РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УСАДОЧНЫХ РАКОВИН В ОТЛИВКАХ

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

Изучить явление объемной усадки и образование усадочных раковин и усадочной пористости в отливках, исследовать влияние таких технологических параметров, как материал формы и температура заливки расплава на величину усадочных раковин и на соотношение объема усадочных раковин и усадочной пористости в отливках.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Усадка - это уменьшение объема и размеров отливок при их затвердевании и охлаждении. В процессе охлаждения отливка в форме проходит через три различных периода:

- охлаждение в жидком состоянии;

- кристаллизация или затвердевание в температурном интервале ликвидус-солидус;

- охлаждение в твердом состоянии.

Общее изменение объема отливки складывается из суммы изменений объема в каждом из этих периодов

.

Усадка сплава в жидком состоянии определяется изменением размеров кластеров, составляющих жидкий сплав, и изменением межатомных расстояний внутри кластеров. При охлаждении жидкого сплава размеры кластеров растут, доля свободного объема уменьшается, межатомные расстояния в кластерах также уменьшаются, что вызывает усадку в жидком состоянии ε_Vж.

При затвердевании кластеры жидкости срастаются в единые кристаллы, а свободный объем жидкого вещества также суммируется и проявляется в виде усадочных раковин или пористости, имеющих объем ε_Vз.

При охлаждении твердого вещества межатомные расстояния в кристаллах, составляющих отливки, также уменьшаются, что вызывает усадку в твердом состоянии ε_Vт.

Таким образом, механизм усадки объясняется на микроуровне. Но формы конкретного проявления усадки отливок зависят уже от макропричин или, как говорят, от технологических факторов.

Например, общая величина усадки при затвердевании и охлаждении определяется строением самого металла. Но проявление этой усадки в виде крупных концентрированных усадочных раковин или мелких рассеянных усадочных пор и распределение их по телу отливки зависят уже во многом от размеров отливки, ее конфигурации, от условий охлаждения и т.д.

В частности, усадочные раковины и поры появляются в отливках как результат неодновременного затвердевания наружных и внутренних, тонких и массивных частей отливки. Раковины располагаются в тех частях отливки, которые затвердевают в последнюю очередь. Кроме того, раковины чаще располагаются в верхних частях отливок, что также объясняется внешними факторами, а именно действием силы тяжести, заставляющей жидкость стекать вниз.

2.1. Измерение объема усадочных раковин и пор

Для определения склонности того или иного сплава к образованию усадочных раковин и пор применяют различные технологические пробы. Это технологическая проба американского бюро стандартов и проба Шварца, используемые за рубежом. В России чаще всего для этих целей используется конусная проба (см. рисунок). Эта проба имеет форму конуса 1, сужающегося книзу. За счет такой формы нижние части пробы затвердевают раньше, верхние - позже, то есть создаются условия для направленного затвердевания снизу вверх. Это способствует образованию концентрированной усадочной раковины в верхней части пробы. Для ускорения затвердевания нижней части пробы она может оформляться холодильником 2 из медного сплава. В нижней части пробы имеется цилиндрический прилив 3 диаметром 15 мм, служащий для определения нормальной плотности сплава. Верхняя часть пробы закрывается верхним кольцевым холодильником, представляющим собой круглую стальную пластинку толщиной 3-5 мм с отверстием d = 30 мм в центре. Металл в пробу заливается через литник 4.

Схема пробы измерения объема усадочных раковин и пористости

Склонность сплава к образованию усадочных раковин и пор оценивают сравнением плотности заведомо здорового участка пробы (прилив 3) с плотностью участка, в котором имеются усадочные дефекты (конусная часть 1). Для этого необходимо измерить плотность, объем и массу пробы плотного сплава. Плотность находят гидростатическим взвешиванием прилива. Объем усадочных пустот V_п находят по формуле

,

где m - масса основной части пробы, г; V - объем основной части пробы, см; ρ - плотность прилива, г/см³.

Влияние материала формы и направленности затвердевания на этой пробе можно изучить, изменяя состав формовочной смеси и устанавливая смежный холодильник в ее нижней части.

Объем концентрированной усадочной раковины в данной пробе измеряют заливкой в раковину керосина из мерной бюретки. Общий объем усадочных полостей (концентрированной и рассредоточенных раковин) определяется косвенным измерением (с помощью гидростатического взвешивания).

Разница между общим объемом усадочных полостей и объемом концентрированной раковины дает объем рассредоточенной усадочной пористости.

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ И МАТЕРИАЛЫ

Плавильная печь, опоки, модельная оснастка, аналитические и технические весы, термопара с прибором для измерения температуры заливки, штангенциркуль, формовочный инструмент, плавильно-заливочный инструмент, формовочная смесь, дистиллированная вода, шихтовые материалы, спецодежда, керосин, мерная бюретка, ацетон.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Заформовать технологическую пробу для измерения объема усадочных раковин и пористости. (Состав формовочной смеси и задание на установку холодильника дается преподавателем).

2. Рассчитать шихту и приготовить сплав заданного состава.

3. Залить формы сплавом с фиксированной температурой заливки.

4. Выбить отливки, охладить их и очистить от формовочной смеси.

5. Отделить от отливки литниковую систему.

6. Отделить нижнюю цилиндрическую часть пробы.

7. Определить плотность сплава методом гидростатического взвешивания. Для этого следует изготовить из цилиндрической части пробы 3 образец, то есть обрезать неровности и зачистить напильником всевозможные дефекты поверхности, промыть и обезжирить в ацетоне или спирте. Затем взвесить образец на воздухе и в воде (с точностью до 4-го знака). Для взвешивания в воде образец подвешивают на уравнительное коромысло весов с помощью капроновой нити и погружают в сосуд с дистиллированной водой. Плотность сплава определяют по формуле, г/см³

где m_ов - масса образца на воздухе, г; m_ож - масса образца в воде, г.

8. Рассчитать общий объем усадочных пустот в пробе. Для этого следует взвесить на воздухе и в воде конусную часть пробы. По этим данным с использованием закона Архимеда находят объем пробы, включающий внутренние раковины и поры, см³:

,

где m_пв - масса пробы на воздухе, г; m_пж - масса пробы в воде, г; ρ_ж - плотность воды (1 г/см³).

Отношение массы пробы m_пв к плотности сплава ρ_спл, характеризует истинный объем плотного материала в данной пробе V_пм=m_пв/ρ_спл, см³.

При этом V_п>V_пм. Разность между этими объемами и составляет величину общего объема усадочных пустот, см³

.

9. Вскрыть сверлом или керном концентрированную усадочную раковину (если она не выходит на поверхность) и замерить ее объем V_р, заполнив раковину керосином из мерной бюретки или шприца.

10. Рассчитать объем усадочной пористости, см³.

.

11. Обобщить результаты измерений в таблице.

12. Составить отчет.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Описание методики работы.

2. Эскиз технологической пробы.

3. Таблица с результатами измерений и расчетов.

4. Выводы о влиянии материала формы и температуры заливки на величину и распределение усадочных раковин и пористости в пробах.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Из каких составляющих складывается полная усадка сплава?

2. Каков механизм усадки сплавов на микроуровне?

3. Какие факторы определяют образование усадочных раковин в отливках?

4. Какие виды проб применяются для измерения усадки в отливках?

5. Какую конструкцию имеет конусная проба?

6. Как определяется объем усадочных раковин и пор в пробе?

Как влияет материал формы на величину и распределение усадочных дефектов в отливках?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: