О влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов
Показано, что локальная негерметичность отливок из наводороженных алюминиевых сплавов,
 формирующихся в условиях недостаточного питания, может быть следствием неравномерного участия газовых пузырьков в компенсации усадки затвердевания. Проанализирована
 роль факторов, влияющих на это...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Процессы литья |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114657 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | О влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов / Ф.М. Котлярский // Процессы литья. — 2011. — № 3. — С. 30-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860065344379420672 |
|---|---|
| author | Котлярский, Ф.М. |
| author_facet | Котлярский, Ф.М. |
| citation_txt | О влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов / Ф.М. Котлярский // Процессы литья. — 2011. — № 3. — С. 30-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Процессы литья |
| description | Показано, что локальная негерметичность отливок из наводороженных алюминиевых сплавов,
формирующихся в условиях недостаточного питания, может быть следствием неравномерного участия газовых пузырьков в компенсации усадки затвердевания. Проанализирована
роль факторов, влияющих на этот процесс.
Показано, що локальна негерметичність виливків з наводнених алюмінієвих сплавів, які
формуються в умовах недостатнього живлення, може бути наслідком нерівномірної участі
газових бульбашок в компенсації усадки тверднення. Проаналізована роль факторів, які
впливають на цей процес.
It is grown that local leakade of casting made of hydrogenated aluminum alloys, which are formed
under insutticient power supplies, may be a consequence of irregular participation of gas bubbles
in compensation of solidification shrinkage. The vole of influencing factors analysed
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:07:09Z |
| format | Article |
| fulltext |
30 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 3 (87)
ЗАТВЕРДЕВАНИЕ СПЛАВОВ
УДК 621.746.6:669.715-41
Ф. М. Котлярский
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
О ВЛИЯНИИ ГАЗОВОЙ ПОРИСТОСТИ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ
ОТЛИВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Показано, что локальная негерметичность отливок из наводороженных алюминиевых сплавов,
формирующихся в условиях недостаточного питания, может быть следствием неравномер-
ного участия газовых пузырьков в компенсации усадки затвердевания. Проанализирована
роль факторов, влияющих на этот процесс.
Ключевые слова: негерметичность отливок, алюминиевые сплавы, газовые пузырьки, на-
водороживание.
Показано, що локальна негерметичність виливків з наводнених алюмінієвих сплавів, які
формуються в умовах недостатнього живлення, може бути наслідком нерівномірної участі
газових бульбашок в компенсації усадки тверднення. Проаналізована роль факторів, які
впливають на цей процес.
Ключові слова: герметичність виливків, алюмінієві сплаві, газові бульбашки, наводнення.
It is grown that local leakade of casting made of hydrogenated aluminum alloys, which are formed
under insutticient power supplies, may be a consequence of irregular participation of gas bubbles
in compensation of solidification shrinkage. The vole of influencing factors analysed.
Keywords: casting tightness, aluminum alloys, gas bubbles, hydrogenation.
Известны примеры получения герметичных бесприбыльных отливок из алюми-
ниевых сплавов путем наводороживания расплава и компенсации усадки за-
твердевания рассредоточенной газовой пористостью [1, 2], а также теоретические
обоснования этого эффекта [3, 4].
В то же время опыт литья наводороженных алюминиевых сплавов в ФТИМС НАН
Украины говорит о том, что для достижения стопроцентной герметичности требуется
тщательная отработка технологических режимов с привлечением внешних воздей-
ствий типа вакуума, давления и др. Наиболее часто негерметичность фиксируется
в местах окончания затвердевания. При литье бесприбыльных цилиндрических от-
ливок диаметром 50 и высотой 200 мм таким местом обычно является средний по
высоте центральный слой (нижняя и верхняя части затвердевают быстрее благодаря
торцевым эффектам). Экспериментальные данные, полученные путем продувки
сжатым воздухом в воде вырезанных дисков толщиной от 10 до 2 мм из сплава
АК5М2, представлены на рисунке. Участки с протяженностью сквозного канала в
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 3 (87) 31
Затвердевание сплавов
осевом направлении меньше 10 мм условно считались герметичными, больше
10 мм – негерметичными. Следует отметить, что после 10 мм протяженность
негерметичного участка возрастала лавинообразно до определенной длины,
отмеченной на графиках пунктирными линиями. Как видно, на кривых 1-5 длина
такого участка составляла около 40 мм и не зависела от величины пористости. В
отдельных случаях она достигала 80 мм (кривая 6).
