Бураков (550672), страница 10
Текст из файла (страница 10)
20. Кривые ивменсния температуры жидкого ядра плоских чугунных отливок раз- личных толкани при начальном переохлаждении на 20 град.: 1 — 2Хг = 5; 2 — 2Х, = 10; 3 — 2Х = 30; 4 — 2Х = бО; 1 — 4 — с Учетом пеРеох- лажденив; 1' — 4' — беа учета переохлаждения и 10,м/с воп ), тй кн 000 ООО 200 О О ОО) О ОО2 О,ООУ ОООВ Нпнпленое иереохлплйаеннс и !ау баа о оааа оа! аауа аог ааго о,н Рис. 22, Иамененне скорости аатвердеваннн чугунной отливки толщиной 0,06 м нрн переохлажценин на 20 (1), 15 (2), !О (3), 6 (3) и О град.
(6) а аависимости от толщины аатверкевшей корочки (Хе = О,!2 м)ю ! — Š— с учетом переохлажденвк (и= 1,125; а 1 12772 Вт)(м'К); 3 — беа учета переохлаждении 1п = =1,125; и = ) Рнс. 23. Внд наломоа чугунных (3,2% С и З,ЗН5!) пластин, полученных в массивном окрашенном кокнле, ХЗ. Толщиаа пластнн: вверху — О,ООЗ и; внвэу — 0,020 и Увеличение к также приводит к росту начальной скорости затвердевания.
Если величина к ) (51~ ( — ', в — 1), то скорость затвердева! Ещк а!н ния падает по мере нарастания твердой корочки, а температура жидкой фазы повышается. При перемене знака неравенства закономерности процесса имеют противоположный характер. 4. НАЧАЛЬНОЕ НЕРЕОХЛАЖДЕНИЕ Начальное переохлаждение может быть найдено с помощью приближенной аналитической зависимости, учитывающей скорость охлаждения металла, параметры гетерогенного зарождения и нормального роста кристаллов. Пренебрегая теплотой переохлажде- Особенности крисенаекиэаяии ния в сравнении с теплотой кристаллизации, для объемного процесса из уравнения теплового баланса имеем ас» г„р, Х, — „= се, (Т . „„— Т,) .
(33) и для затвердевания на менее активных подложках поКМи'( и'1 и'оТ ( + жбТ',т— йт'„1 Лт' 1 йтт„1 Лт'„. 3 ит ' 10 ите 35 ие 252 и', В общем случае со — еае + сао. (34) Отсюда значение е(соЯ( (а также с(ео,!с(1 и с(ео„!с(1) найти нетрудно. Выражения для ат, и со„относятся к росту трехмерных кристаллов. С помощью приведенных формул для со, и ит, можно построить кривую, соответствующую левой части уравнения (33). Пересечение этой кривой с прямой линией, выраженной правой частью уравнения (33), позволяет найти интервал времени переохлаждения 1, а затем и переохлаждение: ЛТ,о, „= и„й Используя числовые данные, приведенные для отливки с Х, = 5 мм в параграфе 3, а также значения Ке~ = 3,9.10 ' м с ' град ', стТи = 10 град, по =- 10' м ' с 'град, ет', =- 2 10' м ', с помощью формул (33) и (34) определили максимальное переохлаждение чугуна при затвердевании с учетом влияния не только затравочных, но и менее активных подложечных включений (табл.
1). В расчетах общего случая затвердевания значение го учитывается только при определении со,. Из табл. 1 видно, что с увеличением го начальное значение переохлаждения КТ,ми снижается. Менее активные подложечные включения благодаря их большому количеству заметно снижают величину начального переохлажденияя. Здесь ы имеет тот же смысл, что и в формуле (23). Значение с(в!Й для температуры, соответствующей начальному переохлаждению, можно рассчитать, использовав приближение В.
И. Данилова: п (1') = по (КТ вЂ” АТ„)т, где по — коэффициент, равный скорости зарождения центров кристаллизации в единице объема при переохлаждении на 1 град.; Л҄— интервал мета- стабильности металла либо сплава; и — коэффициент, значение которого может быть в пределах 2 — 3. При и = 2 и постоянной скорости изменения температуры и, на основе уравнения (24) получено, что для затвердевания на затравках " й1 (ггз из(е ) бггз „т ~4 ( 12л", гт(е ( йгз) Начальное персе»заледенив Таблица 1 Результаты расчета начального переохлаждения чугуна, град Начальный рад»ус эатравс»г ге, м Хара»тер аатвердеваяяя 10-' 1О-' О !О ' 67,6 На затравках На менее активных подложечиых включениях На затравках и менее активных подложечных включениях 59,7 67,7 67,7 47,8 46,9 46,9 46,9 В расчетах, аналогичных приведенным, необходимо учитывать требование обобщенного Г.
Ф. Баландиным критерия В, И. Родигина: Гх 11ьг, + Л711 ) 200, где 7!71 — число центров, возникших в единвце объема на подложечных (менее активных, чем затравочные) включениях. При последовательном затвердевании формирование кристаллизующейся корки происходит путем зарождения и роста кристаллов в тонком приповерхностном слое отливки, испытывающем максимальное переохлаждение. Можно принять, что переохлаждение металла в таком слое будет одинаковым с переохлаждением металла при объемном затвердевании, но при идентичном значении им Таким образом, переохлаждение, при котором формируется начальная твердая корка отливки, принципиально может быть рассчитано методами, разработанными для объемного затвердевания.
