Усадкові раковини види і причини дефектів - ask chemicals
Усадкові раковини утворюються в усіх технічних ливарних матеріалах, незалежно від ливарної форми або технології лиття. Однак лиття під тиском дає можливість запобігти або мінімізувати утворення усадочних раковин шляхом створення високого кінцевого тиску відразу після заповнення ливарної форми. При цьому не виключається поява газової пористості.
Залежно від прояву кристалізаційних отворів розрізняють закриті (внутрішні) усадочні раковини, відкриті (зовнішні) усадочні раковини і утяжіни. Розташування усадочних раковин можна пояснити логічно: зовнішні усадочні раковини, як правило, виникають в зоні верхньої напівформи, яка кристалізується останньої, в товстостінних виливок, а також поблизу живильника і ливника. Внутрішні усадочні раковини утворюються в зонах з більш товстими стінками і особливо в перехідних по товщині зонах. Утяжіни переважно виникають в зонах переходу поперечних перерізів, а також на зовнішній поверхні деталей з відносно великою товщиною стінок. Часто дані дефекти з'являються в поєднанні з мікропористої.
Прояви кристалізаційних отворів
Матеріали з малою тривалістю кристалізації і утворенням гладких стінок, такі як чисті метали і евтектичних і перитектическая сплави, особливо схильні до утворення кристалізаційних отворів.
(Зовнішні усадочні раковини) представляють собою глибокі симетричні порожнини, як правило, мають
що виходить назовні воронкообразное отвір, і іноді триває всередину у вигляді закритих порожнин. Стінки порожнин в основному шорсткі і часто мають дендритну структуру. Зовнішні усадочні раковини чітко видно неозброєним оком.
Внутрішні усадочні раковини
не пов'язані з зовнішнім середовищем і розташовані всередині литий деталі. Вони мають неправильну форму. Стінки раковини шорсткі і часто покриті дендритом. Їх можна побачити неозброєним оком при неруйнівному випробуванні або пізніше при обробці.
Утяжіни - це желобообразних порожнини на поверхні виливки, що утворюються в зоні найбільшого скупчення матеріалу. Поверхня утяжіни не відрізняється від поверхні всієї виливки. Утяжіни також чітко видно неозброєним оком. Якщо супроводжують лиття заходи (спрямована кристалізація, заливка) не призводять до переміщення усадочних раковин в зони за межами литий деталі, такі дефекти лиття призводять до відбраковування відповідної деталі.
Усадка ливарних металів при кристалізації і охолодженні
Питома обсяг стандартних ливарних металів більше в рідкому стані, ніж в твердому. З цієї причини дані метали під час кристалізації та охолодження піддаються усадці. Це призводить до дефіциту обсягу, який проявляється у вигляді таких дефектів, як усадочні раковини, утяжіни, мікропористість, і т. Д. Таким чином, усадочні раковини є результатом взаємозв'язку між фізичним дефіцитом об'єму при кристалізації і можливістю компенсувати її за рахунок додаткової подачі матеріалу.
Усадкові раковини в спеціальних чавунах
Характерною для дефіциту обсягу в сірому ливарному чавуні є різниця між питомими обсягами окремих елементів мікроструктури (див. Таблицю нижче).
Питомі обсяги окремих елементів мікроструктури чавуну
При евтектичною кристалізації розширення обложеного графіту перешкоджає кристалізації усадки
аустеніту. При певному змісті графіту можливо, що усадка, яка відбувається при кристалізації, компенсується при формуванні аустеніту. Це означає, що в залежності від хімічного складу, умов охолодження і зародження центрів кристалізації, може відбуватися так звана «самостійна подача». Якщо кількість графіту, обложеного при евтектичною кристалізації,
розширення обсягу, викликане утворенням графіту, може бути навіть більшим, ніж усадка при кристалізації металевої фази, що означає, що розширення відбувається в цілому.
Ливарний чавун з пластинчастим графітом демонструє тенденцію до зниження освіти усадочних раковин у міру того, як рівень насичення хромом збільшується до досягнення точки евтектики. Тут спостерігається найменший дефіцит обсягу. Це відноситься як до розміру зовнішньої усадочноюраковини, так і до процентному відношенню мікропористості при усадки. У заевтектичних інтервалі тенденція до утворення усадочних раковин знову посилюється.
За умови, що кристалізація немодифицированного чавуну повинна протікати так само, як і кристалізація
сірого чавуну, модифікування сірого чавуну пластинчастим графітом також сприяє утворенню усадочних раковин, пористості і утяжин. Сильніший «спучування» литий деталі відбувається внаслідок більш інтенсивного розширення під впливом осадження важкого евтектичного графіту. Відбуваються зміни і самої кристалізації: вона стає «пульпообразной». Це означає, що контур виливки більш точно відповідає розширенню порожнини в залежності від матеріалу ливарної форми.
Ливарний чавун з кулястим графітом демонструє велику схильність до утворення усадочних раковин, ніж ливарний чавун з пластинчастим графітом. При обробці розплаву сірого чавуну магнієм обсяг усадочних раковин зменшується з 0,5 см до 5 см
На відміну від ендогенної кристалізації чавуну з пластинчастим графітом з утворенням оболонки, кристалізація чавуну з кулястим графітом є ендогенної і пульпообразной. Так само як і
усадка в рідкому стані, яку можна контролювати за допомогою системи літників і живильників, і вторинна усадка, розширення відбувається в процесі кристалізації.
Залежно від різних часових фаз кристалізації графіт може починати діяти під час осадження в периферійній оболонці і опуклостях або розширювати їх, якщо він і матеріал форми піддаються даному тиску зсередини. Якщо до розплавленого металу в тілі виливка не додав новий метал, вже це може привести до утворення утяжин. Пізніше в ході кристалізації графіт осідає на більшій площі тіла виливки.
У міру того, як відбувається усадка периферійної оболонки, умови для автоматичної подачі стають
більш сприятливими. Якщо периферійна оболонка також знаходиться в стані евтектичною кристалізації, можна очікувати посилення розширення.
За умови, що ливарна форма є жорсткою, використання даної фази розширення призводить до компенсації вторинної усадки і можливості отримати високоефективні литі деталі без усадочних раковин.
Значною мірою до- і заевтектичних склади, відсутність модифікування, занадто велика тривалість заливки форми при занадто високих температурах і занадто великим змісті магнію, сприяють посиленню сприйнятливості чавуну з кулястим графітом до утворення усадочних раковин. Марки спеціальних чавунів також показують високу сприйнятливість до утворення усадочних раковин, чому сприяє додавання в чушковий чавун більшої кількості присадок при складанні шихти. Однак останній фактор можна розглядати в поєднанні з технологією плавки.
Усадкові раковини в алюмінієвих сплавах
В даних сплавах загальний дефіцит обсягу також перш за все залежить від складу сплаву і базових температур (умови охолодження), а його освіту в значній мірі контролюється за допомогою кристалізації. Головну роль відіграють несуча здатність периферійної оболонки і продуктивність подачі, т. Е. Умови для переміщення розплаву в кристалізується тілі виливка.
В цілому подальший розвиток усадки можна описати в залежності від вмісту легуючого елемента. Для чистого матеріалу обсяг зовнішніх усадочних раковин зменшується приблизно до сплаву з найбільшим температурним інтервалом кристалізації, а потім знову підвищується у напрямку до евтектиці. Для утяжин і мікропористості діють зворотні тенденції. Така картина пояснюється змінами в процесі кристалізації. При додаванні міді, магнію і кремнію, сукупний обсяг усадочних раковин зменшується в порівнянні з чистим алюмінієм. При цьому найбільший вплив надає кремній. При збільшенні вмісту міді або кремнію усадка при кристалізації таких сплавів, як Al-Cu і Al-Si, зменшується. Однак утворення усадочних раковин значно активізується при наявності домішок, наприклад, заліза. Зовнішні усадочні раковини і утяжіни в алюмінієвих сплавах можуть бути також викликані піском, який не був належним чином ущільнений, або - при литті в кокіль - занадто високими температурами виливниці. Так як сукупний дефіцит обсягу може коливатися від 2 до 7% в залежності від складу, необхідно завжди вживати заходів для забезпечення спрямованої кристалізації і достатньою подачі для отримання виливки.
При лиття в піщані форми і лиття в кокіль рафінування натрієм або стронцієм призводить до значного збільшення кількості зовнішніх усадочних раковин. Кількість утяжин і внутрішніх усадочних раковин (мікропористість) зменшується. У відлитих деталях це може привести до перетворення процесу кристалізації з екзогенного в ендогенний в певних поперечних перетинах. В цьому випадку ефекти накладаються один на одного, т. Е. Об'ємні частки зовнішніх усадочних раковин і пористості знаходяться в центральних зонах.
В ході рафінування слід враховувати, що евтектика алюмінію-кремнію в залежності від вмісту фтору може адаптуватися або до пластинчастої, або до кулястої структурі. При лиття в кокіль обидва види модифікування мають приблизно однаковий сукупний дефіцит обсягу. У разі лиття в піщані форми кулястий матеріал дещо відстає від пластинчастого.
В обох випадках розподіл дефіциту обсягу змінюється вже при додаванні 0,02% натрію. У разі кулястого і пластинчастого матеріалу кількість зовнішніх усадочних раковин збільшується, а кількість утяжин, навпаки, зменшується. Подальше додавання натрію викликає тільки незначні зміни обсягу зовнішніх усадочних раковин. При лиття в кокіль натрій практично не впливає на пластинчастий матеріал. Сплави з кулястої структурою помітно менше схильні до утворення зовнішніх усадочних раковин. У міру додавання натрію кількість зовнішніх усадочних раковин збільшується, а кількість утяжин, навпаки, зменшується. Більш того, подальше додавання натрію при лиття в піщані форми призводить до розгалуження і збільшення розмірів зовнішніх усадочних раковин при кристалізації.
Джерело: «Guss- und Gefügefehler» (дефекти лиття і структурні дефекти), Stephan Hasse (Штефан Хассе)