Одна из возможных причин данного явления описана в работе [5], на которой
следует остановиться более подробно. Анализируя процесс компенсации усадки
затвердевания сплава дисперсной газовой фазой после прекращения поступления
расплава из питающего узла, В. И. Белик рассматривает этот процесс отдельно для
условий объемного и последовательного затвердевания. Высказанные им сооб-
ражения могут быть в полном объеме использованы и в нашем случае, когда при
низкой интенсивности теплоотвода (толщина стенки кокиля 4 мм) кристаллический
каркас в исследуемых силуминах образуется по принципу объемного затвердева-
ния, а затем уже эвтектика внутри этого каркаса затвердевает последовательно.
Причем, на обоих этапах образуются газовые пузырьки у фронта кристаллизации
за счет перераспределения водорода между твердой и жидкой фазами. Если в
условиях объемного затвердевания все газовые пузырьки на равных участвуют в
П, %
9
8
7
6
5
4
3
2
1
40 80 120 160 h,мм
5
3
6
1
2
4
Распределение пористости (П) по высоте (h) бесприбыльной цилиндрической отливки
диаметром 50 мм из сплава АК5М2 в зависимости от режимов наводороживания ра-
сплава и кристаллизации отливки: 1 – часовая выдержка под увлажненным асбестом
при температуре 1060 оС, заливка при 850 оС и кристаллизация под избыточным дав-
лением 0,5 МПа; 2 − часовая выдержка под увлажненным асбестом при температуре
1060 оС, заливка при 730 оС и кристаллизация половины общего времени затвердевания
под избыточным давлением 0,5 МПа, вторую половини времени – под атмосферным
давлением; 3 – погружение в расплав формовочной смеси (3 мин), выдержка 30 мин,
заливка при 750 оС; 4 – погружение формовочной смеси, выдержка 5 мин, заливка при
750 оС; 5 – продувка расплава водяным паром, выдержка 5 мин, заливка при 750 оС;
6 − продувка водяным паром, выдержка 5 мин, заливка при 730 оС, после образования
сплошного кристаллического каркаса вакуумирование до 0,05 МПа; во всех случаях
толщина стенки чугунного кокиля составляет 4 мм; протяженность сквозных каналов в
осевом направлении: ___ − от 2 до 10 мм, - - - − больше 10 мм
32 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 3 (87)
Затвердевание сплавов
процессе компенсации усадки, то при последовательном затвердевании эвтек-
тики этот процесс существенно усложняется, особенно в части использования
ранее образовавшихся пузырьков. В питании самого поверхностного слоя также
участвуют все пузырьки. Однако, по мере утолщения этого слоя количество пу-
зырьков, участвующих в компенсации усадки затвердевания, будет уменьшаться,
так как они, оказавшись в затвердевшем металле, исключаются из этого процесса.
