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.
12.4.Влияние различных факторов на горячеломкость сплавов
12.4.1.Связь горячеломкости с диаграммой состояния сплавов
В двойных системах с увеличением содержания второго компонента горячеломкость изменяется по кривой с ярко выраженным максимумом (рис. 12.4), Максимальной горячеломкостью обладает сплав, практически совпадающий по составу с концентрационной границей появления эвтектики в неравновесных условиях кристаллизации, или сплав, содержащий очень небольшое количество эвтектики в виде тонких прожилок по границам зерен. Это обусловлено тем, что на этой границе сплав имеет максимальный эффективный интервал кристаллизации и линейную усадку в интервале кристаллизации. Если горячеломкость при первых добавках легирующего элемента к чистому металлу растет из-за расширения интервала хрупкости, то последующее снижение горячеломкости при повышении содержания эвтектики происходит вследствие увеличения относительного удлинения в интервале хрупкости и уменьшения линейной усадки в интервале кристаллизации.
12.4.2.Влияние состава сплава на горячеломкость сплавов двойных систем эвтектического состава
Впервые взаимосвязь между горячеломкостью и температурным интервалом линейной усадки была установлена А. А. Бочваром. Было показано, что эффективный интервал кристаллизации возрастает до концентрационной границы появления эвтектики в неравновесных условиях, а затем уменьшается до нуля (кривая 1 на рис. 12.10). Как видно, неравновесная диаграмма
состояния сдвинута относительно равновесной в сторону одного из компонентов, в результате чего эвтектическая составляющая образуется в системе при более низких концентрациях второго компонента.
Рис. 12.10. Связь горячеломкости с диаграммой состояния сплава (Новиков И. И.)
В табл. 12.1 приведены данные о сдвиге концентрационных границ образования эвтектической составляющей для трех скоростей охлаждения.
Таблица 12.1
Концентрационная граница появления неравновесных составляющих в сплавах различных систем__________
|
Концентрация |
Концентрация второго элемента, при которой видны |
||
Система |
предельной |
выделения второй фазы, для Гохл, град/мин |
||
|
растворимости |
0,5-2 |
80-100 |
1000 |
Al-Zn |
82,2 |
2,0 |
2,0 |
3,0 |
Al-Cu |
5,65 |
0,1 |
0,1 |
0,3 |
Al-Mg |
15,36 |
0,5 |
0,5 |
1,0 |
Al-Si |
1,65 |
0,1 |
0,1 |
0,2 |
Cu-Al |
7,6 |
______ 7,0 |
_______ т _______ |
7,0 |
Таким образом, по А. А. Бочвару, горячеломкость тем выше, чем больше эффективный интервал кристаллизации. Однако на практике (при неравновесных условиях кристаллизации) иногда существует сдвиг максимумов горячеломкости и эффективного интервала хрупкости.
12.4.3. Влияние количества эвтектики на горячеломкость сплавов
При увеличении количества эвтектики происходит уменьшение горячеломкости. Это связано с ростом запаса пластичности в твердожидком состоянии, что сопровождается увеличением относительного удлинения в интервале хрупкости и уменьшением линейной усадки кристаллизации. Основной причиной этого явления является увеличение количества жидкой фазы, кристаллизующейся при постоянной температуре сплава. Очень часто при увеличении эвтектики происходит уменьшение зоны столбчатых кристаллов, сопровождающееся измельчением зерна, что также является важнейшим фактором уменьшения горячеломкости (рис. 12.11).
ПГ%
Рис. 12.11. Влияние размера зерна на горячеломкость (ПГ) сплава Cu+3 % Си+5 % Fe (Новиков И. И.)