Перспективным для расчета формирования структуры чугуна с поверхностным отбелом является метод, учитывающий неравномерное квазистационарное распределение температуры по сечению отливки на стадии отвода теплоты перегрева. Глава ЕУ ОСОБЕННОСТИ УСАДОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ И ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА УСАДКИ Под усадочными процессами понимают изменения размеров залитого в форму металла. Проявляются они как в объеме отливки, так и в объеме отдельного кристалла.
Усадка играет важную роль в формировании свойств отливок. С ней связано возникновение в отливках пустот — усадочных раковин и пористости, деформации и напряжений 119 — 26, 48, 49, 169, 1701, а также возникновение зазора между отливкой и формой. Газовый зазор оказывает существенное влияние на условия охлаждения отливки и нагрева кокиля !6, 19 — 21, 561. Если изменение температуры тела не сопровождается фазовыми превращениями, то причиной усадки является изменение среднего расстояния между атомами.
При охлаждении тел это расстояние уменьшается из-за сокращения ангармонической составляющей колебания атомов около их среднего положения 1491. Фазовые превращения сопровождаются скачкообразным изменением размеров и объема металла. Плотность р1 жидкого металла чаще всего меньше плотности Рт твеРдого металла. Однако длЯ сурьмы, висмута и лития наблюдается обратная картина 149, 77). Различные фазовые превращения, происходящие в твердом металле, обычно также сопровождаются изменениями объема.
Примером могут служить превращения, возникающие в чугуне при температурах кристаллизации и создающие эффект предусадочного расширения чугуна. Этот эффект связан с распадом цементита и образованием свободного графита. При температурах около 1000 К у чугуна и стали происходит распад аустенита, что также связано с объемными изменениями. Количественной мерой усадки служат коэффициенты линейной а или объемной 11 усадки (расширения). Как известно, За Выбор одной из этих характеристик определяется соображениями удобства.
В тех случаях, когда изменение объема металла локализуется в каких-то участках .отливки, используют величину Ясно, что к таким случаям оносятся усадка жидкого металла и затвердевание. Усадка в твердом состоянии более или менее изотропна. Поэтому она оценивается линейной величиной. Коэффициент объемной усадки при затвердевании и Р1 Р1 бакр = Р1 Коэффициенты усадки металлов — основ важнейших литейных сплавов приведены в табл.
2. Общая усадка сплава при литье в кокиль больше, чем при литье в песчаную форму. Объясняется это различием в скоростях Физическая природа усадки 49 затвердевания; чем быстрее затвердевает отливка, тем меньше развивается в ней физическая неоднородность, влияющая на усадку [77 ]. Механизм усадочных явлений в отливке зависит от положения сплава на диаграмме состояния и интенсивности теплообмена в системе отливка — форма. Количественной характеристикой этого механизма служит критерий дкТхр]ЬТы где 1ЛТхр— интервал температур кристаллизации, ЬТ, — перепад тем- Таблица 2 Коэффициенты усадим [49] ператур по толщине стенки отливки [21]. Наглядное обозначение величин, входящих в указанный критерий, показано на рис.
24. Условие последовательного затвердевания [рис, 24, а) металла имеет вид — 40 0,066 — 35 0 051 20 0,044 9 0,030 0,010 Алюминий Магний Медь Железо Титан 21 29 20 12 1О (35) Ясно, ' что данному критерию в полнои мере удовлетворяют чистые металлы и эвтектические сплавы. Обычно ему удовлетворяют процессы формирования отливок в кокилях. Гоик Гсол йик 1зок 1сзк Гсоо д О х х а) с) с) Рнс. за. Схемм Различных пРоцессов затвердеваннн3 а — последовательное затвердеванне; б — объемное затвердеванне; з — общнй случай Особенности увиденных процессов 50 Условие объемного затвердевания (рис.
24, 6) формулируется следующим образом: — ""р >) ). бТ, Критерий Ат бТ, соответствует общему случаю затвердевания (рис. 24, в). (37) 2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ ЗАТВЕРДЕВАННЕ Гдс Аян,р — ПОЛОВИНа ШИРИНЫ ЗОНЫ ОСЕВОЙ ПОрнетОСтн; коэффициент динамической вязкости; К вЂ” константа затвердевания; Н вЂ” высота отливки и р — давление.
Движение питающего металла происходит под действием атмосферного давления р, гидростатического напора др(Н, поэтому р = р, + др1Н. При выводе формулы (38) сопротивление движению жидкого металла учитывалось по закону течения ньютоновской жидкости, а нарастание твердой корочки — по закону квадратного корня (физический смысл закона квадратного корня рассмотрен в монографии (20]).
Фактические размеры пористой зоны должны быть меньше, чем найденные по приведенной формуле: в конечный период процесса дефицит питания в большей или меньшей степени восполняется фильтрацией жидкой фазы. Из выражения (38) следует, что при увеличении скорости затвердевания осевая пористость возрастает. В частности, при Если соблюдается условие (35), то механизм усадочных явлений характеризуется следующим. Сечение стенки затвердевающей отливки состоит в основном из двух зон: твердой корки и жидкого ядра. Ширина зоны, в которой металл находится в твердом и жидком состояниях, пренебрежимо мала. Изменение объема металла в связи с нарастанием твердой корочки, т. е. дефицит питания, компенсируется свободно текущим расплавом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
