- •Шишляев, В.Н.
- •1.3.1. Полиморфные превращения
- •2. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ
- •2.3. Свойства металлических расплавов
- •2.3.1. Температура плавления и плотность
- •2.3.2. Поверхностное натяжение
- •2.3.2.1. Поверхностное натяжение и смачиваемость
- •2.3.2.2. Капиллярные явления
- •2.3.2.3. Определение поверхностного натяжения
- •2.3.4. Диффузия в жидких металлах и сплавах
- •Вопросы для самоконтроля
- •3.1. Термодинамические условия кристаллизации
- •3.3. Кинетика кристаллизации
- •3.4. Механизм кристаллизации
- •Вопросы для самоконтроля
- •4. ФОРМИРОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ
- •4.1. Кристаллизация чистых металлов
- •Х/ННчУ
- •4.2.1.1. Концентрационное переохлаждение
- •4.2.1.2. Особенности механизма кристаллизации сплавов, образующих твердые растворы
- •4.2.2. Кристаллизация эвтектических сплавов
- •4.2.3. Эвтектические структуры в реальных сплавах
- •5.2. Основные положения современной теории кристаллизации
- •5.2.2. Формирование центральной равноосной зоны
- •5.3.2. Влияние скорости кристаллизации
- •5.3.3. Влияние перегрева
- •5.3.4. Влияние перемешивания расплава
- •5.3.5. Влияние примесей
- •Вопросы для самоконтроля
- •6.1. Получение отливок с заданной структурой
- •6.2. Величина зерна литых сплавов
- •6.2.1. Границы зерен в литых сплавах
- •6.2.2. Микроструктура литых сплавов
- •6.3.3. Специальные методы модифицирования
- •6.3.4. Виды модифицирования
- •7.1. Дендритная ликвация
- •7.2. Зональная ликвация
- •7.2.1. Прямая зональная ликвация
- •ШШШШШ
- •7.2.2. Обратная ликвация
- •8.1. Растворимость газов в расплавленных металлах
- •8.3. Выделение газов в процессе затвердевания
- •8.5. Неметаллические включения
- •8.6. Методы устранения дефектов газового характера
- •8.6.1. Предупредительные меры
- •8.6.2. Способы удаления газов из расплава
- •8.7. Рафинирование расплавов
- •8.8. Раскисление металлических расплавов
- •Вопросы для самоконтроля
- •9. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ
- •9.1. Кристаллизация при высоких скоростях охлаждения
- •9.2. Получение монокристаллических изделий
- •9.4. Получение компактных нанокристаллических материалов
- •9.4.2. Методы получения наноматериалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •10. ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
- •10.1. Жидкотекучесть
- •10.1.1. Виды жидкотекучести
- •10.1.2. Определение жидкотекучести
- •10.1.3. Жидкотекучесть чистых металлов и сплавов
- •10.1.5. Влияние технологических условий литья
- •10.1.7. Заполняемость форм
- •10.2. Усадка литейных сплавов
- •10.2.4. Определение объемной усадки
- •10.2.7. Устранение усадочных раковин
- •10.2.8. Герметичность сплавов
- •10.3. Напряжения в отливках
- •10.3.1. Классификация напряжений
- •10.3.2. Методы снижения напряжений
- •10.4. Горячеломкость сплавов
- •10.4.1. Виды трещин в отливках
- •10.4.2. Оценка горячеломкости сплава
- •10.4.3. Факторы, влияющие на горячеломкость сплавов
- •10.4.4. Пути снижения горячеломкости
- •Вопросы для самоконтроля
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
один из наиболее сильнодействующих факторов. Полученный ре зультат, несомненно, имеет практическое значение, хотя и не дает ответ на вопрос об истинных возможностях каждой марки сплава.
Истинная жидкотекучесть может быть получена только при одинаковом перегреве над температурой, при которой металл пере стает течь. Эта температура называется температурой нулевой жидкотекучести. На рис. 106 она показана пунктирной линией, располо женной между ликвидусом и солидусом диаграммы состояния. По ложение этой линии определяется экспериментальным путем,
ив большинстве случаев оно неизвестно, что затрудняет определе ние истинной жидкотекучести.
