус повышает коэффициент αvж на 20%.
Влияние различных элементов на удельный объем стали при 1600ᴼ и при 20ᴼ показано на рис. 2.
Углерод и кремний сильно повышают удельный объем жидкой стали; марганец, хром, никель мало влияют на удельный объем стали.
Влияние углерода на величину объемной усадки в период затвердевания и на полную объемную усадку приведено в табл. 1.
Влияние химического состава чугуна на объем усадочных раковин в отливках при различной температуре заливки показано на рис. 3.
Для цветных алюминиевых сплавов построен ряд технологических диаграмм, которые дают представление о величине и характере усадочных раковин и усадочной пористости. На рис 4 показано, что чистые компоненты А и Б и эвтектические сплавы дают концентрированную усадочную раковину. Промежуточные сплавы с большим температурным интервалом затвердевания дают рассеянную пористость.
Чисто эвтектические сплавы применяются редко, так как такие сплавы во многих случаях обладают хрупкостью и не удовлетворяют предъявленным к ним требованиям по механическим свойствам.
При графитизации чугуна происходит увеличение объема, которое способствует уменьшению объема усадочных раковин в отливках.
