Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния.

Исследования реализованной усадки проводились на двуплечевых отливках с одинаковой площадью сечения тонкой и толстой частей (S1=S2=25*45=35*35 мм) и разной длиной (L1 и L2): 200 и 200, 250 и 150, 300 и 100 мм для кривых 1, 2, 3 на рис.4.12 соответственно.

Ер ,%

0,07

0,05

1

0,03

2

0,01 3 ∆τ, мин

2 4 6 8 10

-0,01

-0,03

-0,05

Рис.4.12. Реализованные усадки сопряженных частей отливок, имеющих различные длины.

Данные соотношения в геометрических размерах частей отливок сохранились для всех опытов по изучению свободной усадки. Это дало возможность использовать результаты исследований, полученные в разных сериях, для расчёта соотношения характеристик реологических свойств.

При исследовании реализованных усадок образцы своими торцами размещались в жёстких захватах опоки. Измерение усадки проводилось в месте сопряжения (стыка) толстой и тонкой частей отливки. Изменение положения плоскости стыка в ту или иную сторону характеризовало усадку соответствующих частей. Чтобы исключить влияние сопротивляемости формы на усадку и более точно измерять в процессе исследований её абсолютное значение, при проведении работы, в области стыка частей отливки в форме устанавливали вставки-опустошители из асбеста.

Таким образом, при исследовании реализованной усадки соблюдались практически все условия, при которых была получена формула для определения соотношения реологических свойств сплава в сопряжённых частях отливки.

Полученные экспериментальные кривые реализованной усадки приведены на рис.4.12. Как видно из рисунка, для всех отливок в начальный период затвердевания перемещение стыка частей отсутствует. Это свидетельствует о том, что деформация частей отливки происходит вследствие вязкопластических свойств сплава без существенного развития напряжений. Горячие трещины возникнуть в этот период возникнуть не могут.

Перемещение стыка в сторону тонкой части наблюдается с момента отн0,5, когда происходит существенное различие усадки тонкой и толстой частей и рост их упругих свойств. Преобладающее их влияние в тонкой части отливки вызывает отрицательную усадку толстой части и, следовательно, более высокую деформацию, чем в условиях податливой формы, что приводит к достижению критических деформаций и, как следствие, к образованию горячих трещин.

Отрицательные значения кривых реализованных усадок тонких частей отливок (кривая 2 и 3) объясняется тем, что усадка толстой части по своей абсолютной величине значительно превышает усадку меньшей по размерам тонкой части.

Анализ экспериментальных зависимостей реализованной усадки показал, что кривая 1 (рис.4.2) наиболее полно отвечает теоретическим положениям о возможном изменении соотношения реологических свойств сплава в сопряжённых частях отливки. Такие кривые были получены на отливках при L1=L2=200 мм и S1=S2 =1125м².

Обобщённый график кинетики свободной усадки для "толстой" отливки (S=35*35 и L=200 мм) и "тонкой" (S=49*25 и L=200 мм), а также реализованной усадки двух плечевой отливки соответствующих размеров S1=S2=35*35=49*25 мм, L1=L2=200 мм представлен на рис.4.13.

ΕСВ(Р),%

0 ,8

0 ,6

0 ,4

0 ,2

2 4 6 8 10 12

τ,мин

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

Рис.4.13 Свободные усадки толстых и тонких частей и реализованной в условиях сопряжения.

Кривые изображены в двух развёрнутых координатах, отражая тем самым реальное протекание процесса в толстой (св2) и тонкой (св1) частях отливки. По абсолютным значениям свободных и реализованных усадок проводится расчет характеристик соотношения текущих значений реологических свойств в сопряженных частях для случая, когда S 1=S 2 и L 1=L 2 .

На основании расчетов данных о Еуп 2 / Е уп 1 проявляется со времени отн = 0,5, т.е. с того момента, когда в тонкой сопряженной части отливки начинают развиваться упругие свойства сплава. При этом возрастание Еуп 2 / Е уп 1 происходит с момента окончания затвердевания толстой части, когда ее упругопластические свойства по своим абсолютным значениям приближаются к свойствам затвердевшей тонкой части отливки. При дальнейшем ее охлаждении Еуп 2 / Е уп 1 стремится к определенному пределу (Еуп 2 / Е уп 1 → 1), что свидетельствует о выравнивании реологических свойств в частях отливки. Такой же характер реализованной усадки (перераспределение деформации) получен при затвердевании отливки с одинаковыми длиной и площадью поперечных сечений (рис.4.12, кривая 1).

Общность характера кривых реализованной усадки и соотношения реологических свойств позволяют применить для объяснения этих процессов одни и те же теоретические положения и общие формулы. Так, кривую на рис.4 можно описать следующим уравнением:

0,5τотн

Еуп2 - (τотн –τуп) [(τ2–τ1)/ τ2]

=[ 1-е ] , (4.7)

Еуп1

где 1, 2-время затвердевания тонкой и толстой частей отливки: уп-величина, характеризующая проявление упругих свойств сплава на экспериментальных кривых реализованной усадки отливки (для сплава Al+5%Cu определена как отношение времени предусадочного расширения сплава к времени окончания затвердевания опытной отливки и равна 0,5.

В таком виде зависимость (4.7), описывающая изменение во времени реологических свойств сплава Al+5Cu% в сопряженных частях отливки, положена в основу алгоритма расчёта трещиноустойчивости.