12.10. Усадочная раковина

Усадочная раковина это несплошности в металле, проявляющиеся в изломе в виде полостей, имеющих поверхность, характерную для свободной кристаллизации металла.

В отличие от газовых раковин, имеющих гладкую поверхность, на поверхности усадочных раковин часто встречаются скопления неметаллических включений, всплывших из объёма жидкого металла.

Дефект наблюдается в литом металле. В отливках располагается

ис. 4.5. Усадочные раковины в отливках (сталь):

а – сосредоточенная, излом; б – рассредоточенные, излом;

в – сосредоточенная, темплет

преимущественно в местах сечений значительных размеров. Различают открытую усадочную раковину  полость неправильной формы, сообщающуюся с атмосферой, и закрытую усадочную раковину  полость, лежащую внутри отливки. Поверхность открытой усадочной раковины неровная окисленная, на ней обнаруживаются дендритные кристаллы. Закрытая усадочная раковина имеет светлую неокисленную поверхность с кристаллическим строением. Характерное отличие излома сталей с закрытой усадочной раковиной от кристаллических участков на фоне волокнистого излома состоит в том, что кристалличность строения поверхности усадочной раковины не изменяется при термической обработке любого вида.

Усадочная раковина может быть нитевидной формы и проникать глубоко внутрь отливки.

Рис. 12.16. Усадочные раковины в отливках (сталь): а - сосредоточенная, излом; б – рассредоточенные, излом; в – сосредоточенная, темплет.

Усадочные раковины подразделяются на:

- головную усадочную раковину (образуется в прибыльной части слитка или отливки);

- осевую усадочную раковину (раковина нитевидной или сеткообразной формы, глубоко распространяющаяся в теле слитка или отливки);

- вторичную усадочную раковину (неокисленная закрытая усадочная раковина), расположенную ниже головной и отделенную от нее обычно слоем плотного металла, называемого «мостом».

Закрытые усадочные раковины выявляются методами НК.

Усадочная раковина возникает вследствие недостаточного количества жидкого металла к концу затвердевания слитка или отливки из-за усадки металла.

На величину объемной усадки и, следовательно, на величину усадочной раковины влияют следующие факторы:

- высокие температурно-временные режимы выплавки и разливки жидкого металла (большой перегрев металла способствует увеличению объема усадочной раковины и дает более развитую усадочную раковину, при этом следует учитывать, что снижение температуры перегрева расплава уменьшает объем концентрированной усадочной раковины и приводит к развитию усадочной рыхлости, пленам и корочкам);

- неправильно подобранные технологические режимы модифицирования и кристаллизации слитков или отливок;

- неправильный выбор и расчет литниково-питающей системы для слитков и отливок, в том числе формы и размеров прибылей;

- повышенное содержание газов в жидком металле;

- неблагоприятная геометрическая форма отливки или слитка;

- широкий температурный интервал кристаллизации металла;

- неудовлетворительная работа прибылей;

- нарушение режима кристаллизации металла.

Для предупреждения возникновения усадочной раковины необходимы:

- соблюдение технологии подготовки и выплавки жидкого металла, разработанной в зависимости от его химического состава и назначения;

- соблюдение технологии разливки металла в изложницы или формы с обеспечением заданных требований по качеству металла;

- соблюдение технологии подготовки формы и разливки металла;

- соблюдение температурно-временных параметров заливки изложницы и отливок жидким металлом;

- обеспечение заданного теплового режима работы прибылей;

- использование технологии, позволяющей выводить усадочную раковину в верхнюю часть слитка.

В связи с тем, что усадочная раковина образуется при переходе металла из жидкого состояния в твёрдое, основная задача заключается в выведении ее из тела слитка (отливки), уменьшении ее объема и концентрации в головной части прибыли с целью уменьшения количества металла, удаляемого в обрезь. Усадочную раковину удаляют вместе с прибыльной частью слитка (отливки), при этом плоскость реза должна располагаться ниже границы усадочной раковины.

Вторичная усадочная раковина в тех случаях, когда ее поверхность не загрязнена трудно-растворимыми оксидами и большим количеством неметаллических включений, может завариваться при последующей горячей деформации. При этом должны быть выбраны соответствующие для данного металла температура и режим деформации.

Открытая осевая усадочная раковина не устраняется, так как из-за взаимодействия с атмосферой ее поверхность окислена, загрязнена шлаковыми включениями и при горячей деформации открытая осевая усадочная раковина не заваривается.

Усадочная раковина, распространяющаяся в тело отливки, снижает механические свойства пропорционально площади поверхности разрушения, занятой этим дефектом. При деформировании металла усадочная раковина вызывает образование расслоений. Заварившаяся при горячей деформации не окисленная внутренняя усадочная раковина влияния на механические свойства практически не оказывает.