Представиться системе:

Разделы


Объемные изменения в сплавах золота при кристаллизации


 

Основные теоретические положения. Применяемые в настоящее время для литейных целей сплавы на основе золота представляют собой, в основном, сплавы типа твердых растворов. Затвердевание таких сплавов начинается продвижением от стенок формы вглубь отливки волны начала кристаллизации, соответствующей изотерме ликвидуса. Через некоторое время, вслед за первой волной от стенок формы по направлению к тепловому центру отливки движется волна конца затвердевания, соответствующая изотерме солидуса. Поэтому при затвердении сплава типа твердого раствора в какой-то момент существуют, как правило, три зоны: зона полностью жидкого металла в тепловом центре отливки, зона твердого металла у стенок формы и зона частичного затвердевания, в которой одновременно существуют жидкий и твердый металл. Расстояние между волнами начала и конца затвердевания определяет ширину двухфазной области отливки и в значительной мере зависит от температурного интервала затвердевания и скорости охлаждения. Чем шире температурный интервал затвердевания и меньше скорость охлаждения, тем шире пояс одновременной кристаллизации.

В реальных условиях затвердевания, когда не успевают в полной мере протекать диффузионные процессы (разделительная диффузия в жидкой фазе и выравнивающая диффузия в жидкой и твердой фазе), сплавы типа твердых растворов кристаллизуются с образованием дендритной структуры. Ветви дендритов, сталкиваясь и переплетаясь друг с другом, создают в определенный момент внутри двухфазной области каркас сросшихся дендритов, внутри которого остается часть незакристаллизовавшегося жидкого сплава. Объемные изменения, связанные с охлаждением сплава от температуры заливки до температуры непрерывной твердой фазы, приводят к образованию в отливке концентрированной усадочной раковины. Дальнейшее охлаждение и затвердевание остаточной жидкости приводит к образованию рассеянной усадочной пористости [23, 50, 51].

Величина объемных изменений в интервале жидкотвердого состояния Vжт складывается из усадки затвердевания, обусловленной фазовым переходом m0 количества жидкости в твердую фазу, термическим сжатием остаточной жидкости, количество которой меняется от 1 до (1—m0) и термическим сжатием твердой фазы, количество которой меняется от 0 до m0.

В среднем, можно считать, что относительное количество твердой фазы в интервале

жидкотвердого состояния составляет  , а относительное количество жидкой фазы

составляет . Следовательно, изменение объема в этом интервале составит

 

                 ΔVжтm0vж(1 — m0/2)(tл- t0)+(αvт m0/2)(tл- t0), (6)

 

Где εv3 — объемная усадка фазового перехода из жидкого в твердое состояние; αvжαvт — объемные коэффициенты термического сжатия жидкой и твердой фаз; tл, t0 — температура ликвидуса и температура образования каркаса непрерывной твердой фазы.

После образования в отливке каркаса непрерывной твердой фазы в интервале температур t0 температуры солидуса (tc) происходит дальнейшее затвердевание жидкости, количество которой меняется от (1 — m0) до 0.

Общая величина объемных изменений в этом интервале Vтж) равна

 

    ΔVтж =   ε(1 — m0)+αvж((1 — m0)/2)(tо- tс) +  αvт  ((1 — m0)/2) (tо- tс)   (7)

 

Из трех слагаемых, определяющих величину объемных изменений в интервале твердо- жидкого состояния, первые два стремятся увеличить пористость, а последнее изменяет относительный объем ее. Таким образом, максимальная величина усадочной пористости (Vпор), которая может образоваться в отливке без учета фильтрации металла, равна:

 

Vпор =  (1 — m0)[εVз +(αvж/2)(tо- tс) ]       (8)

Учитывая, что интервал затвердевания применяемых для литья сплавов золота сравнительно мал (не превышает, как правило 30 — 40°С), вторым слагаемым в квадратной скобе можно пренебречь. Тогда величина пористости будет определяться, в основном, объемной усадкой затвердевания жидкости, остающейся внутри сросшегося каркаса дендритов. Известные технологические пробы для определения объемной усадки требуют значительного расхода металла, поэтому не могли быть использованы для сплавов на основе золота.

Экспериментальное определение объемных изменений. С точки зрения малой металлоемкости, наиболее подходящим следует признать метод, заключающийся в  определении разницы объемов твердого сплава при температуре солидуса и жидкого сплава при температуре ликвидуса [22, 23, 21].

Наиболее простым с этих позиций методом является метод гидростатического  взвешивания затвердевающего металла в расплавах солей. Для сплавов на основе золота наиболее приемлемой является смесь равных частей хлоридов калия и натрия. Температурная зависимость плотности раствора смеси этих солей в интервале 700—1200оС описывается линейным уравнением.

 

                            δ = [1,583 - 0,000563(t-700)]          (9)

 

Зная плотность соли, температурную зависимость веса пустого тигля, в котором находится образец, вес образца на воздухе и в расплаве соли, определяется удельный объем сплава при любой температуре по формуле:

 

 

        V0= (Рвозд - Рсоли)/ Рвозд δс                        (10)

 

где V0 — удельный объем сплава (см3/г ); Рвозд , Рсоли — вес образца соответственно на воздухе и в соли; δс — плотность соли при исследуемой температуре.

Данная методика имеет недостаток, заключающийся в том, что не учитываются силы межфазного взаимодействия между расплавом металла и тиглем с расплавом соли. Однако неоднократная проверка этой методики на медных сплавах показала вполне сходимые результаты, согласующиеся с литературными данными. Зная температурную зависимость изменения удельных объемов, легко рассчитать величину объемной усадки затвердевания по формуле:

 

 

                        ε=100(Vол-Vос)/Vол      (11)

 

где Vол, Vос — соответственно, удельные объемы при температурах ликвидуса и солидуса.

Изучение изменения удельных объемов сплавов тройной системы золото—серебро—медь производилось на составах сплавов, приведенных в табл. 31. Полученные данные по изменению удельных объемов приведены в табл. 32.

 

Таблица 31. Химический состав сплавов для изучения объемных изменений

 

 

 

Номер сплава

Состав, %

Au

 

Ag

 

 

Cu

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

36

86

30

61

33

58

50,6

42,4

33,3

2

2

56

2

29

29

20

34,4

33,3

62

12

14

37

38

13

29,4

23,2

33,4

 

По данным табл.31 было рассчитано уравнение регрессии и определены объемные изменения при затвердевании реально существующих сплавов системы золото-серебро-медь. Полученные результаты приведены в табл.33.

Из данных табл.33 следует, что максимальную объемную усадку затвердевания имеют сплавы золота 750 пробы, несколько уступают им сплавы 375 и 333 проб, а минимальную объемную усадку имеют сплавы золота 583 пробы.

 

Таблица 32. Удельные объемы и объемная усадка при затвердевании

 

 

 

Сплав

 

Удельные объемы, см3

Объемная усадка затвердевания, %

ликвидуса

солидуса

Золото

Серебро

Медь

ЗЛСрМ 860-20

ЗЛСрМ 580-280

ЗЛСрМ 610-20

ЗЛСрМ 500-200

ЗЛСрМ 300-560

ЗЛСрМ 330-230

ЗЛСрМ 360-20

0,0579

0,1074

0,1215

0,0661

0,0750

0,0811

0,0867

0,0917

0,0974

0,1019

0,0550

0,1035

0,1118

0,0631

0,0721

0,0740

0,0812

0,0921

0,0936

0,0983

5,3

3,8

3,9

4,8

3,6

2,7

3,0

2,8

4,1

3,7

 

Таблица 33. Объемные изменения при затвердевании сплавов       системы золото-серебро-медь

Сплав

Объемная усадка, %

Сплав

Объемная усадка, %

ЗЛСрМ 750-125

ЗЛСрМ 583-80

ЗЛСрМ 583-200

ЗЛСрМ 583-300

ЗЛСрМ 500-100

4,2

2,8

3,4

3,6

3,0

ЗЛСрМ 500-200

ЗЛСрМ 375-20

ЗЛСрМ 375-100

ЗЛСрМ 375-160

ЗЛСрМ 333-333

3,4

3,5

3,7

4,0

4,0

 

Для определения величины полной объемной усадки при литье изделий из сплавов золота  необходимо к соответствующим данным табл. 33 прибавить величины сжатия металла при охлаждении от температуры солидуса до нормальной.. Последние могут быть определены по формуле:

εсж=3α1(tc-20 °C)*100%

 

где εсж объемная усадка сплава при охлаждении от температуры солидуса до нормальной (20о С); α1коэффициент термического расширения, 1оС.

            Значения α1 для сплавов золота даны в литературе [39, 50].

 

Л.А. Гутов     Литье по выплавляемым моделям сплавов золота и серебра


Информация представлена на сайте исключительно для ознакомления.
Организаторы сайта не несут ответственности за последствия использования данных, указанных на сайте. Авторские права на статьи принадлежат их авторам. Мнения авторов статей необязательно совпадают с мнением и точкой зрения организаторов сайта.