Определение усадочной раковины в металлическом слитке: что это такое

Усадочная раковина в металлическом слитке – это дефект, возникающий при охлаждении и затвердевании металла. Она проявляется в виде трещин или пустот на поверхности слитка, что связано с неравномерным распределением температуры и сокращением объема при переходе из жидкого состояния в твердое.

Появление усадочной раковины может ухудшить механические свойства металла и снизить его качество, что делает контроль за процессом литья и последующей термической обработки крайне важными для получения высококачественных слитков.

Что такое усадочная раковина в металлическом слитке

Текст работы размещён без изображений и формул. Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

Каждое предприятие литейного производства время от времени пересекаются с вопросами газовых образований (появления газовых раковин).

Работа по предотвращению брака отливок заключается в выявлении брака, анализе характера обнаруженных дефектов, определении причин их возникновения, назначении и выполнении процедур по предупреждению дефектов.

Литературный обзор.

Определение дефекта металла

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией (ГОСТ-17102).

В прикладном, техническом понимании следует считать такие отклонения от нормального, предусмотренного стандартами качества, которые ухудшают рабочие характеристики металла или изделия и приводят к снижению сортности или отбраковке изделий. Однако не всякий изъян металла является дефектом изделия. Отклонения от нормального качества металла, которые не существенны для работы данного изделия, не должны считаться для него дефектами. Отклонения от нормального качества, являющиеся дефектами для изделий, работающих в одних условиях (например, при усталостном нагружении), могут не иметь значения при других условиях работы (например, при статическом нагружении).

Виды дефектов.

Дефекты подразделяют на явные, скрытые, критические, значительные и малозначительные, исправимые и неисправимые. Явные поверхностные дефекты выявляют глазом, а внутренние скрытые и поверхностные, неразличимые глазом, – специальными средствами. Критическим называют дефект, при наличии которого использование продукции по назначению невозможно или исключается из-за несоответствия безопасности или надежности. Значительный – дефект, который существенно влияет на использование продукции по назначению и (или) на ее долговечность, но не является критическим. Малозначительный – дефект, который не оказывает влияния на использование продукции по назначению и (или) на ее долговечность.

По происхождению дефекты изделий подразделяют: на производственно-технические, металлургические, возникающие при отливке и прокатке; технологические, возникающие при изготовлении и ремонте деталей (сварке, наплавке, механической и термической обработках, калибровке и др.); эксплуатационные, возникающие после некоторой наработки изделия в результате усталости металла деталей, коррозии, охрупчивания под действием радиации, изнашивания и т.д., а также неправильного технологического обслуживания в эксплуатации

Усадочные раковины – открытые или закрытые сравнительно большие полости произвольной формы с грубой шероховатой, иногда окисленной, поверхностью, находящиеся в теле отливки. Образуются вследствие неравномерной усадки металла при затвердевании в верхней части слитка или в утолщенных частях отливки, где металл затвердевает в последнюю очередь. Усадочные раковины находятся между сердцевиной и коркой отливки.

Рыхлота – местное скопление мелких усадочных раковин при крупнозернистой структуре металла. Часто встречается рыхлота, расположенная над усадочной раковиной.

Пористость – местное скопление мелких газовых или усадочных раковин. Газовая пористость обычно наблюдается в большом объеме отливки или отдельных ее участках.

Ликвационные зоны – неравномерность химического состава металла в теле отливки. Газовая ликвация – характерный дефект слитка кипящей стали, представляющий собой участки структурной и химической неоднородности в виде стреловидной ликвации – каналов в зоне наружной корочки и сегрегационных пятен у внутренних концов сотовых пузырей. Участки газовой ликвации в пузырях загрязнены неметаллическими включениями (сульфидами и оксисульфидами).

Газовые пузыри или раковины в литом металле представляют собой полости (округлые, овальные или продолговатые) с чистой и гладкой, иногда окисленной поверхностью. По расположению в слитках пузыри могут быть внутренние и подкорковые.

