4. Механiзм виникнення напружень у виливках

У виливках при їхньому затвердінні й охолодженні внаслідок усадки металу виникають внутрішні напруження. Ці напруги можуть приводити до короблення виливків, а іноді і до утворення в них гарячих і холодних тріщин. Одна з основних причин утворення тріщин у виливках — гальмування усадки формою (мал. 9.9, а). Під час усадки виливок давить своїми виступаючими частинами Fф на стрижень чи форму. Одночасно форма перешкоджає усадці, викликаючи напруги у виливку f. Величина цих напруг залежить від піддатливості форми і стрижнів. Чим вище піддатливість форми і стрижня, тим менше напруги у виливку і менше імовірність утворення в ній тріщин. Якщо величина напруг перевершить межу міцності ливарного сплаву в даній ділянці виливка, то в останній з'явиться тріщина. Якщо сплав виливка має достатню міцність і пластичність і здатний протистояти дії виникаючих напруг, то конфігурація виливка спотворюється, він викривляється і жолобиться.

Гарячі тріщини у виливках виникають при температурі, близької до температури солідуса.

Звичайно тріщини у виливках виникають на ділянці з уповільненою швидкістю охолодження, тобто в «гарячих» місцях (мал. 9.9., б).

Допустимо, що у виливку мається гарячий вузол довжиною l. Тоді під час усадки весь виливок довжиною L буде деформуватися за рахунок гарячого вузла, тому що температура його більш висока, і цей перетин виливка буде найбільш небезпечним. Тому чим довший виливок, тим більше імовірність утворення тріщин.

Гарячі тріщини звичайно проходять по границях зерен і мають окислених нерівних темну чи квітів мінливості поверхня. Гарячі тріщини виникають головним чином у стовщеннях виливка, у місцях переходу від масивного перетину до тонкого.

На схильність сплаву до утворення гарячих тріщин впливає зміст деяких домішок, газів і неметалічних включень.

Для виключення появи гарячих тріщин у виливках необхідно: виплавляти сплав строго заданого хімічного складу; застосовувати податливі формувальні і стрижневі суміші; при конструюванні виливків робити плавні переходи від масивних перетинів до тонкого; забезпечувати рівномірне охолодження масивних і тонких перетинів виливків за допомогою холодильників; застосовувати ливниково-живильні системи, що виключають місцеві перегріви форми і виливків; застосовувати помилкові (усадочні) ребра для збільшення міцності перетину виливок; де утворяться гарячі тріщини (при обрубку ці ребра видаляють). Напруги у виливках виникають також через термічне гальмування усадки.

Напруги від механічного і термічного гальмування усадки не завжди викликають появу тріщин у виливках. Часто ці напруги приводять до короблення виливків, що також може бути причиною їхнього браку.

Для зменшення напруг виливка з чавуна піддають відпалу при температурі 850—900 °С и повільному охолодженню, природному старінню, тобто витримці протягом декількох місяців на складі, що сполучають з періодичною обробкою різанням. При витримці між обробками відбувається перерозподіл напруг і їхнє зниження. Крім природного старіння застосовують штучне: нагрівши виливка до 500—550С і повільне охолодження.