Условно-истинная жидкотекучесть измеряется в условиях оди накового перегрева над линией ликвидуса. Этот вид жидкотекучести
иполучил наибольшее распространение как в производственных ус ловиях, так и при научных исследованиях. Она отличается от истин ной жидкотекучести тем больше, чем выше концентрация легирую щих компонентов, увеличивающих интервал кристаллизации. При определении условно-истинной жидкотекучести различных сплавов одной системы достаточно иметь перед собой диаграмму состояния этой системы.
10.1.2. Определение жидкотекучести
Жидкотекучесть определяется при помощи технологических проб, представляющих собой литейные формы с каналами различной формы и сечения. Стремление учесть или, наоборот, исключить ка кой-либо из многих факторов, влияющих на жидкотекучесть, приве ло к большому разнообразию проб. Их можно поделить на три груп пы: пробы с каналом постоянного сечения, пробы с каналом пере менного сечения и комбинированные пробы.
К первому типу относятся пробы с горизонтальным расположе нием канала (спиральная, прутковая и лабиринтная), проба с верти кальным каналом (U-образная проба) и пробы с наклонными канала ми (наиболее известна винтовая проба).
Вкачестве примера проб второго типа можно назвать клиновую
ишариковую пробы.
Некоторые из технологических проб показаны на рис. 107 и 108.
|
|
7 |
8 |
Вид Ж ^ |
|
|
|
В на стопор ю |
|
|
|
J. |
|
Т |
|
|
|
|
|
|
|
г - г |
|
Е-Е повернуто |
030 г) |
|
|
У" |
г ш |
|
|
i |
5(in |
|
|
4 - |
|
|
|
•1т |
|
сфера |
|
сфера |
сфера |
|
Рис. |
107. Спиральная проба на жидкотекучесть по ГОСТ 16438-70 |
(песча |
||
ная форма) (а) и схема построения измерительного канала (б): 1 - |
литни |
|||
ковая чаша, |
2 - стопор, 3 - верхняя полуформа, 4 - |
центрирующий штырь, |
||
5 - |
нижняя |
полуформа, 6 - направляющий штырь, |
7 - кварцевая трубка, |
|
|
|
8 - бесконцовая термопара |
|
|
> |
|
А |
|
\ |
|
|
|
|
|
|
7../J 1 |
: |
I |
rjil |
в|! |
|
jyib |
|
|
г в
Вид по разъему на плиту
40
40
Рис. 108. Спиральная проба на жидкотекучесть по ГОСТ 16438-70 (кокиль): 1 - литни ковая чаша, 2 - стопор, 3 - левая полуформа, 4 - правая полуформа, 5 - плита, 6 - ручка, 7 - штифт, 8 - термопара, 9 - бесконцовая термопара, 10 - кварцевая трубка
Исследования жидкотекучести в любой пробе необходимо про водить с максимальным приближением к конкретным условиям ли тья. Поэтому пробы могут быть песчаными, металлическими или из керамики.
Результаты замеров жидкотекучести, полученные в каждой от дельной пробе, являются относительными и не могут сопоставляться между собой. Результаты исследования каждой пробы в какой-то степени подчеркивают влияние одного из свойств расплава (вязко сти, поверхностного натяжения, характера кристаллизации и т.д.).
Наибольшее распространение получила спиральная проба. Она принята в качестве стандартной. В соответствии с ГОСТ 16438-70 жидкотекучесть любых сплавов определяется путем заливки распла ва в сухие и сырые песчаные формы или в кокиль. Песчаные формы (см. рис. 107) изготовляются по единой модели и имеют канал трапе циевидного сечения. Высота и ширина основания трапеции - 8 мм, а вершина скруглена с радиусом 3 мм. Кокиль (см. рис. 108) имеет внутреннюю полость с каналом того же сечения. Стандарт устанав ливает и условия заливки пробы. Она должна быть установлена стро го горизонтально при помощи уровня. Температура заливки чистых металлов принимается на 5±0,5 % выше, чем температура плавления, а температура заливки сплавов должна на 5±0,5 % превышать их температуру ликвидуса. Температура заливки формы при заливке спирали должна быть 25±10 °С.
