2. Прибыли и питание отливок

Объемные изменения, происходящие при затвердевании сплава, могут привести к образованию объемных усадочных дефектов (усадочных раковин) в отливках. Основным средством устранения усадочной раковины из литой заготовки является прибыль, которая обеспечивает компенсацию объемной усадки путем беспрепятственной доставки к ним необходимых объемов жидкого сплава из прибыли. Процесс компенсации объемной усадки называется питанием отливки. А сама прибыль представляет собой технологический элемент, в котором должна быть сосредоточена область усадочной раковины и который отделяется от отливки в процессе обработки.

Кроме сосредоточения усадочной раковины, прибыль является средством ослабления развития зональной пористости и сборником загрязнений. Так в процессе заполнения формы металлом в полость формы заносятся неметаллические включения, увлекаемые металлом по пути его движения, а также инжектируются пузырьки воздуха. Неметаллические включения и газы, попавшие в металл, имеют меньший удельный вес, чем жидкий металл и поэтому стремятся подняться вверх. Поднимаясь, включения скапливаются в верхних частях отливки. Такое расположение включений требует дополнительных затрат на и удаление. Установка прибылей, обеспечивающая питание отливки и поглощение всплывающих вверх неметаллических включений, является как более эффективной и рациональной. Таким образом, прибыли, устанавливаемые на отливках должны не только питать их жидким металлом, но и поглощать всплывающие неметаллические включения, тем самым обеспечивать получение здоровой верхней части отливки, свободной от включений.

Процесс отделения прибыли от отливки так же имеет большое технико-экономическое значение. При установке прибыли всегда нужно учитывать, какими средствами она будет отделена какой трудоемкости эта работа, каков будет товарный вид отливки. Исходя из этого, необходимо избегать установки прибылей на необрабатываемые поверхности отливок.

Для отливок из легированных сталей, трудно поддающихся мехобработке и резке огнем, установка прибылей с учетом их отделения имеет особое значение.

Практика работы сталелитейных цехов показывает, что расход металла на прибыли часто превышает 70% от веса отливки, а в отдельных случаях доходит до 100% и более по сравнению с весом отливки. Выход годного литья в таки: случаях, как правило, не превышает 55% вес; расходуемого на отливку металла. Однако чрезмерно большие прибыли не только невыгодны экономически, но часто вредны технически, так как они способствуют образованию горячих трещин (большие местные разогревы, стесненная усадка). Вместе с тем для эффективного действия прибыли большие размеры ее вовсе необязательны. Сохранение металла в прибыли в жидком состоянии в течение необходимого времени может быть достигнуто рядом дополнительных мероприятий: рациональной формой прибыли, заливкой и доливкой ее горячим металлом уменьшением скорости затвердевания металла в прибыли и т. п.

2.1. Принципы затвердевания отливок

Для получения качественных отливок возможна реализация двух принципов затвердевания: одновременного или направленного [2]. Схематически это иллюстрируется на рис. 4.

Принцип одновременного затвердевания применяется для изготовления небольших отливок с равной толщиной всех стенок.

Направленное затвердевание	Одновременное затвердевание

Рис. 4. Схемы обеспечения затвердевания отливок: А. 1 - открытая прибыль; 2 — закрытая боковая прибыль атмосферного давления; 3 — ребро; 4 — питатель; 5 — отливка; 6—в — технологические напуски

Например, сложная отливка 5 (см. рис. 4, а) имеет разные по толщине стенки. Узлы А, В и С отливки нельзя захолодить, так как узлы А и В — проточные, а узел С — питающий. Поэтому в узел А вписывают шар и катят его вверх до узла С, расширяя при этом сечение отливки за счет технологических напусков 6 — 8, создавая условия для направленного затвердевания. По наибольшему диаметру шара, вписанному в узел С, определяют размер основания прибыли. Чтобы не увеличивать чрезмерно расход металла, технологические напуски выполняют в виде узких поясов, их число соответствует числу ребер, отходящих от узла В к узлу Л и от узла С к узлу В.

Принцип одновременного затвердевания реализуется для всей отливки в целом рассредоточенным подводом металла в отливку, в том числе и в тонкую часть (рис. 4, а). При заливке тонкая стенка отливки разогревается, температуры в отливке в тонких и толстых частях выравниваются и затвердевание всех ее частей происходит одновременно. Т.е. необходимо достигнуть такого положения, когда все отдельные элементы отливки затвердевали одновременно.

Естественно, принцип одновременного затвердевания может быть использован для отливок из серых чугунов эвтектического или около эвтектического состава. К таким чугунам следует отнести чугуны марок СЧ15 и СЧ20, отливки из которых можно изготовлять без прибылей, соблюдая принцип одновременного затвердевания, причем это относится не только к мелким, но и к крупным отливкам. С дальнейшим увеличением марки чугуна, начиная с СЧ25, и интервала кристаллизации чугуна отливки из него изготовляют уже с использованием питающих бобышек (такое название они получили из-за малых размеров). Реализация принципа одновременного затвердевания может быть достигнута также правильным конструированием отливки по возможности с равной толщиной стенкой и обеспечением одновременного затвердевания разностенной отливки путем увеличения скорости затвердевания стенок с большей толщиной применением холодильников. При этом при конструировании отливок следует избегать скоплений металла, заменяя толстую стенку оребренной и более, крестообразное пересечение ребер заменять Т-образным и т. п.