Контрольные вопросы

1. Дайте характеристику усадочным дефектам в отливках: по видам, по форме дефектов, по месту их образования. Какие способы их выявления в отливках знаете?

2. Приведите схему затвердевания отливки в призматическом сечении и образования осевой пористости. Проведите анализ выражения, определяющего зону осевой пористости.

3. Как определить склонность литейного сплава к образованию усадочных раковин по технологическим пробам? Приведите схемы проб-отливок.

4. Поясните, какие технологические факторы оказывают сильное влияние на образование усадочной пористости в отливках.

5. Приведите вывод уравнения Шретера для определения местоположения и контура усадочной раковины в отливке.

6. Поясните механизм образования концентрированной усадочной раковины в отливках: а) из чистых металлов; б) из сплавов с интервалом затвердевания;

7. Приведите вывод уравнения, характеризующего относительный размер зоны осевой пористости в отливках.

8. Поясните взаимосвязь усадочных дефектов в отливках с диаграммой состояния (по А.А. Бочвару).

9. Какие способы применяют для снижения усадочной пористости в отливках?

10. Поясните назначение прибыли, требования, которым они должны удовлетворять? Как определить места установки прибыли на отливке?

11. Как можно регулировать работы прибыли? Дайте рекомендации и обоснование их эффективности.

12. Из каких соображений назначают численное значение усадки?

13. Зависит ли соотношение усадочных дефектов – раковин и пор – от состава литейного сплава? Приведите доказательства.

14. Что такое тепловые узлы в отливках? Какое влияние они оказывают на образование усадочных дефектов и почему?

4. Напряжения и трещины в отливках

4.1. Усадочные деформации

При охлаждении отливок усадка металла продолжается, что приводит к накоплению в нем напряжений; это может приводить к искривлению осей отдельных элементов, рис. 4.1,а или короблению, рис. 4.1, б.

Рис. 4.1. Схемы усадочной деформации в отливках с разнотолщинными элементами (а), с неравномерным характером охлаждения (б)

При затвердевании отливки с выступающими элементами, фланцами, полостями усадка тормозится, что вызывает в металле пластическую деформацию. Такая усадка является затрудненной, уровень напряжений и деформаций будет выше, чем в отливках простых форм. Величина затрудненной усадки зависит от конфигурации отливки, табл. 4.1, также от коэффициента усадки сплава и типа литейной формы.

Таблица 4.1

Значения коэффициентов линейной усадки стальной отливки

Конфигурация отливки	Простая	Средней сложности	Сложная
Коэффициент усадки, %	1.75-2.0	1.4-1.6	1.2-1.3

В качестве примера рассмотрим деформацию отливки в виде бруса, имеющего массивный и тонкий элементы, рис. 4.1, а. Первоначальная температура отливки T₀; при охлаждении внешняя поверхность массивного элемента приобрела температуру T₁, а внутренняя поверхность тонкого элемента – температуру T₂, причём T₂ >T₁. Неравномерность распределения температур по сечению бруса приводит к возникновению в нём перепада температур, а также градиента температур

, (4.1)

где h – ширина бруса.

Если выделить в сечении бруса прямоугольный элемент, то вследствие неравномерного охлаждения длина внутренней вогнутой части элемента уменьшится и станет равной , а длина наружной увеличится и станет равной

, (4.2)

где – коэффициент усадки металла в твердом состоянии.

Длину можно определить как дугу, опирающуюся на центральный угол φ; тогда из условия подобия:

, (4.3)

где r – радиус кривизны по внутренней поверхности бруса.

Из равенства уравнений (4.2) и (4.3) следует

и (4.4)

Стрела прогиба бруса δ определится из выражения

, (4.5)

где l -средняя длина бруса.

Полученные выражения показывают, что параметры усадочной деформации (r и δ) зависят от природы сплава ( ) и перепада температур по высоте бруса h.

Для предотвращения в отливке усадочной деформации типа коробления рекомендуется:

1) создавать конструкцию отливок с одинаковой толщиной всех элементов, обеспечивающих одинаковую скорость их охлаждения;

2) применять ребра жесткости, препятствующие развитию напряжений и деформации;

3) применять захолаживание массивных элементов для выравнивания температурного поля в отливке.