условного запаса пластичности в твёрдо-жидком состоянии. Недостатком

кольцевой пробы является малая её жёсткость, не позволяющая исследовать

литейные сплавы со сравнительно небольшой горячеломкостью, например,

большинство силуминов. Недостатком всех проб с постоянной жёсткостью

является узость диапазона определяемой горячеломкости. Если проба

недостаточно жёсткая, то она не позволяет различить по величине

горячеломкости малогорячеломкие сплавы, так как они вообще не дадут трещин.

Если же проба слишком жёсткая, то она не позволяет классифицировать сплавы

с высокой горячеломкостью, так как в этом случае трещины приводят к полному

разрыву по всему сечению отливок. Поэтому при работе, например, с кольцевой

пробой необходимо для данной сплавов подбирать диаметр стержня, т.е. ширину

кольцевой отливки при постоянном внешнем её диаметре, так, чтобы проба

могла «различать» по величине горячеломкости все эти сплавы. Последнее

условие вообще невозможно выполнить, если в исследуемую группу входят

сплавы с очень высокой и очень низкой горячеломкостью. Тогда приходится

сравниваемые сплавы разделять на две подгруппы и применять к ним пробу с

повышенной и пониженной жёсткостью.

1. Стандартная кольцевая проба на горячеломкость

Стандартная кольцевая проба на горячеломкость (рисунок 6)

представляет собой отливку в виде плоских колец, заполняемых от одного

литника (1). Кольцо (2) толщиной 5 мм имеет во всех пробах один и тот же

внешний диаметр, равный 107 мм. Для изготовления формы использовалась

формовочная смесь, состоящая из кварцевого песка с 6% бентонита и 3% воды.

Внутренняя поверхность колец оформляется во всех случаях

металлическими стержнями (3). Таким образом, в отливке создаются условия,

благоприятные для образования усадочных напряжений вследствие механического

торможения линейной усадки со стороны стержня. Кроме того, для образования

термических напряжений применяют холодильники (4), которые увеличивают

перепад температур в отливке. В результате этого возникающие деформации

локализуются в одном месте – месте подвода металла к отливке, где

заканчивается процесс кристаллизации. В этом месте и образуется трещина,

если вынужденная деформация превысила значение предельной деформационной

способности сплава.

Холодильники и стержни изготовлены из стали. Одна из сторон

холодильника, которая соприкасается с отливкой, была покрыта слоем

кварцевого песка со связующим веществом толщиной 1 мм. Ширина колец в

радиальном направлении может изменяться от 5 до 47.5 мм с помощью

металлических стержней различных диаметров. Критерием горячеломкости служит

максимальная ширина кольца (в мм), при которой появляется трещина. Чем

больше эта критическая ширина кольца, тем больше сплав предрасположен к

образованию горячих трещин.

1.3.2. Во второй группе проб показатели горячеломкости отражают и размеры

трещин, и размеры образца. Одновременный учёт обеих этих характеристик

производится для того, чтобы сделать пробы более чувствительными и, вместе

с тем, способными охватить более широкий диапазон горячеломкости.

Особый интерес представляет проба Хала. В отличие от всех известных

проб, она может быть использована для оценки горячеломкости тугоплавких

сплавов на основе титана, циркония, ниобия и т. п. Характерные особенности

этой пробы: плавка во взвешенном состоянии малых навесок (2.4 см3 ) и

заливка металла в медную форму в атмосфере гелия или аргона (рисунок 7).

В образце, который имеет вид шпильки с головками, из-за усадки металла и

расширения медной формы возникают растягивающие деформации. С увеличением

внешнего диаметра изложницы, т.е. с увеличением её массы, она меньше

нагревается при заливке металла и меньше растягивает образец.

Следовательно, жёсткость пробы возрастает с увеличением длины шпильки

[pic]

Рис.6 Кольцевая проба на горячеломкость.

1 – литник; 2 – кольца переменной ширины; 3 – металлический стержень; 4 -

холодильник

А и уменьшением внешнего диаметра формы С. Каждая форма характеризуется

условным номером N, соответствующим определённым значениям А и С:

N………………………………. 4 5 6 7 8 9

А, дюйм………………………. 23/4 29/16 23/8 23/16 2 113/16

С, дюйм..................................... 3/4 3/4 3/4

3/4 3/4 3/4

N................................................. 10 11 12

13 14 15 16

А, дюйм..................................... 15/8 15/8 15/8

11/2 13/8 11/4 11/8

С, дюйм...................................... 3/4 1 11/4

11/4 11/4 11/4 11/4

На поверхности образца, Поворачиваемого в специальном держателе, По

отсчетному лимбу измеряется угловая величина концентрических трещин (осевой

их составляющей пренебрегают). Результаты измерений для каждого сплава

представляются в виде графика "относительная длина трещин (%) – номер

литейной формы». Чем больше этот номер, тем меньше растягивающие деформации

и короче трещины. За показатель горячеломкости выбирается номер формы, при

котором относительная длина трещины равна 40%.

Проба Хала (CPT-Test - cast-pin tear test) обладает удовлетворительной

чувствительностью и позволяет производить сравнительно быстрые и недорогие

испытания тугоплавких сплавов на горячеломкость.

3. В третьей группе проб показателем сопротивляемости образования трещин

является критическая нагрузка на затвердевающий образец. Здесь можно

выделить две подгруппы: пробы с заранее приложенной постоянной

нагрузкой и пробы, в которых усадка тормозится непрерывно возрастающей

нагрузкой (пружиной).

В пробах с постоянной нагрузкой вся она быстро передаётся на образец,

когда начинается линейная усадка. В то же время в производственных отливках

усадочные напряжения возникают постепенно по мере развития затруднённой

усадки. Поэтому вполне логично использование проб, в которых усадка

тормозится пружиной и нагрузка непрерывно возрастает от нуля до некоторой

критической величины в момент образования трещины. Этот момент отмечается

по появлению максимума на кривой «усилие

[pic]

Рис.7 Медная форма для пробы Хала

сопротивления усадке – время», так как при образовании трещины усилие

окончательно (при полном разрыве) или временно падает. В основе этих

методов лежит схема опыта Бриггса и Гезелиуса (рисунок 8), измерявших

усилие, которое возникало при торможении усадки образца пружиной. Образец в

виде стержня заливается в песчаную форму, в полость которой с двух торцов

вставлены шпильки. Одна шпилька жёстко укреплена в опоке, а другая

соединена с пружиной. Затвердевающий металл «схватывает» шпильки, и образец

с одного торца оказывается жёстко связанным с опокой, а с другого –

соединённым через шпильку с пружиной, делающей усадку затруднённой.

Нагрузка на образец измеряется по прогибу пружины с помощью механического

индикатора, проградуированного в единицах силы.

Результаты исследований с помощью приборов, в которых усадка тормозится

пружиной, в сильной степени зависит от жёсткости пружины. Чем жёстче

пружина, тем быстрее после окончания заливки образуется трещина и тем

меньше в этот момент нагрузка. Следовательно, абсолютное значение

критической нагрузки зависит не только от свойств сплава, но и от жёсткости

пружины. Особенно важно то, что жёсткость пружины по-разному сказывается на

критической нагрузке, определённой на разных сплавах. В результате можно

получить разную зависимость сопротивляемости образованию трещин от состава.

Так, при увеличении жёсткости пружины, в ряду сплавов Fe – C сталь с 0.2% С

из наименее горячеломкой становится наиболее горячеломкой.

Было замечено, что при наличии у сплава предусадочного расширения, в

производственных отливках стержень, расширяющийся при заливке металла,

оказывает сопротивление усадке как только она начинается, а в установке с

пружиной нагрузка прикладывается к образцу с опозданием. Обусловлено

последнее тем, что в период предусадочного расширения пружина из положения

oa изгибается в положение oc , а после начала усадки, когда она

возвращается в исходное положение, образец не нагружен (рисунок 3). Образец

нагружается только после того, как пружина проходит через исходное

положение oa и отклоняется в положение ob. Из-за холостого хода

пружины критическая нагрузка зависит от величины предусадочного расширения,

и результаты испытаний иногда расходятся с производственным

опытом и оценкой горячеломкости по пробам, относящимся к первым двум

группам.

Одним из показателей горячеломкости является относительное количество

треснувших отливок. Такой способ неудобен в лабораторных условиях, так как

достоверные данные можно получить лишь при большом количестве повторных

заливок. В то же время в заводских условиях, когда под контроль попадают

сотни производственных отливок, статистический метод оценки горячеломкости

по относительному числу треснувших отливок даёт очень хорошие результаты.

[pic]

Рис.8 Схема опыта с торможением усадки пружиной

Была также сделана попытка оценить горячеломкость по величине минимальной

твёрдости стержневой смеси, начиная с которой в кольцевой отливке

появляются трещины. Эта методика не нашла применения, так как оказалась

малочувствительной и неудобной в исполнении.

Вот ещё один пример измерения горячеломкости. Образцы в виде брусов

отливались в песчаную форму, в полости которой с торцов были вставлены

шпильки. С одного торца шпилька, «схватываемая» затвердевающим металлом,

жёстко соединяла каждый образец с опокой, а с другого торца шпилька

свободно проходила через отверстие в опоке. На конце этой шпильки с внешней

стороны опоки была насажена гайка, и зазор между ней и опокой позволял

проходить свободной усадке образца. Величина этого зазора, а следовательно,

и степень затруднения усадки устанавливались заранее и были различными для

разных образцов. Горячеломкость оценивалась по критической величине зазора,

соответствующей появлению трещин. Рассмотренная проба оказалась

малочувствительной и в дальнейшем не нашла применения.

Ни одна из существующих проб не может быть признана универсальной и

пригодной для решения любых задач, связанных с изучением горячеломкости при

литье. Такой универсальной пробы, по всей видимости, вообще невозможно

разработать, хотя бы потому, что в одном опыте принципиально нельзя

воспроизвести условия разных способов литья (в песчаную форму, в кокиль,

непрерывного и т.д.) При решении разных задач выдвигаются разнообразные и

часто прямо противоположные требования к пробе на горячеломкость.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

1. Сплавы на основе системы алюминий – кремний

Сплавы Al – Si являются наиболее распространёнными литейными алюминиевыми

сплавами. Это связано с хорошим комплексом литейных свойств. Эвтектическая

точка (11,7% Si) на диаграмме состояния (рисунок 9) смещена к чистому Al,

поэтому основой эвтектики ?+Si является ? - твёрдый раствор. Если

выделение кремния в эвтектике находится в виде крупных образований, то

пластичность сплава резко ухудшается с увеличением доли эвтектики в

структуре.

Модифицирование натрием (используются также Li, K, Sr) резко

измельчает включения кремния в эвтектике, в результате повышается комплекс

пластических свойств, что, в свою очередь, приводит к отсутствию склонности

к образованию горячих трещин. Небольшое количество хрупкого кремния в

эвтектике и модифицирование структуры позволяют использовать сплавы с

наилучшим комплексом литейных свойств (сплав АЛ2 (АК12)). Доэвтектические

сплавы с 5-9% Si и другими добавками также находят широкое применение (АЛ4

(АК9ч), АЛ9 (АК7ч)).

В двойных сплавах Al – Si, получивших название простые силумины,

вследствие отсутствия интерметаллидов эффект упрочнения от выделения

вторичных фаз очень незначителен и не имеет практического значения. В связи

с этим двойные сплавы относятся к числу термически не упрочняемых и

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8