Послойное затвердевание как мера борьбы с пористостью

Усадочная пористость.

Уплотнение отливки при затвердевании.

Однако в отливках, кроме сосредоточенных раковин, нередко образуются еще усадочные раковины рыхлоты. Усадочные поры бывают местные и расположеннее по всему объему отливки. К местным порам относятся поры в осевой зоне слитка или в стенке отливки. Наблюдения приводят к существенному выводу о том, что стремление к самоуплотнению является естественным стремлением отливки. Соответствующие условия могут тормозить процесс уплотнения или, наоборот, ускорить его. Тонкостенные отливки затвердевают при наличии большого температурного перепада по сечению, и, наоборот, крупные и толстостенные отливки затвердевают с невысоким средним температурным интервалом. Наблюдения за охлаждением толстостенных отливок.

Механизм образования усадочной пористости следующий:

При теплоотводе вглубь формы от поверхности затвердевающей отливки образуется зона столбчатых кристаллов. В случае двустороннего теплоотвода в конечный момент кристаллы сращиваются между собой, а межкристаллитное пространство остается жидким и объем этой зоны затвердевает и объем зоны с образованием микроусадочной раковины, которая на фоне всей отливки является порой усадочного происхождения.

Но если бы образование пор происходило в строгом соответствии с описанной выше схемой, то литейные отливки были бы поражены порами более значительно, чем в действительности. Следовательно, существуют процессы, обратные описанному, которые обеспечивают получение более плотных отливок. Эти процессы носят названия естественного самоуплотнения.

Они заключаются в следующем:

1.Естественное стремление к направленному затвердеванию. В результате «кристаллического дождя» и конвекционных токов вышележащие слои затвердевающей толстостенной отливки имеют более низкую температуру затвердевания из – за обогащения примесями. В течении всего периода затвердевания они имеют более высокую температуру, чем температуру затвердевания, поэтому самопроизвольно создаются условия направленного затвердевания. Это способствует ликвидации усадочной раковины в прибыльной части, но и уменьшает межкристаллическую пористость.

2.Всасывание основного расплава в межкристаллическое пространство. На практике в тех случаях, когда имеем дело с металлом, не насыщенным газом, межкристаллические поры образуются в значительной степени, т.к. в сжимающемся объеме жидкого металла возникает отрицательное давление (внутренние объемные разрывающие напряжения ), благодаря, которому происходит всасывание расплава из центральной осевой зоны отливки. Вот почему поры сосредотачиваются в осевой зоне отливки или слитка.

Естественное, некоторое повышение давления на жидкий расплав в период затвердевания будет способствовать уменьшению пористости.

Надо полагать, что кроме самоуплотнения в период затвердевания существует самоуплотнение в период после затвердевания. Однако, в период после затвердевания вполне возможно увеличение пористости ( деформационная пористость ). Нет основания отвергать возможность и обратного процесса, т.е. процесса самоуплотнения в данный период.

Послойное затвердевание как мера борьбы с пористостью.

При послойной кристаллизации пористость значительно ниже, чем при объемной, т.к. жидкий расплав находится в непосредственной контакте с затвердевающей зоной и таким образом, наиболее полно и направлено идет процесс затвердевания. Реальные же сплавы, затвердевающие в температурном интервале ( объемная кристаллизация), проходят описанные выше стадии вплоть до образования изолированных межкристаллических участков жидкости.

Сплав I - максимально сплошности к усадочной пористости: имеется усадочные раковины и пористости

Сплав II – не сплошность к образованию усадочной пористости , затвердевает с образованием концентрированной усадочной раковины.

Приблизиться к послойному характеру затвердевания тем самым резко снизить усадочную пористость можно в результате интенсификации процесса охлаждения и повышения степени направленности затвердевания.

При ускоренном охлаждении кривые (1) ликвидуса и солидуса сближены друг с другом. При естественном охлаждении интервал кристаллизации возрастает.

Это связано с тем, что теплоотвод влияет на длину двуфазной зоны, чем выше теплоотвод, тем уже ширина двуфазной зоны. Тем меньше пористость и размер усадочной пористости.