Материал: Теория литейных процессов

гидростатическое давление Р будет выше капиллярного, создаваемого поверхностным слоем, т. е.

(6.57)

где р - плотность расплава; g - ускорение свободного падения; а - прочность поверхностного слоя; 8 - половина толщины (высоты) литника, имеющего вид плоской щели.

Для жидких алюминиевых сплавов, имеющих р= 2500 кг/м‘\ сг^ 1Дж/м2, при 5= 0,003 м получаем h > cr/pg8 = 14 мм. Таким образом, обеспечивается минимальный начальный уровень расплава в шлакоуловителе, который примерно в 2 раза превышает высоту литников: 28 = 6 мм. До этого момента будет происходить наполнение шлакоуловителя, и только потом расплав войдет в литники и потечет в полость формы. В этих условиях имеется возможность задержать в шлакоуловителе загрязнения даже в первом потоке расплава и обеспечить равномерное поступление расплава по всем литникам.

6.10. Жидкотекучесть металла и заполняемость форм

Литейное свойство жидкого металла, характеризующее его способность заполнять форму, называют жидкотекучестью.

Если расплав обладает низкой жидкотекучестью, то при заполнении формы для тонкостенных крупногабаритных отливок движение металла прекратится раньше, чем она будет заполнена. Полученный дефект называется недоливом и не может быть исправлен.

Если при заполнении формы металлом с низкой жидкотекучестью образуются встречные потоки, поступающие из различных литников или частей формы, они могут не слиться. В этом случае в отливке нарушается сплошность, возникает «неслитина», при небольшом размере этот дефект может быть вырублен до чистого металла и заварен.

Определение жидкотекучести происходит на технологических пробах, представляющих собой модель плохо заполняющейся отливки. Такие формы имеют длинный измерительный канал малого сечения. Жидкотекучесть измеряется длиной заполненной части канала. Существуют следующие методы

ееопределения.

1.Пробы с горизонтальными прямоугольными измерительными

каналами (рис. 6.24, я).

Они имеют обычно цилиндрический канал диаметром 5 мм, выполняемый в песчано-глинистой форме. Металл поступает в канал из буферного резервуара, заполняемого из литниковой воронки. Проба должна быть установлена строго горизонтально. Воспроизводимость определения жидкотекучести на такой пробе низкая (от 2 до 15 %).

2. Проба с вертикальным прямоугольным измерительным каналом или U-проба (6.24, б).

Иц

251

Рис. 6.24. Пробы на жидкотекучесть

Предложена Ю. А. Нехендзи и А. А. Самариным в 1946 г., а усовершенствована и превращена в комплексную пробу для определения литейных свойств И. В. Купцовым в 1966 г. Состоит она из литниковой воронки, от дна которой отходит U-образный канал. Проба оформляется в металлической форме с вертикальным разрезом. Одновременно с измерением жидкотекучести на ней можно определить линейную усадку, склонность к трещинам и развитие усадочных пустот в сплаве. Кроме того, после разрезки пробы на ее кусках можно выявлять структуру, определять содержание газов и неметаллических включений. Однако при определении жидкотекучести она имеет невысокую воспроизводимость, связанную с трудностью соблюдения стабильных условий заливки и переменным гидростатистическим напором при заполнении восходящей части канала.

3.Проба со спиральным измерительным каналом (рис. 6.24, в).

Канал пробы выполнен в виде спирали, расположенной в горизонтальной

плоскости. Канал имеет сечение в виде трапеции высотой 8 мм, шириной 8 мм вверху и 7 мм внизу. Канал заполняется через литниковую чашу с порогом при переходе к стояку и со сливным каналом в верхней части, позволяющим точно зафиксировать гидростатический напор. Внутренний конец спирали снабжен выпором для выхода воздуха и газов. В основании стояка имеется буферный резервуар. При установке мерной чаши со стопором погрешность изменения жидкотекучести составляет ± 3,5 %.

Кривая жидкотекучести имеет два участка (рис. 6.25).

Рис. 6.25. Зависимость жидкотекучести Л от температуры чистого металла (У) и сплава, кристаллизующегося в интервале температур Г, - Гс (2)

Первый, начальный участок а находится между Тп и Тс солидуса. Ниже температуры выливаемости (нулевой жидкотекучести) Гв заполнения канала не будет. На участке а заполнение происходит, но на небольшую длину. В случае заливки чистого металла участок а принимает горизонтальное положение (кривая У), а в случае заливки сплава (кривая 2) - наклонное.

Второй участок б имеет криволинейный характер с кривым наклоном при начальном увеличении температуры.

Практическая жидкотекучесть определяется при одинаковой температуре заливки сплавов данной системы. По мере увеличения концентрации добавки температура ликвидуса чаще всего будет падать, и увеличиваться перегрев, следовательно, жидкотекучесть будет возрастать.

Условная жидкотекучесть определяется при одинаковом перегреве над ликвидусом сплавов данной системы. Этот способ оценки должен лучше выражать физико-химическую сущность явления.

Истинная жидкотекучесть определяется при постоянном перегреве над линией нулевой жидкотекучести на диаграмме состояния. Однако определение ее затруднительно, и она мало отличается от условной.

Должна существовать корреляционная связь между жидкотекучестью, вязкостью и поверхностным натяжением (смачиваемостью). Прямая корреляция наблюдается в шлаковых системах.

Жидкотекучесть возрастает с увеличением теплоты кристаллизации и резко.снижается при окислении сплавов.

Возможны три механизма остановки потока жидкого металла в каналах формы (рис. 6.26):

1. Объемная остановка - прекращение течения металла в твердожидком состоянии из-за образования множества дендритов и их обломков и резкого повышения вязкости. Такой механизм характерен для широкоинтервальных сплавов с высокой теплопроводностью, затвердевающих с малой аккумулирующей способностью. Остановка происходит при образовании 20-35 % твердой фазы (рис. 6.26, а). Для металлических систем этот механизм

маловероятен. Остановка конца потока происходит внезапно, а не постепенно, как этого можно было бы ожидать при увеличении вязкости.

Рис. 6.26. Схема остановки потока при исчерпывании жидкотекучести: а - остановка в результате объемной кристаллизации и повышения вязкости металла; б - остановка в результате затвердевания потока в начальном сечении канала; в -

остановка в результате образования пробки на конце потока

2. Остановка может произойти в результате полного затвердевания потока, в начальном сечении, где охлаждение начинается раньше всего (рис. 6.26, б). Остановка потока происходит за счет промерзания начального сечения. Такой случай возможен при малых сечениях канала и низких скоростях движения жидкого металла, а также для узкоинтервальных сплавов с малой теплопроводностью, затвердевающих в форме с высокой теплоаккумулирующей способностью (например, титановые сплавы в графитовой форме). Остановка происходит при образовании 40-60 % твердой фазы (рис. 6.26, б),

3. Остановка может произойти из-за образования на конце потока достаточно прочной пробки (рис. 6.26, в). Пробка образуется за счет накопления кристаллов и пленки окислов. В обычных условиях литья из металлических сплавов реализуется этот механизм остановки. Такой механизм характерен для сплавов с повышенной температурой плавления, с небольшим интервалом кристаллизации, а также для большинства эвтектических сплавов. Остановка происходит при образовании 60-80 % твердой фазы.

Жидкотекучесть Л можно представить как произведение скорости вытекания расплава из литниковой системы в измерительный канал V (постоянная для данной пробы) на время г, в течение которого расплав сохраняет способность к движению:

Для определения времени течения можно использовать следующую полуэмпирическую формулу: