DSCN1661

1. Podstawy procesów odlewniczych

zasilania różnią się istotnie dla obu tych grup materiałów i dlatego zostaną omówione osobno.

1JJ.1. Morfologia krzepnięcia odlewów

Morfologia krzepnięcia, czyli kształtowanie się struktury krystalicznej odlewu w skali makroskopowej, ma duże znaczenie zarówno w procesach zasilania odlewów, jak i w uzyskaniu ostatecznych własności użytkowych. Mechanizmy procesów krystalizacji zostały omówione szczegółowo w p. 1.3.2. Wynika z nich, że ostateczna struktura krystaliczna odlewu jest wynikiem dwóch czynników: właściwości krzepnącego materiału oraz warunków odprowadzania ciepła. Zasadnicza prawidłowość jest następująca. Stopy o wąskim zakresie temperatury krzepnięcia mają tendencję do krzepnięcia warstwowego (zwanego również liniowym, frontalnym lub strefowym), a więc takiego, w którym obserwuje się wyraźną, choć niekiedy poszarpaną linię oddzielającą fazę stałą od ciekłej. Temu typowi krzepnięcia sprzyja również duży gradient temperatury na przekroju odlewu, powstający przy intensywnym chłodzeniu przez formę oraz stosunkowo niskiej wartości współczynnika przewodności cieplnej materiału odlewu. Z kolei stopy o dużej różnicy między temperaturą likwidusu i solidusu mają tendencję do krzepnięcia objętościowego dającego ciastowatą konsystencję mieszaniny cieczy i kryształów, to jest taką, w której faza stała narasta w całej objętości odlewu, wokół losowo rozłożonych w cieczy zarodków krystalizacji.

Różnice w sposobach chłodzenia odlewu, występujące między typowymi procesami odlewniczymi, nie są na tyle duże, aby miały decydujący wpływ na morfologię krzepnięcia — stanowią o niej w głównej mierze własności materiału odlewanego. W praktyce najczęściej spotyka się cztery typy krzepnięcia [3], pokazane na rys. 1.52.

Typ strefowy gładkościennyo wyraźnej, gładkiej linii rozdzielającej ciecz od ciała stałego (rys. 1.52a) jest spotykany najczęściej w czystych metalach, gdyż stopy techniczne nominalnie eutektyczne zwykle nie krzepną idealnie wg układu równowagi. Typ strefowy szorstko-ścienny o poszarpanej granicy między fazą ciekłą a stałą (rys. 1.52b) jest charakterystyczny np. dla staliw niskowęglowych. Typ objętościowy (rys. 1.52c) występuje w wielu technicznych stopach miedzi i aluminium, a więc stopach charakteryzujących się często nie tylko znacznymi przedziałami temperatury krzepnięcia, lecz także wysokimi współczynnikami przewodności cieplnej (brak gradientów temperatury niezbędnych dla kierunkowego odprowadzania ciepła). Typ pośredni krzepnięcia (rys. 1.52d) jest spotykany w przypadku niektórych stopów metali nieżelaznych oraz żeliw, przy czym żeliwa szare (tj. z grafitem płatkowym) mają skłonność do krzepnięcia bardziej strefowego, żeliwa sferoidalne zaś — objętościowego.

Istotą procesów zasilania, niezmiernie ważnych dla uzyskania zdrowej struktury odlewu, jest przepływ materiału w czasie krzepnięcia od części