Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Движения расплава по каналам литниковой системы.
|
|
На данной стадии можно отметить следующие факторы воздействия на характер последующего затвердевания отливки.
Температура перегрева металла.
Чем выше температура перегрева металла, тем больше прогревается литейная форма, тем медленнее будет происходить последующее охлаждение отливки. При небольшом перегреве расплава может образовываться корка затвердевшего металла в направлении максимального теплоотвода.
С повышением температуры расплава, заливаемого в форму, скорость затвердевания отливки снижается, что приводит к росту кристаллического зерна.
Эффективным способом воздействия на процессы кристаллизации является термовременная обработка расплавов перед заливкой в форму, приводящая к дезактивации частиц примесей, которые могли бы служить центрами кристаллизации. Варьированием температуры и времени выдержки сплава можно добиваться эффекта укрупнения или измельчения зерна [1, 5].
Длительность заполнения формы.
Длительность заполнения литейной формы определяется технологией и зависит от толщины стенки отливки и технологических свойств металла. Продолжительность заливки формы зависит от сечения литниковой системы и массы отливки. Чем больше относительная продолжительность заливки, тем больше прогревается форма, тем меньше скорость последующего остывания отливки.
Механические способы воздействия на расплав перед заливкой форм.
Процесс роста кристаллов может значительно меняться в результате перемешивания кристаллизующегося расплава; на этом основано применение механических способов воздействия на кристаллизацию путем создания вынужденного движения вне затвердевшей части расплава: возбуждением в затвердевающем металле колебаний при встряхивании и вибрации формы, а также заливкой через вибрирующие воронки [ 2].
В результате механического воздействия на расплав происходит разрушение растущих кристаллов, обломки которых становятся дополнительными центрами кристаллизации, это приводит к сокращению протяженности зоны столбчатых кристаллов, общему измельчению зерна, повышению механических свойств литого металла. Расплав вибрируют с момента начала его затвердевания. Аналогично действуют на расплав колебания ультразвуковой частоты. Вынужденное движение расплава в форме создают также при помощи электромагнитных полей [6].
Характер расположения литниковой системы.
Место подвода металла к отливке определяет характер заполнения формы и оказывает существенное влияние на особенности последующей кристаллизации отливки.
Подвод металла к нижней части отливки (сифоном) приводит к перегреву нижней зоны отливки, вызывает конвективное перемешивание металла и выравнивание температуры, способствует объёмному характеру затвердевания металла в отливке. Сифонный подвод металла затрудняет получение плотных отливок.
Подвод металла к отливке в плоскости разъёма формы сочетает преимущества сифонного подвода металла и подвода сверху.
Подвод металла сверху обеспечивает направленное охлаждение отливки, создаёт условия питания отливки горячим металлом и получение качественных плотных отливок, однако при значительной высоте отливки может происходить размыв нижней части формы и засорение отливки неметаллическими включениями.
Присадка инородных частиц.
Целью присадки инородных частиц является введение дополнительных центров кристаллизации или модифицирование расплава, т. е. изменение характера последующей кристаллизации расплава в отливке.
Присадка инородных частиц может производиться или на струю металла при заливке формы, или непосредственно в литейной форме с помощью специальной литниковой системы.
Присадка инородных частиц в расплав способствует получению мелкозернистой структуры сплава с повышенными прочностными характеристиками.
Одним из видов литья, при котором осуществляется воздействие на расплав в процессе заполнения литейной формы, является суспензионное литьё.
Модифицирование расплавов перед заливкой форм.
Важнейшим методом физико-химического воздействия на кристаллизацию является модифицирование[5].Оно сводится к введению в сплав веществ (модификаторов), вызывающих измельчение размеров и благоприятное изменение формы структурных составляющих. Модификаторы не изменяют состава сплава, так как вводятся в очень небольших количествах, но изменяют его структуру. Введения модификаторов в ряде случаев сопровождается благоприятным воздействием на вредные примеси (дегазацией, связыванием серы в устойчивые сульфиды). По воздействию они делятся на два рода.
Модификаторы первого рода образуют центры кристаллизации. Они либо обладают высокой температурой плавления, и их частицы вызывают гетерогенные образования зародышей, либо образовывают с компонентами сплавов тугоплавкие соединения, играющие такую же роль.
Модификаторы второго рода являются поверхностно активными веществами. При кристаллизации они концентрируются на поверхности растущих кристаллов и тормозят их рост. Это вызывает увеличение переохлаждения перед фронтом кристаллизации и создает условия для ускорения возникновения новых центров кристаллизации. Растворимость добавки в твердой фазе должна быть небольшой – в пределах 0, 01-0, 1 %.
Модификаторы второго рода не только измельчают зерно, но и изменяют формы роста кристаллов. Они препятствуют развитию игольчатых или пластинчатых кристаллов, придавая им округлую форму. Обычно они имеютневысокие температуры плавления, часто более низкие, чем температура плавления основы сплава.
Суспензионное литьё.
Идея введения в расплав микрохолодильников была предложена в середине прошлого века в СССР под названием «суспензионное литье». Сущность его заключается в том, что в расплав по ходу его заливки в форму через дополнительный канал в литниковой системе вводятся частицы металла (порошок, дробь) того же состава, что и заливаемый металл [3]. Для этого применяется дозатор, закрепляемый на корпусе заливочного ковша, либо на специальном манипуляторе. Воздействие микрохолодильников на расплав является комплексным.
Во-первых, на их нагрев и расплавление расходуется большое количество тепла, которое отнимается у металла отливки, в результате чего перегрев расплава сразу же после окончания заполнения формы снимается за весьма короткий промежуток времени.
Во-вторых, микрохолодильники, плавящиеся в форме, образуют дополнительные центры кристаллизации.
При затвердевании в условиях строго направленного теплоотвода в отливке образуются столбчатые кристаллы, ориентированные вдоль него. Литые изделия с направленной структурой обладают четковыраженной анизотропией свойств, поэтому они находят применение в конструкциях и технических устройствах, где она необходима. Направленная макроструктура весьма эффективна для деталей, работающих в условиях одноосного напряженного состояния при высоких температурах, в частности, для лопаток роторов газотурбинных двигателей. Сплавы для постоянных магнитов очень хрупки, заготовки для них получают только литьем; если при этом они состоят из столбчатых кристаллов, ориентированных вдоль магнитных силовых линий, их магнитная энергия в 4 – 5 выше, чем при равноосной структуре. Весьма перспективными являются изделия с направленной структурой из сплавов эвтектического или близкого к нему состава. Металл таких изделий представляет собой так называемый естественный композит.
Известны способы воздействия на характер затвердевания и последующего охлаждения отливки в форме, которые можно распределить на следующие группы:
- введение в расплав дополнительных центров кристаллизации или модификаторов (в струю металла при заполнении литейной формы или непосредственно в литейной форме);
- физические способы воздействия на расплав в процессе кристаллизации
(ультразвук, вибрация, встряхивание и др.);
- искусственное охлаждение отливки в форме. Искусственное охлаждение обеспечивается путём усиления теплоотвода от отливки или от её отдельных участков на различных этапах её охлаждения.
|
|