1.5. Термические и химические взаимодействие отливки и формы. Дефекты в отливках, возникающие в результате этого взаимодействия. Меры их предупреждения.

Тепловое воздействие металла на форму. В процессе заливки, затвердева­ния и охлаждения металл отдает теплоту литейной форме конвекцией, излучением и посредством теплопроводности. Чем дольше протекает металл по определен­ным участкам формы и находится в них в жидком состоянии, тем сильнее про­гревается поверхность формы и тем медленнее остывает расплав. В результате прогрева формы на поверхности контакта ее с металлом интенсивно развиваются тепловые, физико-химичес­кие и механические процессы, протека­ющие в период заливки, затвердевания и охлаждения металла. Вследствие этих процессов на поверхности отливки образуется пригар, который представляет собой трудно отделимый от поверхности отливки слой из металла, его оксидов и частичек формовочной смеси. Пригар ухудшает поверхность отливки, увеличивает трудоемкость ее очистки, снижается стойкость инструмента при обработке резанием. Различают химический и механический пригар. Химический пригар образуется на отливках в период соприкосновения формы с полузатвердевшем ме, еще имеющим высокую температуру. Появлению химического пригара способствует нали­чие в формовочной смеси оксидов щелоч­ных и щелочноземельных металлов, об­разующих с оксидом железа силикаты с низкой температурой плавления. Эти силикаты могут проникать между пес­чинками, образуя пригарную корку.

Для уменьшения химического пригара применяют формовочные смеси с ми­нимальным содержанием оксидов щелоч­ных и щелочноземельных металлов; в зависимости от сплава вокруг отливки создают либо восстановительную, либо окислительную атмосферу; рабочую по­верхность формы покрывают противо­пригарными покрытиями.

Механический пригар образуется вслед­ствие механического проникания жидкого металла между песчинками на поверхности формы и стержней под действием напора жидкого металла и капиллярных сил в процессе его заливки и затвердева­ния. Этот вид пригара трудно удаляется с поверхности отливки из-за образования; прочной корки, состоящей из формовочной смеси, пропитанной металлом.

Для устранения механического пригара снижают температуру заливки металла окрашивают формы защитными покрытиями; используют облицовочные смеси и т. д.

Кристаллизация сплавов в форме. Залитый в литейную форму металл при охлаждении начинает кристаллизоваться, т. е. образуются кристаллы при переходе из жидкого состояния в твердое. Для образования кристаллов из расплава не­обходимы зародыши или центры кристаллизации, которые могут образовываться самопроизвольно; в качестве центров кристаллизации могут служить примеси, образующиеся в расплаве из продуктов реакций плавки металла в печи. Условия протекания кристаллизации определяют структуру и свойства сплава и отливки. Чем больше центров кристаллизации тем мельче будут кристаллы и наоборот Структура отливок расплава в форму и охлаждения отливки в форме; интервала кристаллизации и других факторов. Зная влияние раз­личных факторов на процесс кристал­лизации сплавов, можно направление изменять кристаллическое строение от­ливок, улучшая их свойства

1.4. Понятие об усадке сплавов. Механизм образования усадочных раковин и усадочной пористости. Технологические и конструктивные мероприятия по предупреждению образования усадочных раковин и пористости в отливках. Усадка — свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительных единицах.

Усадочные раковины — сравнительно крупные полости, расположенные в ме­стах отливки, затвердевающих послед­ними. Сначала около сте­нок литейной формы образуется корка 7 твердого металла. Вследствие того, что усадка расплава при переходе из жидкого состояния в твердое превышает усадку корки, уровень металла в не­ затвердевающей части отливки понижается до определенного уровня. В следующий момент времени на корке нарастает новый твердый слой, а уровень жидкости далее понижается до уровня. Так продолжается до тех пор, пока не закончится процесс затвердева­ния. Снижение уровня расплава при затвердевании приводит к образованию сосредоточенной осадочной раковины. Сосредоточенные усадочные ракови­ны образуются при изготовлении от­ливок из чистых металлов, сплавов эвтектического состава (сплав АЛ2) и сплавов с узким интервалом кристаллизации (низкоуглеродистые стали, безоловянные бронзы и др.).

Усадочная пористость — скопление пустот, образовавшихся в отливке в об­ширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевали последними без доступа, к ним рас­плавленного металла. Вбли­зи температуры солидуса кристаллы срастаются друг с другом. Это приво­дит к разобщению ячеек, заключаю­щих в себе остатки жидкой фазы. За­твердевание небольшого объема метал­ла в такой ячейке происходит без до­ступа к ней питающего расплава из со­седних ячеек. В результате усадки в ка­ждой ячейке получается небольшая уса­дочная раковина. Множество таких межзеренных микроусадочных раковин образует пористость, которая распола­гается по границам зерен металла.

Получить отливки без усадочных .раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла в процессе кристаллизации вплоть до полного затвердевания. С этой целью на отливки устанавли­вают прибыли-резервуары с расплав­ленным металлом, которые обеспечивают доступ расплавленного металла к участкам отливки, затвердевающим последними. Прибыль не может обеспечить доступ расплавлен­ного металла к утолщенному участку отливки. В этом месте образуются усадочная раковина и пористость. Установка да утолщенный участок при­были предупреждает об­разование усадочной раковины и по­ристости. Предупредить образование усадочных раковин и пористости позволяет установка в литейную форму наружных холодильников или внут­ренних холодильников.