Склонность сплавов и отливок к холодным трещинам

Образование холодных трещин, так же как и горячих, проис­ходит в тех случаях, когда возникающие усадочные напряжения, временные или остаточные, достигают предела прочности при растяжении (временного сопротивления) в заданных условиях деформирования.

Холодные трещины могут образовываться в отливке при ее ох­лаждении в форме или после выбивки, при нагреве под термооб­работку, очистке, транспортировке, обработке резанием, хране­нии и эксплуатации. Во всех случаях, кроме первых двух, причи­ной образования трещин являются остаточные напряжения, ко­торые, суммируясь даже с незначительным напряжением от вне­шних сил, в том числе от нагрева или охлаждения, вызывают разрушение отливки.

При охлаждении в форме и после выбивки причиной появле­ния холодных трещин являются временные напряжения, возни­кающие вследствие неоднородности охлаждения и сопротивле­ния усадке со стороны формы и стержней. Холодные трещины образуются в слабых сечениях, местах концентрации напряжения (резких переходов, газовых и неметаллических включений). Известно, что при замене одного сплава другим при изготов­лении одной и той же отливки могут возникнуть холодные трещины. Такие факты наблюдались при заливке фор­мы высокопрочным чугуном взамен углеродистой стали, а также при пе­реходе на литье чугуна более высо­ких марок.

Для определения склонности ли­тейного сплава к холодным трещи­нам, особенно при разработке новых сплавов, используют технологические пробы. Одной из наиболее применяе­мых является трехзвенная прямоугольная усадочная решетка с утонением на толстом стержне (рис. 1.27). При этом одновременно заливается не­сколько форм с разным диаметром утонения d_var. После выбивки находят решетку с максимальным значением d_var(max) при котором образовалась трещина.

Критерием склонности сплава к холодным трещинам является сам диаметр утонения или его площадь F, или напряжения , где — временное со­противление (предел прочности) сплава; — площадь сечения толстого стержня.

Основными направлениями борьбы с холодными трещинами являются правильное конструирование отливок, уменьшение вре­менных и остаточных напряжений в отливках путем регулирова­ния охлаждения и снижения сопротивления формы и стержней усадке, а также снятие остаточных напряжений термообработкой.

Рис. 1.27. Усадочная решетка с изменяемым утонением в толстом стержне трещина.

Правильно сконструированные отливки можно изготовлять без трещин по обычной технологии, не предусматривающей специ­альных мероприятий. Большое число отливок, особенно простой конфигурации, именно так и производят. При конструировании необходимо стремиться к обеспечению однородной толщины сте­нок отливки. В связи с этим в литературе даны рекомендации по оформлению сопряжений различных сечений, назначению ре­бер, перемычек, отбуртовок.

Чаще всего трещины обнаруживают в тонких и узких перемыч­ках наружных и внутренних стенок и в ребрах, сильно раскрытых окнами, особенно при возникновении отбела в этих местах. Во многих случаях трещины, обнаруженные до или после обработки резанием, были устранены после усиления ослабленных сечений отливки и предотвращения отбела.

Однако в некоторых случаях последние мероприятия не дают желаемого эффекта, поэтому задача решается комплексом мероп­риятий.

В связи со сложностью тепловых условий и напряженного состо­яния отливок предварительный расчет возможности образования трещин в настоящее время затруднен, поэтому конструкцию и тех­нологию отрабатывают экспериментально (классификация по прин­ципу: нет трещин, есть трещина), иногда замеряют остаточные напряжения, температурное поле отливки и другие параметры.