Na rysunku przedstawiono próbę technologiczną w kształcie odlewu kraty stosowaną do badania
A. lejności ciekłego metalu.
B. naprężeń własnych w odlewie.
C. odporności na pękanie na gorąco.
D. skurczu liniowego.
Pytanie z egzaminu CKE, styczeń 2020 (arkusz M.37-SG-20.01).
Odpowiedź jest właściwa, bo odlew kraty, taki jak na rysunku, jest klasyczną próbą technologiczną do oceny naprężeń własnych powstających w odlewie podczas krzepnięcia i stygnięcia. Sens tej próby polega na tym, że poszczególne pręty kraty mają różne przekroje i są połączone sztywnymi poprzeczkami. Grubsze części stygną wolniej, cieńsze szybciej, więc każdy fragment chce kurczyć się w innym czasie i w innym stopniu. Ponieważ konstrukcja kraty ogranicza swobodny skurcz, w materiale zostają naprężenia wewnętrzne, mimo że z zewnątrz odlew może wyglądać całkiem poprawnie. W praktyce to bardzo ważne, bo takie naprężenia mogą później powodować paczenie, pęknięcia po wybiciu z formy, problemy przy obróbce skrawaniem albo zmianę wymiarów po sezonowaniu. Moim zdaniem to jedna z tych prób, które dobrze pokazują, że odlew to nie tylko kształt, ale też historia jego chłodzenia. W dobrej praktyce odlewniczej analizuje się grubości ścianek, promienie przejść, układ zasilania i warunki chłodzenia, żeby ograniczać koncentrację naprężeń. Podobne podejście stosuje się przy projektowaniu odlewów zgodnie z zasadami technologiczności oraz przy ocenie ryzyka wad opisanych w klasyfikacjach wad odlewniczych, np. pęknięć i odkształceń.
Ten rysunek łatwo pomylić z innymi próbami technologicznymi, bo wygląda jak specjalnie zaprojektowany odlew próbny, a nie normalna część maszynowa. Jednak krata z prętami o różnych przekrojach nie służy głównie do sprawdzania skurczu liniowego. Skurcz liniowy bada się zwykle na próbkach, gdzie można porównać długość modelu i długość odlewu po ostygnięciu, czyli chodzi o zmianę wymiaru w sposób możliwie prosty do zmierzenia. Tutaj istotne jest coś innego: elementy kraty nawzajem sobie przeszkadzają w swobodnym kurczeniu. Właśnie to powoduje powstawanie naprężeń własnych. Lejność ciekłego metalu również bada się innymi próbkami, najczęściej spiralnymi albo kanałowymi, gdzie obserwuje się, jak daleko metal dopłynie przed zakrzepnięciem. Sama obecność długich żeber nie oznacza jeszcze badania lejności, i to jest dość typowa pułapka. Odporność na pękanie na gorąco też jest tematem pokrewnym, bo naprężenia i skurcz mogą prowadzić do pęknięć, ale próby na pękanie na gorąco mają zwykle konstrukcję wymuszającą pękanie w określonym miejscu, często przez silne zahamowanie skurczu próbki. W przypadku pokazanej kraty chodzi przede wszystkim o ocenę naprężeń własnych w odlewie wynikających z nierównomiernego chłodzenia i ograniczonego skurczu. Z mojego doświadczenia uczniowie często wybierają odpowiedź związaną ze skurczem, bo skurcz faktycznie tu występuje, ale nie on jest bezpośrednim przedmiotem badania. Ważne jest rozróżnienie: skurcz to zjawisko wymiarowe, a naprężenia własne to skutek tego, że skurcz jest nierównomierny albo mechanicznie zablokowany.