Методика определения линейной и объемной усадки сплава, объема усадочной раковины, страница 2

Линейную усадку определяют, прежде всего, экспериментальным путем измерения горизонтальных размеров образцов, так как вертикальные размеры изменяются и в жидком и в твердом состоянии сплава.

Полная объемная усадка ε_vпол любого металла или сплава при формировании слитка из расплава, залитого в изложницу (кристаллизатор), складывается из усадки в жидком состоянии ε_vж , усадки при затвердевании ε_vзатв в период понижения температуры от ликвидуса до солидуса и усадки в твердом состоянии ε_vтв:

ε_vпол = ε_vж + ε_vзатв + ε_vтв;              /5/

ε_vзатв -  усадка при затвердевании, когда слиток охлаждается от температуры ликвидуса до температуры солидуса, т.е.:

ε_vтв  - усадка твердого металла, происходящая при охлаждении твердого металла от температуры солидус до полного охлаждения (до комнатной температуры) т.е.:

Если объемная усадка проявляется только в линейном изменении размеров, то можно считать (с определенной степенью точности), что объемная усадка равна линейной утроенной:

С усадкой металлов и сплавов связано образование в слитках таких пороков, как усадочные раковины, усадочная пористость, трещины, корабление, внутренние напряжения.

Усадочные раковины и усадочная пористость - это пустоты в металлических слитках, образующиеся в результате изменения объема металла или сплава в жидком состоянии при затвердевании. Характер усадочных дефектов определяется характером кристаллизации и положением сплавов на диаграммах состояния.

Чистые металлы, сплавы эвтектического состава и сплавы, кристаллизующие в узком интервале температур, затвердевают, как правило, последовательно при полном отсутствии или при малой ширине двухфазной зоны. Поэтому в этом случае в центральной части, затвердевающей в последнюю очередь, образуются концентрированные усадочные раковины. У сплавов, затвердевающих в интервале температур, объемная усадка формируется в виде раковин и пористости. Причем относительная доля последней при прочих равных условиях возрастает с увеличением интервала кристаллизации.

Усадочные раковины нарушают сплошность строения слитков и ослабляют их сечение, поэтому их наличие в слитках является недопустимым дефектом. С целью получения плотных слитков (для получения поковок) из сплавов, дающих усадочные раковины, на верхних частях слитков устанавливают прибыли — резервуары жидкого сплава, из которых непрерывно компенсируется уменьшение объема, происходящее при затвердевании питаемого участка слитка. Размеры и форма прибылей должны быть такими, чтобы они затвердевали в последнюю очередь и в них образовывались усадочные раковины.

Усадочную пористость устранить полностью, как правило, не удается. Однако правильное разработанная технология позволяет существенно снизить пористость в слитках и повысить их качество.

Если рассматривать затвердевание куба единичного размера, то величина относительной усадочной раковины определяется следующим выражением:

W_рак  -  относительный объем усадочной раковины в м³;

αV_ж -  коэффициент объемной усадки жидкого металла при соответствующей температуре, %;

Т_{ж ср}  - средняя температура жидкого металла внутри куба (слитка) в начале затвердевания,

αV_т - коэффициент объемной усадки в твердом состоянии, %;,

Т_з -  температура затвердевания, ⁰С;

εV_з - объемная усадка при затвердевании, %; То

Т₀ -  температура остывшего куба (слитка), ⁰С.

Выведенная формула /10/ дает возможность сделать ряд важных выводов:

1.1 Объем усадочной раковины увеличивается с увеличением объемной усадки при затвердевании εV_з;

1.2 Объем усадочной раковины больше у тех металлов и сплавов, у которых больше коэффициент объемного расширения (сжатия) в жидком состоянии αV_ж;