Au fost descrise proprietățile fizice și fizico-chimice principale ale metalelor și aliajelor, care au implicații pentru prepararea aliajelor și pentru solidificarea pieselor turnate. Cu toate acestea, practica de cercetare și de producție a demonstrat că este imposibil să se evalueze pe deplin și fără echivoc comportamentul unui aliaj de metal în producerea de piese turnate direct de la valorile acestor proprietăți. Procesele și fenomenele care apar sunt determinate de astfel de interacțiuni complexe ale diferitelor proprietăți ale aliajului încât nu pot fi exprimate într-o formă evidentă și utilizabilă. Prin urmare, pentru a evalua aliajele ca materiale de turnătorie, ele studiază în mod direct proprietățile lor tehnologice, care se numesc proprietăți de turnare. Pentru a determina proprietățile de turnare, au fost elaborate eșantioane speciale care permit obținerea datelor cantitative.
Bazele doctrinei proprietăților de turnătorie au fost create în anii 30-40, acad. AA Bochvar. O contribuție importantă la studiul proprietăților de turnare a fost făcută de N.N. Rubtsov, A.G. Spassky, A.M. Samarin, Yu.A. Nekhendzi, A.M. Korol'kov. Investigarea proprietăților de turnătorie ale aliajelor continuă: se îmbunătățesc metodele, se dezvăluie noi aspecte ale comportării aliajelor și se studiază proprietățile găsite ale aliajelor noi.
În prezent, printre proprietățile de turnătorie ale aliajelor se numără fluiditatea, contracția liniară și volumetrică, rezistența la fisuri. Ca proprietăți de turnare, sunt luate în considerare, de asemenea, macro- și microstructura, tendința aliajului la saturație în gaz și contaminarea cu filme de oxidare în timpul topirii și manifestarea eterogenității lichidului din compoziție.
Debit lichid. Această proprietate este exprimată în capacitatea aliajului de a umple matrița. Fluxul de fluid este măsurat prin intermediul probelor de bare de-a lungul canalului umplut cu o secțiune transversală mică (Figurile 30-32).
Studiile au arătat că terminarea fluxului topit într-un canal îngust este determinată de condițiile termice și caracterul de cristalizare al aliajului. Creșterea temperaturii topiturii, este posibilă umplerea canalului de orice lungime. Dacă, totuși, turnarea este efectuată la aceeași temperatură sau la o supraîncălzire egală cu lichidul, atunci există o relație evidentă între fluiditate și poziția aliajului pe diagrama de fază (Fig.33). Metalele pure, eutectica, precum și toate aliajele care nu au un interval de cristalizare, au un debit de fluid mult mai mare decât cele ale aceluiași sistem care cristalizează în intervalul de temperatură. Această regularitate este explicată de condițiile de oprire a curgerii topiturii în canalul de umplere. În aliaj, cristalizând în intervalul de temperatură, se formează dendrite ramificate, care împiedică în mod semnificativ fluxul topiturii. Viteza fluxului topit în canal scade, iar topitura are timp să penetreze canalul numai pentru o distanță limitată. Dacă, totuși, proba este umplută cu un metal pur sau un aliaj fără un interval de cristalizare, cristalele în creștere au o formă mai puțin ramificată și mai compactă. Ele sunt mai puțin decât în primul caz, încetinesc debitul de topire. Prin urmare, canalul este umplut la o lungime mare.
Cu toate acestea, proporționalitatea strictă directă între fluiditate și intervalul de cristalizare nu este dezvăluită. Aceasta se datorează faptului că forma cristalelor precipitate este determinată nu numai de intervalul de cristalizare, dar și de structura cristalografică a acestei faze. Dacă cristalele de picurare au o formă fatetă, atunci, în ciuda creșterii intervalului de cristalizare, fluiditatea nu scade. Acest lucru se observă în aliajele aliajelor sistemului plumb-antimoniu, unde există un eutectic la 13% Sb. Fluxul de fluid în acest sistem este mărit la 25% Sb, când aliajele au un interval semnificativ de cristalizare (aproximativ 75 ° C).
