О газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки
Проведен анализ механизма предусадочного расширения (ПР) за счет газовыделения из расплава с учетом особенностей интенсивного затвердевания поверхностного слоя отливки. Высказаны предпосылки нарушения плотности контакта отливки с формой под действием ПР и обсуждены его последствия. Проведено аналіз...
Saved in:
| Published in: | Процессы литья |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49776 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | О газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки / Ф.М. Котлярский // Процессы литья. — 2010. — № 3. — С. 13-16. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860125892367351808 |
|---|---|
| author | Котлярский, Ф.М. |
| author_facet | Котлярский, Ф.М. |
| citation_txt | О газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки / Ф.М. Котлярский // Процессы литья. — 2010. — № 3. — С. 13-16. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Процессы литья |
| description | Проведен анализ механизма предусадочного расширения (ПР) за счет газовыделения из расплава с учетом особенностей интенсивного затвердевания поверхностного слоя отливки. Высказаны предпосылки нарушения плотности контакта отливки с формой под действием ПР и обсуждены его последствия.
Проведено аналіз механізму передусадкового розширення (ПР) під дією газовиділення з розплаву з урахуванням особливостей інтенсивного тверднення поверхневого шару виливка. Вказано передумови порушення щільності контакту виливка з формою під дією ПР та обговорені його наслідки.
The analysis of pre-shrink extension mechanism thanks to gassing from the melt taking into account the peculiarities of the intensive solidification of the casting surface layer was executed. The prerequisites of the failures of contact density between the casting and mold under the action of pre-shrink extension were stayed and their consequences were discussed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:42:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 3 (81) 13
ЗАТВЕРДЕВАНИЕ СПЛАВОВ
УДК 621.746.6.043
Ф. М. Котлярский
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
О ГАЗОВОМ МЕХАНИЗМЕ И РОЛИ ПРЕДУСАДОЧНОГО
РАСШИРЕНИЯ В ФОРМИРОВАНИИ ОТЛИВКИ
Проведен анализ механизма предусадочного расширения (ПР) за счет газовыделения из
расплава с учетом особенностей интенсивного затвердевания поверхностного слоя отливки.
Высказаны предпосылки нарушения плотности контакта отливки с формой под действием
ПР и обсуждены его последствия.
Ключевые слова: алюминиевые сплавы, газосодержание, отливка, затвердевание, предуса-
дочное расширение, деформация поверхности.
Проведено аналіз механізму передусадкового розширення (ПР) під дією газовиділення з
розплаву з урахуванням особливостей інтенсивного тверднення поверхневого шару вилив-
ка. Вказано передумови порушення щільності контакту виливка з формою під дією ПР та
обговорені його наслідки.
Ключові слова: алюмінієві сплави, газовміст, виливок, тверднення, передусадкове розши-
рення, деформація поверхні.
The analysis of pre-shrink extension mechanism thanks to gassing from the melt taking into
account the peculiarities of the intensive solidification of the casting surface layer was executed.
The prerequisites of the failures of contact density between the casting and mold under the action
of pre-shrink extension were stayed and their consequences were discussed.
Keywords: aluminum alloys, gas content, casting, solidification, pre-shrink extension, surface
deformation.
Характерным для алюминиевых сплавов предусадочным расширением (ПР)
за счет газовыделения из расплава занимались многие исследователи, тем не
менее механизм и оценка этого явления воспринимаются неоднозначно [1].
Результаты выполненных в этом направлении исследований обобщены в моно-
графии И. И. Новикова [2]:
– ПР отливки проявляется в виде увеличения размеров внешнего слоя толщиной
около 0,5 мм;
– ПР развивается, в основном, в температурном интервале жидкотвердого со-
стояния (начинаясь в ряде случаев вблизи ликвидуса), реже в верхней части твердо-
жидкого состояния, где еще имеется много жидкой фазы;
– повышение газосодержания расплава увеличивает ПР за счет развития меж-
кристаллитной пористости [2-4];
– температура начала развития ПР с увеличением газосодержания расплава у
14 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 3 (81)
Затвердевание сплавов
отдельных сплавов повышается, а температура окончания ПР остается практически
неизменной;
– усиление газовыделения путем обработки затвердевающих образцов ультра-
звуком у одних сплавов системы Al-Si (0,8-3 % Si) усиливало ПР, а у других (> 4 %
Si) уменьшало его.
Приведенные данные ставят соответствующий вопрос – почему в жидко-твердом
состоянии, а тем более вблизи ликвидуса, где невозможна линейная усадка (сле-
довательно, нет и сцепления между кристаллами), в поверхностном слое отливки
проявляется жесткость, обеспечивающая ПР? Очевидно, во всем поверхностном
слое образовавшиеся кристаллы соприкасаются друг с другом, не будучи связан-
ными между собой. Действительно, в этой ситуации их нельзя растянуть, но можно
раздвинуть.
