Дефекти литва. Способи їх попередження та усунення

Використання сучасних плавильних ливарних установок, без сумніву, забезпечує отримання високоякісних литих конструкцій. Однак у відливках можуть утворюватися досить серйозні дефекти. Причинами їх є порушення технологічного процесу. Це помилки, допущені при плавленні й заливці металом ливарної форми, неправильне виготовлення воскової моделі протеза, неправильно побудована ливниково-живильна система, неякісне формування литва, низька якість етилсилікату, недостатньо продумана конструкція протезу тощо. Інколи малопомітний дефект у відливку робить протез цілком непридатним для користування. Наслідки браку в зубопротезному литві посилюються тим, що вони не можуть бути усунені шляхом заміни окремих бракованих елементів протеза новими, тому суцільнолитий протез потребує повної заміни. Це спричиняє значні матеріальні втрати як стоматологічному закладу, так і зубному техніку, а також завдає чималих неприємностей пацієнту. Ось чому в технології зубопротезного литва виключного значення набуває питання попередження браку.

У металах моно- і полікристали не завжди володіють ідеально правильним розміщенням атомів у просторі. В них зустрічається велика кількість структурних відхилень або дефектів, які по геометричним ознакам поділяються на лінійні, точкові, поверхневі.

До точкових дефектів відносяться вакансії, домішкові атоми включення, домішкові атоми заміщення. Це викликано тим, що у складі сплавів є наявність шкідливих домішків, або вони з’явилися в процесі плавлення і литва, або на інших технологічних етапах. До лінійних дефектів відносять ланцюжок вакансій, міжвузлових атомів, характерні лінійні недосконалості, які називаються дислокаціями.

Розрізняють лінійні, гвинтові та змішані дислокації. Лінійна або крайова дислокація - це локалізоване спотворення кристалічної решітки, викликаної наявністю у ній зайвої атомної площини. Гвинтові дислокації виникають при частковому зсуві атомних площин в кристалі.

Наявність перерахованих дефектів призводить до погіршення фізико-механічних показників відлитих конструкцій. Тому для зменшення впливу дефектів на властивості сплаву необхідно чітко дотримуватися технології виготовлення суцільнолитих конструкцій. Допомагає усуненню

дислокацій також термічна обробка.

В процесі кристалізації з розплаву формується структура виробу. Розплавлений метал заповнює ливарну форму і поступово твердне з утворенням кристалічної решітки. Тверднення завжди починається з поверхні. Кристали ростуть і розміщуються перпендикулярно до поверхні. Швидкість кристалізації в потовщених місцях менша, ніж у тонкостінній частині деталі, тому розплавлений метал відтягується у ділянки з більшою швидкістю кристалізації. Це викликає деяке зменшення об’єму або усадку. В потовщених місцях виникає крупнозерниста структура, а в тонших – дрібнозерниста структура, наслідком цього є утворення усадочних раковин, а це, в свою чергу, призводить до виникнення у металах внутрішніх напруг.

Внутрішні напруги – це внутрішні сили, що виникають у деформованому тілі під впливом зовнішніх механічних сил або температурного впливу.

Крім того, внутрішні напруги можуть виникати під час кристалізації, коли кристалічні зерна між собою зорієнтовані в різних напрямках. Внутрішні напруги можуть виникати і при неправильному конструюванні виробу, якщо є наявність різких переходів між товстою і тонкою частинами деталей.

Наявність внутрішніх напруг знижує міцність виробу. Навіть при малих навантаженнях з’являються тріщини, які можуть призвести до повного руйнування виробу. Для запобігання і усунення внутрішніх напруг необхідно правильно конструювати ортопедичний апарат, дотримуватись технології виготовлення литих деталей (особливо охолодження – воно повинно відбуватися повільно), правильно будувати ливниково-живильну систему і підбирати формувальні матеріали з потрібним коефіцієнтом термічного розширення для компенсації усадки металів, додавати до складу сплавів домішків, які сприяють утворенню дрібнозернистої структури. Усуває внутрішні напруги і термічна обробка.

Ліквація. Під час кристалізації в окремих частинах відливка або в окремих зернах можуть виникнути неоднорідності по кількісному складу компонентів, так звана ліквація. Ліквація знижує міцнісні характеристики відливку, погіршує антикорозійну стійкість сплаву, зменшує його пластичність. Вона обумовлюється тим, що кристалізація компонентів сплаву відбувається неоднаково. В сплавах типу твердий розчин, (до них відносяться сплави золота, нержавіюча сталь, КХС та ін.), один з найважчих компонентів за рахунок різниці густини відокремлюється від основної маси, що знаходиться в рідкому стані. Цей процес залежить як від швидкості нагрівання і охолодження розплаву, так і від типу сплаву. Ліквацію можна зменшити шляхом пониження температури нагріву, збільшення швидкості заливки металу та кристалізації, уповільнення швидкості його охолодження після кристалізації.

Усадочні раковини. При переході металу з розплавленого в твердий (охолодженого до нормальної температури) стан можна виділити три періоди усадки, а саме: у рідкому стані, у інтервалі тверднення і у твердому стані.

Усадка металу у рідкому стані (точки 1–2) характеризується зменшенням об’єму рідкого металу у формі, її величина залежить від температури перегрівання металу. Однак, на розміри відливка це не впливає, тому що при допомозі відцентрової сили (сили тиску) метал безперервно надходить по ливникових каналах.

Усадка в інтервалі тверднення (точки 2–3) характеризується постійним збільшенням кількості твердого металу і зменшенням кількості його рідкої частини. Тверднення металу починається там, де найнижча температура, тобто в ділянці зіткнення його зі стінками форми.

У зв’язку з цим контури відливка і його розміри на цьому етапі усадки залишаються майже незмінними. Більш істотні зміни відбуваються в середині виливка. Так як нова порція розплаву не може надійти для компенсації усадки, в товщі виливка утворюються порожнини або раковини (пори). Об’єм цих усадочних раковин перебуває в прямій залежності від величини виливка, температури нагріву металу, його фізико-хімічних властивостей, швидкості охолодження виливка, від теплопровідності ливарної форми і ін. Розташування усадочних раковин залежить від розташування термічного вузла виливка і сили тиску під час заповнення ливарної форми розплавленим металом.

Для запобігання утворенню усадочної пористості на цьому етапі необхідно правильно будувати ливникову систему, створювати додаткові живильники рідкого металу для компенсації усадки, виливки розміщувати поза термічним центром опоки.

Усадка в твердому стані (точки 3-4). Цей період характеризується тим, що атоми сплаву вже впорядковані у кристалічній решітці з певними параметрами, які зменшуються при зниженні температури.

Зменшення параметрів решітки зумовлює зменшення об’ємних розмірів виливка. Для компенсації цієї усадки необхідно застосовувати такі формувальні матеріали, які мають достатній коефіцієнт термічного розширення. Форма перед заливкою металу повинна бути відповідним чином підготовлена - її обов’язково треба довести до температури 800-900⁰С. При такій температурі термічне

розширення форми може компенсувати усадку металу в твердому стані.

Незважаючи на те, що усадка поділяється на три окремі етапи, все ж неправильно розглядати ці процеси як окремі. Усадка в рідкому і твердому стані відбувається одночасно, однак, у більшості металів та сплавів усадка рідкої частини відбувається швидше. Це зумовлює утворення усадочних раковин.

Усадочні раковини, як правило, характеризуються тим, що вони мають нерівну, помітно окислену поверхню.

Газові раковини. Ці раковини утворюються у виливку внаслідок підвищення газотворчої здатності форми або зниження її газопроникності. В момент зіткнення розплавленого металу зі стінками форми і повітрям, що знаходиться у формі, відбувається вигорання деяких домішків сплаву, пароутворення, нагрівання повітря і підвищення його тиску, виділення газів з рідкої фази сплаву внаслідок хімічної реакції тощо. Всі ці газоподібні речовини повинні видалятися з форми крізь її стінки.

Якщо ці гази своєчасно не зможуть вийти через стінки форми і тиск їх перевищить силу тиску рідкого металу (при працюючій центрифузі), в цьому випадку газ проникає в товщу металу. Після затвердіння відливка на місці газового включення утвориться газова пора. Для запобігання утворенню газових пор необхідно створювати ливарні форми, які наділені високою газопроникністю.

Стінки форми обов’язково повинні бути сухими. Заливання розплаву у вологі форми є причиною того, що кількість газових раковин у виливках різко збільшується і робить їх непридатними для користування.

Якщо формувальний матеріал недостатньо газопроникний, то для відводу газів при побудові ливникової системи передбачають відвідний канал.

Причиною виникнення газових пор є також перегрів металу при розплавленні. Це призводить до утворення газових пор в товщі відливка за рахунок поглинання газів (продуктів згорання легкоплавких компонентів сплаву).

