Определение величины свободной и затрудненной линейной усадки

Общие сведения

При охлаждении материала, залитого в литейную форму, происходит уменьшение его объема. Этот процесс называют усадкой. Различают объемную и линейную усадки отливки.

Объемной усадкой отливки называют разницу между объемом полости формы Уф и объемом отливки У_отл после полного ее охлаждения:

Объемная усадка проявляется в виде концентрированных раковин и пористости в тепловых узлах.

Разница между линейными размерами полости формы Ьф, заполненной жидким металлом, и размерами отливки Ь_отл после охлаждения до 20 °C называется линейной усадкой:

Линейная усадка сплавов предопределяет различие линейных размеров модели и отливки и определяет возможность получения отливок заданных размеров и конфигурации. Усадку сплава обязательно учитывают при конструировании отливок и разработке технологии ее получения.

Линейная усадка обусловлена термическим сжатием Д1 сплава как твердого тела при его охлаждении.

Д1 определяется зависимостью.

где 1₀ — линейный размер образца в исходном состоянии при температуре t °С;

1 — размер охлаждающегося образца при температуре t < t_o;

а— температурный коэффициент линейного расширения (сжатия) материала образца.

Применительно к линейной усадке отливки размер полости формы 1ф = 1₀, начальная температура t₀ равна температуре, при которой сплав начинает вести себя как твердое тело, а температура t = 20 °C.

Тогда размер отливки

Следовательно,.

Однако, но ряду причин расчет линейной усадки сплавов, но формуле не может дать правильных результатов (а * const, Е_л _ зависит от условий затвердевания и охлаждения, а линейная усадка сплавов в интервале кристаллизации начинается при температуре начала линейной усадки, и г. д.). Кроме того, температуру начала линейной усадки невозможно определить заранее каким либо расчетом, гак как она зависит от условий охлаждения, величины кристаллов, разветвленности дендритов. По этим причинам линейную усадку сплавов определяют экспериментально на специально отливаемых образцах. Одинаковые исходные размеры и формы образцов и постоянство условий литья и затвердевания позволяют получать результаты, которыми можно характеризовать сплавы в зависимости от их состава и состояния.

Линейную усадку сплавов определяют на образцах, имеющих вид прямых брусков, отливаемых в горизонтальном положении. Вначале измеряют линейный размер формы 1ф, затем заливают се расплавом, отливку извлекают и после охлаждения измеряют размер 1_ОТЛ. У многих сплавов наблюдается временное расширение, которое предшествует усадке (предусадочное расширение). Оно составляет 0,1—0,3% и связывается с выделением газов, расширением кристаллического каркаса из-за разшрева отливки в момент отхода от стенок формы, капиллярным давлением жидкости в каналах между осями дендритов. У серых чугунов предусадочное расширение объясняется графитизацией в процессе кристаллизации.

Следует различать линейные усадки сплава и отливки. При описанном определении линейной усадки сплавов образец имеет такую форму и отливается таким образом, что сокращение размеров проходит беспрепятственно. Поэтому найденное значение линейной усадки называют также свободной линейной усадкой.

В реальных условиях сокращению размеров отливок препятствует литейная форма вследствие трения отливки о ее стенки, стержни, выступающие части. Кроме механического затруднения усадки, большинство отливок испытывает затруднение, связанное с различием скоростей охлаждения внутренних и наружных слоев, вследствие чет в наружных слоях массивных отливок возникают температурные напряжения сжатия. Это приводит к увеличению линейной усадки данного участка отливки, поэтому линейная усадка различных частей отливки в общем случае неодинакова. Как правило, линейная усадка художественных фасонных отливок равна или меньше линейной усадки сплава, а крупных художественных отливок (статуи, скульптуры и т. д.) — больше линейной усадки сплава.

Для оценки линейной усадки при затруднении сокращений размеров выступающими частями формы отливают специальные образцы с перекладиной на концах (рис. 28). Такую усадку называют затрудненной.