Линейная усадка отливок

Отливка по размерам всегда меньше полости формы, в которой она получена. Причина линейной усадки лежит в сокращении размеров отливки, как твердого тела при охлаждении. Различают свободную и затрудненную линейную усадку (рис. 4.16), причем последняя всегда меньше первой. Линейной усадке препятствует форма. Кроме того, ранее затвердевшие части отливки (тонкие ребра, выступы) оказывают сопротивление линейной усадке тех участников отливки, где затверде­вание заканчивается позже. Все эти факторы обусловливают большой разброс значений линейной усадки отливки.

При охлаждении отливки наружные слои, остывающие раньше внутренних, начинают сокращаться в размерах первыми. Поэтому

после полного охлаждения отливки наружные слои ока­зываются сжатыми, а внут­ренние — растянутыми. По­скольку линейная усадка практически никогда не бы­вает свободной, а всегда в той или иной степени затрудне­на, в отливках возникают уп­ругие и пластические дефор­мации. Вызываемые этими деформациями напряжения нередко приводят к ко­роблению и разрушению от­ливки.

Простейший случай деформации отливки показан на рисунке рис. 4.16, а. Линейной усадке отливки препятствует выступ формы между бобышками А и В. Вначале, пока металл имеет высокую температуру и низкую прочность, линейная усадка вызывает на этом участке пластическую деформацию. Затем металл, охлаждаясь, пере­ходит в упругое состояние, и начинается взаимная упругая дефор­мация отливки и формы.

Если форма обладает низкой прочностью, она вскоре разрушается, упругая деформация в отливке снимается и дальше отливка сокраща­ется в размерах по мере остывания.

Если же форма прочная, неподатливая (металлическая), то она непрерывно оказывает сопротивление усадке отливки. В этом случае возможны два исхода: 1) отливка не разрушится под действием пласти­ческой и упругой деформации, но останется «захваченной» формой; 2) отливка не выдержит деформации и разрушится.

Напряжения в отливках могут появиться также вследствие фазовых превращений в твердом состоянии, если эти превращения происходят с изменениями объема. Поскольку различные участки отливки охлаж­даются неодинаково, фазовые превращения происходят в разные мо­менты времени.

Для уменьшения и снятия напряжений в затвердевшей отливке обычно применяют отжиг. Само по себе повышение температуры отливки не способно изменить ни величину, ни схему остаточных напряжений, так как такие напряжения не зависят от конечной темпе­ратуры отливки. Однако при повышенных температурах в металле начинают активно развиваться релаксационные явления и ползучесть. Упругие деформации переходят в пластические, отдельные слои пла­стически деформируются, в итоге напряжения исчезают. При отжиге из-за неравномерного снятия напряжений также возможно коробление литого изделия.