Внутренние пузыри расположены произвольно по объему слитков, в спокойной стали преимущественно в верхней части слитков, а в кипящей в средней по высоте и сечению зоне. Подкорковые пузыри расположены у поверхности слитков и представляют собой тонкие извилистые каналы, часто выходящие на поверхность. Горячая деформация приводит к завариванию пузырей в том случае, если стенки их не содержат стойких оксидов или силикатов, а содержат только оксиды железа и марганца. На поперечных макрошлифах спокойной стали незаварившиеся пузыри имеют вид тонких полосок. Песчаная раковина – полость в теле отливки, частично или полностью заполненная формовочным материалом.

Шлаковая раковина – полость, заполненная шлаком.

Вскип, вскиповая раковина – оксидные складки или раковины, образующиеся при кипении сплава. Различают скипы со стороны формы, стержня и от холодильника.

Металлические включения – инородные металлические тела в основном металле отливки. Такими телами могут быть нерасплавленный легирующий компонент, модификатор, внутренний холодильник и т.д.

Неметаллические включения бывают двоякого рода и происхождения:

1) включения неметаллических частиц, попавших в металл извне (частицы шлака, огнеупора, графита, песка и т.д.) могут образовать шлаковые и песчаные включения, которые чаще всего расположены в верхних частях отливки или на их поверхности;

2) включения частиц окислов, сульфидов, силикатов, нитридов, образующихся внутри металла вследствие химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке сплава. Они располагаются в виде цепочек или сетки, часто по границам зерен. По форме бывают округлые или удлиненные. Последние могут сильно снижать пластичность металла.

Газовая пористость.

Газовые раковины представляют собой полости в теле отливки, образованные выделившимися из металла или внедрившимися в металл газами. Поверхность таких раковин гладкая. Газовые раковины могут быть одиночными и групповыми.

Газовая пористость определяется следующим образом (на примере алюминиевых литейных сплавов):

балл 1 — мелкая пористость;

балл 2 — пониженная пористость;

балл 3 — средняя пористость;

балл 4 — повышенная пористость;

балл 5 — высокая пористость.

Пользоваться эталонами степени пористости можно независимо от марки сплава.

Условия определения газовой пористости:

При определении пористости в алюминиевых литейных сплавах усадочная рыхлость или центральная пористость исключается.

Для определения газовой пористости темплеты (плоская масштабная модель), вырезанные из чушек, отливки или образцы, вырезанные из отливок, обрабатывают до шероховатости Ra не более 1,6 мкм.

Для определения газовой пористости макрошлиф травят, не выявляя макроструктуры, затем промывают проточной водой и просушивают фильтровальной бумагой.

Газовая пористость темплетов чушек определяется на трех квадратах площадью 1 см 2 каждый. Количество пор и размер пор определяют как среднее арифметическое трех измерений.

Балл пористости, определенный по трем квадратам на двух макрошлифах темплетов чушек, распространяют на всю плавку.

Контроль пористости проводят визуально, невооруженным глазом. Для определения диаметра пор можно пользоваться оптическими приборами с увеличением до 10 раз.

Причины образования газовых раковин:

Дефект образуется в результате механического проникновения газов в жидкий расплав с поверхности раздела металл — форма, если газы выделяются из форм и стержней. Это явление часто сопровождается видимым эффектом кипения расплава или выбросом его из формы и поэтому получило название вскип. На границе раздела металл — форма газы практически присутствуют всегда, однако внедриться в металл они могут только при условии, если избыточное газовое давление в форме или стержне будет превышать сопротивление со стороны металла, зависящее от высоты столба металла над соответствующей точкой формы или стержня и от удельного веса жидкого сплава.

Образуется газовый пузырь из-за потока газов, выходящего из поры в формовочном материале; образующегося около устья поры газовый пузырь растет до тех пор, пока силы поверхностного натяжения металла, стремящиеся округлить пузырь до шара, и подъемная сила металла не оторвут его от поверхности формы. На месте отрыва пузыря растет новый.

