22.04.2015

Ранее было рассмотрено взаимодействие металлических расплавов с различными газами и отмечено, что далеко не всегда поглощенные расплавом газы при дальнейшем охлаждении и кристаллизации выделяются из раствора в виде газообразных веществ. Нередко газы остаются в растворе или связываются в соединения, образующие самостоятельные фазовые составляющие в твердом металле.
В данном параграфе будут рассмотрены лишь случаи, когда в еще жидкой или затвердевающей отливке появляются газовые пузыри, образующие в литом металле газовую пористость.
Главная причина появления равномерно распределенных газовых пор примерно одинакового размера состоит в выделении из расплава при его кристаллизации растворенных газов. Это выделение вызывается снижением растворимости газов при кристаллизации металлических расплавов. Появляющиеся газовые пузырьки не имеют возможности всплыть, так как запутываются в каркасе дендритов и вообще, по-видимому, возникают не столько в расплаве, сколько на растущих кристаллах и удерживаются на них поверхностными силами. Замедленное охлаждение отливки способствует выделению газов, если исходный расплав достаточно газонасыщен. В сплавах с большим интервалом кристаллизации газовая пористость появляется в большем количестве, чем в сплавах с узким интервалом кристаллизации, поскольку облегчаются условия выделения газов и затрудняется всплывание газовых пузырьков. Газовые поры при этом не имеют столь правильной формы, как на рис. 26; они по форме больше похожи на усадочные. Вообще усадочные поры всегда в известной мере заполнены выделившимися газами. Поэтому пористость в отливках часто называют газоусадочной.
Главным газом, образующим поры в отливках, является водород. Этот газ образует поры в отливках из магниевых, алюминиевых, медных, никелевых сплавов, в стальных и чугунных отливках. Пористость, вызванная азотом, встречается в отливках из никелевых сплавов, в стальных и чугунных отливках. В отливках из меди и некоторых ее сплавов обнаруживаются поры, образованные сернистым газом. В отливках из углеродистых сталей и никелевых сплавов встречается пористость, образованная оксидом углерода. Обычно в порах обнаруживается не один газ, а несколько, причем более 80—90 % по объему составляет водород.
Условия охлаждения отливки очень сильно сказываются на вероятности образования газовой пористости. При интенсивном охлаждении большая часть растворенных газов может остаться в растворе, и отливка будет плотной без пористости. Медленное охлаждение отливок при затвердевании всегда сопровождается опасностью образования газовой пористости.
Газы, оставшиеся в растворе, могут оказать вредное действие на твердый металл. Особенно опасны газы в слитках, подвергаемых пластической деформации, поскольку являются причиной таких видов брака, как расслоения и трещины в деформированных полуфабрикатах.
Самая действенная мера борьбы с газовой пористостью — наиболее тщательная дегазация исходного расплава. Возможно также подавить выделение газов из раствора при кристаллизации, не допустить образования газовых пор и оставить газы в растворе. Это, конечно, целесообразно делать, если оставшиеся в растворе газы не оказывают вредного действия на свойства отливки. При рассмотрении дегазации расплавов было показано, что уменьшение внешнего давления вызывает выделение газов из раствора. Очевидно, что повышение внешнего давление должно действовать в обратном направлении. Действительно, кристаллизация многих газонасыщенных сплавов под давлением в (4/5)*10в5 Па нацело подавляет выделение газов из раствора. Этот способ, названный кристаллизацией под давлением, применяют для получения плотных отливок большой массы из алюминиевых сплавов в песчаных формах. Внешнее давление при этом оказывает свое благотворное действие, не только подавляя выделение газов, но и улучшая питание отливки, которое обеспечивается затеканием расплава под действием давления в усадочные поры.
В отливках иногда возникает так называемая сотовая пористость. Это происходит при литье сплавов с малым интервалом кристаллизации и при большом содержании газов. Сотовые поры обычно располагаются в зоне столбчатых кристаллов. Они представляют собой длинные каналы диаметром до 5 мм, вытянутые в направлении роста кристаллов. Происхождение сотовой пористости таково. Затвердевание отливок из сплавов без заметного интервала кристаллизации происходит послойно. На растущих столбчатых кристаллах появляются газовые пузырьки. В каждый возникающий пузырек непрерывно поступают новые количества газа из кристаллизирующегося металла. Так как пузырек «сидит» на растущем кристалле, он перемещается вместе с фронтом кристаллизации. Диаметр пузырька не увеличивается, несмотря на приток газа, так как за пузырьком в кристалле остается канал. Этот канал и является сотовой порой. Сотовая пористость появляется в слитках сплавов на основе меди, никеля, серебра. Она образуется водородом. В слитках кипящей стали и фасонных стальных отливках при недостаточном раскислении возникает сотовая пористость, образованная оксидом углерода.
Газовые пузырьки в отливках могут возникать также вследствие механического захвата расплавом воздуха и газов при заполнении литейной формы. Такие пузырьки имеют окисленную внутреннюю поверхность и распределены в отливке беспорядочно. Подобной пористостью поражены, как правило, отливки, полученные под давлением, когда заполнение литейной формы происходит при очень больших линейных скоростях — до 20—50 м/с.