Усадочная раковина.
Усадочной раковиной называют концентрированную группу пустот (или одну пустоту), образующуюся в результате усадки при затвердевании и охлаждения жидкого металла отливки. Процесс перемещения жидкого металла внутри затвердевающей отливки, связанный с формированием усадочных пустот и приводящий, в частности, к образованию усадочных раковин, называется питанием. Слои металла, разделяющие отдельные усадочной раковины и закрывающие ее сверху, называют мостами. Часть отливки, в которой располагается усадочная раковина вместе с мостами, называют областью усадочной раковины.
При наличии моста, закрывающего усадочную раковину сверху, она называется закрытой, при отсутствии моста- открытой.
В отливках, вытянутых в осевом направлении, мосты получают слабое развитие, в плоских отливках, в которых формирование усадочной раковины заканчивается на стыке слоев, затвердевающих сверху и снизу, наоборот, мосты преобладают. Если в процессе затвердевания отливки какая-либо её крупная часть обособляется, в ней образуется изолированный бассейн и возникает самостоятельная вторичная усадочная раковина.
Для оценки склонности сплавов к развитию усадочных раковин применяются технологические пробы. Объем раковин в пробе определяют на осевом разрезе путем засыпки его сухим песком или заливки керосином через мерную пипетку.
Объем усадочной раковины, отнесенной к объему отливки можно определить по формуле Н.Г. Гиршовича и Ю.А. Нехендзи:
где Тжср и Тεср - средние температуры металла соответственно в момент начала и в момент конца затвердевания отливки;
То - температура кристаллизации;
β - коэффициент, характеризующий влияние массы твердой корки на формирование раковины ( его значение рекомендуется принимать равным приблизительно 1/2). Индексы О и Л при коэффициентах усадки обозначают, что они выражаются соответственно в объемных и линейных величинах.
Усадочная раковина начинает формироваться с момента образования сплошной твердой корки по всей поверхности отливки. Усадку в жидком состоянии и при затвердевании, начиная с этого момента, определяют образование усадочных пустот. Усадка затвердевшего металла может выжимать жидкость из средней части отливки и способствовать сокращению объема раковины. Наконец, образование в твердом и жидком металле новых фаз, изменяющих удельный объем, может в той или иной степени компенсировать усадку в жидком состоянии и при затвердевании.
Влияние температуры заливки на развитие усадочной раковины сводится, прежде всего, к воздействию на усадку в жидком состоянии. Её учет, согласно приведенной формуле, требует знания средней температуры жидкого металла в момент начала образования раковины. Определение этой величины вызывает трудности, но поскольку, обычно требуется вычислить максимально возможный объем усадочной раковины , разность Тж ср- Т0 можно заменить величиной перегрева t. Применение формулы Гершовича требует так же определение средней температуры твердого металла в момент окончания затвердевания. Приближенно её можно определить как половину температурного перепада на поверхности отливки Т за время затвердевания. Тогда выражение формулы упрощенно, но более конкретно, можно выразить
В этом равенстве все коэффициенты усадки выражены в объемных единицах. Величина 1/4 третьем члене правой части получена как произведение β= 1/2 на половину температурного перепада Т.
В правой части величины очень малы, поэтому усадкой в твердом состоянии можно пренебречь. Окончательно для расчета объем усадочной раковины в отливках можно выразить следующим выражением: α = αз+αжt .
Основным средством устранения усадочной раковины из литой заготовки является прибыль. Прибыль представляет собой технологический элемент, в котором должна быть сосредоточена область усадочной раковины и который отделяется от отливки в процессе обработки. В процессе формирования отливки прибыль составляет с ней единое целое. Кроме сосредоточения усадочной раковины, прибыль является средством ослабления развития зональной пористости и сборником загрязнений., всплывающих из жидкого металла в процессе затвердевания. Сложная отливка, состоящая из элементов различной толщины, при затвердевании, обычно разделяется на несколько обособленных узлов питания. Процесс питания отливки должен быть организован таким образом, чтобы в каждом узле действовал принцип направленного затвердевания от тонких элементов к толстым и наконец к прибыли. Проверка выполнения этого принципа осуществляется методом выкатывания шарика. В самый тонкий элемент узла мысленно помещается шарик, который при переходе в каждый новый элемент расширяется (сжиматься он не может). Если он беспрепятственно выкатывается в прибыль, значит принцип направленного затвердевания выполнен.
В настоящее время это легко выполнить с помощью компьютерного моделирования литейных процессов. Например, с применением программного комплекса PROCAST или SOLIDCAST и др.