Pe lângă forma cristalelor precipitante, valoarea căldurii de cristalizare are, de asemenea, semnificație. În cazul în care se încadrează în fază are o căldură mare de cristalizare, răcirea și solidificarea topiturii durează un timp mai lung, și, prin urmare, cu cât aliajul este în stare lichidă și are timp să penetreze mai departe în canalul de turnare. Efectul căldurii de cristalizare poate fi văzut pe aliajele sistemului aluminiu-siliciu. Siliciul decât aluminiul are mai mult de 4 ori mai mare căldură de cristalizare și fluiditatea aliajelor continuă să crească, după punctul de tranziție al eutectică (12% Si), atingând un maxim la 18% Si, atunci când crește interval de cristalizare la 100 ° C, Fluiditatea mare a siluminului hipereutectic este de asemenea favorizată de forma compactă a cristalelor de siliciu.
Astfel, fluiditatea ca capacitatea unui aliaj lichid de a umple o matriță este determinată de intervalul de cristalizare, de forma cristalelor primare, de valoarea de căldură a cristalizării fazei primare de abandon. Nu există o corelație între fluiditatea aliajelor și viscozitatea și tensiunea superficială.
Pentru a evalua capacitatea unui aliaj de a umple o ușoară ușurare, se folosește o probă cu pene sau cu bile. În aceste probe, topitura trebuie să pătrundă în vârful ascuțit al cavității în formă de pană sau să se curbeze sub bilele adiacente peretelui plat. Se măsoară lungimea fluidității martor este acută în eșantionul neumplut vârf v, și diametrul găurilor dintr-un eșantion de talon Acești parametri depind în principal de rezistența straturilor de oxizi pe suprafața tensiunii de topitură și de suprafață. Indicatorii de fluiditate pentru eșantioanele tijei și pentru eșantioanele de pene sau mingi nu sunt legate între ele.
Reducerea liniară. Această proprietate a aliajelor este determinată de coeficientul de temperatură de expansiune liniară și de temperatura la debutul contracției liniare a aliajului. Se știe că aliajele care cristalizează în intervalul de temperatură dobândesc capacitatea de a menține forma deasupra punctului solid, când aproximativ 50% din cristale au căzut. Această temperatură se numește temperatura de la începutul contracției liniare. Manifestarea sa este văzută în mod clar în diagramele dependenței de contracție liniară a aliajelor pe compoziție în sistemele binare cu un eutectic simplu (figura 34). Pe curba contracției liniare sunt notate două fracturi, care corespund aproximativ punctului de intersecție al liniei de la începutul contracției liniare cu linia orizontală eutc. În diagrama de stare.
Multe aliaje observă adesea o expansiune temporară, care precede contracția. Acest fenomen se numește expansiune pre-răspândită. Este de 0,1-0,3%. Este asociată cu eliberarea gazelor, cu expansiunea scheletului datorită încălzirii turnării în momentul retragerii acesteia de pe pereții matriței, presiunea capilară a fluidului în canalele dintre axele dendritelor. În fontă, expansiunea pre-plantă se explică prin grafitizare în timpul solidificării.
Strângerea liniară a aliajelor determină contracția liniară a pieselor turnate, însă acești doi indicatori nu coincid în magnitudine. Strângerea liniară a aliajului - valoarea este constantă pentru condițiile date pentru obținerea probelor. Strângerea liniară a turnării poate fi mai mică sau mai multă contracție liniară a aliajului.
Contracție în vrac. Această proprietate este determinată de diferența de densitate a aliajului în stările lichide și solide, de magnitudinea intervalului de cristalizare și de caracterul de cristalizare în intervalul respectiv. Studiați și determinați contracția volumetrică, turnând mici mostre sub formă de minge, cub sau con și măsurați volumul golurilor de contracție.
După cum sa menționat deja, contracția volumului la turnare și, prin urmare, în probele de testare este prezentat în două moduri: sub formă de cavități concentrate și porozitate contracție difuză. Sa constatat că golurile de contracție sunt formate numai în acele cazuri în care piesa turnată este solidificat strat cu strat, iar acest lucru este posibil numai în absența cristalizării gamei aliaj. Prin urmare, în probele de testare de metale pure, aliaje, eutectice compoziție corespunzătoare, faze intermediare congruent consumabile, maxime și minime, contracție volumetrică va fi exprimată numai sub formă de cavități concentrate.
Contracția porozitate apare în mijlocul pieselor turnate din aliaje cu o gamă de cristalizare, datorită faptului că acestea dezvolta regiunile de tranziție cu două faze, a căror lățime determină amplitudinea contracției porozității volumului de turnare afectat. Din mecanismul de formare a regiunilor de tranziție în două etape considerate mai devreme, se poate observa efectul intervalului de cristalizare a aliajului: creșterea acestuia conduce la extinderea regiunilor cu două faze. Volumul porozității de contracție este determinat de cantitatea de lichid din regiunea cu două faze în momentul în care regiunea lichidă dispare în partea de mijloc a turnării. Toate aceste circumstanțe conduc la următoarea dependență a manifestării contracției voluminoase a aliajelor binare pe compoziție (Figura 35).
În cazul răcirii intensive (turnarea probelor într-o matriță metalică), regiunea poroasă ocupă doar o parte centrală relativ mică. Cea mai mare lățime a regiunii poroase apare aproximativ în compozițiile corespunzătoare punctelor de intersecție a liniei de la începutul contracției liniare și a liniei orizontale eutectice (curba 1 din figura 35a). Exact aceste aliaje în timpul solidificării probelor au avut cea mai mare regiune de tranziție în două faze, conținând cea mai mare cantitate de lichid. Prin urmare, aceste aliaje prezintă cel mai mare volum de porozitate de contracție (curba 3 din Figura 35, a). Deoarece contracția volumului total în aceste sisteme se modifică în funcție de curba netedă (curba 2 din Figura 35, a), volumul contururilor de contracție pentru aceste aliaje este cel mai mic. În cazul componentelor pure și al aliajelor în apropierea eutecticului, în eșantioane există numai cochilii de contracție fără porozitate. În Fig. 35 volumul găurilor de contracție este măsurat de către ordinele dintre curbele 2 și 3.
În timpul răcirii lente a probelor din lățimea matriței de nisip semnificativ regiune mai poroase, maximul se observă în aliajele cu cel mai mare interval de cristalizare (curba 1 din Fig. 35 b). În discutarea procesului de solidificare a pieselor turnate în forme de nisip, sa observat că regiunea de tranziție în două faze în ele pentru o lungă perioadă de timp ocupă aproape toate secțiunile. Totuși, la sfârșitul solidificării, straturile periferice sunt alimentate cu un lichid de compoziție eutectică provenind din straturi mai profunde. Această reaprovizionare duce la faptul că porozitatea apare numai în partea centrală, iar straturile periferice sunt dense. aprovizionare proces trebuie să meargă mai mult succes decât mai mare în aliaj eutectic și pentru că valoarea sa crește în mod continuu la schimbarea compozițiilor de aliaj către concentrare eutectic, o scădere monotonă a lățimii regiunii poroasă până la dispariția completă în apropierea aliajelor eutectice.
