Меню

Линейная усадка стали 40х

Усадка литейных сталей

Усадка стали в отливке складывается из уменьшения объема в жидком состоянии при охлаждении от ТЗАЛ до ТЛ , из умень­шения объема в интервале (Т Л – Т С ) при изменении агрегатного состояния и, наконец, из изменения объема при охлаждении за­твердевшей стали от температуры конца затвердевания до нор­мальной температуры. О развитии усадки в различных температурных интервалах можно судить по изменению величины удельного объема стали (рис. 2.6.2).

Рис. 2.6.2. Изменение удельного объема нелегированной (0,35 % С) стали

в процессе охлаждения (по данным Ю. А. Нехендзи)

Усадка в жидком состоянии определяется коэффициентом объемного сжатия и величиной перегрева над температурой плавления. Для углеродистой стали в жидком состоянии коэффи­циент объемного сжатия равен 1,5 ∙ 10 -4 . Этот коэффициент увеличивается на 20 % при повышении содержания углерода на 1 %. Марганец, кремний, сера и фосфор заметно не влияют на коэффициент термического сжатия углеродистой стали.

Изменение объема стали при затвердевании определяется сжа­тием при переходе в твердое состояние и усадкой в температурном интервале (Т Л – Т С ). С повышением содержания углерода увеличивается интервал кристаллизации, а, следовательно, возрастает и усадка:

Содержание углерода, %. 0,1 0,35 0,45 0,7

Сокращение объема стали при затвердевании, % . . 2 3 4,3 5,3

Усадка стали в твердом состоянии складывается из доперлитной усадки в интервале (Т С – Т γ↔ α), расширения при фазовом превращении и послеперлитной усадки при дальнейшем охлаждении.

Суммарное сокращение объема в твердом состоянии составляет 7,2—7,5 %, а линейных размеров — 2,4—2,5 % (свободная линей­ная усадка).

С повышением содержания углерода линейная усадка в твер­дом состоянии уменьшается главным образом за счет уменьшения доперлитной усадки (табл. 2.6.1).

Таблица 2.6.1 Зависимость линейной усадки сталей от содержания углерода

Содержание углерода, % Линейная усадка, % Линейное расширение при превращении, %
доперлитная послеперлитная свободная
0,08 1,42 1,16 2,47 0,11
0,14 1,52 1,06 2,46 0,11
0,35 1 47 1,04 2,40 0,11
0,45 1,39 1,07 2,35 0,11
0,55 1,35 1,05 2,31 0,09
0,90 1,21 0,98 2,18 0,01

Исключение составляют стали, содержащие ≤ 0,18 % С. Повышенная усадка в этом случае объясняется резким сокращением объема при перитектической реакции (+ Ж ). Снижение доперлитной усадки вызвано умень­шением температурного интервала усадки. Этот фак­тор имеет решающее значение, и доперлитная усадка снижается несмотря на то, что коэффициент термического сжатия при по­вышении содержания углерода увеличивается.

В реальных условиях действительное изменение линейных раз­меров стальных отливок (литейная усадка) меньше свободной ли­нейной усадки стали. В результате торможения усадки, главным образом доперлитной при высоких температурах, происходит пластическая деформация, несколько уменьшающая общее изме­нение размеров.

Литейная усадка тонкостенных отливок сложной конфигура­ции составляет 1,25 -1,50 %, толстостенных – 2,0 — 2,3 %. Даже в условиях торможения литейная усадка обычно не бывает меньше 1 %, иначе в отливках образуются трещины.

Торможение усадки, особенно в высокотемпературной области, если даже оно и не привело к появлению трещин, является при­чиной заметного снижения пластичности и ударной вязкости в результате появления деформационной пористости. В частности, для стали 35Л снижение относительного удлинения и ударной вязкости дости­гает соответственно 40 и 30 %.

Читайте также:  Какая сталь лучше 09г2с или 13хфа

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Усадка отливок

Усадкой называют сокращение размеров отливки при остывании.

где L — размер отливки при температуре tc затвердевания металла (точка солидуса); L0 — размер после остывания до цеховой температуры t0; α — среднее значение коэффициента линейного расширения металла в интервале температур tc–t0.

Коэффициент линейного расширения имеет характерную для каждого металла величину, несколько уменьшается с понижением температуры и скачкообразно изменяется при фазовых превращениях в процессе остывания (увеличение объема при перлитизации сталей, перлитизации и графитизации серых чугунов в интервале эвтектоидного превращения 720—730°С).

Объемная усадка характеризует изменение (%) объема отливки при остывании. На основании предыдущего выражения

т. е. объемная усадка приблизительно в 3 раза больше линейной.

Усадка является одним из основных показателей литейных качеств материала и наряду с другими свойствами (жидкотекучесть, теплоемкость, теплопроводность, окисляемость, склонность к образованию ликватов) определяет пригодность металла к литью.

Чем меньше усадка, тем больше точность размеров отливки и тем меньше опасность появления усадочных напряжений, раковин, трещин и коробления отливки.

