Освіта усадкових раковин і пір - Ливарне виробництво
Обробка дерева та металу
Охолодження рідкого металу, його твердіння, а також подальше охолодження у твердому стані пов'язане зі скороченням обсягу.
Доки метал, залитий у форму, не утворив по зовнішньому контуру твердої кірки і поки він зберігає рухливість, зменшення його обсягу знижує рівень рідини у верхній частині форми: у вертикальному литниковому каналі, випорі або прибутку.
Після утворення на поверхні металу безперервної кірки становище змінюється.
Затверділий контур виливки можна розглядати як посудину, в якій укладена рідина, що має високу темпепатупу.
Об'єм рідини надалі зменшуватиметься при охолодженні до температури затвердіння, потім при кристалізації і, нарешті, при охолодженні вже в твердому стані до нормальної температури.
У той самий час контурна кірка, що спочатку утворилася, остигаючи, також дещо зменшиться в розмірах, хоча це зменшення не буде настільки значним, як скорочення обсягу рідини. Результатом цієї різниці є утворення у виливку вільних від металу порожнин, які називають усадковими порожнинами.
Розміри усадкових порожнин тим більше, ніж раніше утворився контурний шар, чим вище коефіцієнт об'ємного стиснення охолоджуваної рідини, чим більше ступінь стиснення металу при переході його з рідкого в твердий стан і, нарешті, чим менше коефіцієнт об'ємного стиснення металу в твердому стані.
Розрізняють два види усадкових порожнин: раковини та пори.
Усадочними раковинами називають більш менш великі порожнини, що знаходяться в частинах виливки, які тверднуть останніми.
Усадочні пори є дрібними порожнинами, іноді видимими.тільки під лупою або під мікроскопом і розташовані у відносно великій зоні виливки.
Механізм утворення усадкових раковин розглянемо на прикладі затвердіння виливки простої циліндричної форми, виготовленої з чистого металу або евтектичного сплаву.
Спочатку виникає контурна кірка I виливки. Внаслідок того, що об'єм кірки менший за обсяг витраченої на її утворення рідини, рівень металу в незатверділій частині виливки одночасно знизиться до горизонталі а. Через деякий час на кірці нижче наросте додатковий шар твердої речовини II, а рівень рідини знизиться до б. Далі наростання кірки відбувається нижче горизонталі б, а рівень металу падає до горизонталі.
Так триває доти, доки процес затвердіння не закінчиться.
У момент зниження рівня рідини до а площа дзеркала металу мало відрізнялася від площі перерізу виливки. На рівні площа дзеркала металу зменшилась; далі на наступних рівнях (в, р. і т. буд.) вона зменшувалася ще більше. Результатом описаного процесу є утворення усадкової раковини конічної форми.
Перелічені положення справедливі як для розглянутої плоскої виливки, має необмежено велику висоту, але й реальних виливків з кінцевими розмірами. У таких виливках останній метал, що твердне, розташовується не вздовж осі виробу, а в прибутку або в масивних частинах, де зосереджені великі маси металу. Саме тут розвиваються усадкові раковини і прилеглі до них зони усадкової пористості.
Для отримання дуже щільних виливків усі усадкові раковини і пори прагнуть вивести тільки в прибутку. Цього можна досягти у разі, якщо розміри зони усадкової пористості будуть скороченіприбуток не вийде надто великий. Область поширення усадочних пір можна зменшити, не тільки правильно вибираючи сплав і регулюючи інтенсивність охолодження металу, але також застосовуючи інші заходи. Зокрема, можна використовувати власну вагу рідкого металу або чинити на цей метал зовнішній тиск для того, щоб полегшити проникнення в двофазну область, що знаходиться в стадії затвердіння.
У злитках простої конфігурації прибуток встановлюють у верхній частині зливка з таким розрахунком, щоб завдяки прискореному охолодженню низу злитка і прагненню рідкого металу переміститися на нижчі рівні всі усадкові порожнини опинилися всередині цього прибутку і щоб можна було потім, відрізавши цей прибуток, отримати здорову щільну виливок .
Для фасонної виливки розробити прибуток значно складніше, оскільки вилив може мати не один, а кілька термічних центрів. У кожному з них концентрується ізольована порція рідкого металу, що твердне пізніше, ніж метал у сусідніх точках. Для того щоб уникнути утворення усадкових раковин у цих центрах, виливок доводиться виготовляти не з одного, а з кількома прибутками.
Мінімальна кількість стояків можна визначити, якщо виливок розділити на частини таким чином, щоб у кожній частині забезпечувався послідовний розвиток кристалізації від граничної поверхні до стояка. Сам прибуток має тверднути в останню чергу.
Напрямок процесу кристалізації, що залежить в першу чергу від конфігурації виливка (або частини виливка), піддається певному регулюванню.
Наприклад, окремі ділянки поверхні одноразових форм іноді виконують з металевими вставками (холодильниками), які прискорюють охолодження прилеглого до них сплаву і за певних умовщо запобігають потовщеним частинам виливки від утворення в них термічних центрів. Підведення литникових каналів у вузькі порожнини форми уповільнює охолодження тонких стінок виливка, що дозволяє зберегти потрібну спрямованість затвердіння, незважаючи на наявність у виливку (або в її частині) місцевих тонів. Такі заходи дають змогу уникнути встановлення прибутку над кожною ізольованою масивною ділянкою.
З метою зменшення витрати металу на прибуток зовнішні розміри її намагаються вибирати мінімальними. Однак, щоб зберегти рідкий метал у прибутку досить тривалий час, вживають заходів до уповільнення охолодження прибутку або додаткового її обігріву.
У деяких випадках над дзеркалом металу у прибутку створюють підвищений тиск, що сприяє переміщенню рідини до віддалених від прибутку місць кристалізації.