Porozitatea volumului este schimbat, la fel ca în cazul matrițelor de metal, o curbă cu două maxime în aliaje, compozițiile din care corespund punctelor de temperatură de intersecție a curbei care începe cu o contracție liniară tn.l.u orizontală eutectic, deoarece cea mai mare proporție de lichid apare la aceste aliaje într-o tranziție bifazic regiune (curba 3 din figura 35, b). Volumul absolut al porozității contracției este mult mai mare decât la turnarea în matrițe metalice. Prin urmare, volumul cochiliilor de contracție este corespunzător mai mic. Trebuie remarcat faptul că atunci când se utilizează forme de nisip pentru probele prelevate din aliaje cu un interval suficient de mare de cristalizare în loc de a forma cavității de contracție este coborârea unui general al nivelului topiturii în matriță și apoi ca în cazul în care vârful concasarea eșantionului turnat. Acest lucru se datorează duratei de existență a probelor în stare în două faze când acestea sunt la început ca un fluid (a scăzut încă mici cristale) și apoi deformat din cauza lichidului de îngrijire sub acțiunea gravitației, presiunea atmosferică și forțe capilare.
Rezistență și rezistență. Acest termen determină capacitatea aliajului de a rezista la formarea fisurilor în eșantioanele turnate. Proprietatea opusă se numește tendința de crăpare sau crăpare la cald.
Este important de menționat că rezistența la fisurare a fiecărei componente pure este redusă foarte mult atunci când se introduce o altă componentă. În aliajele care conțin eutectic, rezistența la fisurare rămâne la un nivel ridicat într-o gamă largă de compoziții. Schimbarea rezistenței la fisurare a aliajelor este strâns legată de cursul de cristalizare, manifestarea contracției liniare, rezistența și plasticitatea aliajului în domeniul efectiv de cristalizare. Distrugerea probei de solidificare are loc în acele cazuri în care contracția liniară inițială determină o deformare plastică care depășește ductilitatea aliajului în condițiile date. Cantitatea de contracție liniară înainte de sfârșitul cristalizării este aproximativ proporțională cu intervalul efectiv de cristalizare. Prin urmare, rezistența la fisurare scade brusc (în timp ce capacitatea de cracare la cald crește) crescând acest interval. Când acest interval este absent, rezistența la fisurare este ridicată.
Rezistența la fisurare depinde, de asemenea, de forma cristalelor care se încadrează. În cazul dendritelor ramificate, acesta este substanțial mai mic decât pentru cristalele compacte. Dependența rezistenței la fisurare asupra valorii intervalului efectiv de cristalizare este unică numai pentru aliajele cu aceleași faze primare și secundare. Prin urmare, este imposibil să se evalueze rezistența la fisurare a aliajelor bazate pe diferite metale, comparându-se intervalele lor cristaline eficiente.
Rezistența la rupere este determinată în principal de capacitatea aliajului de a rezista formării crăpăturilor de cristalizare. Trebuie remarcat faptul că în testele inelare, în care barele puternice de inserție metalică interferează cu contracția, pot apărea atât fisuri calde, cât și fisuri reci.
Așa cum se poate vedea din cele de mai sus, proprietățile de turnare ale aliajelor depind în mare măsură de poziția lor pe diagrama de fază, care determină caracteristicile procesului de cristalizare. Aceste caracteristici sunt mărimea intervalului de temperatură de cristalizare al aliajului (general și eficient). O importanță deosebită este intervalul de concentrație al cristalizării - diferența în compoziția primelor cristale de picurare și ultimul lichid care dispar.
Cea mai bună combinație a proprietăților de turnare este observată în aliaje situate în apropierea punctului eutectic și conținând în structura lor o cantitate suficient de mare de componentă eutectică. În majoritatea cazurilor, aliajele de turnare destinate producției de piese turnate sunt doar astfel de aliaje. Desigur, există aliaje de turnătorie cu proprietăți reduse de turnare, create și utilizate pentru proprietățile lor de lucru ridicate.
Articole similare
-
Este cu totul utilă sorrel - sorrel - proprietăți utile și rău, utilizare în medicina populară -
-
Reciclarea materiilor prime secundare care conțin aur și argint - totul despre metalurgie
Trimiteți-le prietenilor: