3.2. Литейная усадка. Предусадочное расширение

Литейная усадка определяет усадку металла в условиях литейной формы. Основными факторами, влияющими на величину этой усадки, являются механическое торможение усадки отливки стенками формы и термическое торможение затвердевающего металла, определяемое конструкцией отливки и типом литейной формы. Механическое торможение существенно зависит от податливости литейной формы и литейных стержней, наряду с этим влияет также сложность конструкции отливки, например, наличие в ней перемычек, фланцев, и др. Термическое торможение является следствием неравномерного охлаждения массивных и тонких элементов в отливке.

Литейная усадка может быть свободной и затруднённой; свободная численно больше затруднённой.

Усадке многих сплавов предшествует предусадочное расширение. Причины этого могут быть следующие:

а) выделение газов из затвердевающего металла (с увеличением газосодержания, предусадочное расширение возрастает);

б) графитизация, особенно характерная для серых чугунов, в высокопрочных чугунах за счёт выделения карбидов с большим удельным объёмом может быть значительной и составлять 0,6-0,9%;

в) капиллярное давление ликвирующей жидкости, выдавливаемой в результате усадки и давления выделяющихся газов на поверхность отливки; это присуще сплавам с широким интервалом затвердевания, склонных к обратной ликвации (например, в цветных сплавах).

В литейных железоуглеродистых сплавах развитие усадки имеет особенности, обусловленные графитизацией, распадом и образованием новых фаз. На рис.3.2 приведены зависимости усадки сталей среднеуглеродистого и аустенитного классов, а также чугунов – серых, легированых магнием в широком температурном интервале.

Рис. 3.2. Зависимости усадки некоторых железноуглеродистых сплавов от температуры: 1-аустенитная сталь; 2–среднеуглеродистая сталь; 3–серый чугун; 4–чугун, легированный магнием

В температурном интервале 1560 – 1000 ºC проявляется предусадочное расширение: в серых чугунах графит выделяется в жидком металле; в легированых чугунах– в затвердевшем металле (вблизи T_S), поэтому результирующая усадка таких чугунов минимальна (примерно около 1%) и усадочные дефекты в отливках выражены слабо. При температурах, близких к температуре кристаллизации, в чугунах (зависимости 3,4) наблюдается расширение.

В литейных сталях принято различать при охлаждении (после слабо выраженного расширения) три ситуации развития линейной усадки, когда в затвердевающем металле образовалось до 70% твёрдой фазы:

а) доперлитная ξ_gn=1,3 –-1,4 % в аустенитном состоянии;

б) расширение при фазовой перекристаллизации ξ_а-ф = 0,2 %;

в) послеперлитная усадка ξ_пп = 1,1 %, проявляющаяся при охлаждении до температуры окружающей среды. Иногда доперлитной усадке предшествует предусадочное расширение (ξ_пр = 0,04%), связанное с выделением газов из затвердевающих сталей.

Расширение при распаде аустенита ( -ф) происходит в сталях при разных температурах: в углеродистых- от 700 до 720 ºC; в мартенситных - при 200 ºC; в сталях аустенитного и ферритного класса – в области низких температур.

Полная усадка железоуглеродистых сплавов определяется по уравнению

ξ_п = ξ_пр + ξ_{л ,} (3.5)

где линейная усадка ξ_л = ξ_gn + ξ_пп