Читайте:  Зачем муж протер унитаз и раковину подсолнечным маслом

Газы могут механически захватываться металлом в элементах литниковой системы и непосредственно в полости литейной формы при заливке. Захваченные таким образом пузыри газа могут остаться в отливке и образовать газовые раковины.

Струя металла, вытекающая из ковша, увлекает воздух в литниковую воронку или чашу, откуда пузыри воздуха могут вместе с металлом попасть в стояк и далее — в полость литейной формы. Количество воздуха, увлекаемого струей металла, возрастаем с .увеличением высоты ее падения. Распыленная, неправильной формы струя металла увлекает больше воздуха, чем струя правильной формы — круглая. Количество воздуха, попадающего в стояк, зависит также от конструкции и объема литниковой чаши.

Причиной образования раковин могут быть газы, выделяющиеся из предметов, устанавливаемых в форму: холодильников, жеребеек, шпилек, солдатиков, асбестовых прокладок и т. п. Если поверхность этих предметов покрыта ржавчиной или сконденсированной влагой, то при контакте с металлом происходит газообразование, приводящее к возникновению в отливках местных наружных или внутренних газовых раковин. Аналогичным образом образуются газовые раковины от прокладочной глины.

Раковины часто возникают от газов, содержащихся в жидком металле. В жидком металле всегда присутствуют газы (азот, водород, кислород): а) б) в)

Скачкообразное падение растворимости газа в металле в период затвердевания приводит к образованию газовых раковин. Такое понижение растворимости приводит к тому, что из закристаллизовавшейся твердой фазы газы переходят в расплав, который непрерывно ими обогащается (степень обогащения незакристаллизовавшегося расплава газом зависит от скорости распространения газа в металле и скорости кристаллизации).

Способы решения проблемы.

Способы предотвращения газовых раковин. Для предупреждения газовых раковин, образующихся при механическом проникновении газов в металл (вскипе), следует:

Уменьшать газотворность смесей – для этого необходимо:

Цель работы заключается в снижении вероятности образования газовых раковин в отливках за счёт привнесения в расплав транспортного инертного газа. При этом уже образовавшиеся газовые пузырьки объединяются и выходят на поверхность расплава.

Экспериментальная часть.

На сегодняшний день на базе ФГУП «ПО «Маяк» реализован проект по станкостроению. На базе предприятия организована крупно узловая сборка промышленных станков, в том числе станков с числовым-программным управлением (ЧПУ). Станина станка – основная корпусная несущая составляющая. На станине монтируются узлы и механизмы технологических машин.

Качество работы станка целиком зависит от прочности, жесткости и износостойкости литой станины, так как на нее действуют усилия при работе механизмов. Станина обеспечивает точное взаимное расположение всех основных узлов станка. Станины для станков закупаются в Китае и через Балтийскую компанию (г. Санкт-Петербург), и только потом станины поставляются непосредственно на ФГУП ПО МАЯК.

В рамках исследования к сотрудничеству по получению образцов отливок было задействовано «Кыштымское машиностроительное объединение» входящее в крупнейший металлургический холдинг РМК (Российская медная компания). Основным видом деятельности предприятия является литейное производство, где качество выпускаемой продукции очень высоко. Брак продукции составляет от 7-15% от всей выпускаемой продукции.

Каждое предприятие литейного производства время от времени пересекаются с вопросами газовых образований (появления газовых раковин).

Работа по предотвращению брака отливок заключается в выявлении брака, анализе характера обнаруженных дефектов, определении причин их возникновения, назначении и выполнении процедур по предупреждению дефектов.

Задачи исследования по предупреждению появления газовых раковин:

уменьшение газотворности за счёт оптимизации состава формовочных и стержневых смесей;

увеличение скорости отвода образующихся в результате химических реакций или привнесённых газов из форм за счёт уменьшения длины пути фильтрации газов;

удаление из отливки внедрившихся газовых пузырей до момента ее полного затвердевания;

привнесение в расплав транспортного инертного газа;

контроль концентрации раскислителя.

Первые два метода описаны в учебниках и справочниках по металлургии, и эффект по их применению в исследовании оказался минимальным.

