Усаджувальнi раковини

Усадочні раковини у виливках — це порожнини, що виникають внаслідок усадки сплавів при затвердінні.

Схема утворення усадочної раковини у фасонному виливку показаний на мал. 9.4. Тонкі стінки можуть частково твердіти і усідатися вже при заповненні форми металом (мал. 9.4, а). Тверда кірка утвориться не відразу після заливання форми металом. У цей період виливок харчується розплавом з ливникової системи. Потім випливає усадка рідкого металу усередині твердої кірки (мал. 9.4, б) при охолодженні до температури початку чи кристалізації температури ліквідусу (мал. 9.4, в).

У садка розплаву і зменшення обсягу при переході з рідкого стану у тверде перевищують усадку кірки, тому у визначений момент сплав відокремлюється під дією сили ваги від верхньої затверділої кірки й опускається. У наступний період відбувається кристалізація рідкого металу усередині твердої кірки, при якій метал змінює свій обсяг, і в результаті утвориться раковина (мал. 9.4, г). У раковинах, у виливках зі сплавів, що не містять газів, створюється розрідження, унаслідок чого тонка кірка може прогнутися усередину раковини (мал. 9.4, у, д). Щоб не допустити утворення усадочної раковини, необхідно на виливках установити прибутку, з яких під дією сили ваги рідкий сплав переміщається в затвердіваючий виливок. Усадочна раковина в цьому випадку утвориться тільки в прибутку, що відокремлюють від виливка. Концентрована усадочна раковина утвориться у виливках з чистих металів, сплавів з вузьким інтервалом кристалізації і евтектик.

Відносна величина усадочної раковини різна в різних сплавів. Наприклад, обсяг усадочної раковини у виливках зі сталі складає 3—10 % початкового обсягу сплаву, із сірого чавуна 1,5—2,5 %, модифікованого чавуна 2—3 %, білого чавуна 2,5 — 6 %, чавуна з кулястим графітом 2,5 — 13 %.

Відносний обсяг усадочної раковини можна розрахувати по формулі

V’ = ε_Vр + ε_Vт - (ε_Vв - ε_Vтв ),

де ε_Vв — усадка виливка.

Обсяг усадочної раковини залежить від наступних факторів:

коефіцієнта усадки металу чи сплаву в рідкому стані, що залежить від хімічного складу металу чи сплаву;

температури рідкого металу чи сплаву до початку затвердіння виливка; чим вище ця температура, тим більше обсяг усадочної раковини;

величини усадки при затвердінні ε_Vзатв, що залежить від складу сплаву;

ступеня графітизації чавунів; чим більше в чавуні графітизууючих елементів (кремнію, вуглецю й ін.), тим менше його усадка;

піддатливості форми і стрижня; чим податливіше форма і стрижень, тим більше усадка, і навпаки.

Усадочна пористість

Усадочна пористість — це скупчення дрібних порожнеч (пір) неправильної форми, що утворилися у виливку в результаті об'ємної усадки при відсутності доступу рідкого металу. Усадочна пористість характерна для сплавів із широким інтервалом кристалізації.

Усадочні пори П (мал. 9.4, е) з'являються в міждендритных просторах М в той момент, коли об'ємна усадка ще продовжується, а доступ рідкого металу Ж к порам припинився. При затвердінні зростаючі дендрити з'єднуються, утворити ізольовані друг від друга і від прибутку невеликі обсяги розплаву. При припиненні харчування цих обсягів розплавом виникають невеликі раковини, сукупність яких дає усадочну пористість.

Розрізняють пористість розсіяну, осьову і місцеву.

Розсіяна пористість (мал. 9.4, ж) — дрібні пори, рівномірно розсіяні по більшій частині обсягу виливка. Розсіяна усадочна пористість розвивається при повільному затвердінні масивних виливків зі сплавів з великим температурним інтервалом затвердіння.

Осьова пористість (мал. 9.4, з) утвориться в центральних частинах виливків, а також у довгих і тонких перетинах. Це порозумівається тим, що об'ємна усадка центральної частини ще не закінчилася, а доступ до неї рідкого сплаву чи погіршився ж зовсім припинився.

