Материал: Теория литейных процессов

12.4.4. Горячеломкость в системах, компоненты которых образуют непрерывный ряд твердых растворов в твердом и жидком состояниях

При кристаллизации сплавов систем, имеющих широкие области растворения компонентов, линия солидуса может приближаться к температуре плавления легкоплавкого компонента (штриховая линия на рис. 12.12). Следствием этого является существенное различие в температурах равновесного и неравновесного солидуса. Максимум горячеломкости соответствует максимальному неравновесному эвтектическому интервалу кристаллизации сплава. При неравновесной кристаллизации дендритная ликвация является фактором сдвига максимума горячеломкости в сторону тугоплавких компонентов, что имеет место в системах Cu-Ni и Cu-Mn.

Рис. 12.12. Горячеломкость сплавов систем, компоненты

которых образуют непрерывные твердые растворы в жидком

итвердом состояниях (Новиков И. И.)

12.4.5.Горячеломкость в системах, компоненты которых образуют перитектику

Вперитектиках горячеломкость увеличивается при добавлении к металлу-основе второго компонента и достигает максимума в области наибольшего эффективного интервала кристаллизации (рис. 12.13).

Сплав с максимальной горячеломкостью содержит небольшое количество перитектической составляющей. Этому сплаву соответствует максимальный эффективный температурный интервал кристаллизации и максимальная линейная усадка.

Всистеме Си-Со (рис. 12.13) дендритная ликвация развивается быстрее из-за большой разницы между температурами солидуса и ликвидуса. Поэтому максимальный эффективный интервал кристаллизации сдвинут в сторону более тугоплавкого элемента Со.

ПГу.

Рис. 12.13. Горячеломкость систем перитекгического типа (Новиков И. И.)

12.4.6. Влияние формы и размера зерна на горячеломкость

Как было сказано выше, одним из важнейших факторов управления горячеломкостью является размер зерна (рис. 12.11). Измельчение зерен приводит к устранению брака по горячим трещинам в фасонных отливках и сварных швах. Уменьшение размеров зерен сужает температурный интервал хрупкости, повышает относительное удлинение сплава в интервале хрупкости, снижает температуру начала линейной усадки и уменьшает величину усадки в эффективном интервале кристаллизации. Все это приводит к увеличению пластичности сплава.

Укрупнение зерна может произойти из-за увеличения перегрева расплава или продолжительности выстаивания расплава, что приводит к повышению горячеломкости. Введение модификаторов является эффективным методом снижения горячеломкости. Касаясь влияния формы зерна на горячеломкость, можно отметить, что переход от столбчатой структуры к равноосной повышает относительное удлинение в интервале хрупкости и уменьшает величину усадки, что снижает горячеломкость.

Таким образом, горячие трещины представляют собой несплошности, возникающие при высоких температурах под действием усадочных и термических напряжений. Как правило, они возникают еще до окончания затвердевания отливки в температурном интервале кристаллизации, постоянно расширяясь и удлиняясь до температур ниже солидуса (рис. 12.14).

Горячие трещины от термических напряжений - специфические дефекты массивных отливок жесткой или умеренно податливой конструкции, иногда без механического торможения усадки. В результате различного хода усадки поверхностных и внутренних частей отливки образуются так называемые зональные горячие трещины. Возникновение этих трещин можно предупреждать, уменьшая разность температур сечения отливки, заливая металл в прогретую форму.

Горячие трещины от термических и усадочных напряжений появляются в переходах и сопряжениях стенок отливок, например в отливке стального маховика, и термические напряжения преобладают над усадочными. Для ликвидации трещины необходимо создание плавного перехода или ускоренное охлаждение венца, т. е. уменьшение разницы температур венца и диска.

Аналогичные дефекты образуются и в сочленениях стенок отливки (рис. 12.16). Чем меньше закруглен переход, тем меньше напряжения, достаточные для образования горячих трещин. Острый угол является тепловым узлом, в котором дольше сохраняется жидкий сплав, тем самым создавая условия для образования трещин. Предупредить образование горячих трещин в переходах можно, или увеличивая радиус закругления, или размещая ребра в плоскости действия сил усадки, или устанавливая холодильники (рис. 12.16).

Рис. 12.16. Примеры ликвации горячих трещин в отливках (Пржибыл Й.)

12.5.Способы предохранения отливок от образования в них горячих

трещин

Радикальным и надежным способом предохранения отливок от горячих трещин является обеспечение гарантированной трещиноустойчивости литых деталей еще на стадии их конструирования:

1. Необходимо располагать элементы затруднения линейной усадки на таком расстоянии друг от друга, которое меньше, чем величина ЬК9 найденная для данного сплава с помощью технологических проб. Существует такое расстояние I 0 = LK между элементами торможения усадки, превышение которого приводит к образованию горячих трещин в отливках. Этот размер LK зависит от толщины стенок отливки, ее конструкции, режимов литья и свойств сплава, в частности от еь и еу (<т0, <ту).

Речь должна идти не о ликвидации элементов затруднения усадки, как иногда рекомендуют в технологических руководствах. Речь должна идти о

конструировании детали с учетом максимально допустимого расстояния между этими элементами, ибо во многих случаях расстояние между ребрами, приливами, бобышками и т. п. назначается произвольно. В случае функционального назначения этих элементов прибегают к другому пути, где не требуется принципиального изменения конструкции.

2. Между элементами затруднения усадки, находящимися на расстоянии друг от друга большем LK, необходимо предусмотреть дополнительные элементы затруднения усадки, с тем чтобы новое расстояние между ними стало меньше LK.На этом пути есть следующие возможности:

новые элементы затруднения усадки, чаще всего ребра, толщина которого меньше тела детали, вводятся в состав конфигурации литой детали;

если предыдущая возможность исключается из-за требования к массе отливки, то следует рассматривать дополнительные ребра как технологические, обеспечивающие гарантированную трещиноустойчивость отливки, но подлежащие удалению при обработке литой детали (например, технология литья тонкостенных панелей из сплава МЛ5 выжиманием);

упрочнение тепловых мест тела отливки холодильниками и литейными ребрами.

Вопросы для самоконтроля знаний

1.Как классифицируются трещины в отливках?

2.Что такое торможение усадки пассивными и активными силами?

3.Какие типы проб для определения склонности сплавов к образованию трещин Вы знаете?

4.Перечислите технологические пробы для оценки склонности сплавов к образованию горячих трещин.

5.В чем заключается физическая сущность образования горячих трещин?

6. При каких условиях образуются горячие трещины? Меры (пути) борьбы с ними.

7.Как влияет эффективный интервал кристаллизации сплавов на процесс трещиообразования?

8. Что такое показатель горячеломкости по H. Н. Прохорову?

9.Коротко перечислите основные моменты статистической теории образования трещин в отливках.

10.Какие факторы влияют на трещиноустойчивость сплавов?

11.Что такое степень локализации деформации? Как можно ее определить?

12.Какое неравенство характеризует условие получения отливок без трещин?

13.Какая связь существует между горячеломкостью и диаграммами состояния сплавов?

14.Как влияет химический состав на горячеломкость сплавов двойных систем с эвтектикой и перитектикой?

15.Как изменяется горячеломкость сплавов при образовании непрерывного ряда твердых

растворов?

16.Как влияют форма и размер зерна на горячеломкость сплава?

17.Какие способы предохранения отливок от образования в них горячих трещин Вы знаете?