Контроль концентрации раскислителя позволяет существенно снизить количество окисленных форм железа и других металлов, что благотворно влияет на протекание химических реакций с образованием газов раскислителя. Однако здесь субъективным критерием является сам исходный металл и количество примесей в его составе.

Эффективным способом устранения газовых дефектов, после неоднократных исследований в стале-литейном цеху «Кыштымского машиностроительного объединения» стал метод привнесение в расплав транспортного инертного газа.

За счёт введения в расплав металла инертного транспортного газа возможно существенно повысить вынос газовых пузырей за пределы ковша. В качестве направляющего тракта применяли специально изготовленные для этих целей на предприятии «Бакор» керамические трубки, способные выдержать высокие температуры.

Инертный газ является уникальным газом, который не вступает в реакции с другими присутствующими веществами, находясь в ковше в момент заливки расплавленного метала он вызывает процесс барботажа (объединение более мелких частиц СО в более крупный), являясь при этом надежным проводником сопутствующих газов на границу раздела фаз «Металл – Воздух».

Таблица 1 — Химический анализ исходного металла, % (Атомно-эмиссионный спектрометр «Spectromaxx»)

Что такое усадочная раковина в металлическом слитке

Металлопрокат

Металлоконструкции

Обработка металла

Усадочные полости в слитках могут быть или крупные, сконцентрированные в местах слитка, которые кристаллизуются последними, или мелкие, рассеянные по большей части слитка. Как показал акад. А.А.

Бочвар, проявление усадочных полостей в виде концентрированных усадочных раковин или в форме рассеянной пористости зависит от температурного интервала кристаллизации.В случае сплавов, имеющих диаграмму состояний в виде эвтектики двух ограниченных твердых растворов, общая усадка может меняться почти пропорционально составу. Суммарный объем усадочных раковин и рассеянной пористости имеет закономерность изменения в зависимости от состава, несколько отличную от характера изменения общей усадки от состава сплава.

Разность ординат между этими двумя кривыми I и II будет представлять наружную усадку. Она приблизительно в три раза больше линейной усадки. Концентрированная усадочная раковина получается наибольшей у сплавов, имеющих малый интервал кристаллизации, в данном случае у чистых компонентов и сплавов эвтектического состава.

Наименьшую концентрированную усадочную раковину показывают сплавы, имеющие наибольший интервал кристаллизации. В данном случае это сплавы, соответствующие предельному составу твердых растворов при эвтектической температуре.

К этому составу сплава от металлов и сплавов, кристаллизующихся при одной температуре, кривая объема концентрированной усадочной раковины переходит плавно и постепенно (см. рис. 186, кривая II). Разность ординат между ординатами кривых II и III представляет собой величину рассеянной усадочной пористости.

Она оказывается в рассматриваемой системе наименьшей у сплавов, кристаллизующихся при одной температуре, и наибольшей у сплавов с большим интервалом кристаллизации.Под влиянием повышения давления при кристаллизации увеличивается наружная объемная усадка, уменьшается концентрированная усадочная раковина и в еще большей степени уменьшается рассеянная усадочная пористость. По мере повышения внешнего давления при кристаллизации сначала полностью устраняется рассеянная пористость даже у сплавов с большим интервалом кристаллизации. После того как давление повысится настолько, что будет превзойден предел текучести, устраняется также и концентрированная усадочная раковина, которая заполняется металлом вследствие его пластического течения.Путем применения большой скорости охлаждения снизу вследствие увеличения градиента температур на границе кристаллизующегося сплава рассеянная пористость в слитке заменяется концентрированной усадочной раковиной.Причина образования концентрированной усадочной раковины в слитках металлов и сплавов, кристаллизующихся при одной температуре, в рассеянной пористости в слитках сплавов с большим интервалом кристаллизации заключается в следующем.При затвердевании слитка металла или сплава, кристаллизующегося при одной температуре между твердым остовом и жидкой частью, граница представляет собой сплошную, более или менее извилистую поверхность. Затвердевание происходит последовательными слоями без образования промежуточного, кашеобразной консистенции, сплава (рис. 209).

