Усадка литейных сталей

Усадка стали в отливке складывается из уменьшения объема в жидком состоянии при охлаждении от Т_ЗАЛ до Т_Л, 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

(по данным Ю. А. Нехендзи)

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 %.

Дата добавления: 2014-01-07