Особого внимания заслуживает ситуация, которая возникает при затвердевании
последнего центрального слоя. Мало того, что к этому моменту расположенные
там пузырьки увеличились по сравнению с другими до максимальных размеров в
результате участия в компенсации усадки предыдущего затвердевания практически
всей эвтектики, им же предстоит еще в большей мере взять на себя центральный
слой. Эта ситуация усугубляется для отливок типа цилиндра или шара, у которых
затвердевание последних порций расплава ускоряется, а, следовательно, больше
водорода эвтектики остается в пересыщенном состоянии. При таком ходе за-
твердевания велика вероятность того, что в центральной зоне отливки размеры
некоторых пузырьков (или хотя бы одного) под действием растущего отрицатель-
ного давления достигнут критического значения, вслед за чем происходит разрыв
расплава с образованием осевого канала, нарушающего герметичность. В момент
разрыва из-за падения отрицательного давления полость разрыва увеличивается
за счет одновременного сокращения объема всех остальных растянутых усадкой
действующих пузырьков [6].
Ориентируясь на изложенные в работе [6] соображения, проанализируем фак-
торы изменения силового состояния затвердевающей отливки, то есть перехода
положительного давления в отрицательное. Для упрощения расчетов предположим,
что питание отливки прекращается мгновенно и к этому времени поступление газа
в пузырьки также прекращается, а температура выравнивается.
Исходный объем пузырька Vo= 3
0
4
3
Rp , где Ro – начальный радиус пузырька.
Исходное давление газа в пузырьке Po=Pк+Pв, где Pк = 2σ/ Ro – капиллярное давле-
ние; σ – поверхностное натяжение расплава; Pв – внешнее давление, включающее
металлостатическое (Рм), атмосферное (Ра) и избыточное (Ри).
В процессе усадки объем пузырька V будет увеличиваться, а давление Р газа в
нем падать, но для принятых условий
( )3 2
o o o в o в o
o
4 2
const 4 2 ;
3
V P V P R P R P R
R
s
s× = = × = p + » + ×
æ ö÷ç ÷ç ÷ç ÷çè ø
( ) ( )2 2
o в o o в o
3
3
4 2 2
,
4
3
R P R R P R
P
RR
s+ × s+ ×
= »
p
где R – текущий радиус увеличивающегося пузырька.
Пока давление газа в пузырьке больше капиллярного, в расплаве, окружающем
пузырек, давление будет положительным. В момент выравнивания капиллярного
давления и в пузырьке расплав окажется под нулевым давлением (металлоста-
тическим напором пренебрегаем), дальнейшее расширение пузырька приведет к
кардинальному изменению силового состояния расплава: положительное давление,
при котором частички расплава прижимаются друг к другу, сменится отрицательным,
при котором эти частички под действием продолжающейся усадки будут пытаться
оторваться друг от друга.
Из равенства капиллярного давления и в пузырьке определим переходной радиус
Rп пузырька, при котором произойдет это изменение
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 3 (87) 33
Затвердевание сплавов
( )2
в
3
п п
22
;o oR P R
R R
s+ ×s
=
в
п 1
2
.o
o
P R
R R
×
= +
s
Последнее выражение включает в себя все основные факторы изменения сило-
вого состояния расплава и позволяет проанализировать роль каждого. Суть такого
анализа состоит в том, чтобы по росту газового пузырька от Rо до Rп определить
возможный резерв газовой пористости для компенсации усадки затвердевания
1. Rп = f (Rо). При наиболее часто встречающихся значениях
Pв= Ра = 105 Па, σ = 0,85 н/м; 4
п o o1 5,9 10R R R= + ×
Как видно, чем крупнее исходный пузырек, тем больше его вклад в полезную
газовую пористость. Эффективность очень мелких пор с начальным радиусом до
10 мкм незначительная. Если размеры допустимых пор в литом металле ограничить
радиусом до 2 мм, то основного прироста следует ожидать от пузырьков с началь-
ным радиусом 0,1-0,5 мм.
2. Rп = f (σ). Поверхностное натяжение модифицированных натрием алюминие-
вых сплавов опускается до 0,6 н/м. При Pв
= Ра, Ro
= 5·10-4 м, Rп = 32,7·10-4 м, то есть
по сравнению с немодифицированным расплавом переходной радиус увеличился
почти на 20 %, что существенно.