Читайте:  Как успешно открутить заржавевший болт в раковине

Усадочные раковины и усадочная пористость в слитках

При охлаждении сплава, имеющего большой интервал кристаллизации, вначале переходит в твердое состояние более тугоплавкий сплав, а более легкоплавкая жидкая часть сплава располагается вблизи образовавшегося кристалла, обычно вершины растущего дендрита. Так как температура кристаллизации сплава среднего исходного состава выше чем температура кристаллизации лидировавшего вблизи растущего’ кристалла сплава, то при недостаточной скорости конвекции в сплаве среднего состава зародится новый кристалл, который в виде дендрита и будет расти в глубь жидкого сплава (рис.

209, б). Так как и в этом случае из сплава среднего (исходного) состава закристаллизуется более тугоплавкий сплав, а жидкость останется более легкоплавкой, то и этот кристалл будет отделен от сплава среднего состава легкоплавкой прослойкой, за которой зародится новый кристалл и т. д. В этом случае отливка во всем объеме будет пронизана твердыми кристаллами, обычно в виде дендритов, между которыми будет располагаться жидкий сплав.

Пo мере затвердевания сплава дендриты растут и переплетаются ветвями все больше и больше, а жидкий сплав остается в виде включений, разобщенных друг от друга. Когда температура понизится настолько, что перейдут в твердое состояние оставшиеся включения легкоплавкого сплава, на заполнение объема, который эти включения занимали в жидком виде, не хватит материала, поэтому в каждом из них образуется отдельная маленькая усадочная раковина.

В результате образуется усадочная пористость, рассеянная по всему объему отливки, включая и прибыльную часть. Прибыль в этом случае не выполнит своей роли в достаточной степени, так как расплавленный сплав из прибыли не в состоянии пройти во все части отливки для питания и восполнения образующихся мелких усадочных раковин, рассеянных по отливке.Известен целый ряд попыток математического вычисления объема усадочной раковины. При этом обычно определяется суммарный объем усадочных раковин и рассеянной пористости. Для практики же важнее обычно знать характер усадочных дефектов, чем абсолютное или относительное значение их суммарного объема.Однако раздельного расчета усадочной раковины и усадочной пористости пока не разработано.Расположение и характер усадочных раковин в слитках в зависимости от условий литья, конструкции изложницы свойств сплава могут быть различны.По месту расположения усадочные раковины могут быть: верхние, нижние, а кроме того, и те и другие могут быть внутренние и наружные.

Усадочные раковины и усадочная пористость в слитках

В горизонтальных слитках чаще всего наблюдаются верхние усадочные раковины внутренние или наружные. Внутренние наблюдаются в тех случаях, когда затвердевание слитка идет в двух основных направлениях — снизу вверх и сверху вниз. Усадочная раковина в этом случае располагается преимущественно в тех местах, где металл кристаллизуется последним.

Усадочная пористость наблюдается даже при литье сплавов, обладающих малым интервалом кристаллизации, главным образом в той части слитка, которая затвердевает в направлении сверху вниз, причем в зоне крупных столбчатых кристаллов пористость обнаруживается в большей степени. Наружные усадочные раковины в горизонтальных слитках образуются в тех случаях, когда кристаллизация идет от нижней стороны слитка до верхней поверхности в одном направлении (рис.

210). В этом случае кристаллизация заканчивается у самой поверхности слитка и для питания нижележащих частей его металл берется из верхних слоев. Усадочная раковина при этом располагается по большей части на некотором расстоянии от края слитка и несколько на, большем расстоянии от средины слитка по его верхней поверхности.

Обычно она концентрируется на небольшом участке поверхности слитка и располагается на ней более или менее случайно в одном из мест кольца, где металл кристаллизуется последним. В зависимости от свойств сплава усадочная раковина может в этом случае от верхней поверхности проникать в глубь слитка, например толщиной 120 мм, на 10—30 мм, а при кристаллизации металлов, особо склонных к образованию длинных дендритов, например цинка, междендритная усадочная раковина может проходить на глубину половины толщины слитка.Нижние усадочные раковины в горизонтальных слитках могут получаться только в том случае, если охлаждение сверху превалирует над охлаждением снизу.

