Усадочная раковина это материаловедение

Усадочная раковина действительно относится к области материаловедения, поскольку она описывает процесс изменения структуры материала при его остывании и последующем охлаждении. Эти изменения влияют на свойства материала, такие как прочность, твердость и пластичность, и имеют значительное значение для разработки новых материалов и технологий их обработки.

Изучение усадочных раковин позволяет ученым и инженерам оптимизировать технологии производства, предотвращать дефекты в изделиях и улучшать качества материалов, что значительно повышает функциональность и долговечность конечной продукции.

Усадочная раковина

Усадочная раковина — это несплошности в металле, проявляющиеся в изломе в виде полостей, имеющих поверхность, характерную для свободной кристаллизации металла. В отличие от газовых раковин, имеющих гладкую поверхность, на поверхности усадочных раковин часто встречаются скопления неметаллических включений, всплывших из объёма жидкого металла.

Дефект наблюдается в литом металле (рис. 20). В отливках располагается преимущественно в местах сечений значительных размеров. Различают открытую усадочную раковину — полость неправильной формы, сообщающуюся с атмосферой, и закрытую усадочную раковину — полость, лежащую внутри отливки.

Поверхность открытой усадочной раковины неровная окисленная, на ней обнаруживаются дендритные кристаллы. Закрытая усадочная раковина имеет светлую неокисленную поверхность с кристаллическим строением. Характерное отличие излома сталей с закрытой усадочной раковиной от кристаллических участков на фоне волокнистого излома состоит в том, что кристалличность строения поверхности усадочной раковины не изменяется при термической обработке любого вида.

Усадочная раковина может быть нитевидной формы и проникать глубоко внутрь отливки. Рис. 20. Усадочные раковины в отливках (сталь): а — сосредоточенные, излом; б — рассредоточенные, излом; в — сосредоточенные, темплет Усадочные раковины подразделяются на:

— головную усадочную раковину (образуется в прибыльной части слитка или отливки);
— осевую усадочную раковину (раковина нитевидной или сеткообразной формы, глубоко распространяющаяся в теле слитка или отливки);
— вторичную усадочную раковину (неокисленная закрытая усадочная раковина), расположенную ниже головной и отделенную от нее обычно слоем плотного металла, называемого «мостом».

Закрытые усадочные раковины выявляются методами НК.

Усадочная раковина возникает вследствие недостаточного количества жидкого металла к концу затвердевания слитка или отливки из-за усадки металла.

На величину объемной усадки и, следовательно, на величину усадочной раковины влияют следующие факторы:

Для предупреждения возникновения усадочной раковины необходимы:

— соблюдение технологии подготовки и выплавки жидкого металла, разработанной в зависимости от его химического состава и назначения;
— соблюдение технологии разливки металла в изложницы или формы с обеспечением заданных требований по качеству металла;
— соблюдение технологии подготовки формы и разливки металла;
— соблюдение температурно-временных параметров заливки изложницы и отливок жидким металлом;
— обеспечение заданного теплового режима работы прибылей;
— использование технологии, позволяющей выводить усадочную раковину в верхнюю часть слитка.

В связи с тем, что усадочная раковина образуется при переходе металла из жидкого состояния в твёрдое, основная задача заключается в выведении ее из тела слитка (отливки), уменьшении ее объема и концентрации в головной части прибыли с целью уменьшения количества металла, удаляемого в обрезы Усадочную раковину удаляют вместе с прибыльной частью слитка (отливки), при этом плоскость реза должна располагаться ниже границы усадочной раковины.

Читайте: Почему кошки предпочитают пить воду из раковины

Вторичная усадочная раковина в тех случаях, когда ее поверхность не загрязнена трудно-растворимыми оксидами и большим количеством неметаллических включений, может завариваться при последующей горячей деформации. При этом должны быть выбраны соответствующие для данного металла температура и режим деформации.

Открытая осевая усадочная раковина не устраняется, так как из-за взаимодействия с атмосферой ее поверхность окислена, загрязнена шлаковыми включениями и при горячей деформации открытая осевая усадочная раковина не заваривается.

