Затвердевание и охлаждение отливок. Условия кристаллизации сплавов при затвердевании отливок. Формирование поверхности отливок, страница 18

Разрушение металла (образование трещин) под воздействием внутренних напряжений происходит в различные периоды формирования отливки, что определяет название трещин:

кристаллизационные (когда еще имеется жидкая фаза);

горячие (при высоких температурах);

холодные (при низких температурах).

Снизить внутренние термические напряжения в отливках можно конструкторскими и технологическими мероприятиями. Например, опасность образования напряжений можно уменьшить, если устранить разнотолщинность, предусмотреть в массивных частях детали внутренние отверстия, а на выступающих частях ребра жесткости. Технологический процесс должен обеспечить оптимальную скорость охлаждения отливок. Это достигается подбором материала формы и температуры заливаемого сплава, выбором места подвода расплава к полости формы, расположения прибылей и холодильников. В связи с этим важное значение приобретает определение скорости охлаждения отливок в форме в различные периоды.

На основе анализа температурного поля в форме, определяемого количеством теплоты, аккумулированным ею при охлаждении отливки, Г. Ф. Баландин предложил уравнение для расчета времени охлаждения τ_охл отливки в форме до любой температуры:

τ_охл = 2

D = ,

где п — показатель степенной функции, аппроксимирующей распределение температуры по толщине формы в период охлаждения затвердевшей отливки (п = 1,5 ÷ 3); t_в — температура сплава при выбивке   отливки.

Внутренние напряжения могут быть устранены или практически сняты термической обработкой отливок, обычно отжигом. Во время выдержки при повышенных температурах в металле активно развивается процесс релаксации за счет пластической деформации. Режим термической обработки определяется в зависимости от состава сплава^: и склонности его к трещинообразованию, массы и конфигурации отливки, способа ее изготовления.

§ 8. ФОРМИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВОК

Слои металла, непосредственно прилегающие к поверхности отливки, отличаются наибольшей плотностью и лучшими механическими свойствами. Как было показано, кристаллизация сплава в таких слоях протекает при свободном доступе к ним компенсирующего усадку расплава и при большем, чем во внутренних частях отливки, переохлаждении, обеспечивающем мелкозернистое строение сплава. Механическая обработка, при которой глубокий слой качественного металла переводится в стружку, является нежелательной.

Вместе с тем при изготовлении отливок в песчаных формах поверхности отливок (в основном из стали и чугуна) после извлечения их из формы не всегда оказываются чистыми.

В результате взаимодействия металла с формой на поверхности отливки могут образовываться единичные включения формовочного материала и неметаллическая корка, прочно связанная с отливкой. Эти дефекты существенно затрудняют механическую обработку отливок.

Внедрение в отливку отдельных частиц формовочного материала (неметаллических включений экзогенного характера) является следствием одновременного действия двух неблагоприятных факторов: низкой прочности поверхности формы и сил, способных оторвать от формы слабо связанные с ней частицы. Силы, вызывающие отрыв частиц от формы или стержня, возникают при движении в форме потока металла. Струя металла, направленная на стенку формы, может ее разрушить. В этом случае отдельные зерна песка захватываются расплавом.

Основным поверхностным дефектом отливок является пригар. Под пригаром понимают слой спекшегося или пропитанного формовочного материала, прочно связанного с поверхностью отливки. Если в слой формовочной смеси проникает залитый в форму сплав, то образующуюся кромку называют механическим пригаром. Если слой смеси пропитывается жидкостью, образовавшейся в результате химического взаимодействия отливки и формы, то корку называют химическим пригаром. Корку из спекшегося формовочного материала называют термическим пригаром.

Механический пригар образуется вследствие пропитывания расплавом поверхностного слоя формы и обволакивания зерен формовочного материала. При охлаждении отливки металл затвердевает, образуя корку, в которой, как в сотах, находятся отдельные зерна или скопления зерен формовочного материала.