Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
Усадка отливки (изменение объема и линейных размеров) происходит на всех стадиях формирования отливки из жидкого металла. Она оказывает влияние на образование усадочных раковин и пористости, литейных напряжений, горячих и холодных трещин, на размерную и весовую точность отливки, ее герметичность и плотность [23, 24]. Усадочные процессы, протекающие при формировании отливки, определяются химическим составом металла, температурой его перегрева над линией ликвидуса, фазовыми переходами в жидком и твердом состояниях, наличием примесей в металле и скоростью отвода тепла как при кристаллизации расплава, так и при дальнейшем его охлаждении в форме.
150
В общем случае объемная усадка металла гуа определяется:
где ? 8 и е — объемная усадка металла соответственно
в жидком состоянии, при кристаллизации и охлаждении. В свою очередь,
Е,.=а,(Г„-Г„); (4.6, а)
«,,=о,(г.-г.); С4-6-6)
Ч=«,(г.-г„), <4'6>в>
где аж,а3, а — коэффициенты объемной усадки в жидком со-
стоянии металла, при кристаллизации и охлаждении; Тж — температура перегрева металла; Гл, Тс — температуры ликвидуса и соли-дуса соответственно; То — температура формы в начале заливки ее металлом.
С учетом (4.6, а-в) уравнение (4.6) примет вид:
Ч = МГя-Г0 + а3(Гя-Г^±ая(Гс-Г0). (4.7)
Уравнение (4.7) носит весьма общий характер. Если аж можно считать величиной постоянной, то а и а, зависят от фазовых пере-
тп
ходов и скорости кристаллизации, содержания примесей и силового взаимодействия металла с формой. Так, при усадке чугуна различают: усадку в жидком состоянии; предусадочное расширение, связанное с выделением графитовой фазы при кристаллизации расплава; доперлитную усадку; усадку при перлитном превращении, обусловленную переходом уРе —» аре, и послеперлитную усадку.
Для определения объема усадочной раковины при получении отливок из чугуна Н.Г. Гиршович приводит следующую формулу:
У9 = аж (Гж -Тп) + е,з -1,5а„ {Т3 -Т0). (4.8)
Анализ формулы (4.8) показывает, что снижение температуры перегрева металла приводит к уменьшению объема усадочных дефектов, увеличение усадки при затвердевании способствует
151
увеличению плотности отливки. При ЛГМ температура металла снижается при заливке чугуна на 35 °С и стали на 55 °С за счет потери тепловой энергии расплава на термическую деструкцию модели. Справедливо при этом случае формулу (4.6, а) записать с учетом снижения температуры перегрева металла непосредственно в полости формы в следующем виде:
длячугуна еКж =аж[(Гж-35)-Гл]; (4.9)
для стали е^ = аж [(гж - 55) - Гл ]. (4.10)
Потери тепловой энергии металлом на термодеструкцию изменяют условия усадки (если металл находится в жидком состоянии, уменьшают ее). Для стали необходимо учитывать процесс науглероживания жидкого металла при ЛГМ, что несколько снижает линию ликвидуса. Однако увеличение содержания углерода в расплаве уменьшает объемную усадку, что компенсирует увеличение усадки за счет снижения температуры ликвидуса. На рис. 4.5 представлены результаты исследования усадки отливки из чугуна в зависимости от материала формы по газифицируемым моделям (в пес-чано-глинистой форме по извлекаемым моделям), а в табл. 4.4 даны численные значения различных этапов усадки.
При литье по газифицируемым моделям уменьшается приуса-дочное расширение за счет снятия теплоты перегрева металла и значительное увеличение послеперлитной усадки, особенно в формах из несвязанных сыпучих материалов. Этот факт можно объяснить двумя причинами: увеличением скорости охлаждения металла в результате плотного контакта материала формы и отливки и хорошей податливостью формы из несвязанных материалов, кварцевого и металлического песка. В результате общая усадка отливки в условиях охлаждения в форме из металлического песка составляет 1,3-1,36 %, т. е. равна свободной усадке для данной марки чугуна, в то время как усадка в форме из песчано-глинистой смеси почти в 2 раза меньше. Значительное увеличение общей усадки при затвердевании отливки должно привести к увеличению ее плотности и уменьшению усадочной пористости.
152
Таблица 4.4
Этапы усадки отливок из чугуна, %
№ кривой на рис. 4.5 Материал формы Способ формовки ?0б
1 Песчано- По извле- 0,30- 0,30- 0,025- 0,73- 0,71-
глинистая каемым 0,35 0,35 0,035 0,75 0,74
сырая моделям
2 Песчано- ЛГМ 0,32- 0,28- 0,74- 0,73-
глинистая 0,37 0,33 0 0,76 0,76
3 Кварцевый ЛГМ 0,17- 0,40- 0,06- 0,92- 1,06-
песок 0,24 0,42 0,07 0,98 1,12
Окончание табл. 4.4
№ кривой на рис. 4.5 Материал формы Способ формовки еп ^пп ?об
4 Металлический песок (дробь) ЛГМ 0,10-0,15 0,44-0,46 0,09-0,11 1,05-1,10 1,3-1,36
С учетом влияния процесса термодеструкции модели и технологии формы на процесс усадки для определения усадочной раковины в отливках из чугуна при ЛГМ можно использовать формулу Н.Г. Гиршовича с внесением поправок, учитывающих особенности данной технологии:
У, = ^ [(ТЛ ~ 35)- Гл ] + е,. - 2,1а„ (Гя - Т0) . (4.11)
Уменьшение объема усадочных пор при ЛГМ повышает плотность отливок из чугуна и стали. Это видно из приведенных данных в табл. 4.5 и 4.6 [5]. Однако при получении отливок из чугуна эффект повышения плотности металла выражен менее четко, что связано с особенностями графитизации чугуна. В табл. 4.7 приведены результаты исследования состояния графита в отливках из чугуна, полученных в песчано-глинистой сырой форме по газифицируемым и извлекаемым моделям. Из данных таблицы видно, что при ЛГМ увеличивается содержание общего углерода за счет свободного графита. Это происходит в результате диффузии углерода термодеструкции модели в жидкий металл при его заливке в форму, что и приводит к снижению влияния вышеизложенных факторов на увеличение плотности металла.