Усадочная раковина, распространяющаяся в тело отливки, снижает механические свойства пропорционально площади поверхности разрушения, занятой этим дефектом. При деформировании металла усадочная раковина вызывает образование расслоений. Заварившаяся при горячей деформации не окисленная внутренняя усадочная раковина влияния на механические свойства практически не оказывает.

О производстве литья

Усадочная раковина и меры борьбы с ней

Усадочная раковина, такой раковиной называют пустоты в отливках, образующиеся в результате изменения объема металла в жидком состоянии и при затвердевании.

Усадочная раковина может быть концентрированной, расположенная в виде пустот или рассеянные по всему сечению отливки в виде мелких и мельчайших пор, неразличимых невооруженным глазом (усадочная пористость).

Так как усадочные раковины образуются в отливке в период охлаждения сплава от температуры tж до температуры tс, то главное внимание при борьбе с усадочными раковинами обращается на объемную усадку ɛж и ɛvз, т.е. в период охлаждения металла от температуры перегрева до температуры ликвидуса и от температуры ликвидус до температуры солидус.

Характер усадочных явлений, происходящих в отливке, в большой степени зависит от температурного интервала, в котором происходит затвердевание отливки.

Сплавы с большим температурным интервалом затвердевания дают обычно рассеянную усадочную пористость. Объясняется это тем, что кристаллизация этих сплавов может идти не сплошным фронтом, а во всем объеме металла, в результате чего пропитывание образующихся пор жидким металлом становится затруднительным. Устанавливать прибыли для таких сплавов бесполезно – они не могут питать отливку.

Для получения плотных отливок из таких сплавов необходимо быстро охлаждать отливки, чтобы затвердевание шло сплошным фронтом, по принципу направленного затвердевания, или применять кристаллизацию под внешним давлением в специальных автоклавах.

При применении этого метода в специальную камеру (автоклав) закатывают на тележке форму, закрывают дверку и через люк в литниковые чаши заливают металл, затем люк быстро закрывают, создают давление воздуха 6-7 атм и выдерживают форму в автоклавах до полного затвердевания отливки. Благодаря внешнему давлению жидкий металл проникает в усадочные микропоры, и отливка получается плотной.

При затвердевании чистых металлов и эвтектических сплавов кристаллизация отливок идет сплошным фронтом, поэтому затвердевающие слои все время питаются за счет жидкого металла, и усадочная раковина и и рыхлоты будут концентрироваться в наиболее массивных частях отливки. Избежать концентрированных раковин в отливках можно путем установки прибылей – резервуаров жидкого металла, из которых непрерывно компенсируется усадка затвердевающей отливки. Прибыли должны устанавливаться таких размеров и в таких местах отливки, чтобы они затвердевали в последнюю очередь.

Читайте: Как своими руками сделать дверцу под раковину

В целях экономии жидкого металла вместо прямых открытых прибылей(рис 1 б), или со сверхатмосферным газовым давлением (рис 1 в), прибыли с регулируемым воздушным давлением ( рис 1 г).

Для облегчения удаления прибылей разработаны конструкции легкоудаляемых прибылей (рис 1 д), которые отделены от отливки диафрагмой 2 – пластинкой из огнеупорного материала. Такие прибыли легко отбиваются от отливки.

Формы прибыли должна быть такой, чтобы металл возможно дольше оставался в ней жидким. Так, например, если взять разные фигуры равного объема (1845см 3 ) и определить время их полного затвердевания, то получим следующие результаты: шар затвердевает в течение 7,2 мин, цилиндр 4,7 мин., параллепипед 36, мин., плитка с толщиной стенки 57 мм – 2,7 мин. , и плита с толщиной стенки 35,5 мм -1,5 мин. Таким образом, наивыгоднейшая форма прибыли – шар. Поэтому на практике широко применяются прибыли сферической формы.

Кроме установки прибылей, можно избежать концентрирования раковин путем регулирования скорости охлаждения отдельных узлов отливки. Для этой цели применяют металлические холодильники, формовочные смеси разной теплопроводности и теплоизоляционные краски.

В отдельных случаях для устранения усадочных раковин сочетают комбинированное применение прибылей 1, диафрагмы 2 и холодильников 3 (рис 1 г).