Линейная усадка основных литейных сплавов имеет следующие значения:

Чугуны фосфористые — 0,7—0,8
Чугуны серые — 1—1,2
Чугуны высокопрочные — 1,5—1,8
Стали углеродистые — 1,8—2
Стали легированные — 1,8—2,5
Бронзы фосфористые — 0,6—0,8
Бронзы оловянные — 1,3—1,6
Бронзы алюминиевые— 2—2,2
Алюминиево-медные сплавы — 1,4—1,5
Алюминиево-магниевые сплавы — 1,2—1,3
Алюминиево-кремниевые сплавы 1—1,2
Магниевые сплавы — 1,5—1,7

Приведенные показатели относятся к случаю свободной усадки ; их определяют на образцах, отлитых в открытые горизонтальные формы. Фактическая усадка зависит от сопротивления, оказываемого внутренними частями формы сокращению размеров отливки ( стесненная усадка ). При жестких стержнях усадка может уменьшиться на 30—50% по сравнению со свободной усадкой, но при этом в стенках отливки возникают повышенные усадочные напряжения.

Усадку учитывают корректировкой размеров формы, пользуясь при изготовлении моделей и стержневых ящиков усадочными метрами с размерами, увеличенными по сравнению с нормальными на величину усадки.

Источник

Соответственно линейная усадка равна

где aТ Д.П и aТ П.П — коэффициенты линейного термического расшире­ния в соответствующих интервалах температур.

Полная объемная усадка углеродистых сталей в твердом сос­тоянии eV,т равна 7 ¸ 7,5 % (соответственно линейная усадка et — 2,4 ¸ 2,5%). Послеперлитная усадка et близка к 1% и не зависит от содержания углерода. Доперлитная усадка уменьша­ется по мере увеличения содержания углерода, так как при этом уменьшается температура солидуса. Аустенитные стали, напри­мер сталь 110Г13Л, имеют большую усадку в твердом состоянии, чем углеродистые (et = 2,7 ¸ 2,9 %). Линейная усадка серого чу­гуна с пластинчатым графитом составляет 0,6 ¸ 0,9%, у белого чугуна et = 1,5 ¸ 1,7 %. Линейная усадка алюминиевых сплавов колеблется в пределах от 0,8% (сплав АК12) до 1,4% (сплав АК9ч).

Физическая природа усадки в твердом состоянии была рас­смотрена в разд. 1.

ГЛАВА 3.2. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА УСАДКУ СПЛАВОВ В ОТЛИВКАХ

Объем затвердевшего металла в отливке меньше объема за­литого в форму сплава, а линейные размеры отливки меньше со­ответствующих размеров литейной формы вследствие усадки:

Читайте также:  Нормализация стали 30хгса режимы

где Vж и Vk соответственно объемы залитого в форму сплава и охлажденной до конечной температуры отливки; eV,å суммар­ная относительная объемная усадка, %; eV,п.р —относительное объемное предусадочное расширение.

Приняв Vж = М/rж, Vк = M/rT, где rж и rТ — соответственно плотность сплава в твердом и жидком состояниях, получаем eV,å = 1 — rж /rТ. Для железоуглеродистых сплавов имеем

Полная объемная усадка стали с увеличением содержания угле­рода увеличивается. При С = 0,1 % eV,å = 10,5%, а при С = 1% eV,å = 14 %. У стали с содержанием углерода 0,35 % при темпера­туре заливки 1725°С eV,ж = 3,6%, eV,з = 2,7%, eV,Т = 7,2 %. При этом объемное расширение при перлитном превращении eV,a ® g составляет 0,33 %, т. е. около 2,5 % от полной усадки.

где lф и lотл — соответственно линейные размеры формы и отлив­ки; eл — коэффициент литейной усадки; eтех — технологический коэффициент, характеризующий изме­нение размеров формы при ее отдел­ке, сушке и расталкивании модели перед ее извлечением из формы. Оче­видно, что при расталкивании моде­ли размеры отливки увеличиваются, поэтому eтех в формуле берется со знаком «+».

Выше мы рассматривали так на­зываемую свободную усадку, т. е. усадку, которая развивается свобод­но, без каких-либо затруднений. В ре­альных условиях усадка всегда про­текает с определенным затруднением (торможением). Поэтому литейная усадка всегда меньше свободной. При высоких температурах сплавы не под­чиняются закону Гука и в отливках под воздействием сил, препятствующих усадке, могут развивать­ся значительные пластические деформации. В результате этого линейная усадка уменьшается на величину этих пластических деформаций. Сравним усадку круглого бруска и такого же брус­ка, снабженного фланцами (рис. 3.1).

