Кристаллизационные процессы формирования отливок, страница 11

Отсюда выявляется условие предупреждения газовых дефектов в отливках по вине металла – концентрация растворенного газа при плавке не должна превышать предельной растворимости газа в расплаве при температуре кристаллизации (для меди эта величина составляет 4 см³/100 г). Для достижения такой величины газосодержания применяют форсированные приемы плавки, рафинирование и дегазацию литейных сплавов.

4.5. Неметаллические включения в отливках

Неметаллические включения в отливках – это инородные частицы в виде химических соединений, нарушающие сплошность металлической основы. Однако это не шлаковые и не песчаные сорные раковины. Размеры неметаллических включений не превышают десятков микрометров. По своему происхождению неметаллические включения различают на экзогенные и эндогенные. Экзогенные неметаллические включения попадают в отливку в результате процессов плавки, заливки; эндогенные неметаллические включения образуются при кристаллизации сплава в процессе формирования отливки и при дальнейшем охлаждении. По геометрической форме неметаллические включения классифицируют (рис. 70) на глобулярные, полиэдрические, дендритные и пленочные.

Рис. 70.

Геометрическая форма неметаллических включений:

a – глобулярные;  б – полиэдрические;

в– дендритные;  г – пленочные.

Неметаллические включения выявляются при растворении сплавов в растворах кислот или щелочей, а также металлографическим методом – под микроскопом после травления шлифов. По химическому составу неметаллические включения подразделяют: на оксиды (Al₂O₃, MgO, SiO₂, MnO, TiO₂, FeO, CuO); сульфиды (FeS, MnS, CuS, MgS); нитриды (TiN); фосфиды (FeP, Fe₂P).

Относительное количество неметаллических включений в отливках невелико; так оксидов в сталях по массе кислорода в составе включений не превышает 0,03 %, сульфидов по массе серы не более 0,05 %, а фосфидов по массе фосфора также 0,05 %.

Однако, несмотря на столь малое относительное количество неметаллических включений, они часто оказывают весьма отрицательное влияние на эксплуатационные свойства сплавов и работоспособность литых деталей. Особенно вредное влияние оказывают пленочные включения, располагающиеся по границам зерен. И наименее вредное влияние оказывают глобулярные неметаллические включения. Известное вредное влияние серы на свойства сталей и других сплавов – придание свойства горячеломкости или красноломкости связывают с различной растворимостью серы в жидком и твердом состояниях. В твердом железе, а также в никеле, меди сера очень мало растворима – не превышает тысячных долей %, тогда как в расплавах сера растворяется в значительных количествах. Величина коэффициента распределения серы в железе, меди составляет около . В связи с этим при росте кристаллита сера выталкивается в остаточный ликват и в конце кристаллизации сосредотачивается в зоне границ кристаллитов в пленочной форме. На границе зерен железа сера оказывается в виде эвтектики Fe – FeS, температура плавления которой не превышает 1100°С. Поэтому при нагреве стальных заготовок до температуры выше 1000°С происходит разупрочнение границ зерен и при последующей пластической деформации (ковке, штамповке, прокатке) происходит разрушение заготовок – красноломкость или горячеломкость металла. В жаропрочных сплавах содержание серы поэтому ограничивается в особенно  низких  пределах – не  более  0,02 %. В  то же  время в автоматных сталях предусматривается повышенное содержание серы – до 0,1 ¸ 0,2 %. Это связано с тем, что на металлорежущих станках-автоматах стружка должна быть ломкая, а не витая. А ломкость стружки достигается при высоком содержании серы – при высоких скоростях обработки температура стружки возрастает до высоких значений и при большом процентном содержании серы межзеренные границы разупрочняются в значительной степени, что и приволит к получению ломкой мелкой стружки.