» » Условия образования пористости
23.04.2015

Наружные и внутренние поверхности деталей, отлитых под давлением, не имеют литейных пороков, в то время как в сердцевине отливок при известных условиях возможно образование усадочных и воздушных раковин, а также пор.
Исследования показали, что пористость в литье под давлением имеет специфический характер, отличный от пористости, наблюдаемой в обычном литье.
Происхождение пористости объясняется особенностями процесса литья, главным образом применением большой скорости впуска металла и образующимися при этом его завихрениями.
Пористость во всяком литье может образоваться в виде раковин и рыхлот усадочного происхождения или вследствие газовых и воздушных включений.
Усадочные раковины. В литье под давлением питание отливки производится через питатели, сечение которых всегда меньше сечения отливки, поэтому подача через эти питатели добавочных порций металла для компенсации усадки затруднена.
Установка прибылей в плоскости разъема формы над местами скоплений металла возможна, но применяется крайне редко из-за конструктивных затруднений. Кроме того, значение прибыли, как резервуара, из которого питаются нижележащие слои отливки, в сильной степени уменьшается, так как прибыль, расположенная внутри металлической формы, сама быстро охлаждается.
Таким образом, отливки под давлением в большинстве случаев затвердевают в замкнутых объемах, не получая пополнения жидким металлом во время усадки.
Металл, соприкасаясь со стенками металлической теплопроводной формы, очень быстро охлаждается и застывает по ее стенкам, образуя плотную мелкозернистую корку. Если деталь тонкостенная и равностенная, то структура отливки по всем сечениям будет отличаться мелкозернистостью и плотностью.
У деталей с местными скоплениями металла также происходит образование наружной мелкозернистой корки, но в сердцевине толстого сечения, в котором металл, окруженный застывшей коркой, находится еще в полужидком состоянии, впоследствии может образоваться особый вид усадочной рыхлости. Чем массивнее отдельные сечения, тем значительнее может быть рыхлость, переходящая в отдельных случаях в усадочную раковину.
Подобный вид брака встречается очень редко в литье под давлением и всегда является следствием неправильного конструирования отливок.
Затруднения в борьбе с усадочными раковинами вынуждают применять в литье под давлением сплавы с малым интервалом кристаллизации.
Заливка металла при более низких температурах во всех видах литья, в том числе и в литье под давлением, способствует уменьшению усадки.
Преимущество литья под давлением заключается в возможности производить заливку при температурах, меньших, чем те, которые применяются при обычном литье. Этим часто пользуются для борьбы с усадочными раковинами.
Практически в равностенных деталях с толщиной стенок не более 6—7 мм строение и плотность сердцевины не уступают плотности литья в обычные металлические формы и часто даже превосходят ее.
Учитывая трудность борьбы с усадочными раковинами в литье под давлением, необходимо при конструировании деталей избегать местных скоплений металла и резких переходов от тонких сечений к толстым.
Так как усадочные раковины образуются преимущественно в толстостенных отливках, то следует стремиться к максимально возможному уменьшению толщины стенок отливок.
Заливка при низкой температуре, механическое уплотнение при работе на гидравлических прессующих машинах и, наконец, применение процесса преимущественно для тонкостенных деталей — все это создает благоприятные условия для уменьшения усадочных раковин в отливках.
Опыт литья под давлением показывает, что расположенные в утолщенных участках отливки усадочные раковины и рыхлость никогда не служат причиной разрушения отливок, так как усадочная раковина всегда залегает в сердцевине участка и окружена равномерным слоем металла. Некоторое уменьшение живого сечения отливки, полученное в результате образования усадочной раковины, кроме того, компенсируется высокой прочностью металла, литого под давлением.
Сравнительные испытания крышек сальника, изготовленных горячей штамповкой и литьем под давлением при предельной нагрузке до разрушения, показали следующее:
Условия образования пористости

Газовые раковины. При литье под давлением очень большая скорость впуска металла и быстрое его охлаждение способствуют тому, что газы, растворенные в металле, не успевают выделиться и остаются в нем после затвердевания.
Другим значительным фактором, способствующим сохранению газов в растворе, является давление, действующее на металл в период заполнения формы и не прекращающееся до окончания его затвердевания.
I Ряд исследований показал, что при давлении 2—3 кг/см2 газовая пористость в отливках отсутствует, а поскольку процесс литья под давлением осуществляется при давлениях порядка 300 кг/см2 и выше, то, несомненно, все растворенные газы остаются в металле.
Газы, оставшиеся в металле, обычно несколько уменьшают его пластичность, в частности, относительное удлинение. Из рассмотрения данных о механических свойствах сплавов, отлитых под давлением, видно, что, такие сплавы характеризуются (по сравнению со сплавами, отлитыми в песчаные формы) более высокими значениями предела прочности при некотором уменьшении значений удлинения.; это вполне соответствует характеру затвердевания металла при наличии в нем газов.
Газовые раковины, главным образом наружные, могут образоваться в отливке от газообразных продуктов сгорания смазки формы и деталей камеры прессования.
Воздушные включения. Исследования автора о характере и происхождении пористости в литье под давлением, проведенные на большом количестве опытных отливок, изготовленных при различных условиях вентиляции, с полной очевидностью показали, что пористость и раковины образуются от неполного удаления воздуха, находящегося в полости формы до начала заливки.
Ряд последующих работ подтвердил подобное происхождение раковин в литье под давлением.
Из числа этих работ наиболее убедительными являются опыты с предварительным заполнением полости формы различными газами и затем заливкой в форму металла обычным способом.
Опытами было установлено, что отливки обладают в зависимости от состава газа, который остается в них в виде включений совершенно различными физическими свойствами: некоторые газы улучшают свойства сплавов (например, двуокись серы и двуокись углерода в магниевых сплавах), другие значительно их ухудшают.
Опыты подтвердили, что пористость, свойственная литью под давлением, образуется исключительно из-за захвата металлом воздуха, находящегося в полости формы перед началом заливки.
Тот факт, что другие газы влияют на физические свойства сплавов, указывает на то, что воздух обусловливает те специфические свойства, которыми отличаются отливки под давлением, а именно: при общей плотности и высокой прочности сплава воздушные включения уменьшают живое сечение отливки, что вызывает некоторое уменьшение относительного удлинения.
Воздух в металле может находиться как в виде отдельных воздушных пузырей, так и в виде мельчайших частиц. Несомненно, что чем больше давление, тем лучше происходит механическое смешивание мельчайших частиц воздуха с металлом.
Влияние воздушных включений сказывается прежде всего на механических свойствах сплавов, так как, пронизывая отливку, частицы воздуха уменьшают плотность заполняющего ее металла. Однако даже при наличии воздушных включений прочность и твердость сплавов, литых под давлением, значительно выше, чем у сплавов, литых обычным способом.
Воздушные включения могут быть вскрыты при механической обработке при снятии наружной корочки; при сверлении отверстий наличие больших воздушных раковин вызывает отклонения сверла. Воздух, оставшийся в отливках, мешает тепловой термической их обработке в условиях высокотемпературного нагрева: сжатый под давлением при заполнении формы металлом, он при нагревании расширяется, что приводит к образованию пузырей и «отдулин» на поверхности отливок, особенно у тонкостенных. Это объясняется тем, что при высоких температурах сплав делается очень непрочным и не. может сопротивляться расширению воздушных включений.
При современном развитии техники литья под давлением основной недостаток — воздушная пористость успешно может быть устранена или доведена до состояния микропористости, которая не обнаруживается простым глазом при механической обработке, а также, при рентгеновском исследовании.
Для получения беспористого литья применяются рациональные литниковые системы и вентиляции, а также высокие давления при отливке.
Высокие давления способствуют спрессованию воздуха, причем при рентгеновском исследовании сплющенные при большом давлении воздушные раковины не обнаруживаются; они могут быть обнаружены только при тепловой обработке, произведенной при температуре, приближающейся к температуре затвердевания сплава.
Для проверки влияния рассмотренных недостатков литья под давлением на служебные свойства деталей было проведено исследование и широкое испытание в эксплуатационных условиях массовых деталей ответственного назначения. Детали до последнего времени изготовлялись механической обработкой из дуралюминовых прутков.
Сравнение с литьем под давлением из алюминиево-магниевого сплава показало, что литые детали превосходят дуралюминовые по механическим свойствам и стойкостью против коррозии.