Трещины в слитках. Причины возникновения и способы их устранения.

Трещины в слитках образуются при нарушении установленных скорости и температуры литья, при неравномерном охлаждении по периметру слитка или из-за неправильного распределения металла в кристаллизаторе. Трещины при литье ряда сплавов могут также образовываться при отклонении от установленного наиболее благоприятного химического состава сплава.

Трещины могут возникнуть как в процессе кристаллизации сплава, так и после полного его затвердевания. В первом случае трещины называют кристаллизационными, или горячими, во втором — холодными.

Возникновение трещин при литье слитков обычно связывают с внутренними напряжениями, обусловленными наличием температурного градиента в сечении и по высоте слитка. Неодновременность кристаллизации наружных и внутренних объемов слитка и различие в скоростях последующего охлаждения неизбежно приводят к затрудненной усадке вначале периферийных, а затем внутренних слоев. Величина напряжений при этом определяется упругой и пластической деформацией, которую претерпевает рассматриваемый объем металла под воздействием соседних слоев, если они в данный момент охлаждаются с иной скоростью.

Возникновение трещин можно связать непосредственно с процессом деформации в различных сечениях слитка с тем, чтобы, минуя определение величины напряжений, оценить сопротивляемость трещинам способностью слитка выдерживать растягивающие деформации. Изучение деформаций и их сопоставление с пластичностью слитка дает возможность проще оценить условия возникновения трещин.

Формы трещин

Чаще всего в круглых слитках встречаются так называемые центральные трещины. Механизм возникновения таких трещин описан достаточно подробно.

Центральные трещины могут быть как горячими, так и холодными, в связи с тем, что растягивающие напряжения в центре слитка, по диаметральной плоскости, развиваются от момента кристаллизации до полного охлаждения слитка. Возникновение холодных центральных трещин сопровождается разрушением слитка по диаметральной плоскости. Горячие трещины в слитках пластичных сплавов развиваются в центральной части и идут по всей длине слитка. В слитках высоколегированных сплавов горячие центральные трещины, являясь местом концентрации напряжений, могут послужить причиной разрушения оставшейся части сечения слитка при пониженных температурах: в этом случае разрушение слитка идет почти по всему диаметру и трещина по своему типу будет смешанной — горячей в средней части слитка и холодной у периферии. Предупредить образование центральных трещин можно понижением скорости литья, увеличением высоты кристаллизатора, соблюдением равномерной подачи воды и правильного поступления расплава в кристаллизатор с симметричным направлением жидкого металла к периферии слитка.

Радиальные трещины развиваются в направлении от периферии к центру при резком охлаждении периферийных слоев и при наличии достаточно прочной и сопротивляющейся усадке наружных слоев сердцевины. Такие трещины образуются, когда дно лунки находится выше пояса непосредственного охлаждения слитка водой. Схема распределения напряжений и возникновения трещин в этом случае такая же, как и при закалке массивных изделий. Вначале скорость охлаждения периферийных слоев значительно выше скорости охлаждения центральных слоев, что приводит к возникновению растягивающих деформаций и напряжений на периферии и сжимающих в центре слитка. Затем, в процессе охлаждения, соотношение скоростей охлаждения и знаки напряжений меняются и после остывания периферийные слои оказываются сжатыми, а внутренние — растянутыми. Радиальные трещины возникают только в начальный момент охлаждения слитка водой; при последующем охлаждении они плотно сжимаются и их обнаруживают только при внимательном исследовании макроструктуры. Радиальные трещины, как правило, горячие, хотя иногда они возникают при температурах ниже солидуса, аналогично трещинам, возникающим при закалке. Радиальные трещины обычно не распространяются на литник слитка затвердевающий в кристаллизаторе. В донной части такие трещины также не всегда обнаруживаются. Поэтому выявлять их следует по средней части литого прутка. Предупредить образование радиальных трещин можно повышением скорости литья или понижением высоты кристаллизатора.

Круговые трещины возникают в зоне изгиба переходной области при большой разнице в скоростях охлаждения периферийной корки (от стенок кристаллизатора) и среднего объема слитка (от непосредственного воздействия воды). Точно разделить эти зоны не представляется возможным, но они все же заметно влияют на профиль лунки. Круговые трещины развиваются в сравнительно узкой области. В литниковой части слитка они могут иметь значительную протяженность. Распространение трещин в этом случае соответствует направлению движения линии перегиба лунки.