Тогда возникает второй вопрос – откуда в жидкотвердом состоянии, а тем более
вблизи ликвидуса, берется такое количество кристаллов? Для ответа на него нужно
рассмотреть особенности кристаллизации поверхностного слоя отливки в условиях
интенсивного теплоотвода (части формы, соприкасающиеся с контролируемым
слоем опытных образцов, обычно металлические или графитовые [2]). На осно-
вании анализа ряда теорий, предложенных известными специалистами, в работе
[5] сделано обобщение, согласно которому перегретый расплав в некоторой узкой
области, непосредственно соприкасающейся со стенками формы, быстро теряет
теплоту перегрева и резко переохлаждается. Происходит зарождение кристаллов
на активных примесях, всегда имеющихся в реальных металлах и сплавах. Разрас-
таясь, эти кристаллы образуют ограниченную по ширине мелкокристаллическую
зону. Зарождение новых кристаллов прекращается, как только в результате роста
уже появившихся кристаллов исчезнет переохлаждение. Следовательно, нужное
количество кристаллов в поверхностном слое обеспечивает интенсивное охлажде-
ние и переохлаждение. И кристаллы эти на первом этапе своего существования не
успевают срастись. Но, как показано в работе [3], при сближении фронтов кристалли-
зации двух зерен или ветвей дендритов их поля повышенной концентрации водорода
накладываются друг на друга, что способствует образованию межкристаллитной
пористости, которая и раздвигает кристаллы, создавая ПР. Чем больше содержа-
ние водорода в расплаве, тем толще межкристаллитная пористость. Аналогичные
результаты экспериментальных исследований ряда алюминиевых сплавов описаны
в работе [6]. С увеличением содержания водорода от 0,1 до 0,6 см3/100 г толщина
границ зерен с образованием прослоек и несплошностей различной величины из-
менялась от 1 до 5 мкм. Указаны предельные концентрации водорода (0,12-
0,18 см3/100 г), ниже которых отсутствует выделение газа по границам зерен.
Остается ответить на третий вопрос – а может ли при таком количестве кристал-
лов сохраниться температура, близкая к ликвидусу? По-видимому, нет, но может ли
ее действительное значение зафиксировать термопара, установленная (пусть даже
со всеми предосторожностями: оголенный спай, предварительный подогрев) на
расстоянии 0,5 мм от поверхности формы [2]? Ведь все равно будет иметь место
инерционность показаний, которая в совокупности с быстротечностью процесса
охлаждения, наличием значительного температурного градиента и предваритель-
ным нагревом термопары до температуры, превышающей температуру залитого в
форму металла [1], по отношению к тонкому поверхностному слою даст отклонения
в сторону завышения. Автор работы [2] говорит о сложности точного измерения
температуры.
Итак, условия формирования и строения поверхностной корочки существенно
отличаются от условий формирования и строения остальной части отливки. Поэтому
и ПР, характерное для поверхностной корочки, не следует переносить на всю отлив-
ку, как это сделано в работе [2], где ПР распространили на всю широкую область
двухфазного состояния. Исходили из того, что из такой области выделяющемуся
из расплава газу трудно удаляться, поэтому увеличение газосодержания расплава
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 3 (81) 15
Затвердевание сплавов
приводит к сильному росту ПР с образованием рассеянной пористости и выпуклой
формы открытой поверхности отливки. Здесь вступает в противоречие изначальное
толкование ПР (подтвержденное массой ранее выполненных исследований) как
явления, характерного для жидкотвердого состояния тонкого поверхностного слоя.
Кроме того, газовым пузырькам, образующимся в междендритных пространствах
твердожидкой зоны не обязательно раздвигать кристаллы, чтобы создать выпуклость
в верхней части отливки. Легче выдавить из этих пространств часть жидкой фазы. А о
возможности перемещения расплава по междендритным каналам хорошо известно
из теории и практики фильтрационного питания затвердевающей отливки.
Чего можно ожидать от ПР, так это соответствующего его величине нарушения
плотности контакта отливки с формой из-за образования на поверхности отливки
гофров, если этому не воспрепятствует металлостатический напор. Возможно, это
одна из причин того, что отверстия корочек, намороженных на внутренних цилин-
дрических поверхностях форм (после слива жидкоподвижной сердцевины), имеют
вид многоугольников (рисунок). Н. И. Хворинов в своей монографии [7] приводит
фотографии таких же корочек, полученных погружением формы в свинцовый рас-
плав, но происхождение многоугольных отверстий объясняет тем, что начальная
слабая пленка затвердевшего металла под действием металлостатического на-
пора неравномерно растягивается в зависимости от отклонений в ее прочности и
прилегает к стенке формы не по всей окружности, а только местами. В этих местах
затвердевание происходит быстрее.
Слабым местом такого объяснения является то, что вначале тонкая пленка
затвердевшего металла образовалась и сократилась в размерах под действием
усадки, а уже потом на нее начал действовать металлостатический напор, который
в действительности же действует еще с момента соприкосновения расплава со
стенками формы, поэтому в предложенный механизм следует внести поправки с
учетом ПР.
Те же гофры, уменьшая растяжение твердо-жидкой или затвердевшей корочки
при затрудненной усадке, усиливают предпосылки снижения горячеломкости и по-
вышения трещиноустойчивости отливки.
