|
В отливках следует различать горячие и холодные трещины. Горячие трещины возникают во время затвердевания или непосредственно после него в момент, когда прочность металла и его удлинение еще очень незначительны. Горячие трещины могут быть как внутренними, так и внешними. Излом горячей трещины темный и покрыт окислами. Холодные трещины возникают под влиянием литейных напряжений в отливке в диапазоне температур, соответствующем развитию упругих деформаций. Излом холодных трещин - светлый или (иногда) цвета побежалости.
Холодные трещины в чугунных отливках возникают прежде всего под действием термических напряжений. Для отливок из углеродистой стали причиной возникновения трещин также чаще всего являются термические напряжения, проявляющиеся в толстых частях отливки, реже - фазовые и усадочные напряжения (в тонких частях отливки). В отливках из легированной стали трещины часто образуются из-за фазовых напряжений. Холодные трещины возникают тем легче, чем больше напряжения в отливке, чем меньше прочность и пластичность металла. Эти напряжения растут при увеличении модуля упругости и коэффициента линейного расширения и при уменьшении теплопроводности сплава. Поэтому холодные трещины чаще встречаются в белом, а не в сером чугуне. Кроме того, холодные трещины чаще наблюдаются в отливках из стали, специальных и высокоол овянных бронз, магниевых сплавов.
Возникновению горячих трещин способствуют факторы, снижающие прочность металла в диапазоне высоких температур (крупнозернистость, транскристаллизация, выделение неметаллических включений по границам зерен, наличие усадочных раковин, ликвация), большая линейная усадка сплава, быстрое остывание отливки и сильное торможение усадки (механическое и термическое), зависящее от конструкции отливки и особенностей литейной формы.
Горячие трещины возникают обычно в наиболее толстых и одновременно наиболее горячих узлах отливки (Рис. 1, а). Часто они образуются также в местах стыка стенок, особенно при сочленении стенок под острым углом (Рис. 1, б); в последнем случае трещины обычно возникают как продолжение усадочных раковин. Элементы отливок, находящиеся вблизи литников и между прибылями, также подвержены трещинам.
Рис. 1. Возникновение горячих трещин в утолщенных частях стальной отливки.
Возникновение напряжений и трещин в отливках обусловливается физико-химическими свойствами сплава, особенностями литейной формы, способом ее заливки, выбивки и конструкцией отливки.
Для чугунных отливок влияние элементов состава на возникновение напряжений и трещин может быть непосредственным или косвенным -из-за изменений условий графитизации. Чем больше графита в чугуне и чем крупнее его выделения, тем ниже прочность и модуль упругости Е, тем больше теплопроводность и меньше усадка; кроме того, напряжения, связанные с выделением графита, имеют обратный знак по сравнению с термическими.
Поэтому факторы, увеличивающие графитизацию в сером чугуне, уменьшают опасность возникновения напряжений, деформаций и трещин. Наоборот, отсутствие графита в белом чугуне вызывает серьезную опасность возникновения этих дефектов. Модифицированный чугун ввиду однородности структуры имеет относительно небольшие внутренние напряжения и несколько больший модуль упругости Е.
На графитизацию чугуна благоприятно влияют кремний и углерод, противодействуют графитизации марганец и сера. Из-за уменьшения теплопроводности, увеличения усадки и модуля упругости легирующие элементы в большинстве случаев увеличивают напряжения в отливках. В низколегированном чугуне это влияние, однако, невелико благодаря снижению некоторыми элементами коэффициента расширения (Мо и Ni) или увеличению теплопроводности (Cr, Mo, W). Поэтому молибден и никель в обычно применяемых пределах даже несколько уменьшают напряжения, чему способствует увеличение однородности структуры чугуна.
В отливках из углеродистой стали при возникновении опасности механического торможения усадки следует стремиться увеличивать содержание углерода, который уменьшает доперлитную усадку и повышает жидкотеку-честь, а также позволяет применять более низкие температуры заливки форм. При возникновении опасности термического торможения усадки (большая разница в толщине стенок) следует стремиться уменьшить возможность возникновения горячих трещин путем резкого понижения содержания углерода. Следует также уменьшать содержание серы, которая вызывает красноломкость. В противоположность сере марганец является полезным элементом.
В соответствии с формулами (9), (10,) (11) на странице напряжения в отливках тем значительнее, чем больше коэффициент расширения а и чем меньше теплопроводность сплава. Опасность возникновения трещин особенно велика в специальных сталях: кремнистой, марганцовой, хромоникелевой и др. Вопрос этот будет рассмотрен в шестой части книги.
Чтобы избежать механического торможения усадки, следует применять податливую формовочную и стержневую смеси, теряющие прочность в период затвердевания отливки-, пользоваться для получения отливок сырыми формами, делать- выемки в формах, облегчающие усадку и применять такое армирование стержней, которое не препятствовало бы усадке.
Для устранения большого перепада температуры в отдельных частях отливки (а следовательно, и больших термических напряжений) металл следует подводить к тонким частям отливки с помощью большого числа литников небольшого сечения. Интересный способ подвода металла к отливке чугунного корпуса паровой турбины представлен на Рис. 2.
Рис. 2. Способ подвода металла к отливке чугунного корпуса паровой турбины:
1 - чаша; 2 - стояк; 3 - верхний литниковый канал; 4 - верхний шлакоуловитель; 5 - питатели; 6 - нижний шлакоуловитель.
Высокая температура заливки вообще повышает опасность появления трещин. Только для тонких стальных отливок повышение температуры и скорости заливки является целесообразным. Отливки сложной конфигурации, которые могут иметь большие литейные напряжения, следует выбивать из формы только после того, как они полностью остынут.
Рекомендуемая выбивка отливки из формы только после полного остывания приводит к резкому уменьшению съема литья с площади цеха и понижению производительности труда. На основе опыта отечественных заводов можно рекомендовать выбивку обычных отливок при 410-500°, а отливок сложной конфигурации или очень массивных при 250-300°. Можно применять выбивку и при более высоких температурах, вплоть до 800-900°, принимая в случае необходимости меры по замедлению остывания отливок после выбивки (помещение отливок в кессоны, ящики, даже печи в особых случаях). В последнее время для ускорения выбивки особо крупных отливок применяется принудительное их охлаждение; для этой цели на Ново-Краматорском заводе через специальные устройства в форме продувается смесь воздуха с паром.. Влияние термической обработки на величину напряжений было рассмотрено выше. Опубликовано: 2014.09.02 Обновлено: 2014.10.10 | 
