Неметаллические включения
В затвердевшем сплаве (окислы, нитриды и др.) являются телами, нарушающими сплошность и единообразие его структуры. Твердые неметаллические включения часто имеют острые углы и края, в которых образуются значительные концентрации напряжений. Тугоплавкие для данного сплава включения, температура плавления которых превышает температуру плавления данного сплава, обычно располагается внутри кристаллов. Легкоплавкие включения входят в электрические «сетки» и располагаются по границам зерен, часто вызывая хрупкость или красноломкость. Неметаллические включения могут неблагоприятно сказаться и на процессах вторичной кристаллизации.
Некоторые включения могут понижать химическую стойкость сплавов, так как они образуют с основным металлом сплава коррозионные гальванические пары, способствующие развитию электрохимических процессов коррозии.
Ликвация
В процессе затвердевания реальной отливки содержащаяся внутри отливки жидкость находится в непрерывном движении. В центральной зоне отливки происходит конвективное перемещение сплава. Кроме того внутри переходной зоны жидкость циркулирует между растущими кристаллами. Однако в большинстве отливок наблюдается химическая неоднородность сплава в виде зональной ликвации отдельных элементов. Обычно, ликвируют элементы, растворимость которых в первоначально образующихся твердых кристаллах относительно мала. Например, медь неравномерно распределяется по сечению отливки из алюминиево-медного сплава. При выделении кристаллов с пониженным содержанием ликвирующего элемента, этот элемент скапливается в жидкости, окружающий кристалл. Возникает значительная разница в концентрации элемента внутри жидкости переходной и в составе маточного раствора в центре отливки. Под действием градиента концентрации в жидком сплаве происходит диффузия элемента к центру отливки, что вызывает развитие зональной ликвации.
Характер ликвации зависит от скорости охлаждения отливки. Очевидно, что большая скорость охлаждения приводит к получению отливки с лучшими механическими свойствами. Поэтому конструктор должен помнить, что при использовании для изготовления изделия сплава склонного к ликвации, при выборе способа литья следует отдавать предпочтение процессу с быстрым охлаждением. Например, при литье под давлением ясно выраженная зональная ликвация не успевает развиваться. Дендритная же ликвация не оказывает существенного влияния на качество отливок.
Напряжения в отливках и их последствия
Каждой температуре соответствует вполне определенный удельный объем данного сплава во всех агрегатных состояниях. С изменением температуры изменяется удельный объем сплава- сплав претерпевает расширение или сужение. Свободное расширение сплава всегда отличается от расширения этого сплава в отливке, потому что при расширении (сжатии) отливки всегда возникает торможение, препятствующее расширению (сжатию).
Встречаются три основных механизма торможения: механическое торможение усадки (рис.23, а), тепловое торможение усадки (рис. 23, б) и комбинированное торможение усадки (рис. 23, в) при этом в отливке возникают напряжения. Когда численные значения напряжений превысят предел прочности материала отливки, то она разрушается. Нарушение сплошности материала отливки, возникающее при высоких температурах, называются горячими трещинами, а при комнатной или несколько более высокой температурах холодными трещинами. Часто отливки не разрушаются, но в них остаются внутренние напряжения, которые изменяются в процессе хранения, эксплуатации, что приводит к короблению отливок и изменению их размеров. Особенно заметно изменение размеров после механической обработки отливок.
Рис. 23. Схема торможения усадки: а)- механическое; б) тепловое;
в) комбинированное. 1- отливка 2- форма.
Подробнее о напряжениях см. стр. 68