Деформации, происходящие при затрудненной усадке, являются следствием приложенных в отливке сил реакции со стороны формы. Только пластические деформации являются остающимися, что же касается упругих, то они исчезают после освобождения отливки из формы. Пластические деформации при этом приводят к тому, что величина усадки оказывается меньше, чем она была бы при отсутствии сопротивлений со стороны формы.
На фиг. 24 показана цилиндрическая отливка со стенкой толщиной 2,5 мм. Внутренняя поверхность отливки выполнялась сырым песчаным стержнем, несущим секторные холодильники а, предназначенные для выравнивания скорости кристаллизации относительно массивного фланца б и прилегающих к нему тонких стенок. Контрольный обмер отливок показал, что в сечении А-А диаметр их на 1—1,5 мм больше, чем в других местах, подвергавшихся промеру.
Пластические деформации отливок были вызваны реакцией стержня в зоне его, имеющей холодильники. Прочность на сжатие сырого стержня с нормальным содержанием влаги колеблется от 0,4 до 0,6 кГ/см?. При контакте стержня с металлом происходит испарение влаги и выгорание глинистых составляющих в формовочной смеси, в результате чего прочность ее снижается примерно в 2 раза. Уменьшение поверхностной прочности создаст условия для беспрепятственного сокращения размеров отливки.
Несколько иначе это происходит в сечении А-А. Небольшое теплосодержание в металле, образующем средний фланец отливки, не в состоянии обеспечить прогрев секторных холодильников до такой степени, чтобы вызвать выгорание прилегающего к ним слоя формовочной смеси, прочность которого при этом остается почти неизменной. По этой же причине следует избегать применения внутренних сухих стержней в комбинации с сырыми, помня, что прочность сухого стержня в несколько раз выше сырого.
В случае вынужденной необходимости таких комбинаций следует так подобрать прочность сухого стержня, чтобы она по возможности не препятствовала свободному сокращению размеров отливки и во всяком случае не создавала бы в ней внутренних напряжений. Пластические и упругие деформации могут уравновесить друг друга и, оставаясь в отливке, вызвать так называемые остаточные или внутренние напряжения.
Остаточные напряжения могут достигнуть таких размеров, что вызовут коробление отливки, спустя даже длительное время после извлечения ее из формы.
При недостаточной пластичности сплава и упругости его при повышенных температурах могут возникнуть горячие трещины тем большие, чем тоньше стенка в отливаемой детали.
На фиг. 25 показан фотоснимок отливки из малопластичного сплава АЛ-19 (фиг. 25, б), а рядом с ней та же отливка, полученная при идентичном режиме, но из сплава АЛ-4 (фиг. 25, а). Металлическая матрица, образующая внешнюю поверхность отливок, имела выступающие части, посредством которых в отливке получались углубления. На отливке, полученной из сплава АЛ-19, видны горячие трещины, которые возникают тогда, когда силы усадочных напряжений превышают силы междузеренных связей.
Процесс образования горячих трещин непосредственно связан с линейной усадкой сплава и величиной температурного интервала кристаллизации. Это, однако, не говорит за то, что из широкоинтервальных сплавов нельзя получать тонкостенные отливки, имеющие выступы или углубления. Примером являются отливки из магниевых сплавов, горячие трещины на которых встречаются как исключение. В то же время необходимо всемерно стремиться к тому, чтобы силы реакции формы, возникающие при сокращении линейных размеров отливки, были бы наименьшими.
Представляет интерес еще один источник деформации, с которым встретились при освоении детали, эскиз которой показан на фиг. 26, а. Внутренний фланец, более массивный, чем прилегающие к нему стенки и, кроме того, имеющий утолщения в виде бобышек, предопределил установку в сырой стержень секторных алюминиевых холодильников 1. Отливка, полученная с применением холодильников, имела усадочные утяжины глубиной до 2 мм, расположенные на верхней плоскости фланца против бобышек.
Для устранения усадочных дефектов были применены дополнительные холодильники 2 с вентиляционными пробками для отвода вытесняемого воздуха. После остывания отливки на ее внешней поверхности против фланца был обнаружен кольцевой выступ высотой 0,5—0,7 мм (фиг. 26, б).
Было сделано предположение, что жидкий сплав, поднимаясь по щелевидной полости формы, будет заполнять фланец тогда, когда уровень сплава в форме поднимется до какой-то высоты I—I. При этом возникнет давление, достаточное для преодоления поверхностного натяжения у входа в ребро, образуемое двумя рядами холодильников. Сплав, заполнив полость ребра, в результате интенсивного теплоотвода быстро затвердеет, тогда как металлический поток в основном сечении формы будет продолжать свое движение, заполняя вышележащие сечения и полость промывника.
В процессе затвердевания фланец воспримет линейную усадку, направленную к центру отливки, а в зоне А будет продолжать наращиваться за счет протекающего жидкого сплава. К моменту заполнения полости промывника усадка фланца почти закончится, а сечения отливки, расположенные выше и ниже его, только еще начнут сокращать свои размеры. Такое «опережение» усадки, по-видимому, и является причиной появления кольцевого выступа. При разработке чертежей технологической оснастки следует очень осторожно применять двухсторонние холодильники, ибо такая комбинация обычно чревата неприятными последствиями. Лучшим решением будет выравнивание сопрягаемых сечений, т.е. повышение технологичности предназначенной к отливке детали.
О величине линейной усадки сплава следует сказать, что она в этих условиях несколько больше, чем при литье в песчаные формы или в кокиль. В частности, при отливке деталей из магниевых сплавов с применением стержней, сделанных из формовочной смеси, мы получили усадку по диаметру 1,4—1,5%, а по высоте 1,2%. Увеличение линейной усадки можно объяснить более интенсивным процессом кристаллизации сплава и податливостью сырых стержней. Эти же детали, но полученные с применением оболочковых стержней, имели усадку по диаметру около 1%.