3. Rп = f (Pв). При автоклавном литье используют избыточное давление до 0,5 МПа,
то есть абсолютная величина давления равна 6·105 Па. При Ro= 5·10-4 м, σ = 0,85 н/м,
Rп = 66,5 ·10-4 м. По сравнению с литьем под атмосферным давлением переходной
радиус пузырька увеличился в 2,4 раза. В этих условиях ощутимым окажется рост и
более мелких пузырьков. Таким образом, в плане компенсации усадки затвердева-
ния дисперсной газовой фазой получение герметичных отливок из наводороженных
алюминиевых сплавов под избыточным газовым давлением заслуживает особого
внимания. При этом важно, чтобы перед прекращением питания отливки или метал-
лоемкого узла в расплаве успели образоваться пузырьки радиусом около 0,1 мм.
Эффективность пузырьков, образующихся позже, будет падать по мере снижения
давления в результате усадки.
1. Пластинин В. А. Получение алюминиевого литья в кокиль с применением вакуума // Про-
грессивная технология литейного производства. − Горький: ВВКИ, 1969. − С. 466-469.
2. Котлярский Ф. М. О возможности получения герметичных бесприбыльных отливок из алю-
миниевых сплавов // Литейн. пр-во. − 1998. − № 7. − С.17-19.
3. Котлярский Ф. М. Теоретические предпосылки формирования усадочных и газовых де-
фектов в непропитываемых узлах отливки // Там же. − 1983. − № 7. − С. 22-24.
4. Постников Н. С. Высокогерметичные алюминиевые сплавы. − М.: Металлургия, 1972. − 160 с.
5. Белик В. И. Теоретические предпосылки использования упругих свойств расплава при
получении отливок // Процессы литья. − 1994. − № 3. − С. 53-62.
6. Белик В. И. Условия формирования однородной пористости в отливках // Там же. − 1995.
− № 3. − С. 58-66.
Поступила 01.11.2010
Ro, м 10-6 10-5 10-4 5·10-4 10-3 10-2
Rп, м 1,03·10-6 1,26·10-5 2,65·10-4 27,5·10-4 7,81·10-3 24,5·10-2
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-114657 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-5884 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:07:09Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Котлярский, Ф.М. 2017-03-11T15:42:21Z 2017-03-11T15:42:21Z 2011 О влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов / Ф.М. Котлярский // Процессы литья. — 2011. — № 3. — С. 30-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114657 621.746.6:669.715-41 Показано, что локальная негерметичность отливок из наводороженных алюминиевых сплавов,
 формирующихся в условиях недостаточного питания, может быть следствием неравномерного участия газовых пузырьков в компенсации усадки затвердевания. Проанализирована
 роль факторов, влияющих на этот процесс. Показано, що локальна негерметичність виливків з наводнених алюмінієвих сплавів, які
 формуються в умовах недостатнього живлення, може бути наслідком нерівномірної участі
 газових бульбашок в компенсації усадки тверднення. Проаналізована роль факторів, які
 впливають на цей процес. It is grown that local leakade of casting made of hydrogenated aluminum alloys, which are formed
 under insutticient power supplies, may be a consequence of irregular participation of gas bubbles
 in compensation of solidification shrinkage. The vole of influencing factors analysed ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Затвердевание сплавов О влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов Article published earlier |
| spellingShingle | О влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов Котлярский, Ф.М. Затвердевание сплавов |
| title | О влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов |
| title_full | О влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов |
| title_fullStr | О влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов |
| title_full_unstemmed | О влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов |
| title_short | О влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов |
| title_sort | о влиянии газовой пористости на герметичность отливок из алюминиевых сплавов |
| topic | Затвердевание сплавов |
| topic_facet | Затвердевание сплавов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114657 |
| work_keys_str_mv | AT kotlârskiifm ovliâniigazovoiporistostinagermetičnostʹotlivokizalûminievyhsplavov |