В этом случае последний кристаллизующийся металл будет располагаться ближе к нижней поверхности слитка или выходить на самую нижнюю сторону; в зависимости от этого будут получаться внутренние или наружные усадочные раковины. Случаи образования нижних усадочных раковин в горизонтальном слитке редки, так как всегда стремятся направить затвердевание снизу вверх, а не наоборот.Верхние наружные усадочные раковины образуются при обычном литье вертикальных слитков, когда настыли при кристаллизации слитка, начинаясь в нижней части, постепенно доходят до верхнего конца.

В нормальных условиях литья, по мере понижения уровня металла в такого рода усадочной раковине, убыль металла постепенно восполняется путем доливки новых порций металла. При этом следят, чтобы не было обнажения затвердевшей части слитка, так как иначе поверхность обнаженной настыли может окисляться, вновь поступающие порции металла могут не свариться с основной твердой массой и в слитке получится пробка, которая при дальнейшей пластической обработке отделится от слитка и, таким образом, увеличит количество отходов. Такая поздно долитая усадочная раковина показана на фотографии (рис. 211).

Усадочные раковины и усадочная пористость в слитках

При отливке слитков стараются создать условия, при которых усадочная раковина полностью устраняется или выводится на верхнюю поверхность слитка, откуда при отрезке верхнего конца слитка она будет удаляться в отход. При наиболее удачных условиях литья слитки доливаются так, что в отход идет ничтожная часть слитка. Теплые насадки, часто применяющиеся при отливке стали, способствуют перемещению усадочной раковины в прибыльную часть слитка. Теплые насадки при литье цветных металлов и сплавов также обеспечивают повышение качества слитков и способствуют ускорению разливки металла по изложницам. Улучшение качества слитков обусловливается невозможностью перерыва питания при применении теплых насадок, в чем нет гарантии при ручной доливке слитков.Внутренняя верхняя усадочная раковина образуется в тех случаях, когда охлаждение происходит и снизу и, хотя и в меньшей степени, но все же достаточно интенсивно сверху.

Усадочные раковины и усадочная пористость в слитках

Настыли в этом случае будут образовываться по всем поверхностям слитка, а металл будет находиться внутри твердой оболочки, где он займет положение в нижней части. При вертикальном литье, как только образуется поверхностная корка, уровень расплавленного металла вследствие усадки отойдет от верхней корки.

Между ними образуется полость, которая и представляет собой верхнюю часть усадочной раковины. При дальнейшем охлаждении, если теплота от верхней части продолжает отниматься достаточно интенсивно, может образоваться новая горизонтальная корка, положение которой соответствует положению уровня металла в этот момент.

Таких внутренних горизонтальных или наклонных перекрытий может образоваться несколько. В результате усадочная раковина получится да несколько этажей. Такие усадочные раковины часто наблюдаются при отливке крупных слитков тугоплавких сплавов в условиях, когда усадочная раковина не доливается; при отливке стали это обычное явление (рис. 212).

Вследствие постепенного отступания металла от верхней корки, при одновременном интенсивном охлаждении последней, внутри усадочной раковины создаются условия, благоприятные для образования длинных столбчатых кристаллов, растущих сверху вниз. После образования поверхностной корки твердые кристаллы, внесенные струей, отсаживаются в нижнюю часть слитка, а вверху остается освобожденный от твердых кристаллов металл.

Столбчатые кристаллы при этом не получаются полногранными, а остаются в виде скелетообразных дендритов, висящих на верхней корке внутри усадочной раковины. Примером таких кристаллов является известный кристалл Чернова.Нижние внутренние усадочные раковины в вертикальных слитках часто образуются при сифонном литье при малом поперечном сечении слитков.

