5. Конструирование отливок с учетом предохранения от возникновения усадочных раковин

Места в отливках, в которых образуется местное скопление металла, называются «тепловыми узлами». Скорость кристаллизации металла в тепловых узлах всегда ниже, чем в остальных объемах отливки, поэтому они являются местами образования усадочных раковин и рыхлоты.

Как известно, опасность возникновения в отливках усадочных раковин устраняется:

1. Соответствующей конструкцией и конфигурацией отливки, обеспечивающей необходимые условия кристаллизации сплава;

2. Применение прибылей;

3. Применение холодильников;

4. Соответствующим подводом металла.

5.1. Использование принципов направленного и одновременного затвердевания

Конфигурация отливок при прочих равных условиях определяет распределение температур и процесс затвердевания, а, следовательно, и положение усадочной раковины. Чтобы получить отливку без концентрированных усадочных раковин, в основу конструкции литой детали должны быть положены принципы направленного или одновременного затвердевания.

Одновременное затвердевание требует создания таких условий, при которых металл должен равномерно и одновременно кристаллизоваться во всех частях отливки. Условие это можно считать выполненным тогда, когда диаметры тепловых узлов отливки одинаковы и отливка не имеет местных утолщений (рис. 5.1).

Принцип одновременного затвердевания находит применение для тонкостенных отливок из серого чугуна, оловянной бронзы и некоторых сплавов цветных металлов.

Следует помнить, что одновременное затвердевание металла по всей толщине стенок отливки не может быть осуществлено. В действительности кристаллизация протекает постепенно, от поверхности к центру отливки. Поэтому этот метод нельзя применять для толстостенных отливок, особенно для стали. Для таких отливок следует применять принцип направленного затвердевания.

Принцип конструкции в этом случае проверяют методом «вписанных окружностей», при котором окружность, вписанная в любое сечение детали, должна свободно проходить по любым вышележащим сечениям в направлении кристаллизации (рис. 5.2).

Направление затвердевания обеспечивает получение отливок плотных, без усадочных раковин и пористости и применяется для сплавов с большой усадкой, в частности, для отливок из стали, ковкого чугуна, чугуна с шаровидным графитом и легированных чугунов.

Однако конструирование отливок с учетом направленного затвердевания имеет ряд недостатков:

1.Ведет к большому расходу жидкого металла;

2. Усложняет формовку из-за наличия прибылей и определенного расположения отливки в форме, обеспечивающего питание тепловых узлов;

3.Повышает опасность возникновения трещин из-за большой разницы температур в различных частях отливки и торможения усадки прибылями;

4.Увеличивает расходы на механическую обработку, за счет удаления больших припусков, необходимых для получения направленного затвердевания и эффективного действия прибылей.

Указанные недостатки вынуждают шире применять принцип одновременного затвердевания.