» » Образование усадочных раковин
23.01.2015

Уменьшение объема (усадка) при затвердевании ведет как в ближней области (габариты структуры), так и в дальней области (габариты отливки) к ряду неоднородностей. В основном это:
- макрораковины, крупные усадочные раковины и газовые пузыри;
- микрораковины и поры.
Макрораковины

Макрораковины — это пустоты, которые широко образуются вследствие последующего затвердевания расплава, возникая из-за уменьшения объема между кристаллами, затвердевающими с периферийных областей. В зависимости от геометрии детали при этом возникают снаружи открытые или закрытые пустоты. При отливке слитков, таким образом, благодаря усадке остаточного, расплава создается головная прибыльная усадочная раковина. Она проходит воронкообразно внутрь слитка и часто завершается целиком или частично наверху.
На образование головной усадочной раковины, которую нужно обрезать перед дальнейшей обработкой слитка, можно воздействовать с помощью соответствующих мер с учетом уменьшения потерь материала. Для этого подходящими являются надставки (колпаки, своды) в печи в разогретом состоянии для уменьшения отвода тепла в головной части. Этим достигается то, что расплав может равномерно стекать в пустоты, возникающие вследствие усадки, и происходит, таким образом, более ровное образование головной раковины.
Другие возможности для воздействия на форму и размеры образующихся раковин заключаются в изменении скорости литья, в направлении охлаждения и, наконец, в затвердевании при использовании дополнительного большого давления. При неблагоприятном соотношении поперечного сечения с высотой слитка раковина может простираться, как, например, нитевидная раковина, глубоко внутрь по направлению к основанию. При слишком большой конусности слитка возникает, наконец, также донная раковина.
Образование усадочных раковин

Раковины, которые проникают далеко в глубь слитка или возникают внутри слитка, могут при дальнейшей обработке путем горячей прокатки в лист или при ковке вести пористую заготовку к расслоению, если пустоты из-за окисления внутренней поверхности или из-за других примесей не завариваются или завариваются не полностью при обработке. Расслоение в листовом металле представляет расщепление поперечного сечения плоскостью, параллельной направлению прокатки (рис. 11.4.2), подобно отслаиванию листов, поскольку оно может возникнуть у материалов с послойной структурой.
Поры и микрораковины

Растворимость газа в расплавах металла значительно уменьшается со снижением температуры. Она, кроме того, зависит от парциального давления соответствующего газа в расплаве. Зависимость количества газа сi, растворенного в расплаве, ох хемперахуры T и парциального давления pi выражается квадратичным законом Зиверта:
Образование усадочных раковин

Благодаря уменьшению константы К со снижением температуры наступает перенасыщение содержания газа. Особенно сильный спад обнаруживает растворимость газа в интервале затвердевания сплавов, соответственно в точке затвердевания чистых металлов или эвтектики (рис. 11.4.3). Преимущественно в расплаве растворены содержащиеся в воздухе газы H2, N2 и O2. Кроме того, в расплавах могут быть растворены еще примеси, которые являются газообразными при температуре плавления соответственно законам Зиверта. В металлургии в частности O2 и H2 создают технологические проблемы. Обе составляющие могут оказать вредное воздействие на качество и применимость изделия.
Образование усадочных раковин

He все газовые пузыри, образующиеся при затвердевании вследствие освобождающихся газов, выходят на поверхность расплава, частично они остаются между транскристаллитами или дендритами и ведут хам к пористости отливки. Чистые металлы в отлитом состоянии вообще сильнее подвержены образованию пузырей, чем сплавы. Эхо можно объяснить тем, что сплавы затвердевают не как чистый металл в точке затвердевания, а в интервале затвердевания (в пределах температур затвердевания). Кроме того, расплавы сплавов обладают также меньшей вязкостью, чем расплавы чистых металлов, так что газовые пузыри в сплавах благодаря выходу на поверхность слитка легче могут покинуть объем.
Соответственно графику функции (11.4.1) растворенное количество газа в расплаве может уменьшаться вследствие снижения парциальных давлений газа, т.е. благодаря дегазации плавки под вакуумом, или, как говорят, в вакууме. Этот способ применим для всех металлов и дает преимущество, например, по сравнению с раскислением с помощью соединений элементов с кислородом и состоит в. том, что в расплав не попадают никакие дополнительные примеси.
Для так называемого вакуумного литья применяются различные способы. Важнейшими являются ковшовая дегазация, дегазация струйного литья (gieβstrahlentgasung), частичная многократная дегазация (Teilmengentgasung).
При ковшовой дегазации после разливки ковш с расплавом помещается под вакуумом, причем плавка дополнительно может продуваться еще инертным газом, например аргоном. При дегазации струйного литья струя литья входит в вакуум и распыляется на мелкие капельки, при этом происходит дегазация.
При частичной дегазации вакууму подвергается соответственно однократно или многократно только часть плавки. Так, при вакуумно-сифонном способе благодаря разнице внешнего давления и давления в резервуаре дегазации при подъеме и опускании последнего часть расплава входит в резервуар и дегазуется там. При циркуляционной дегазации плавка с помощью подаваемого для дегазации инертного газа направляется в вакуумный резервуар по патрубкам (рис. 11.4.4).
Образование усадочных раковин

Образование пузырьков уменьшается благодаря низкой температуре также при продувании инертными газами под атмосферным давлением и путем медленного затвердевания.
Другая форма образования пустот в межкристаллических или междендритных пространствах во время затвердевания состоит в образовании микрораковин. Они возникают тогда, когда соединенные друг с другом дендриты препятствуют достаточному заполнению оставшихся междендритных пространств. Пузырьки, поры и микрораковины ведут к особой форме ликваций, а именно к обратной макроликвации. При этом остаток расплава с примесями остается не внутри слитка, а передается наружу, на поверхность.
Это возможно из-за усадки вначале затвердевших внешних слоев слитка, благодаря чему затем через поры и трещины загрязненный остаток расплава выдавливается наружу. Это явление может усилиться благодаря усадке между кокилем и отливкой, из-за чего возникает воздушная прослойка, препятствующая отводу тепла. Обратная ликвация в слитке проявляется иногда в появлении так называемых конденсатных зерен на поверхности. Этот вид ликвации особенно нежелателен, так как он при деформации легче ведет к образованию трещин на поверхности, чем обычные ликвации. Вредной, наконец, следует назвать еще ликвацию газовых пузырьков, которая происходит из-за того, что возникшие внутри слитка газовые пузырьки при охлаждении образуют вакуум. Поэтому на стенки газовых пузырьков или в газовые пузырьки из окружающей среды всасываются легкоплавкие составляющие. Благодаря этим ликвациям газовых пузырьков возникают локальные скопления неоднородностей, которые могут привести к нарушениям при обработке и нагружении материала.