Особенности заполнения дисперсным потоком
Металл проходит через питатель с большой скоростью, ударяется о стенку формы и разбивается на мелкие капли (рис.5.4,а). Происходит перемешивание сплава с воздухом, отдельные капли ударяются о стенки, отражаются, подталкиваются порциями вновь поступающего сплава. Такая аэрозольная смесь хаотично двигается в направлении от питателя и заполняет всю полость (см. рис.5.4,б,виг). При этом оболочка (корочка) на поверхности не образуется. Если отдельные капли и прилипают к стенке формы, то они смываются потоком. Если бы в процессе движения образовывалась оболочка, то на кадрах киносъемки не было бы видно движения металла. На кадрах же съемки видно движение металла вплоть до гидроудара (рис.5.4,г), действие которого фиксировали по интенсивному движению металла в щели формы.
При заполнении формы дисперсным потоком охлаждение капель во время полета обусловлено главным образом лучистым теплообменом со стенками формы.
Рис.5.4 Схема дисперсного заполнения.
Максимальная продолжительность заполнения образца, зафиксированная киносъемкой, составила 0.07 с. Это говорит о том, что к моменту окончания заполнения металл остается жидким. Форма слабо прогревается за время заполнения. Гидравлический удар «чеканит» отливку на «холодной» форме, поэтому должна быть прочная литейная корка.
Рентгеновский снимок, измерение микротвердости и рассмотрение макрошлифа подтверждают этот вывод. Отливка имеет твердую корку во всех трех сечениях и мелкую рассеянную по центру газовую и усадочную пористость.
При анализе кадров киносъемки и рентгеновских снимков образцов были замечены две разновидности дисперсного заполнения
1. Заполнение разбрызгивающимся потоком при капельном распаде сплава.
2. Заполнение распыливающимся потоком при волнообразном и особенно атомизированном распаде.
Механика (физика) процесса формирования отливки при той или иной разновидности не существенна, а вот результаты разные.
Принято считать, что отливки, полученные дисперсным потоком, нельзя закаливать из-за вспучивания поверхности. Нами установлено, что при заполнении распыливающимся потоком образуется микропористость внутри отливки, которая не вспучивает поверхность отливки при нагреве под закалку. Отливка состоит из плотной оболочки и мелкосотовой сердцевины с “ниткой” усадочной пористости, расположенной по тепловой оси стенки (для практических целей можно считать, что тепловая ось совпадает с геометрической осью стенки).
Особенности заполнения сплошным потоком
При низких скоростях впуска расплава через литники толщиной, соизмеримой с толщиной стенки отливки, форма заполняется по законам гидродинамики вязких жидкостей, т.е. сначала поток перемещается в направлении участков формы с меньшим, а затем в направлениях с большим гидравлическим сопротивлением. При своем движении сплав отдает тепло форме при непосредственном контакте (теплопроводностью), т.е. тепло отводится довольно быстро. Пограничный слой сплава быстро охлаждается. Кроме того, трение на границе форма-сплав всегда больше, чем между слоями сплава, и при охлаждении пограничного слоя, вязкость его резко возрастает. Через несколько мгновений на поверхности формы образуется тонкая корочка. Она не смывается потоком, и сплав перемещается по этой корочке, а не по форме.(см. рис.5.5,в,г). Теплопроводность этой корочки существенно ниже теплопроводности формы и она играет роль теплоизолятора для движущегося сплава. Теплоотдача в местах с корочкой резко уменьшается. Фронт теплового потока формы, перемещающийся в направлении движения расплава, не может опередить поток сплава, т.к. его скорость меньше скорости расплава. Поэтому передняя часть потока сплава всегда соприкасается с «холодной» формой, т.е. находится в условиях значительного перепада температур между формой и сплавом. Однако сплошной корки в головной части не образуется, так как металл там всегда «обновляется» горячим расплавом.
Рис.5.5. Схемасплошного заполнения
Следует заметить, что роль вязкого трения в разогреве расплава при таком заполнении, из-за небольших величин давления при заполнении незначительна.
Перед самым окончанием заполнения происходит гидродинамическое уплотнение отливки, особенно характерное при толщине питателя меньшей толщины стенки (рис.5.5).
Последняя фаза – уплотнение за счет гидроудара и статического давления подпрессовки.
Рентгеновский снимок показывает наличие небольшой пористости в дальнем конце образца. Ее можно устранить хорошей организацией вентиляции формы и устранением захвата воздуха в камере
Измерение микротвердости показало высокую плотность в сечениях I и II (см.рисунок образца).