Усадочные процессы при формировании отливок

Страницы работы

Содержание работы

глава 5. Усадочные процессы при формировании отливок

Усадочные процессы определяют явления, связанные с сокращением (уменьшением) объема расплава при его охлаждении, а также при затвердевании; линейных размеров твердого металла при охлаждении. С усадочными процессами связано образование в отливках таких дефектов как усадочные раковины, утяжины, усадочная рыхлота и усадочная пористость. Кроме того, по причине усадки в отливках возникают внутренние напряжения, которые могут привести к короблению, появлению трещин и полному разрушению отливок. Количественной мерой усадки металлов и сплавов служит коэффициент усадки, который выражается в двух видах: коэффициент объемной усадки – av и коэффициент линейной усадки al. Между этими коэффициентами существует зависимость, которая приближенно оценивается: .

При формировании отливок рассматривают три физических коэффициента усадки и один коэффициент усадки технологический. Коэффициент усадки металла в жидком состоянии представляется в объемном выражении:

 1/град, где r1 – плотность расплава при температуре Т1; r2 – плотность расплава при температуре Т2; здесь Т1 < Т2. Коэффициент усадки жидкого металла имеет размерность 1/град и показывает в какой мере происходит относительное сокращение объема металла при охлаждении его на один градус. Коэффициент усадки при затвердевании выражается также в объемных величинах:

, где rт – плотность твердого металла при температуре затвердевания; rж – плотность жидкого металла при температуре затвердевания (разность между ними не превышает 6 %). Коэффициент усадки твердого металла выражается в линейных величинах:

 1/град.

Коэффициент линейной усадки тождественен с величиной коэффициента линейного теплового расширения КЛТР. Его величина является функцией температуры:  и приводится в справочной литературе.

Кроме трех рассмотренных коэффициентов усадки в литейной технологии широко используется коэффициент литейной усадки:

, где lф – размер полости формы; lо – соответствующий размер отливки после выбивки из формы и полного охлаждения.

Следует отметить, что физические величины трех коэффициентов усадки: жидкого металла, при его затвердевании и величина КЛТР представляют собой фиксированные величины, как это представлено в табл. 13.

Таблица 13

Коэффициенты физических величин усадки металлов

Металл

av(ж) ´ 105, 1/град

av(з), %

al ´ 106, 1/град

Al

40

6,6

21

Mg

35

5,1

29

Cu

20

4,4

20

Fe

9

3,0

12

Ti

-

1,0

10

Коэффициент литейной усадки не является фиксированной величиной для металлов и сплавов, и зависит от степени затрудненности усадки при затвердевании и охлаждении конкретной отливки. В табл. 14 приведены коэффициенты литейной усадки для распространенных литейных сплавов.

Таблица 14

Литейная усадка сплавов

Сплав

Серый чугун

Сталь углеродистая

Силумин

Мг2

Латунь ЛЦ16К3

Бронза Бр010Ц2

aлит, %

0,7¸1,0

1,3¸1,7

0,8¸1,2

1,2¸1,6

1,5¸2,0

1,2¸1,4

Первые цифры таблицы соответствуют большой степени затрудненности усадки, а вторые – при отсутствии затруднения усадки (или минимальной степени затруднения).

Технолог при конструировании литейной оснастки: моделей, стержневых ящиков, металлических форм рабочие размеры назначает с учетом конструкции литой детали, прежде всего в отношении степени затрудненности усадки.

5.1. Усадочные раковины в отливках

Основными проявлениями усадки сплавов в жидком состоянии и при затвердевании служит макроскопический дефект – концентрированная усадочная раковина.

На рис. 73  изображена верхняя часть 28-тонного стального слитка, отлитого в песчаную форму с усадочной раковиной в верхней части. Реже концентрированная усадка проявляется в виде дефекта – утяжины преимущественно на плоских поверхностях отливок (рис. 74).

Рис. 73.Усадочная раковина в стальном слитке

Рис. 74. Схематичное представление дефекта «утяжина» на поверхности плоской отливки

Дадим количественную оценку величины и геометрической конфигурации усадочной раковины. Объем усадочной раковины приближенно рассчитывается:

, где Vус.рак – объем усадочной раковины; Vотл – объем отливки; av(ж) – коэффициент объемной усадки жидкого металла; av(з) – коэффициент объемной усадки при затвердевании; Тзал – температура заливки; Ткр – температура кристаллизации металла; al – коэффициент линейной усадки твердого металла; b – коэффициент затрудненности усадки (b = 1¸0,5); То – температура наружной поверхности отливки к концу затвердевания всей отливки (приближенно ).

Похожие материалы

Информация о работе