Что такое усадочная раковина

05.06.2026
Инженерные термины и определения

Усадочная раковина — это полость в теле отливки или слитка, образующаяся вследствие уменьшения объёма металла при переходе из жидкого состояния в твёрдое. Усадочная раковина это один из наиболее распространённых литейных дефектов, существенно снижающий прочность и герметичность изделия. Понимание причин её образования необходимо для проектирования литниково-питающих систем и выбора режимов заливки.

Что такое усадочная раковина в отливке

Усадочная раковина образуется из-за того, что металл при кристаллизации занимает меньший объём, чем в жидком состоянии. Если этот недостаток объёма не компенсируется поступлением жидкого расплава из питающей системы, в массивной части отливки или в верхней зоне слитка возникает пустота с характерными грубыми, иногда дендритными стенками.

Терминология и классификация дефектов литья регламентированы ГОСТ 19200-80 «Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов». В международной практике используют классификацию по справочнику ASM Handbook Vol. 15 «Casting».

Усадочную раковину важно отличать от газовой раковины. Усадочная имеет неровные, шероховатые стенки и располагается в тепловых узлах, газовая — гладкие округлые поверхности и может находиться в любой части отливки.

Как образуется усадочная раковина

Процесс затвердевания металла сопровождается тремя стадиями усадки:

Усадка в жидком состоянии — уменьшение объёма расплава при охлаждении от температуры заливки до температуры начала кристаллизации.
Усадка при затвердевании — основной источник раковин, связан со сменой агрегатного состояния.
Усадка в твёрдом состоянии — уменьшение размеров отливки при остывании; вызывает остаточные напряжения и линейную усадку.

Объёмная усадка металлов и сплавов

Сплав	Объёмная усадка при кристаллизации, %	Особенность
Углеродистая сталь	4–7	Высокая склонность к концентрированным раковинам
Белый чугун	5–6	Поведение близко к стали
Серый чугун	0,5–2,5	Графитизация компенсирует часть усадки
Алюминиевые сплавы	5–7	Преобладает рассеянная пористость
Оловянистые бронзы	4–6	Широкий интервал кристаллизации
Магниевые сплавы	4–5	Активное окисление расплава

Виды и классификация усадочных раковин

По положению и форме

Концентрированная (открытая) раковина — крупная полость в верхней части слитка или в массивном тепловом узле отливки. Характерна для стали с узким интервалом кристаллизации.
Закрытая раковина — внутренняя полость, не имеющая выхода на поверхность; опасна тем, что выявляется только неразрушающим контролем.
Рассеянная усадочная пористость — скопление мелких пор в межосном пространстве дендритов. Типична для сплавов с широким интервалом кристаллизации.
Подкорковая раковина — пустота вблизи поверхности отливки под коркой.

По месту образования

Усадочные раковины формируются преимущественно в тепловых узлах — местах с наибольшей толщиной стенки и медленнее всего затвердевающим металлом. Их положение можно прогнозировать методом вписанных окружностей или CAE-моделированием в системах ProCast, MAGMASOFT, LVMFlow.

Причины образования и меры предупреждения

Основные причины

Недостаточный объём прибыли или её неправильное расположение.
Нерациональная конструкция отливки с массивными узлами и резкими переходами сечений.
Слишком высокая температура заливки, увеличивающая жидкотекучую усадку.
Низкая теплопроводность формовочной смеси, замедляющая отвод тепла.
Нарушение принципа направленной кристаллизации.
Использование сплавов с широким интервалом кристаллизации без модифицирования.

Технологические меры предупреждения

Прибыли (питатели) — открытые и закрытые резервуары жидкого металла, питающие тепловые узлы. Размеры рассчитывают по правилу Хворинова или модулям охлаждения.
Холодильники — наружные и внутренние металлические вставки, ускоряющие затвердевание в нужных зонах.
Утепляющие и экзотермические оболочки для прибылей, продлевающие время питания.
Направленная кристаллизация — отливку проектируют так, чтобы фронт затвердевания шёл от тонких сечений к прибыли.
Модифицирование сплава для измельчения зерна и сужения интервала кристаллизации.
Горячее изостатическое прессование (ГИП) ответственных отливок для закрытия внутренних усадочных дефектов.

Контроль и обнаружение усадочных раковин

Концентрированные открытые раковины выявляют визуально и шаблонами. Внутренние и подкорковые дефекты требуют применения методов неразрушающего контроля.

Радиографический контроль — рентгенография и гамма-графия по ГОСТ 7512-82 (сварные соединения и литьё).
Ультразвуковая дефектоскопия — для крупногабаритных стальных отливок и слитков.
Капиллярный контроль — для выявления раковин, выходящих на поверхность.
Магнитопорошковый контроль — для ферромагнитных отливок и приповерхностных дефектов.

Допустимые размеры и количество усадочных дефектов регламентируются техническими условиями на отливку и группой ответственности изделия.

Где встречается и как влияет на работу деталей

Усадочные раковины и пористость встречаются в отливках любых сплавов, но наиболее остро проявляются в стальных слитках, отливках из алюминиевых и бронзовых сплавов. Дефект особенно критичен в:

корпусах насосов и арматуры, где требуется герметичность;
деталях, работающих под циклическими нагрузками;
крупных слитках для ковки и прокатки;
отливках ответственных узлов машиностроения.

В стальных слитках усадочную раковину преднамеренно концентрируют в прибыльной части, которую затем удаляют обрезкой. Потери металла на обрезку составляют 8–18 % массы слитка.

Частые вопросы об усадочных раковинах

Чем усадочная раковина отличается от газовой?

Усадочная раковина имеет неправильную форму с шероховатыми, часто дендритными стенками и располагается в тепловых узлах. Газовая раковина имеет округлую форму с гладкими стенками и может находиться в любой части отливки.

Почему серый чугун меньше склонен к усадочным раковинам?

При кристаллизации серого чугуна происходит выделение графита с увеличением объёма. Графитизационное расширение компенсирует основную часть усадки, поэтому объёмная усадка серого чугуна составляет всего 0,5–2,5 %.

Как рассчитать размер прибыли?

Размер прибыли подбирают по модулю охлаждения с использованием правила Хворинова: время затвердевания пропорционально квадрату отношения объёма к площади теплоотдачи. Модуль прибыли должен превышать модуль питаемого узла на 15–20 %.

Можно ли устранить усадочную раковину после литья?

Поверхностные раковины устраняют заваркой по согласованной технологии. Внутренние закрытые дефекты в ответственных отливках закрывают горячим изостатическим прессованием при температуре 1100–1250 °C и давлении 100–200 МПа.

Какой стандарт регламентирует дефекты литья?

В России действует ГОСТ 19200-80 «Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов». Он устанавливает классификацию и определения для усадочных, газовых, ликвационных и других дефектов литья.

Усадочная раковина — закономерное следствие физических процессов кристаллизации, но её появление в отливке можно предотвратить грамотным проектированием. Применение прибылей, холодильников, принципа направленной кристаллизации и CAE-моделирования позволяет получать плотные качественные отливки. Знание механизма образования усадочной раковины и методов её предупреждения — обязательная компетенция литейщика и конструктора литых деталей.

Статья носит ознакомительный и образовательный характер. Автор не несёт ответственности за решения, принятые на основе изложенного материала. При проектировании литниково-питающих систем и оценке допустимости дефектов следует руководствоваться действующими нормативными документами, техническими условиями на отливку и консультироваться со специалистами литейного производства.

Появились вопросы?

Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.

Задать вопрос

Подшипники SKF -15%!

Bosh Rexroth