metalurgia042

82

82

Rys. 3.3. Niepełne odwzorowanie kształtów formy przez metal; c - napięcie powierzchniowe, a - atmosfera, f - forma, m - metal

3.1.2. Stygnięcie ciekłego metalu i krzepnięcie odlewu

Po zakończeniu wypełniania formy metalem ma on najczęściej temperaturę wyższą od temperatury likwidusu (początku krzepnięcia). W formie metal stygnie początkowo do temperatury likwidusu, a potem do temperatury solidusu (koniec krzepnięcia). Oczywiście, należy pamiętać o tym, że podczas stygnięcia i krzepnięcia odlewu jego temperatura nie jest jednakowa we wszystkich punktach. Są miejsca, które ze względu na swoją objętość stygną wolniej niż inne: wolniej stygnie metal w środku ściany odlewu, szybciej na jej powierzchni itp. Z tego powodu nje jest możliwe określenie momentu początku lub końca krzepnięcia dla całego odlewu. Można to zrobić jedynie dla konkretnego punktu w odlewie. Na omawianym etapie tworzenia się odlewu w formie zachodzą zjawiska istotne ze względu na przy szłe właściwości odlewu. Są to:

-    zjawiska na granicy metal-forma prowadzące do tworzenia warstwy wierzchniej odlewu, zwanej też naskórkiem odlewniczym,

-    tworzenie się pierwotnej krystalicznej struktury odlewu,

-    reakcje i procesy fizyczne prowadzące do wydzielania się zanieczyszczeń niemetalicznych w odlewach,

-    zjawiska skurczowe związane ze stygnięciem i zmianą stanu skupienia metalu. Tworzenie się warstwy wierzchniej odlewu

Do warstwy wierzchniej odlewu zalicza się zarówno warstwę metalowo-cera-miczną powstałą na powierzchni odlewu na skutek reakcji fizykochemicznych zachodzących w układzie ciekły' metal-forma w czasie stygnięcia i krzepnięcia odlewu, jak i przypowierzchniową warstwę metaliczną grubości około 1,5 mm, wyraźnie różniącą się od głębszych warstw odlewu. Warstwę wierzchnią odlewu charakteryzują następujące elementy:

-    chropowatość powierzchni,

-    skład chemiczny (mineralogiczny),

-    struktura metalograficzna,

-    powierzchniowe wady odlewnicze, które niekiedy występują.

Czynniki wywierające wpływ na tworzenie się warstwy wierzchniej odlewu przedstawiono schematycznie na rysunku 3.4.

Rys. 3.4. Czynniki wpływające na tworzenie się warstwy wierzchniej odlewu

Chropowatość powierzchni odlewu zależy przede wszystkim od wielkości ziarna i jednorodności osnowy (piasku) masy formierskiej. Im większe ziarno, tym większa chropowatość powierzchni odlewu. Zależność tę przedstawiono na rysunku 3.5. Duży wpływ na chropowatość powierzchni odlewu ma stopień zagęszczenia masy formierskiej. Wzrost stopnia zagęszczenia masy utrudnia penetrację ciekłego metalu w głąb masy, a tym samym zwiększa gładkość powierzchni odlewu. Z kolei penetracja ciekłego metalu w przestrzenie międzyziarnowc masy formierskiej zależy od wielu innych czynników: temperatury, napięć międzyfazowych (por. rys. 3.3), ciśnienia metalostatycznego itd.

Rys. 3.5. Zależność chropowatości powierzchni odlewów od wielkości ziarna osnowy masy formierskiej

o Lepisrcze 0,1 mm CP    Piasek 0,4 mm

M    Staliwo

m    Tlenek żelaza

m    Krzemian żelaza

Rys. 3.6. Schemat powstawania warstwy metalowo-ccramicznej na powierzchni odlewów staliwnych

Spośród popularnych stopów technicznych najwyższą temperaturą odlewania charakteryzują się stopy żelaza, szczególnie staliwo. Ponieważ najczęściej stosowanym materiałem formierskim do sporządzania mas jest piasek kwarcowy, warstwę metalo-wo-ceramiczną na powierzchni odlewu tworzą krzemiany powstałe z niskotopliwych