Усадка круглого бруска ничем не стеснена, кроме трения о стенки формы. При заливке формы сталью с eТ = 2 % его дли­на после охлаждения будет равна 980 мм. Если брусок снабжен фланцами, то они будут препятствовать усадке, так как форма будет оказывать сопротивление сближению фланцев при усадке. В результате литейная усадка будет меньше свободной. Факти­ческая величина литейной усадки зависит от способности формы к пластической деформации, т. е. податливости формы. Если форма металлическая, то литейная усадка равна нулю. Вследствие расширения формы при ее прогреве может происходить даже увеличение размеров отливки. Однако при этом в отливках мо­гут возникнуть трещины из-за исчерпания резерва пластичности стали. Экспериментальные данные показывают, что отливки из углеродистой стали невозможно получить без трещин, если литей­ная усадка больше 1—1,25% (при свободной усадке 2%). Сле­дует отметить, что при затруднении уменьшается главным обра­зом доперлитная усадка стали.

Кроме механического торможения усадки, необходимо рас­сматривать и ее термическое торможение. Отливка представляет собой связанные в одну конструкцию отдельные элементы, имею­щие различную конфигурацию и разные толщины стенок. Поэтому охлаждение различных элементов отливки происходит с разной скоростью и соответственно с разной скоростью развиваются уса­дочные процессы. Медленно охлаждающиеся части будут пре­пятствовать усадке более быстро охлаждающихся частей. В ре­зультате литейная усадка будет меньше соответствующей сво­бодной усадки.

Вопросы деформации и возникновения напряженного состояния в отливке при ее охлаждении в форме будут рассмотрены в гл. 3.6.

ГЛАВА 3.3. ОБЪЕМНЫЕ УСАДОЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ В ОТЛИВКАХ

Читайте также:  Углеродистая сталь или эмалированная сталь что лучше

Коэффициент относительной объемной усадки в жидком сос­тоянии и при затвердевании больше коэффициента усадки при охлаждении затвердевшей отливки. В результате после охлажде­ния отливки ее объем, определенный по наружным размерам, бу­дет больше объема содержащегося в ней металла. Разница меж­ду этими объемами будет определять суммарный объем заполнен­ных газами пустот в отливке, представляющих собой объемные усадочные дефекты. В зависимости от характера затвердевания сплава эти дефекты могут проявляться в виде концентрированных усадочных раковин и усадочных пор. Концентрированные уса­дочные раковины образуются при преимущественно последова­тельном затвердевании и представляют собой локализованные в отдельных объемах отливки относительно крупные несплошно­сти сплава. Усадочные поры представляют собой относительно мелкие, часто микроскопические несплошности, рассредоточенные по отдельным участкам, а иногда и по всему объему отливки. Они образуются при преимущественно объемном затвердевании сплава.

3.3.1. ФОРМИРОВАНИЕ УСАДОЧНЫХ РАКОВИН

Рассмотрим закономерности образования концентрированной усадочной раковины. На рис. 3.2 изображена открытая сверху форма, залитая сплавом при температуре Тзал.

Будем считать, что охлаждение сплава с его верхней поверхности не происходит. Кроме того, примем, что сплав в форму заливается мгновенно и его температура в начале процесса по всему объему полости фор­мы одинакова и равна Тзал. Анализ проведем для сплава, затвердевающего при фиксированной температуре Ткр. Схема разви­тия усадочных процессов приведена на рис. 3.2. На рис. 3.3 приведены кривые распределения температур по сечению отливки на разных этапах ее охлаждения. После за­ливки сплава температура по сечению отливки распределена равномерно (рис. 3.3, а), объем сплава по наруж­ным габаритам V a отл = V0, объем ме­талла в отливке V a м = V0. Усадочная раковина имеет объем V a р = V a отл — V a м = 0, т. е. она отсутствует. В про­цессе охлаждения температура спла­ва убывает и к этапу б достигает на поверхности отливки значения Ткр (рис. 3.3, б). На поверхности отлив­ки образуется тонкая твердая корка. Расплав в полости формы опустился под действием силы тяжести вслед­ствие объемной усадки в жидком со­стоянии. При этом сверху образова­лась пустота, т. е. внешняя усадочная раковина. Объем отливки по наружным габаритам в этот момент равен

где Тж.с—некоторое среднее значение температуры жидкого сплава.

Объем металла в отливке равен

Объем усадочной раковины в этот момент равен нулю, так как V б p = V б отл — V б м = 0. С этого момента начинается формирование усадочной раковины (рис. 3.2, б). При нарастании слоя твердого металла на Δx вследствие усадки происходит понижение уровня сплава на Δh. Процессы нарастания корки и соответствующего ему понижения уровня сплава продолжаются непрерывно, и к концу затвердевания отливки формируется усадочная раковина. В этот момент объем отливки по наружным размерам равен

где Tт.с — средняя температура твердого металла в конце затвер­девания отливки. Жидкий металл при переходе от этапа б к этапу в претерпел объемную усадку в жидком состоянии при падении температуры от Тж.с до Ткр, объемную усадку при за­твердевании и в твердом состоянии при падении температуры от Ткр до Тт.с.

Дата добавления: 2014-12-09 ; просмотров: 1980 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Adblock
detector