Перегрев металла выше линии ликвидуса увеличивает объемную усадку жидкого металла. Поэтому сплавы, склонные к образованию усадочных раковин, необходимо заливать при более низких температурах.

Скорость заливки форм также оказывает влияние на величину объемной усадки жидкого металла.

При медленной заливке создаются более благоприятные условия для питания отливки, так как сплав начинает кристаллизоваться в то время, когда еще продолжается заливка формы.

Необходимо также учитывать величину коэффициента усадки жидкого металла αvж; чем больше эта величина, тем больше будет уменьшаться объем жидкого металла.

Коэффициент объемной усадки жидкой углеродистой стали принимают равным от 0,4 · 10 -2 до 1,6 ·10 -20/0 на 1ᴼ. В среднем для жидкой углеродистой стали его принимают равным 1,0 ·10 -20/0 на 1ᴼ. При этом каждый градус повышает коэффициент αvж на 20%.

Влияние различных элементов на удельный объем стали при 1600ᴼ и при 20ᴼ показано на рис. 2.

Углерод и кремний сильно повышают удельный объем жидкой стали; марганец, хром, никель мало влияют на удельный объем стали.

Влияние углерода на величину объемной усадки в период затвердевания и на полную объемную усадку приведено в табл. 1.

Влияние химического состава чугуна на объем усадочных раковин в отливках при различной температуре заливки показано на рис. 3.

Для цветных алюминиевых сплавов построен ряд технологических диаграмм, которые дают представление о величине и характере усадочных раковин и усадочной пористости. На рис 4 показано, что чистые компоненты А и Б и эвтектические сплавы дают концентрированную усадочную раковину. Промежуточные сплавы с большим температурным интервалом затвердевания дают рассеянную пористость.

Читайте: Как правильно установить раковину на столешницу

Чисто эвтектические сплавы применяются редко, так как такие сплавы во многих случаях обладают хрупкостью и не удовлетворяют предъявленным к ним требованиям по механическим свойствам.

При графитизации чугуна происходит увеличение объема, которое способствует уменьшению объема усадочных раковин в отливках.

Дефекты литья. Усадочные раковины

Усадочные раковины – дефект однородности пластмассовой детали, изготовленной литьем под давлением на термопластавтомате. Проявляется в виде внутренних пустот (пузырей) круглой или близкой к овальной форме. Если деталь выполнена из прозрачного материала, дефект легко обнаруживается визуальным осмотром. Чтобы определить наличие раковин в непрозрачной отливке, необходимо воспользоваться соответствующими техническими средствами обнаружения внутренних пустот. Например, приборами ультразвуковой дефектоскопии.

Как правило, дефект возникает в тех областях отливки, где наиболее толстая стенка.

Наличие дефекта, а особенно множественные раковины, несомненно влияют на структурную целостность готовой пластмассовой детали, снижают ее надежность и ограничивают функциональные возможности. А при использовании прозрачных полимеров к тому же ухудшают визуальное восприятие.

Альтернативное название: вакуоли, усадочные или вакуумные полости, вакуоли в основании литника

Международное название: void, void in gate

Характерные признаки и физические причины

Характерными местами образования вакуумных пустот в пластмассовой отливке, помимо областей с толстой стенкой, в первую очередь считаются основания преформ (РЕТ).

Причиной образования пустот внутри отлитой формы является не воздух или газ, скопившийся в литьевой форме, а только структурные изменения полимерного материала под температурным воздействием – усадка материала при охлаждении.

Процесс появления пустот выглядит следующим образом. Охлаждение расплава полимера во всем объеме литьевой формы происходит неравномерно. Наиболее активно охлаждается, а следовательно, затвердевает материал, распложенный ближе к поверхности толстостенной отливки. Возникает ситуация, когда материал во внутреннем объеме продолжает находиться в расплавленном состоянии, а поверхностные слои твердеют и набирают достаточную прочность, чтобы противостоять усадочным явлениям. По мере остывания внутренних объемов отливки структура полимера изменяется и в этих местах возникают вакуумные пустоты.

В изделиях с тонкой стенкой описанные процессы становятся причиной другого дефекта – утяжины. В них затвердевший поверхностный слой не успевает набрать прочность, достаточную, чтобы противостоять усадочным явлениям и, в результате, прогибается.