закономерностями развития напряжений и механических свойств (рис. 12.7 и 12.8).
Анализ характера изменения трещиноустойчивости Тс стали перлитного
класса (рис. 12.9) позволяет сделать следующие выводы:
1. Трещиноустойчивость сплава во всем интервале формирования, отливок (от у до 25 °С) выше 1, что означает возможность получения отливок без трещин даже в условиях полного торможения усадке.
2. При охлаждении стали перлитного класса в условиях полного торможения усадке возникают три минимума трещиноустойчивости: вблизи tC9
при температуре начала перлитного превращения и к концу охлаждения, которым соответствуют периоды образования горячих (кристаллизационных) и холодных трещин. Минимальные значения трещиноустойчивости в ТИХ, которые обусловливают образование горячих трещин в отливках из стали 25Л, ЗОХНМФЛ и АК9 соответственно составляют 1,0; 1,2; 3. Показатель трещиноустойчивости имеет определенный физический смысл и используется для расчета трещиноустойчивости отливок, а также условий предупреждения трещин в них.
Тс
Рис. 12.9. Схема изменения трещиноустойчивости стали перлитного класса
Следует отметить, что сплавы, которые не претерпевают полиморфных превращений, имеют только два минимума, соответствующие кристаллизационным и холодным трещинам.
Для оценки трещиноустойчивости отливок используется тот же запас технологической прочности, только не сплава, а конкретной отливки.
(12.14)
Отличие их состоит в том, что напряжения, обусловленные торможением усадки, относятся непосредственно к конкретной отливке, в которой они могут быть больше и меньше o°(f). Количественно оно (отличие) выражается степенью локализации m(t):
Совместное решение уравнений (12.16) и (12.19) позволяет выразить
деформацию в участках через их свободную усадку: |
|
|||||||
|
1+ ЛU U |
AL |
|
|||||
*|(') = всА(0- |
Д/, |
|
/, |
аДг,/, |
(12.20) |
|||
|
|
|
л- |
|
||||
|
1 + |
|
|
/ л |
|
|
||
|
|
д/2У f i |
А |
|
||||
|
|
A i, |
А/о |
|
||||
|
1+ ^ ~ |
|
aAt-,1-, |
|
||||
£I (0 = £CBA 0 |
|
t-, А |
( 12.21) |
|||||
1+ At2 |
AL |
|||||||
|
|
|||||||
|
|
At, |
f i l l |
|
||||
Здесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 + ^ |
- |
|
|
Д/п |
|
|
||
|
ад/,/. |
|
|
|||||
w,(/) = - |
АА А |
|
|
( 12.22) |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
1+ |
At-, |
|
Л А |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
1 + ——— |
|
Д/п |
|
|
||||
тА ) = - |
19 |
|
аД^А, |
|
(12.23) |
|||
|
А, Л |
Ah |
|
|||||
1+ |
|
Д^2 |
|
|
|
|||
|
V A A J |
|
f |
i f |
|
|
||
Из выражений (12.20)—(12.23) получается: |
|
|
||||||
je, (/)= £CB|(f>«,(/), |
|
(12.24) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
[£2(г )-е Сй,(Ф ь('). |
|
(12.25) |
||||||
где /77] и пи - степень локализации деформации в участках соответственно 1 и 2 неравностенной отливки (или равностенной, но с участками, охлаждающимися по разным режимам).
Степень локализации деформации оценивает отклонение фактической относительной деформации от величины свободной относительной усадки. Из (12.22) и (12.23) видно, что степень локализации деформации в участках определяется конструкцией отливки (/ и J), режимом охлаждения участков (Д/i / Дь) и податливостью формы (Д/о).
Степени локализации деформации в участках одной отливки взаимозависимы. Понижение т\ неизбежно ведет к повышению m2 и наоборот. Теоретически они могут изменяться от 0 до бесконечности по схеме, изображенной на рис. 12.9.
В равностенной отливке, охлаждающейся по всей длине совершенно одинаково, т - 1, а трещиноустойчивость равна трещиноустойчивости сплава и
трещины не образуются. К такому состоянию можно привести отливку с неравномерной толщиной путем создания определенного необходимого режима охлаждения массивного участка или за счет регулирования режимов охлаждения в каждом участке так, чтобы т\ и пъ не превышали Тс
(трещиноустойчивость сплава), что вытекает из (12.15) при условии T0(t) > 1.
Это значит, что условие получения отливок без трещин выражается следующим неравенством:
|
m,(')<rc(0 = - ^ . |
(12.26) |
|
G [ t ) |
|
За |
счет регулирования режимов охлаждения связанных между собой |
|
участков |
отливки возможно изменение m в пределах |
1-Г с. Если учесть, что Тс |
для большинства сплавов на основе железа мало отличается от 1 (1,15-1,2), можно представить крайнюю необходимость в достаточной точности расчета режимов охлаждения в каждом участке.
Величина m в участках зависит от соотношения длины участков.
Уменьшение длины быстро охлаждающего участка благоприятно, а медленно охлаждающегося приводит к повышению вероятности образования трещин в отливке.
Однозначно влияет на величину m податливость, проявляющаяся в абсолютной усадке (Д/о). При увеличении Д/0 понижается m во всех участках
вплоть до 0 (свободная усадка). В связи с этим до сих пор литейщики предпочитают такие способы предупреждения трещин в отливках, которые предусматривают повышение податливости формы. Из условия (12.26) с учетом (12.22) и (12.23) можно рассчитать Д/0, которая предотвращает образование трещин.
Степень локализации деформации в отливке, представляющей собой один равномерно охлаждаемый участок по всей длине (<тв(/) > сг°(г)), не зависит
от режима охлаждения и определяется только податливостью формы |
|
||
...... А/о(0 |
А/0 (/ ) |
(12.27) |
|
a à tl |
£св№ |
||
|
|||
При положительном значении Д/0 величина m всегда меньше 1, т. е.
трещины не образуются.
Таким образом, теоретически можно получить любую отливку без трещин, регулируя m так, чтобы соблюдалось условие (12.26). Практически же
выполнить это условие удается не всегда вследствие большой трудности регулирования скорости охлаждения в отливках сложных конструкций. Поэтому конструкции литых заготовок создаются при участии литейщиков, которые определяют возможность изготовления ее литьем.