Усадка литейных сплавов

Усадка — свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительных еди­ницах.

Линейная усадка — уменьшение линейных размеров отливки при охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку опре­деляют соотношением, %:

	εлин =(Lф--Lот)100/ Lот

где L_ф и L_от — размеры полости формы и отливки при температуре 20 ^СС.

На линейную усадку влияют химический состав сплава, темпера­тура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Увеличение скорости отвода температуры от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки. При охлаждении отливки происходит механическое и термическое торможение усадки. Механическое торможение возникает вследствие трения между отливкой и формой. Термическое торможение обусловлено различными скоростями охлаждения отдельных частей отливки. Сложные по конфигурации отливки подвергаются совместному воздействию механического и термического торможения.

а) б)

Рис 3. Схема образования усадочной раковины (а) и усадочной пористости (б)

Линейная усадка для серого чугуна составляет 0,9 — 1,3 %

Объемная усадка — уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объемную усадку определяют соотношением, %

εоб = (V_ф--V_от)100/ V_от

где V_ф и V_от — объем полости формы и объем отливки при температуре 20 "С.

Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке: ε_об =3ε _лин

Усадка в отливках проявляется в виде усадочных раковин, пористости, трещин и короблений.

Усадочные раковины — сравнительно крупные полости, расположенные в местах отливки, затвердевающих последними
(рис. 3, а). Сначала около стенок литейной формы образуется корка
1 твердого металла. Вследствие того что усадка расплава при пере­
ходе из жидкого состояния в твердое превышает усадку коркой, уро­вень металла в незатвердевшей части отливки понижается до уровня а — а. В следующий момент времени на корке нарастает новый твердый слой 2, а уровень жидкости опять понижается до уровня - б. Так продолжается до тех пор, пока не закончится процесс затвердевания.

Снижение уровня расплава при затвердевания при­ водит к образованию сосредоточенной усадочной раковины. Сосредоточенные усадочные раковины образуются при изготовлении отливок из чистых металлов, сплавов эвтектического состава (сплав АЛ2) и сплавов с узким интервалом кристаллизации (низкоуглеродистые стали, безоловянные бронзы и др.).

Усадочная пористость — скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевали последними без доступа к ним расплавленного металла (рис. 3,б). Вблизи температуры солидуса кристаллы срастаются друг с другом. Это приводит к разобщению ячеек 2, заключающих в себе остатки жидкой фазы 3. Затвердевание небольшого объема металла в такой ячейке происходит без доступа к ней питающего расплава из соседних ячеек. В результате усадки в каждой ячейке получается небольшая усадочная раковина /. Множество таких межзеренных микроусадочных раковин образует пористость, которая располагается по границам зерен металла.

Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла о процессе кристаллизации вплоть до полного затвердевания. С этой целью на отливки устанавливают прибыли-резервуары с расплавленным ме­таллом, которые обеспечивают доступ расплавленного металла к уча­сткам отливки, затвердевающим последними. На рис. 4, а при­быль не может обеспечить доступ расплавленного металла к утол­щенному участку отливки 3. В этом месте образуется усадочная ра­ковина 2 и пористость. Установка на утолщенный участок прибыли 4 (рис, 4, б) предупреждает образование усадочной раковины и по­ристости.

Предупредить образование усадочных раковин и пористости поз­воляет установка в литейную форму наружных холодильников 5 (рис. 4, в) или внутренних холодильников 6 (рис. 4, г).

Наружные холодильники (рис. 4, в) устанавли­вают в форму с внешней стороны массивных частей отливки. Вслед­ствие высокой теплопроводности и большой теплоемкости холодильника отвод теплоты происходит от массивной части отливки происходит интенсивнее, чем от тонкой. Это способствует выравниванию скоростей за­твердевания

массивной и тонкой частей и устранению усадочных ра­ковин и пористости.

Внутренние холодильники (рис. 4, г) устанав­ливают внутрь полости формы, образующей массивные части отливки.

Рис. 4. Способы предупреждения усадочных раковин и пористости в отливках.

Холодильники изготовляют из того же сплава, что и отливку. При заполнении формы внутренние холодильники частично расплав­ляются и свариваются с основным металлом.

Дата добавления: 2015-08-18