Возникновение круговых трещин тесно связано со структурой слитка и технологией подготовки расплава. Эти трещины чаще наблюдаются в слитках со столбчатой структурой. Из технологических параметров основное влияние на круговые трещины оказывает высота кристаллизатора и равномерность охлаждения поверхности слитка. Трещины можно устранить применением очень низких кристаллизаторов. Для устранения круговых трещин в литниковой части не следует прекращать движение слитка после прекращения подачи металла. Безопасная остановка слитка при положении литниковой поверхности на 60—70 мм выше пояса охлаждения водой.

Круговые трещины иногда заливаются в процессе литья маточным расплавом и обнаруживаются при исследовании макроструктуры по специфической сетке легкоплавких интерметаллических составляющих. В этом случае круговые трещины обусловливают шиферность в слитках и в периферийных слоях прутков.

Поперечные трещины образуются в слитках малопластичных сплавов при сравнительно низких температурах.

При серийном литье слитков диаметром до 500 мм поперечные трещины иногда наблюдаются в слитках сплавов В95, Д16 и Д6. Чем больше диаметр слитка, тем больше вероятность возникновения поперечных трещин. Для поперечных трещин больше, чем для других типов, характерен элемент случайности. Возникновение их относится преимущественно к определенному интервалу скоростей литья, при которых наклон поверхности кристаллизации к горизонту близок к 30°. Отбраковка слитков с поперечными трещинами при помощи макротемплетов очень затруднительна. Ее следует производить ультразвуком, хотя в настоящее время методика такого контроля для крупных слитков не разработана.

Перечисленные типы трещин можно обнаружить и в слитках полого сечения, правда, с некоторыми особенностями. Центральные трещины в полых слитках обнаруживаются только при литье без подачи воды на внутреннюю поверхность слитка. Как показывает исследование, в этом случае коэффициент линейной усадки по наружному диаметру слитка, как и при литье круглых слитков, повышается с повышением скорости литья и зна­чительно превышает суммарное термическое сжатие в твердом состоянии. Радиальные наружные трещины в полых слитках появляются редко. Наиболее часто при литье полых слитков встречаются радиальные внутренние трещины. По механизму возникновения они аналогичны наружным радиальным трещинам. Разница только в том, что наружные трещины образуются от посадки соответствующего слоя металла па сердцевину слитка, а внутренние радиальные трещины — от посадки на стержень.

Для предупреждения внутренних радиальных трещин необходимо понижение уровня воды, подаваемой на внутреннюю поверхность слитка, увеличение конусности стержня и устранение неравномерности поступления воды. Однако увеличение конусности стержня приводит к увеличению ликвационного ободка и тем самым к повышенным потерям металла; поэтому не следует выбирать слишком большой конус. Разница в верхнем и нижнем диаметре стержня, составляющая 7—10% от внутреннего диаметра слитка, вполне достаточна.

Круговые трещины в полых слитках возникают по месту максимального углубления лунки. При вводе металла одной струей круговые трещины возникают по месту ввода струи, при вводе металла двумя струями — между точками ввода. Круговые трещины в полых слитках обычно возникают при высоком уровне подачи воды на внутреннюю поверхность, когда создаются условия для возникновения максимальных напряжений по толщине стенки полого слитка. Выравнивание уровня подачи воды с обеих поверхностей обычно оказывается достаточным средством для устранения круговых трещин.

Поперечные трещины наблюдаются только в слитках высоколегированных сплавов. В отличие от поперечных трещин в круглых слитках, они не внутренние, а сквозные, идущие через всю толщину стенки под небольшим углом к поперечному сечению слитков. Эти трещины относятся к холодным; они возникав при низких скоростях литья, как и холодные трещины в плоских слитках. Поперечные трещины можно устранить повышением скорости литья или применением стержня без подачи воды на внутреннюю поверхность слитка.

Горячие трещины — преимущественно поверхностные, идущие по широким граням и совпадающие с направлением литья. Предотвращение их достигается уменьшением скорости литья и устранением неравномерности подачи воды на слиток. Устранение холодных трещин, как было указано, достигается применением достаточно высокой скорости литья и специальной защитой донной, литниковой и боковых поверхностей. Донная часть защищается жидким алюминием, литниковая — прекращением охлаждения слитка раньше момента его полного затвердевания и боковые поверхности — вырезом на узких гранях кристаллизатора.

Уменьшение склонности сплавов к горячим и холодным трещинам достигается различными средствами. Чувствительность к холодным трещинам определяется пластичностью сплава при низких температурах.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: