Az ötvözetek öntő tulajdonságai - minden a kohászatról
A fémek és ötvözetek fő fizikai és fizikai-kémiai tulajdonságait leírták, amelyek hatással vannak az ötvözetek előállítására és az öntvények megszilárdítására. A kutatási és gyártási gyakorlat azonban kimutatta, hogy lehetetlen teljesen és egyértelműen felmérni a fémötvözet viselkedését az öntvények gyártásánál, közvetlenül a tulajdonságok értékétől. Az előforduló folyamatokat és jelenségeket az ötvözet különféle tulajdonságainak ilyen komplex kölcsönhatásai határozzák meg, hogy nyilvánvaló és használható formában nem fejezhetők ki. Ezért az ötvözetek öntészeti anyagként történő értékeléséhez közvetlenül vizsgálják technológiai tulajdonságaikat, amelyeket öntési tulajdonságoknak neveznek. Az öntési tulajdonságok meghatározásához olyan speciális mintákat fejlesztettek ki, amelyek kvantitatív adatok beszerzését teszik lehetővé.
Az öntödei tulajdonságok alapjait a 30-40-es években hozták létre. AA Bocsvar. A casting tulajdonságainak tanulmányozásához nagy szerepet játszott N. N. Rubtsov, A.G. Spassky, A.M. Samarin, Yu.A. Nekhendzi, A.M. Korol'kov. Az ötvözetek öntödei tulajdonságainak vizsgálata folyamatosan folytatódik: a módszerek javulnak, az ötvözet viselkedésének új aspektusait tárják fel, és megvizsgálják az új ötvözetek tulajdonságait.
Jelenleg az ötvözetek öntödei tulajdonságai közé tartoznak a folyékonyság, a lineáris és térfogatos zsugorodás, a repedésállóság. Mint öntő tulajdonság, a makro- és mikrostruktúra, az ötvözet hajlamos a gáz telítettségére és az olvasztás során az oxidációs filmek általi szennyeződésre, valamint a készítmény folyadék heterogenitásának megnyilvánulására is.
Folyékony áramlás. Ezt a tulajdonságot fejezi ki az ötvözet képes a forma feltöltésére. A folyadékáramot egy kis keresztmetszetű töltött csatorna hossza mentén bar-minták segítségével mérjük (30-32. Ábra).
Tanulmányok kimutatták, hogy az olvadékfolyás felszakadását egy keskeny csatornában az ötvözet termikus körülményei és kristályosítási jellege határozza meg. Az olvadék hőmérsékletének emelése esetén lehetséges a csatorna bármilyen hosszának kitöltése. Ha azonban az öntést ugyanazon a hőmérsékleten vagy egyenletesen túlmelegítjük a folyadék felett, akkor nyilvánvaló kapcsolat van az ötvözet fluidizmusa és pozíciója között a fázisdiagramon (33. A tiszta fémek, az eutektikumok, valamint az összes olyan ötvözet, amelyek nem rendelkeznek kristályosodási intervallummal, sokkal nagyobb folyadékárammal rendelkeznek, mint a rendszer hőmérsékleti tartományában kristályosodóak. Ezt a szabályosságot az ömledék áramlásának megállításához szükséges feltételek megmagyarázzák. Az ötvözetben a hőmérséklet-tartományban kristályosodóan elágazó dendritek képződnek, amelyek jelentősen gátolják az olvadék áramlását. A csatorna olvadékáramának sebessége csökken, és az olvadéknak ideje csak a korlátozott távolságra behatolni a csatornába. Ha azonban a mintát tiszta fém vagy ötvözet töltik fel kristályosodási intervallum nélkül, a növekvő kristályok kevésbé elágazó és kompaktabb alakúak. Kevesebbek, mint az első esetben lassítják az olvadék áramlási sebességét. Ezért a csatorna tele van nagy hosszúságúra.
A fluiditás és a kristályosodási idő közötti szigorú közvetlen arányosság azonban nem mutatható ki. Ez annak köszönhető, hogy a kicsapódó kristályok alakját nemcsak a kristályosodási idő határozza meg, hanem a fázis kristályos szerkezete is. Ha a csepegtető kristályok facett alakúak, akkor a kristályosodási intervallum növekedése ellenére a fluiditás nem csökken. Ez a ólom-antimon rendszer ötvözeteinek ötvözeteiben megfigyelhető, ahol eutektikus 13% Sb. A folyadék áramlását ebben a rendszerben 25% -ra növeljük, ha az ötvözetek jelentős kristályosodási intervallummal (körülbelül 75 ° C) rendelkeznek.
A kicsapódó kristályok alakján kívül a kristályosítási hő értéke is jelentős. Ha esik ki fázisban egy nagy kristályosodási hőt, a hűtés és megszilárdulása az olvadék hosszabb időt vesz igénybe, és így a hosszabb az ötvözet folyékony állapotban, és van ideje, hogy behatoljon tovább a penész csatornán. A kristályosítási hő hatása látható az alumínium-szilícium rendszer ötvözetein. Szilíciumot, mint alumíniumot több mint 4-szer nagyobb kristályosodási hőt, és a fluiditása az ötvözetek tovább növekszik, miután az átmeneti ponton az eutektikus (12% Si), elérve a maximális 18% Si, amikor a kristályosodás intervallum emelkedik 100 ° C-on A szilícium-kristályok kompakt formájú formája a hipereutektikus silumin nagy folyékonyságát is elősegíti.
Így a fluiditás, mint a folyékony ötvözetnek a penész töltésére való képességét a kristályosodási intervallum, az elsődleges kristályok alakja határozza meg, az elsődleges kiürítési fázis kristályosításának hőértékét. Nincs összefüggés az ötvözetek folyékonysága és viszkozitása és felületi feszültsége között.
Az ötvözetnek a nagyon finom megkönnyebbülés kitöltésére való képességének felmérése érdekében ék vagy golyóminta használatos. Ezekben a mintákban az olvadéknak be kell hatolni az ék alakú üreg éles csúcsába, vagy a sík fal melletti gömbölygetni. Mérjük meg a hosszát a blank fluiditás akut a v csúcs töltetlen mintát, és a lyukak átmérője gyöngymalomban mintában Ezek a paraméterek függnek alapvetően az erőssége oxid filmek felületén az olvadék és a felületi feszültség. A pálcaminták és az ék- vagy gömbminták folyóképességének mutatói nem kapcsolódnak egymáshoz.
Lineáris zsugorodás. Az ötvözetek tulajdonságait a lineáris kitágulás hőmérséklet-együtthatója és az ötvözet lineáris zsugorodásának kezdeti hőmérséklete határozza meg. Ismeretes, hogy a hőmérsékleti tartományban kristályosodó ötvözetek képesek arra, hogy a szilárdulási pont feletti alakot megtartsák, amikor a kristályok körülbelül 50% -a kimerült. Ezt a hőmérsékletet a lineáris zsugorodás kezdetének hõmérsékletének nevezik. Tüneteit egyértelműen látjuk az ötvözetek lineáris zsugorodásának függvényében a bináris rendszerekben lévő összetétel függvényében, egyszerű eutektikus (34. A lineáris zsugorodás görbéjén két törést jegyeztek fel, amelyek nagyjából megegyeznek a lineáris zsugorodás kezdetének vonalának az állapotdiagram eutektikus vízszintes vonalának metszéspontjával.
Sok ötvözet gyakran megfigyel egy átmeneti terjeszkedést, amely megelőzi a zsugorodást. Ezt a jelenséget elterjedt terjeszkedésnek nevezik. 0,1-0,3%. A gázok felszabadulása, a csontváz terjeszkedése az öntvény fűtése következtében, amikor az öntvény falaiból való kilépése, a fluidum kapillárisnyomása a dendritek tengelyei közötti csatornákban történik. A malomvázban az előgyártás expanzióját a megszilárdulás során végzett grafitizálás magyarázza.
Az ötvözetek lineáris zsugorodása előre meghatározza az öntvények lineáris zsugorodását, de ez a két mutató nem egyezik meg nagyságrendekkel. Az ötvözet lineáris zsugorodása - az érték állandó a minták megszerzéséhez szükséges feltételek mellett. Az öntvény lineáris zsugorodása lehet az ötvözetnek legalább egy vagy több lineáris zsugorodása.