Сторонні включення у відливках. За природою - це раковини зовнішні та внутрішні, які заповнені формувальним матеріалом, шлаком, незгорілими залишками воскової моделі тощо. Причиною таких раковин є погана якість облицювального шару або вогнетривкої моделі, а також недостатньо прожарена форма, використання неякісного етилсилікату та зв’язуючих речовин для вогнетривкої моделі, попадання шлаку та засмічення ливникових каналів під час заливки рідкого металу, погана очистка тигля перед черговою плавкою, загрузка тигля засміченим металом тощо.

Для попередження сторонніх включень у відливках плавлення металу потрібно проводити у чистих, добре очищених від сторонніх елементів, тиглях. Металеві злитки для плавлення повинні бути знежирені і чисті. При виготовленні форми необхідно переконатися в якості етилсилікату та інших зв’язувальних матеріалів, достатньо

просушити облицювальний шар перед заповненням опоки формувальними масами.

Недоливи і шви. Причинами недоливів є низька температура ливарної форми, низька температура розплавленого металу, що призводить до поганої текучості рідкого металу. Також причинами недоливів є нестача металу (помилка в розрахунках), завчасний запуск центрифуги і недостатньо створений нею тиск на розплав, засмічення ливникових каналів, неправильне їх розміщення або недостатня їх кількість. Шви можуть утворюватися при контакті в ливарній формі двох зустрічних потоків металу.

Для запобігання виникнення цих небажаних явищ потрібно зберігати задану температуру ливарної форми (800-900⁰С) до моменту заливки форми металом, вірно здійснювати розрахунки необхідної кількості металу, дотримуватися температурного режиму нагріву металу перед заливкою у форму, своєчасно вмикати обертання пічки, правильно орієнтувати ливникову систему і деталі по відношенню до напрямку дії відцентрової сили, акуратно конусом донизу витягати опоку з сушильної пічки, щоб не допустити засмічення ливникових каналів.

Недоливи у ливарних об”єктах, пов”язані з: а – неповністю випалені матеріали для моделювання, б – низька температура розплаву

Ситоподібна пористість. Цією пористістюназиваються дрібні циліндричні або конусоподібні раковини розміром 2-3 мм в діаметрі і 4-6 мм по довжині, з гладенькою блискучою поверхнею. Розташовуються вони на глибині 1-2 мм від поверхні відливка перпендикулярно до неї. Виявити ситовидну пористість можна, тільки після зняття окалини з поверхні відливка.

Різницею між ситоподібною пористістю та газовою є хаотичне розташування раковин по всій товщині виливка. У сталевих виливках ситовидна пористість частіше локалізується на тонкостінних ділянках. Термін використання бракованих деталей значно зменшується або ці деталі стають зовсім непридатними.

Основна причина виникнення ситоподібної пористості є заливання сплавів у вологі ливарні форми, використовування для облицювального шару сумішей на основі рідкого скла, а також понижений тиск у ливниковій системі.

Шорсткі та кулясті напливи. Такі напливи виникають внаслідок недостатньої товщини та рівномірності облицювального шару, пошкодження облицювального шару під час виплавлення воскової моделі при недостатньому просушуванні ливарної форми, різкого підвищення температури виплавленння воску. Кулясті напливи свідчать про погану змочуваність поверхні воскової моделі облицювальним шаром і низьку якість етилсилікату.

Забезпечення достатньої товщини і рівномірності облицювального шару досягається відповідною консистенцією облицювальної маси. Необхідно акуратно присипати облицювальний шар піском, достатньо просушити облицювальний шар перед заповненням опоки наповнювальними масами, 2-7 год витримати ливарну форму) до поміщення її в сушильну шафу. Поступово (не різко!) підвищувати температуру сушильної шафи в процесі виплавлення воску з ливарної форми. Воскові моделі обов’язково потрібно промивати ацетоном або мильною водою. Користуватися потрібно тільки якісним етилсилікатом.

У відливках можуть спостерігатися і інші види дефектів, а саме: тріщини (гарячі і холодні), причиною яких є надмірна щільність і недостатня податливість формувального матеріалу. Це перешкоджає природній усадці металу при охолодженні. Тріщини мають підокислену поверхню. М еханічні пошкодження виникають під час вибивання відливку з ливарної форми (опоки) в гарячому стані. Різке охолодження ливарної форми може призвести до деформації відливка.

Використання випадкових, брудних металевих відходів та інших матеріалів (формувальної маси, кислот, тиглів і ін.) неперевіреного хімічного складу, може викликати інші різноманітні види браку.