Проба имеет вместительную литниковую чашу 1 с перегородкой для удержания шлака. Внутренний конец спирали заканчивается вы пором, чтобы удалялись воздух и газы из формы. Для обеспечения одинакового металлостатического напора стояк предварительно пе рекрывают пробкой 2. Через каждые 50 мм в форме над каналом вы полнены шаровидные углубления высотой 1 мм. На залитой спирали они образуют выступы, облегчающие замеры ее длины. Проба явля ется наиболее точной. Погрешность определения жидкотекучести составляет ±3,5 %.
Пробу на жидкотекучесть по ГОСТ 16438-70 следует отличать от спиральной пробы Кюри, которая весьма похожа, но заливается через стояк, установленный в центре спирали.
Прутковые пробы (рис. 109, а) наиболее просты. Формы могут быть металлические или песчаные. Они имеют один или несколько
070
i
|
i |
‘Г) |
|
i |
oo |
|
|
|
|
i |
“ w-»“ |
|
m |
|
|
I. |
|
: о |
i |
08 |
1 ° |
i |
|
1 rs |
|
о |
|
i |
|
|
i |
m |
|
|
|
36 |
i |
|
|
i |
i 1 |
|
LV ф |
У
015
Рис. 109. Некоторые нестандартные технологические пробы для определе ния жидкотекучести: а - прутковые, б - комплексная U-образная, в - клино вая, г - шариковая проба А.Г Спасского
горизонтальных каналов диаметром 5 мм, длиной до 500 мм. Из-за большой длины канала пробы очень чувствительны к отклонениям по горизонтали, требуют тщательной проверки горизонтальности по уровню перед заливкой. Чащ'е используются металлические формы с одним каналом. Большое влияние оказывает и изменение металло статического напора при заливке. Заливочную ложку надо держать на одинаковой высоте от литниковой воронки. Погрешность измерения жидкотекучести по прутковой пробе может достигать от 2 до 15%.
U-бразную пробу, предложенную Ю.А. Нехендзи и А.А. Сама риным, точнее, U-образную пробу, усовершенствованную И.В. Куп цовым и называемую комплексной U-образной пробой (рис. 109, б) заливают в металлическую форму с вертикальным разъемом. Мерой жидкотекучести служит длина прутка, полученного в вертикальной части канала. Следует учесть, что данная проба является комплекс ной. С ее помощью можно определить еще и линейную усадку, склонность к образованию трещин и развитию усадочных пустот. Кроме того, на разрезах залитой пробы можно выявлять структуру, определять содержание газов и неметаллических включений. По грешность измерения в U-образной пробе может достигать 18%. Это связано с трудностью создания стабильных условий заливки и пере менным металлостатическим напором при заполнении восходящей части канала.
Шариковая проба А.Г. Спасского относится к технологическим пробам с каналами переменного сечения. Она может заливаться как в песчаные, так и в металлические формы. Кокиль (рис. 109, г) со стоит из двух половин и клиновой вставки 2, соприкасающейся с ша риком 1, укрепленным в одной из половин. Мерой жидкотекучести является площадь или средний диаметр отверстия в отливке, обра зующегося в месте контакта формы с шариком. Шариковая проба от носится к пробам с постоянным объемом жидкого металла (объемом металла, подтекающим под шарик, можно пренебречь), что способ ствует лучшей воспроизводимости результатов испытаний. Она дает наглядное представление о толщине стенки отливки, которая может быть заполнена при данных условиях. Шариковая проба также по зволяет сравнивать способность различных сплавов заполнять тонкие рельефы форм, поэтому очень часто эту пробу относят к пробам на заполняемость, о которой речь пойдет ниже.