Поступающий в нижнюю часть изложницы металл по мере подъема вверх вследствие соприкосновения со стенками изложницы охлаждается. По этой причине верхняя часть слитка закристаллизуется раньше, чем нижерасположенные его части, что обусловит расположение усадочной раковины в нижней части слитка.

Читайте:  Пошаговая инструкция: Как правильно обшить раковину гипсокартоном

При больших поперечных сечениях слитка, а также при применении теплых насадок горячий металл, поступивший в изложницу последним, успеет подменяться местами с более холодными, а потому более тяжелым металлом, залитым вначале. В этом случае получится нормальная верхняя усадочная раковина.Образование нижних усадочных раковин наблюдается при литье в разъемные вертикальные изложницы, если не приняты меры, предотвращающие изгиб изложница при одностороннем нагреве ее от слитка.

В этом случае, вследствие разогревания поверхностных слоев изложницы, обращенных к слитку, будут происходить их расширение и деформация изложницы. При литье плоских слитков половинки изложницы будут более тесна соприкасаться со средней частью слитка, а потому отводить от нее и большее количество теплоты.

Последовательные поверхности раздела твердой и жидкой фаз будут иметь выпуклость внутри в средней части с обеих сторон, которые через некоторое время образуют перехват, ниже которого, а В верхней части останется более горячий металл. Деформация изложницы имеет место и в поперечном направлении, поэтому при малых соотношениях между высотой и шириной слитка последний, оставшийся жидким металл будет иметь форму подковы, а не эллипсоида.

Таким образом, при применении сильно деформирующейся в процессе литья изложницы последние порции затвердевающего металла расположатся как в верхней, так и в нижней частях слитка, почему и усадочные раковины окажутся тоже в верхней и нижней частях слитка. Верхняя усадочная- раковина может быть долита, тогда как доступ к нижней отсутствует вследствие перехвата в средней части.

Нижние усадочные раковины труднее предотвращаются, чем верхние. При отливке слитков в неразъемные вертикальные изложницы деформация наблюдается в значительно меньшей степени, почему возможность образования нижних усадочных раковин в этом случае тоже несравненно меньшая.В тех случаях, когда металл не содержит газа, а охлаждение слитка идет достаточно медленно, образовавшаяся вначале твердая корка по поверхности соприкосновения залитого металла с изложницей будет продолжительное время находиться при температурах, близких к температуре плавления.

При образовании усадочной раковины вследствие отсутствия газа, будет получаться вакуум. Под действием давления атмосферы на нагретую затвердевшую корку металла происходит ее прогиб, усадочная раковина заполняется металлом, а снаружи остается углубление, соответствующее объему бывшей усадочной раковины. При продавливании твердого поверхностного слоя могут образоваться трещины. Такого рода углубления на поверхности слитка являются особым видом наружных усадочных раковин. Они могут иметь место по поверхности как вертикальных слитков, так и горизонтальных, причем и располагаются они в различных участках слитков, т. е. могут быть верхними, нижними и промежуточными.

Усадочные раковины и усадочная пористость в слитках

Такого же рода наружные усадочные раковины получаются при отливке плоских вертикальных слитков малой толщины в не слишком массивную изложницу, в случае, если отливаемый металл не имеет в растворе газа, который при выделении во время кристаллизации уменьшал бы вакуум. Так, например, при отливке латунных слитков в виде плит толщиной 30 мм в изложницу с толщиной стенок около 50 мм, при условии только частичного заполнения изложницы, образуются наружные усадочные раковины такого типа.

Вблизи верхней поверхности залитой го металла в этом случае будут располагаться не соприкасающиеся с металлом слитка верхние концы изложницы. Теплота от верхней части слитка уходит в прилегающие части изложницы, а оттуда в концы ee, расположенные над поверхностью уровня металла (рис. 213, а).

Так как дальнейшее охлаждение, вследствие наличия между слитком и изложницей малотеплопроводного остатка смазки и образования зазора замедляется, то в верхней части слитка образуется усадочная раковина своеобразного вида. Затвердевшая поверхностная корка вследствие наличия вакуума внутри и давления атмосферы снаружи, прогибается внутрь слитка, В наибольшей степени прогибаются те части поверхностных корок, которые обладают меньшей прочностью.