1. Тимофеев Г. И. Механика сплавов при кристаллизации слитков и отливок. – М.: Металлур-
гия, 1977. –160 с.
2. Новиков И. И. Горячеломкость цветных металлов и сплавов. – М.: Наука, 1966. – 299 с.
Корочки, намороженные в металлической форме, погруженной в алюми-
ниевый расплав
16 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 3 (81)
Затвердевание сплавов
3. О распределении водорода в металле при кристаллизации / Р. М. Габидуллин, В. А. Засып-
кин, В. Д. Юшин, В. Н. Титов // Алюминиевые сплавы. Конструкционные сплавы. – М.:
Металлургия, 1968. – Вып. 5. – С.14-21.
4. Водород в алюминиевых сплавах с литием / О. Е. Грушко, В. А . Данилкин, В. А. Засып-
кин, В. С. Талаев // Технология легких сплавов. – 1975. – № 3. – С.7-11.
5. Баландин Г. Ф. Формирование кристаллического строения отливок. – М.: Машинострое-
ние, 1965. – 255 с.
6. Вакуумирование алюминиевых сплавов / М. Б. Альтман, Е. Б. Глотов, В. А. Засыпкин,
Г. С. Макаров. – М.: Металлургия, 1977. – 240 с.
7. Хворинов Н. И. Кристаллизация и неоднородность стали. – М.: Машгиз, 1958. – 392 с.
Поступила 14.12.2009
УДК 518.5; 621.746.62
В. Г. Кострица, О. А. Кострица
Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского, Харьков
«Харьковский авиационный институт», Харьков
РАЗВИТИЕ ФОРМУЛ НЕХЕНДЗИ-ГИРШОВИЧА В НАУКЕ
О ЛИТьЕ. Сообщение 2*
На математической основе, представленной в сообщении 1, разработаны математические
модели, названные первой и второй развитыми формулами Нехендзи-Гиршовича-Кострицы,
с использованием которых можно решить конкретные технологические оптимизационные
задачи.
Ключевые слова: математическая модель, отливка, усадочные поры, гравитационное,
тепловое и усадочное поля.
На математичній основі, яка викладена в повідомленні 1, розроблено математичні моделі,
які назвали першою та другою формулами Нехендзі-Гиршовича-Костриці, при використанні
яких можливо рішення конкретних технологічних оптимізаційних задач.
Ключові слова: математична модель, виливка, усадочні пори, гравітаційне, теплове та
усадочне поля.
There is developed the mathematical models named as first and second advanced Nehendzi-
Girshovich-Kostritsa's formulas on the mathematical base presented in Announcement 1.
Some specified technological optimization problems can be solved using these formulas.
Keywords: mathematical model, casting, shrinkage pores, gravity, heat and shrinkage fields.
3.1.5. Топологическая модель элементарной отливки
Включает в себя физическую модель элементарной отливки по п. 2.3 (с заменой
части п. 2.3.2, включая рис.1, на п. 3.1.5. с рис. 3 ) с трактовкой понятия «отливка»
и стадий ее формирования, согласно п. 2.2 (см. сообщение 1).
*Сообщение 1 см. в журнале «Процессы литья». - 2010. - № 2. - С. 25-35.
Раздел 3 (п. 3.1.5, 3.1.6, 3.1.7, 3.2) написан В. Г. Кострицей, разделы 4, 5 – совместно
О. А. Кострицей и В. Г. Кострицей в порядке обсуждения
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49776 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-5884 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:42:10Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Котлярский, Ф.М. 2013-09-27T23:51:20Z 2013-09-27T23:51:20Z 2010 О газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки / Ф.М. Котлярский // Процессы литья. — 2010. — № 3. — С. 13-16. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49776 621.746.6.043 Проведен анализ механизма предусадочного расширения (ПР) за счет газовыделения из расплава с учетом особенностей интенсивного затвердевания поверхностного слоя отливки. Высказаны предпосылки нарушения плотности контакта отливки с формой под действием ПР и обсуждены его последствия. Проведено аналіз механізму передусадкового розширення (ПР) під дією газовиділення з розплаву з урахуванням особливостей інтенсивного тверднення поверхневого шару виливка. Вказано передумови порушення щільності контакту виливка з формою під дією ПР та обговорені його наслідки. The analysis of pre-shrink extension mechanism thanks to gassing from the melt taking into account the peculiarities of the intensive solidification of the casting surface layer was executed. The prerequisites of the failures of contact density between the casting and mold under the action of pre-shrink extension were stayed and their consequences were discussed. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Затвердевание сплавов О газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки Article published earlier |
| spellingShingle | О газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки Котлярский, Ф.М. Затвердевание сплавов |
| title | О газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки |
| title_full | О газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки |
| title_fullStr | О газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки |
| title_full_unstemmed | О газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки |
| title_short | О газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки |
| title_sort | о газовом механизме и роли предусадочного расширения в формировании отливки |
| topic | Затвердевание сплавов |
| topic_facet | Затвердевание сплавов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49776 |
| work_keys_str_mv | AT kotlârskiifm ogazovommehanizmeirolipredusadočnogorasšireniâvformirovaniiotlivki |