3.9. Влияние технологических факторов и состава сплава на образование усадочных дефектов
Одними из важнейших факторов, влияющими на образование усадочных дефектов – раковин и пористости – являются интенсивность охлаждения металла и температура заливаемого расплава.
Для стальных
отливок, затвердевающих с малой
интенсивностью (критерий 
)
объём усадочных раковин можно в первом
приближении определить по уравнению
, (3.38)
где G – масса отливки, кг;
,
–плотности твердого и жидкого металла,
.
В остальных случаях определяющим фактором является температура заливаемого расплава. Её влияние проявляется особенно на стадии усадки металла в жидком состоянии, т.е. при потере металлом перегрева в начальной стадии затвердевания.
Относительный объём усадочной раковины можно определить по формуле Н.Г. Гиршовича и Ю.А. Нехендзи
, (3.39)
где
- коэффициент объёмной усадки металла
в жидком и жидкотвердом состояниях;
,
– средние температуры металла
соответственно в начальный и заключительный
моменты затвердевания;
– температура кристаллизации металла;
– коэффициент усадки при кристаллизации,
~ 0,03;
q –
коэффициент, характеризующий влияние
массы твердой корки на формирование
раковины (принимают q
);
– коэффициент усадки затвердевшего
металла.
Так как важно для
практики знать максимальный объём
усадочной раковины, то можно сделать
следующие упрощения: (
)~t
(t–температура перегрева
металла); 
~
(T
–температурный перепад на поверхности
отливки за время затвердевания).
Тогда формула (3.39) после упрощений запишется в следующем виде
(3.40)
В полученном
выражении можно пренебречь третьим
членом, т.к., например, при литье стали
его значение составляет 
в условиях ПГФ;
в условиях металлических форм.
Поэтому для расчета объёма усадочной раковины можно использовать выражение
, (3.41)
из которого видно определяющее влияние температуры перегрева расплава на объём усадочных раковин.
В чугунах образование усадочной раковины связано с выделением графита и присутствием в составе кремния и фосфора. Для оценки развития усадочных дефектов необходимо учитывать коэффициент формы области усадочных раковин n и влияние углеродного эквивалента, рис. 3.14
Рис. 3.14. Зависимости
коэффициента n и αк
от углеродного эквивалента в процентах
(
)
Прогнозировать развитие усадочных дефектов раковин и пористости в зависимости от состава сплава можно, пользуясь диаграммой состояния по методике академика А.А. Бочвара, рис. 3.15
В чистых металлах и эвтектиках (составы 1 и 4) формируются в основном усадочные раковины. При увеличении интервала кристаллизации (составы 2 и 3) наряду с раковинами образуется усадочная пористость; пористость максимально образуется в сплавах состава 3, соответствующего на диаграмме состояния точке пересечения границы выливаемости с эвтектической платформой.
Рис. 3.15. Схема развития усадочных дефектов в сплавах составов 1–4; связь с диаграммой состояния (а); положение характеристических границ (б)
В зависимости от положения границ выливаемости и питания в области кристаллизации соотношение объёмов раковин и пористости изменяется. При смещении этих границ к линии ликвидуса зона осевой пористости сужается, а рассеянная может расшириться; при смещении этих границ к солидусу зона осевой пористости может расшириться.
На распределение усадочных дефектов существенно влияет интенсивность охлаждения отливки: при значительной интенсивности температурный перепад по сечению отливки большой, относительная ширина двухфазной зоны мала, объём усадочной раковины возрастает, а пористости уменьшается.