Затвердевание и охлаждение отливок. Условия кристаллизации сплавов при затвердевании отливок. Формирование поверхности отливок, страница 9

Модификаторами II рода являются высокодисперсные тугоплавкие оксидные, карбидные, нитридные частицы. Однако их трудно ввести и равномерно распределить в расплаве, поэтому в литейном производстве нашли применение такие добавки, которые образуют в сплавах тугоплавкие частицы, выполняющие роль  модификаторов II рода.

Известно влияние добавок Ti на величину зерна алюминиевых сплавов, добавок Fе и С на величину зерна магниевых сплавов, добавок В и Zr на величину зерна никелевых сплавов.

§ 4. УСАДКА СПЛАВОВ, ФОРМИРОВАНИЕ УСАДОЧНЫХ РАКОВИН И ПОР В ОТЛИВКАХ

Охлаждение жидкого сплава, его кристаллизация и последующее охлаждение в твердом состоянии сопровождаются уменьшением объема или его усадкой, количественной мерой которой являются коэффициенты термического сжатия. С усадкой связано возникновение в отливках пустот в виде раковин и пор, внутренних напряжений и трещин, зазора между отливкой и поверхностью формы. На конечные размеры отливки влияет изменение объема твердого металла в результате различных фазовых превращений.

Общее относительное уменьшение объема жидких сплавов в интервале от t_зал до t_л определяет усадку в жидком состоянии, которая зависит от значения коэффициента термического сжатия β_ж и температурного интервала,

ε_ж = , где  — изменение объема сплава при охлаждении от t_залдо t_л; V₀ — начальный объем сплава при t_зал-

Коэффициент β_кр объемного термического сжатия при кристаллизации чистых металлов или эвтектических сплавов характеризует относительное уменьшение их объема при постоянной температуре, поэтому

ε_к, = β_кр = ,

где   — объем сплава при t_плсоответственно в жидком и твердом состояниях.

Коэффициенты усадки сплавов, затвердевающих в интервале температур, определяют аналогично ε_ж :

ε_кр = β_кр (t_л – t_с).

Значения температурных коэффициентов объемного сжатия в жидком состоянии и при кристаллизации ряда металлов — основ важнейших литейных сплавов представлены в табл. 4.

Таблица 4

Коэффициенты объемного сжатия металлов

Снижение температуры сплава от t_зал до t_лсопровождается понижением уровня расплава за счет уменьшения его объема. Наибольшее значение при формировании отливок имеет изменение объема сплава при кристаллизации, β_кр достигает у ряда сплавов ~10 %.

Большинство литейных сплавов характеризуется большим удельным объемом в жидком состоянии, чем в твердом. Если бы во время формирования отливки в литейной форме уменьшение объема происходило во всех ее частях одновременно, то следствием усадки было бы только уменьшение размеров. В реальных условиях затвердевание различных частей отливки происходит неравномерно. Когда наружные слои затвердеют и изменят объем и размеры, во внутренних зонах еще находится жидкий сплав, который должен претерпеть значительно большую усадку по сравнению с затвердевшими слоями. После окончания охлаждения окажется, что объем внутренней части отливки, уменьшился больше, чем объем, ограниченный внешними контурами всей отливки. Внутри отливки окажутся усадочные полости, не заполненные металлом. В ходе затвердевания отливки объемная усадка проявляется в виде крупных пустот — усадочных раковин и многочисленных мелких пор — усадочной  пористости.

Рассмотрим механизм образования сосредоточенной усадочной раковины в простой цилиндрической отливке при ее охлаждений с трех и четырех сторон (рис. 10).