Місцева усадочна пористість (мал. 9.4, і) утвориться в частинах виливка, відділених від рідкого сплаву вже затверділим сплавом, що припинив доступ рідкого сплаву в них. Місцева пористість складається з пір великих розмірів, сконцентрованих у масивних місцях виливків і в місцях підведення літників.

Способи усунення усадочних раковин і пористості

Усадочні раковини й усадочна пористість порушують і послабляють перетин виливка. Усадочні раковини і пори виникають у тих місцях виливків, що затвердівають останніми. Отже, єдиний спосіб одержання виливків без усадочних раковин і пір — подача рідкого сплаву у форму протягом усього процесу затвердіння сплаву у формі.

Підведення рідкого металу до місця, що кристалізується, повинний бути безупинним до повного затвердіння виливка. З цією метою на виливки встановлюють прибутку — резервуари з необхідним запасом рідкого сплаву для харчування виливка протягом усього періоду кристалізації.

Для забезпечення харчування виливка рідким сплавом із прибутку необхідно виконувати наступні умови:

1) запас сплаву в прибутку повинний бути таким, щоб його вистачило на компенсацію усадки під час затвердіння виливка; 2) прибуток повинний затвердівати пізніше виливка; 3) прибуток на виливку необхідно ставити там, де він забезпечить доступ рідкого сплаву на ділянки виливка, які затвердіваюеь останніми.

Для одержання щільних виливків без усадочних раковин і пористості необхідно створювати умови для послідовного затвердіння сплаву, тобто найбільш віддалені від прибутку (живильника) ділянки виливка повинні затвердівати у першу чергу, за ними менш віддалені ділянки й в останню чергу ділянки виливка, розташовані під прибутком, а потім і сам прибуток.

П ри послідовному затвердінні забезпечується безупинне надходження рідкого сплаву з прибутку в затвердіваючі участки виливка, тому що ці ділянки з'єднані безпосередньо з рідким сплавом, що знаходиться в прибутку.

Умови послідовного затвердіння виливки поліпшуються при керуванні відводом теплоти від різних її місць, що досягається установкою у форму холодильників — масивних металевих елементів, що володіють підвищеною теплоємністю і теплопровідністю.

Зовнішні холодильники (див. мал. 9.5, а) встановлюють у форму з зовнішньої сторони масивних частин виливка. Унаслідок високої теплопровідності і великої теплоємності холодильника відвід теплоти від масивної частини виливка відбувається інтенсивніше, ніж від тонкої, що прохолоджується в піщаній формі. Це сприяє вирівнюванню швидкостей затвердіння масивної і тонкої частин, зменшенню обсягу усадочної раковини, а в деяких випадках повному її усуненню. Для повного усунення усадочної раковини в масивних частинах одночасно з холодильниками використовують прибутки на цих частинах.

Внутрішні холодильники (див. мал. 9.5, б) встановлюють усередину порожнин форми, що утворять масивні частини виливка. Ці холодильники виготовляють зі сплаву одного хімічного складу зі сплавом виливка.

При заповненні форми внутрішні холодильники охоплюються сплавом і частково розплавляються, з'єднуючись з ним. Однак іноді внутрішні холодильники погано зварюються з основним сплавом, тому у відповідальних виливках застосовувати їхній не рекомендується. Способи установки холодильників різного типу приведені на мал. 9.5.

Об'ємна кристалізація відбувається по всьому обсязі виливка одночасно, тому зосереджені раковини не утворяться, а виникає усадочна пористість.

При проміжному характері кристалізації утвориться зосереджена раковина й усадочна пористість у виливках.

Для забезпечення оптимальних умов харчування виливків і одержання їх без усадочних раковин і пористості використовують наступні способи: установку прибутків з атмосферним і газовим чи тиском екзотермічних прибутків, підігрівши прибутків, а також різні методи фізичного впливу, наприклад ультразвук, електромагнітне перемішування, вібрацію й ін. Цими способами можна в тім чи іншому ступені керувати процесами харчування виливків.