Tömeges zsugorodás. Ezt a tulajdonságot az ötvözet sűrűsége közötti különbség határozza meg a folyadék és a szilárd állapotban, a kristályosodási idő nagysága és a kristályosítás jellege az intervallumon belül. Vizsgálja meg és határozza meg a térfogat zsugorodását, kis mintákat golyó, kocka vagy kúp alakjában, és mérje meg a zsugorodási üregek térfogatát.
Amint azt már említettük, a térfogat zsugorodása öntvényekben, következésképpen kísérleti mintákban kétféleképpen jelenik meg: koncentrált zsugorodóhéjak és diszpergált zsugorodási porozitás formájában. Megállapítottuk, hogy a zsugorodó héjak csak abban az esetben alakulnak ki, amikor az öntés rétegenként réteggel megszilárdul, és ez csak az ötvözet-kristályosodási idő hiányában lehetséges. Ezért, a vizsgálati mintákat a tiszta fémek, ötvözetek, eutektikumok megfelelő összetételben, egybevágóan fogyasztható közbenső fázisok, a maximális és minimális, térfogati zsugorodás akkor lehet csak kifejezni formájában koncentrált üregek.
Zsugorodási porozitást történik a közepén a öntvények ötvözetek számos kristályosítási annak a ténynek köszönhető, hogy dolgozzanak kétfázisú átmeneti régiók, amelynek szélessége határozza meg a nagyságát az öntés térfogat zsugorodás porozitás érinti. A kétfázisú átmenet régiók kialakulásának mechanizmusától kezdve az ötvözet-kristályosodási idő hatását láthatjuk: növekedése a kétfázisú területek terjeszkedéséhez vezet. A zsugorodási porozitás térfogatát a folyadék mennyisége határozza meg a kétfázisú régióban azon a pillanatban, amikor a folyadéktér az öntés középső részén eltűnik. Mindezek a körülmények következtében a bináris ötvözetek ömlesztett zsugorodásának a kompozíció megnyilvánulásának következménye (35. ábra).
Intenzív hűtés esetén (a minták öntése fémformába) a porózus régió csak viszonylag kis központi részt foglal el. A porózus terület legnagyobb szélessége megközelítőleg a lineáris zsugorodás kezdetének vonalának metszéspontjainak és az eutektikus vízszintes vonalnak (1. görbe, a 35a. Ábra) megfelelő kompozíciókban fordul elő. Pontosan ezek az ötvözetek voltak a minták megszilárdulása során, amelyek rendelkeztek a legnagyobb mennyiségű folyadékot tartalmazó legszélesebb kétfázisú átmeneti régióval. Ezért ezek az ötvözetek a zsugorodási porozitás legnagyobb térfogatát mutatják (a 35. ábrán a 3. görbe, a). Mivel a teljes térfogat zsugorodása e rendszerekben sima görbe alapján változik (a 35. ábrán a 2. görbe), az ilyen ötvözetek zsugorodási héja a legkisebb. Tiszta komponensek és ötvözetek esetén az eutektikus közelségében csak a porozitás nélküli mintákban zsugorodó héjak vannak. Az 1. ábrán. A zsugorodási lyukak térfogatát a 2. és 3. görbe közötti koordinátákkal mérjük.
Alatt lassú hűtés a minták a homokforma szélessége lényegesen több porózus régió, a maximális figyelhető meg az ötvözetek a legmagasabb kristályosítással intervallum (görbe 1 ábrán. 35 b). A megvitatása a megszilárdulás folyamata öntvények homok öntőformák megjegyezték, hogy a kétfázisú átmeneti tartománynak őket hosszú ideig foglalja el szinte minden részét. Azonban, a végén a megszilárdulás lezajlik táplálkozás perifériális réteg folyékony eutektikus összetételű, érkező a mélyebb rétegek. Ez a smink vezet az a tény, hogy a porozitás csak akkor jelentkezik a központi rész és a perifériás rétegek sűrű. Process ellátási kell menni sikeresebb, mint a nagyobb az eutektikus ötvözet, és mivel annak mennyisége folytonosan nő, amikor a változó összetételű ötvözetek felé eutektikus koncentráció, monoton csökkenés a porózus régió szélessége teljes eltűnéséig közelében eutektikus ötvözeteket.
A kötet porozitás megváltozik, mint abban az esetben a fém öntőformák, egy görbe két maximuma a ötvözetek, a készítmények, amelyek megfelelnek a hőmérséklet metszéspontja a görbe kezdődő lineáris zsugorodás tn.l.u eutektikus vízszintes, mert a legnagyobb arányban a folyadék megjelenik Ezeket az ötvözeteket egy kétfázisú átmenet mező (3-as görbe látható. 35b). Az abszolút zsugorodás porozitás sokkal nagyobb, mint amikor öntés fém formákba. Ezért a térfogati zsugorodás üregek megfelelően kisebb. Meg kell jegyezni, hogy amikor a homok öntőformák a mintákat az ötvözetek egy elég nagy választéka kristályosodási alakítása helyett zsugorodás üreg általában csökkenti az olvadék szintjét a penész, majd, mintha a tetején a zúzás a fröccsöntött minta. Ez annak köszönhető, hogy az időtartam a létezését a minták kétfázisú állapotban, amikor az első, mint egy folyadékot (még csökkent kis kristály), majd deformálódik, mivel a gondozás alatt álló folyadék a gravitáció hatása, a légköri nyomás és a kapilláris erők.
Ellenállás és ellenállás. Ez a kifejezés határozza meg, hogy az ötvözet képes-e ellenállni a repedések kialakulásának az öntött mintákban. Az ellenkező tulajdonságot hajlamos a repedésre vagy a forró krakkolásra.
Fontos megjegyezni, hogy az egyes tiszta komponensek repedésállósága nagyon jelentősen csökken, ha egy másik komponenst viszünk be. Az eutektikumot tartalmazó ötvözetek esetében a repedésállóság a kompozíciók széles skáláján magas szinten marad. Az ötvözetek repedésállóságának változása szorosan kapcsolódik a kristályosodás folyamatához, a lineáris zsugorodás megnyilvánulásához, az ötvözet szilárdságához és plaszticitásához a kristályosodás tényleges tartományában. A megszilárduló minta megsemmisülése olyan esetekben fordul elő, amikor a kezdeti lineáris zsugorodás olyan műanyag deformációt okoz, amely meghaladja az ötvözet plaszticitását az adott körülmények között. A kristályosítás vége előtt a lineáris zsugorodás mennyisége megközelítőleg arányos a kristályosodás tényleges tartományával. Ezért a repedésállóság erőteljesen csökken (míg a forró krakkolási kapacitás nő), ezzel növelve ezzel az intervallumot. Ha ez az intervallum nincs jelen, a repedésállóság magas.
A repedésállóság függ a leeső kristályok alakjától is. Elágazó dendritek esetében lényegesen kisebb, mint a kompakt kristályok esetében. A crackrezisztencia függése a hatékony kristályosítási tartomány értékétől csak az ötvözetekhez igazodik, amelyek ugyanolyan elsődleges és másodlagos fázisokkal rendelkeznek. Ezért lehetetlen értékelni az ötvözetek különböző fémeken alapuló repedési ellenállását, összehasonlítva a hatásos kristályosodási időközöket.
A törési ellenállást alapvetően az ötvözet képes ellenállni a kristályosodási repedések kialakulásának. Meg kell jegyezni, hogy gyűrűs vizsgálatoknál, ahol erős fém beillesztési rudak zavarják a zsugorodást, mind meleg, mind hideg repedések fordulhatnak elő.
Amint az a fentiekből látható, az ötvözetek öntési tulajdonságai nagymértékben függnek a fázisdiagram helyzetétől, amely meghatározza a kristályosodási folyamat jellemzőit. Ezek a jellemzők az ötvözet kristályosodási hőmérsékleti tartományának nagysága (általános és hatásos). Nagy jelentőséggel bír a kristályosítás koncentrációs intervalluma - az első leeső kristályok és az utolsó eltűnő folyadék összetételének különbsége.
Az öntési tulajdonságok legjobb kombinációját az eutektikus pont közelében fekvő ötvözetek tartalmazzák, és a szerkezetükben elegendő mennyiségű eutektikus komponenst tartalmaznak. A legtöbb esetben a formált öntvények gyártására tervezett öntvény ötvözetek csak ilyen ötvözetek. Természetesen vannak alacsony öntési tulajdonságú öntőötvözetek, amelyeket nagy munkakörnyezetek kialakítására és felhasználására használnak.