Усадочная пористость.

Усадочной пористостью называют скопление мелких пустот, образующихся в результате усадки затвердевания небольших объемов металла, изолирующихся в процессе формирования отливки от источников питания жидким металлом.

Формирование пор происходит на микроструктурном уровне и связано с фильтрацией жидкого металла между твердыми кристаллами в области затвердевания.

Усадочная пористость делится на следующие виды:

1) рассеянная, распределенная более или менее равномерно по всему объему;

2) зональная, сосредоточенная в определенных зонах или частях отливки:

а) в осевых частях плоских и призматических элементов отливок;

б) в утолщениях и сопряжениях стенок;

в) в зональных местах разогревов при подводе литников.

Для выявления и исследования усадочной пористости применяются следующие методы:

1) Просвечивание, проникающими излучениями. В качестве проникающих излучений применяются рентгеновские или гамма лучи. Метод имеет распространение как средство контроля ответственных отливок.

2) Определение плотности. В этом случае из различных частей отливки вырезают серии образцов. Обычно они представляют пластинки толщиной 2-3 мм. Образцы взвешиваются в воде и на воздухе. По этим данным определяют плотность на образцах.

Для определения абсолютной величины пористости необходимо знать плотность данного сплава без пор. Для этого изготовляются специальные образцы, заливаемые в пробу в виде клина, получаемую обычно в металлической форме. Сопоставляя плотность образцов из конкретных отливок с плотностью сплава без пор, можно количественно оценить пористость в данной зоне.

Рассеянная пористость образуется в той или иной степени по всему сечению отливки. Каждая пора возникает в результате усадки при затвердевании микроскопического объема жидкого металла, обособленного от зоны локальных перемещений в результате неравномерного роста дендритов. Чем меньше дендрит, тем меньше получает развитие рассеянная пористость.

Если в процессе кристаллизации из металла совершенно не выделяются газы, рассеянная усадочная пористость формируется в условиях вакуума. Если металл содержит достаточное количество растворенных газов, их атомы проникают в усадочные поры и повышают в них давление; считается, что газы могут вытеснять металл из поры.

Реальная пористость всегда имеет смешанный газоусадочный характер. Поступление жидкого металла в междендритные полости прекращается в момент , когда граница питания достигает оси отливки. Предел развития зоны пористости в этот момент ограничивается положением границы солидус. Для повышения плотности и улучшения свойств сплавов, кристаллизующихся в широком интервале температур, применяется затвердевание в автоклаве под повышенным газовым давлением 5-10 атм.

Наиболее широкое развитие в отливках имеет осевая пористость, образующаяся в их плоских и призматических элементах. При затвердевании осевой части отливки опускание зеркала жидкого металла, вызванной усадкой, непрерывно ускоряется. Это вызывается тем, что поверхность зеркала жидкого металла сокращается гораздо быстрее, чем периметр границы затвердевания, на которой сосредотачивается усадка.

Развитие зон пористости вблизи места подвода литника зависит от степени его разогрева жидким металлом. Особенно интенсивно развивается пористость при подводе литника в тонкую часть отливки.

Для борьбы с усадочной пористостью применяются следующие мероприятия:

1) Кристаллизация под повышенным газовым давлением.

2) Создание направленного затвердевания от отдельных частей отливки к источнику питания. Это мероприятие направлено на сокращение усадочных перемещений и резко уменьшает развитие осевой пористости. Эффект может быть достигнут путем применения напусков, т.е. придания уклона стенкам отливок, направленных к источнику питания. Второй, более сложный, но более эффективный путь заключается в предварительном нагреве формы с градиентом температур, повышающимся к источнику питания. Нагрев выполняется при помощи графитовых сопротивлений, питаемых током и устанавливаемых в форме при её изготовлении. Способ применяется при получении ответственных изделий из дорогих сплавов, например, лопаток газовых турбин из жаропрочных никелевых сплавов.

3) Уменьшение длины элементов отливки, в которых развивается осевая пористость. Это может достигаться путем установки прибылей на небольших расстояниях друг от друга.

4) Использование холодильников. Это мероприятие применяется для борьбы с пористостью в утолщенных сопряжения. При больших размерах утолщений возможна установка прибылей. Возможно и введение напусков, соединяющих утолщение в стенке с более массивной частью таким образом, чтобы при затвердевании отливки не образовалось изолированного бассейна.

5) Рациональный выбор места подвода металла ( в массивную часть отливки, без перепускания больших объемов металла через один литник, а также понижение температуры заливки. Мероприятия применяют для борьбы с пористостью в зонах местных разогревов.