Влияние техногенных факторов на объём усадочных пустот в отливке

E”_Vж

Вклад усадки жидкого металла в объём усадочных пустот зависит от интенсивности теплоотвода и характера затвердевания отливки. t_тер ≈ t_зал

E”_Vж=α_Vж(t_тер - t_кр) =α_Vж (Δ t_зал-t_кр)= α_Vж*Δt_пер.

Внутри мгновенно образовавшейся твёрдой корки будет сохраняться локальный перегрев металла, который будет постепенно сниматься внутри затвердевающей отливки. Таким образом, чем выше перегрев при заливке, тем больше объём усадки.

τ ₁< τ₂< τ_{з .}

t_пер ≈ t_кр.

E”_Vж=α_Vж(t_тер - t_кр) ≈0.

При малой интенсивности теплоотвода затвердевание начинается после полного снятия перегрева и внутри образовавшейся твёрдой корки металл имеет очень небольшой перегрев, поэтому усадка внутри отливки будет очень незначительной и перегрев при заливке не будет влиять на объём усадки и будет увеличивать только усадочную раковину, внешнюю по отношению к объёму.

Влияние скорости заполнения:

В целом ряде случаев заливка может быть весьма длительной и специально используется замедленная заливка формы для управления затвердеванием. В процессе заполнения формы при длительной заливке и малом перегреве металла может произойти значительное выделение твёрдой фазы. Это значит что в процессе заливки произойдёт её усадка. Эта усадка будет скомпенсирована в процессе заливки за счёт дополнительной подачи жидкого металла. Чем больше образуется твёрдой фазы при заливке, тем меньше объём образующихся пустот.

Vy= (E”_Vж+ E_VФ- E_VT) (1- )

↑

мгновенная

заливка

Если заливка производится в форму с малой интенсивностью, сильно перегретым металлом и быстро, тогда V_T* ≈0.

При высокой интенсивности теплоотвода, длительной заливке и малом перегреве, вклад V_T* может быть значительным и приведёт к уменьшению объёма пустот.

Если создать режим при котором V_T*→ V₀, тогда за счёт такого режима заливки можно устранить усадочные пустоты.

E_VФОтражает физико-химические особенности многофазных процессов кристаллизации, когда из жидкого металла выделяются разные фазы, обладающие разными коэффициентами усадки. При этом и чугун и силумины используют то обстоятельство, что при кристаллизации выделяется фаза с удельным объёмом, который значительно больше, чем объём основного металла (графит и первичный кремнит).

E_VTПредусадочное расширение за счёт выделения газовых пузырьков увеличивает размеры не только отливки, но и внутренней полости где находится жидкий металл. В результате понижается уровень расплава и увеличивается объём пустот. Последующее термическое сжатие отливки в период затвердевания сокращает объём внутренней полости и пустот.

E₁: E_пр= E_T; E

E₂: E_пр>E_T; E_VT<0; Vy↑

E₃: E_VT>0 ; Vy↓

Vy =(E”_Vж+ E_VФ- E_VT) (1-2μ_ф) ;

Таким образом предусадочное расширение отливки вызывает увеличение объёма пустот, если расширение происходит в податливой форме.

μ_ф – жёсткость формы (способность формы противостоять усадочным перемещениям отливки)

В податливой форме (μ_ф = 0) весь эффект предусадочного расширения проявляется в увеличении наружных размеров отливки, и, таким образом, объём пустот увеличивается.

Если форма жёсткая (μ_ф = 1) объёмный эффект предусадочного расширения, связанный с выделением фаз повышенного удельного объёма не может реализоваться в наружном расширении и направляется внутрь отливки, вызывая заполнение усадочных пустот.