Если принять во внимание, что нижележащая часть слитка раньше получит достаточную жесткость вследствие охлаждения, после нее жесткость приобретут углы верхней части слитка, то станет понятным, почему в верхней части поверхности появится продолговатая лунка, а также образуются вдавленные участки на каждой из вертикальных поверхностей слитка (рис. 213, б). При отливке слитков концентрированные усадочные раковины сравнительно легко могут быть выведены в прибыльные части слитка или устранены путем доливки горячим металлом. Борьба с межкристаллической усадочной пористостью затруднена, так как даже значительных размеров прибыль часто не в состоянии устранить такого рода пористость.

Усадочные раковины и усадочная пористость в слитках

В особенности легко усадочная пористость образуется при отливке слитков из сплавов, обладающих большим интервалом кристаллизации. Однако межкристаллическая усадочная пористость получается также и в слитках, отлитых из металла или из сплава, кристаллизующегося при одной температуре.

В этом случае чаще усадочная пористость получается у тех металлов и сплавов, которые имеют большую разность в теплопроводности по разным направлениям в кристалле и потому образуют ветвистые с большой извилистой поверхностью дендриты. Между отдельными дендритами или между ветвями одного дендрита в этом случае могут образоваться замкнутые полости, куда не проникнет металл из прибыли (рис.

214). Если эти усадочные поры не содержат газа, окислов или других посторонних включений, то при дальнейшей пластической обработке в нагретом состоянии или в холодном состоянии с промежуточными отжигами они заполняются металлом, завариваются и исчезают.

Если же в порах присутствуют какие-либо посторонние вещества в твердом или газообразном состоянии, то заварка может не произойти в полной мере. Усадочные поры не будут устранены В том случае, если в результате шабровки или строжки поверхности слитка они вскрыты и потому оказались подвергнутыми действию воздуха.Слитков, совершенно свободных от усадочных пор, в обычных условиях получить не удается, тогда как материал, полученный из них в результате пластической обработки, практически пор не имеет.

Следовательно, как правило, поры, имеющие малые размеры, чистую внутреннюю поверхность и не содержащие посторонних веществ, при пластической обработке с одновременным или промежуточными отжигами завариваются и на качество изделия заметного влияния не оказывают.При непрерывном литье слитков усадочная раковина, разумеется, отсутствует, так как в процессе литья в верхней части слитка сохраняется с лунке расплавленный металл, который питает слиток во время его кристаллизации. Отрезаемые в процессе литья мерные заготовки от непрерывно отливаемого слитка не могут содержать усадочной раковины, так как она может быть только в последнем остатке, когда литье прекращается.При полунепрерывном литье каждый слиток может иметь усадочную раковину, но в случае литья с малой скоростью она будет иметь малый объем, во-первых, потому, что она образуется лишь при кристаллизации того объема металла, который находится в лунке, а во-вторых, потому, что она может быть долита при окончании литья.Усадочная пористость в слитках непрерывного и полунепрерывного литья присутствует, но в значительно меньшей степени, чем в слитках, отлитых в изложницы обычным методом. Межкристаллическая пористость при непрерывном литье развита в большей степени в слитках, отлитых из сплавов, имеющих большой интервал кристаллизации. Кроме того, такая пористость чаще присутствует в слитках, отлитых без применения непосредственного охлаждения водой, или при недостаточной подаче воды на поверхность слитка для охлаждения. Наконец, она чаще обнаруживается в слитках, отлитых при большей скорости литья.

  • Линейная усадка при кристаллизации и охлаждении слитков
  • Классификация явлений при кристаллизации слитков
  • Желательность того или иного вида структуры слитков
  • Физические и механические свойства различных кристаллических зон слитков
  • Структура слитков непрерывного литья с непосредственным охлаждением водой
  • Структура слитков промежуточной формы и вертикальных
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...