Усадка сплавів при литві та методи її компенсації

Усадка — скорочення розмірів тіла при переході із розплавленого стану в твердий чи із більш нагрітого у менш нагрітий стан.

Розрізняють об’ємну та лінійну усадку.

- об»ємна усадка – зменшення об’єму тіла.

- лінійна усадка – зменшення розміру тіла в прямолінійному напрямі ( за довжиною чи шириною).

Усадка у різних матеріалів різна і залежить від ступеню їх нагрівання, способу охолодження та ін. Ступінь усадки матеріалу характеризується відношенням зменшеного об’єму виробу до початкового його об’єму і виражається у відсотках.

Скорочення об’єму тіла при охолодженні його на 1 градус називається коефіцієнтом усадки.

Лінійну усадку металів і їх сплавів, а також деяких інших матеріалів можна визначити дилатометром.

Об’ємну усадку пластичних мас в процесі їх полімеризації чи структурування визначають за допомогою оптичного катетометра.

При виготовленні зубних протезів та лікувальних апаратів слід враховувати усадку матеріалів. Для більш повної відповідності величини протезів, що виготовляються, підбирають матеріали, що мають мінімальну усадку. Використовують також таку технологію виготовлення і способи обробки виробів, які найбільш повно компенсують усадку матеріалу. Наприклад при відливці безпаяних мостовидних протезів із хромнікелевої нержавіючої сталі в якості формувальної маси використовують маршаліт, пластифікований гідролізованим етилсилікатом, чи сухий кварцовий пісок, який при певному режимі термічної обробки повністю компенсує усадку сталі, тому виготовлені протези мають точно визначену форму і розміри і без додаткового препарування зубів накладаються на опорні зуби.

При переході метала із розплавленого стану у твердий виділяють три періода усадки: усадка у рідкому стані, усадка у період затвердіння і усадка у твердому стані.

1. Усадка метала у рідкому стані, тобто в стані від температури заливки його у форму до появи перших кристалів, характеризується зниженням поверхні рідкого металу у формі внаслідок зменшення об’єму сплаву при охолодженні. Чим вище початкова температура метала, тим більше зниження рівня поверхні розплаву в воронці форми для лиття, однак на розміри відливки в різних її ділянках і щільності маси це не впливає, так як недостатня для заповнення форми кількість сплаву непреривно надходить по литниковим ходам.

2. Усадка в період твердіння характеризується безперервним збільшенням кількості твердіючого металу і зменшенням кількості його рідкої частини. Після затвердіння рідкої частини сплаву (точка S) цей період закінчується. Твердіння (кристалізація) метала спочатку починається там, де найбільш низька температура, тобто в ділянках доторкування його зі стінками форми. В зв’язку із цим контури відливки і його розміри у другому періоді усадки майже завжди залишаються постійними. Більш суттєві зміни відбуваються всередині відливки. У зв’язку з неможливістю надходження нової порції розплаву для компенсації усадки всередині відливки в товщі останньої утворюються усадочні порожнини чи раковини. Об»єм усадочних раковин залежить від величини усадки, яка в свою чергу знаходиться у прямій залежності від величини відливки, ступеню нагріву розплаву і його фізико – хімічних властивостей.

Розміщення усадочних раковин залежить від розміщення термічного вузла відливки, сили тяжіння метала чи сили, під впливом якої відбувається заповнення форми для лиття розплавом.

На утворення усадочних раковин впливає також теплопровідність форми і швидкість охолодження відливки. При штучно уповільненому охолодженні відливки можна досягти такого положення, при якому в період затвердіння усадочні мікрораковини будуть рівномірно розміщенні по всьому січенню відливки. При цьому на розрізі чи відломі деталь буде здаватися добре відлитою, в той час як її механічні властивості насправді знижені, а щільність зменшена. При металографічному дослідженні виявляється велика кількість мікропор.

3.Усадка в твердому стані. Цей період характеризується упорядкованим розміщенням атомів в кристалічній решітці. Розміри цієї решітки із зниженням температури зменшуються, чим пояснюється зменшення об»ємних та лінійних розмірів відливки. Для компенсації цієї усадки слід використовувати формувальні маси, що мають достатній коефіцієнт термічного розширення.

Форму перед заливкою металу попередньо підігрівають до температури, при якій її термічне розширення максимальне, і може компенсувати усадку матеріалу у твердій фазі.

Умовно розділяють усадку на три основні етапи, неправильно розглядати ці процеси ізольовано один від одного. Усадка як у рідкому, так і у твердому стані відбувається паралельно, однак усадка рідкої частини маталів і сплавів найчастіше протікає швидше, що обумовлює утворення усадочних раковин.

На кожному етапі усадки передбачені свої профілактичні прийоми попередження утворення усадочних раковин, однак найбільш важливими із них є правильне визначення термічного вузла і реальної компенсації усадки за рахунок термічного розширення форми. Кожний термічний вузол повинен мати свій литник і додатковий живильник ( прибиль).

Компенсація усадки металів при литті досягається використанням технологічних способів:

1. Виготовлення моделей, що виплавляються збільшеними на величину усадки розмірів. Це досягається застосуванням компенсаційних лаків. Так, при литві шляхом зняття воскових репродукцій з моделі (суцільнолиті коронки, мостоподібні протези), препарованих зубів на моделі перед восковим моделюванням вкривають компенсаційним лаком. При твердінні лак дає плівку певної товщини, яка відповідає величині усадки певного сплаву.

2. Застосування матеріалу типу «Адепта» для моделювання репродукцій каркасів суцільнолитих коронок. При цьому внутрішній ковпачок товщиною 0,1 мм виконує ту ж функцію, що і компенсаційний лак.

3. Литво каркасів знімних (бюгельних, ЧЗ пластинчастих з металевим базисом) на моделях з вогнетривкої маси. Розширення моделі компенсує усадку сплаву при литві.

4. Побудова ливникової системи зі створенням резервних муфт, які забезпечують надходження металу в ділянки розташування деталей каркасів, компенсуючи усадку на периферії відливки.

5. Розміщення ливникової системи в «центрі тепла» опоки, а деталей відливки на периферії забезпечує можливість постійного надходження розплавленого сплаву і профілактики утворення пор у відливці.

6. створення в ливниковій системі додаткових газовідвідних каналів.

7. Використання для створення вогнетривких форм (опок, муфелів, формувальних мас, КТР яких відповідає величині усадки сплаву, що відливається).

8. Використання для створення репродукцій каркасів беззольних моделювальних матеріалів (восків, пластмас) з мінімальною усадкою.

9. Дотримання технології і температурних режимів при формовці і розігріві опок (муфель) та при литві.