| |||||
МЕНЮ
| Анализ методов оценки сцепления пригара на стальном литьеАнализ методов оценки сцепления пригара на стальном литье| |Содержание | | Введение. Введение. Борьба с пригаром является важным направлением в литейном производстве, т.к пригар ухудшает товарный вид отливок, сильно затрудняет обрабатываемость резанием. Очистка литья от пригара является тяжелой и вредной для здоровья работающих операцией. Для оценки эффективности действия применяемых и разрабатываемых противопригарных покрытий и противопригарных добавок в формовочные и стержневые смеси, а также для оценки пригараемости обычных смесей важно количественно определить величину пригара. В данной работе рассмотрены существующие методы качественной и количественной оценки пригара на отливках, рассмотрены их достоинства и недостатки и выбраны оптимальные методы оценки, которые можно применять как в лабораторных исследованиях, так и на производстве. В данной работе отдается предпочтение количественным методам оценки пригара, так как они исключают субъективное мнение исследователя, что позволяет получить более достоверные результаты. 1.Анализ факторов влияющих на образование пригара. И. Б. Куманин дает следующие определения видам пригарной корки. Механический пригар — корка сцементирована металлом, проникшим в поры формы. Термический пригар — корка сцементирована сплавившимися составными частями формовочной смеси или легкоплавкими силикатами, образовавшимися в форме. Химический пригар—корка сцементирована соединениями типа шлаков, образовавшимися при взаимодействии отливки и формы. Рассмотрим условия образования каждого вида пригара. 1.1 Механический пригар Механический пригар образуется при проникновении в поры формовочной смеси жидкого сплава или маточного раствора, т. е. в тех случаях, когда с поверхностью формы соприкасается жидкий металл или полузатвердевшая корочка отливки. Следовательно, пригар может образовываться, если температура на поверхности раздела металл-форма будет превышать температуру солидуса данного сплава. Механический пригар будет увеличиваться при повышении температуры заливки металла, увеличении интервала кристаллизации сплава, массивности отливок или отдельных их частей («тепловые» узлы), уменьшении теплоаккумулирующей способности формовочных смесей, форм и стержней. Механический пригар может образовываться в том случае, когда
ферростатическое давление металла превысит определенное «критическое»
сопротивление смеси. Поэтому увеличение давления металла сверх этого [pic], (2.1) где Ркр — критическое давление, соответствующее началу образования пригара, в кГ/см2; Ргаз — газовое противодавление в кГ/см2; [pic] (2.2)
где ? — поверхностное натяжение жидкого металла на границе с газом в эрг/см2; [pic] (2.3) Поверхностное натяжение стали существенно снижается пpи увеличении
содержания в ней углерода, фосфора, серы, кислорода азота. Поэтому
увеличение содержания этих компонентов в стали, может приводить к
увеличению механического пригара. Из результатов экспериментальных исследований, проведенных И. В. Таким образом, применять хромомагнезит и хромистый железняк особенно эффективно при наличии в форме окислительной среды. Рис.1. Влияние окисленности жидкого металла на краевой угол смачивания: а—кварцевого песка; б—хромистого железняка. . . Установлено, что при отрицательном смачивании (cos?0) изменение размера зерен не влечет за собой изменения краевого угла смачивания, повышение температуры металла в пределах до 100° С над ликвидусом не изменяет величины краевого угла смачивания. Из формулы видно, что величина Pкр в значительной мере зависит от Ркап, т. е. от противодавления газов в порах смеси. Дополнительные исследования, проведенные Я. И. Медведевым [6]; ЦНИИТмаше, позволили определить величину избыточного давления газа Ад в стенках формы: [pic] (2.4)
где,
а—удельная константа газовыделения см-мин, а = qm,
где q — величина газотворности единицы объема формовочной смеси cмз/cмз;
т—коэффициент прогрева, определяющий интенсивность нагрева формовочной
смеси до температуры газификации газотворных веществ l см-мин г; Анализ зависимости позволяет определить, какие факторы содействуют увеличению Ркап какие снижают его величину. В частности, утонение структуры наполнителя, уменьшение размера пор и
соответственно уменьшение газопроницаемости смеси будет увеличивать Ргаз и
уменьшать возможность образования механического пригара. На практике для борьбы с механическим пригаром следует применять пески с мелкой структурой (например, по ГОСТ 2138-56, группа 016), использовать краски, а в необходимых случаях пасты, шире применять смеси, обладающие повышенным коэффициентом аккумуляции тепла (например, хромомагнезитовые смеси и смеси с хромистым железняком для стальных отливок). 1.2Термический пригар
Толщина корки термического пригара определяется температурой затвердевания образовавшихся в форме силикатов и глубиной прогрева формы до этой критической температуры. Термический пригарный слой, как это видно из классификации либо не связан
с отливкой, либо умеренно связан с ней. Термический пригар, если он не
сопровождается окислением залитого сплава, проявляется в виде спекшейся
корки смеси, которая при ударах отходит от отливки и рассыпается на
отдельные комья. Создание в форме восстановительной или нейтральной среды в ряде случаев оказывает положительное влияние не только на условия образования термического пригара, но и на условия образования других видов пригара. Так, Л. Е. Плотинский показал, что создание восстановительной среды в форме и нанесение на ее поверхность каменноугольной смолы позволяет получать стальные отливки (в том числе из высоколегированных хромоникелевых сталей) с поверхностью, свободной от плен и пригара. Р. И. Бучин получил совершенно чистую поверхность изделий небольшого веса из нержавеющей стали, отлитых в сырые формы, продуваемые азотом в течение 15—20 сек до начала заливки и в процессе заливки. Эти и другие примеры свидетельствуют о том, что создание в форме нейтральной и восстановительной среды является благоприятным не только при изготовлении чугунных, но и в ряде случаев стальных отливок, если поверхностные покрытия формы не науглероживают поверхности стальных отливок. При изготовлении чугунных отливок с использованием смесей с жидким
стеклом создание в форме восстановительной среды оказывается недостаточным. 1.3Химический пригар Химический пригар возникает при взаимодействии окислов металла, находящихся на поверхности отливки с формовочным материалом. Цементирующая пригар жидкость представляет собой. Сложное силикатное соединение, обогащенное металлическими окислами (FeO, MgO и др.), дополнительно понижающими температуру затвердевания пригарной корки. Глубина проникновения в формовочную смесь окислов металла или
легкоплавких соединений, образующихся на границе форма-металл, определяется
рядом факторов: температурой затвердевания легкоплавких соединений,
количеством окислов металла, в свою очередь зависящих от атмосферы литейной
формы, глубиной прогрева формы до температуры затвердевания окислов или
легкоплавких соединений, смачиваемостью окислами или легкоплавкими
соединениями материала формы. Диффузия окислов может происходить и при
температурах, более низких, чем температура их затвердевания. Поэтому
образование химического пригара возможно и в том случае, если металлические
окислы не будут легкоплавкими. И. Б. Куманин считает, что прочность связи пригарного вещества с отливкой Рис.2. Количество центров кристаллизации N и линейная скорость роста кристаллов о в зависимости от степени переохлаждения сплава с малым (а) и большим (б) интервалами кристаллизации. Жидкие силикатные массы требуют сравнительно незначительного переохлаждения ниже температуры солидуса для того, чтобы возникновение и рост кристаллов в этих жидкостях прекратились и чтобы вся жидкость при последующем охлаждении затвердела в стеклообразном состоянии. Наиболее легко стеклообразные массы образуют силикатные сплавы с малым интервалом кристаллизации. Это объясняется тем, что в системах с большим интервалом кристаллизации первоначально выделяющееся твердое вещество имеет возможность свободно развиваться в виде кристалла, получая необходимый для роста материал из оставшейся еще подвижной и не слишком вязкой жидкости. Наоборот, силикатные массы эвтектического состава или силикаты с малым интервалом кристаллизации становятся вязкими за более короткий отрезок времени, и поэтому рост кристаллов в этих системах бывает затруднен. Конкретные значения критических скоростей охлаждения сложных силикатов очень мало изучены. Принципиальная сторона вопроса иллюстрируется предложенными И. Б. Куманиным схемами (рис.2). Он указывает, что для жидкости с малым интервалом кристаллизации уменьшение скорости роста кристаллов (сплошные линии) наступает при меньшей степени переохлаждения или, что то же самое, при более медленном ее остывании. Пунктирные линии, соответствующие числу возникающих в жидкости центров кристаллизации, имеют аналогичный характер. Из сопоставления схем составов с малым и большим интервалами кристаллизации вытекает, что при поздней выбивке отливок и при охлаждении их вместе с формой важно иметь пригарную корку, сцементированную жидкостью отличающейся малым интервалом кристаллизации. Такая жидкость, даже при сравнительно медленном остывании отливки (а, следовательно, и при медленном остывании пригара), образует стекловидную пригарную массу, легко отделимую от металла. Интервал кристаллизации пригарной массы, образующейся на поверхности
соприкосновения металла и формы, уменьшается по мере сокращения содержания
кремнезема в этой массе и по мере насыщения ее основными окислами. В наибольшей степени интервал кристаллизации пригарной жидкости (и понижение температуры ее затвердевания) сокращается при добавлении в смеси краски или окислов щелочных и щелочноземельных металлов. Известно, что при использовании смесей с жидким стеклом получаются чистые стальные отливки, покрытые сверху слоем легкоотделимого пригара. Для затвердевания пригарной жидкости в стеклообразном состоянии требуется некоторое ее переохлаждение ниже температуры солидуса. Иными словами, пригарная жидкость любого состава получит аморфное строение только в том случае, если скорость ее охлаждения превысит некоторую минимальную критическую скорость, характерную для жидкости данного состава. Поэтому наряду с введением в смеси специальных добавок (например, жидкого
стекла) одним из эффективных способов борьбы с пригаром является применение
формовочных смесей с повышенной способностью отводить тепло от отливки. В качестве специальных формовочных материалов могут применяться хромомагнезит, хромистый железняк, магнезит, а также в виде добавки в обычные песчано-глинистые смеси — чугунная стружка и другие вещества с высокой теплопроводностью, теплоемкостью и удельным весом. Устранению пригара содействует также инертность специальных формовочных материалов по отношению к заливаемому сплаву и его окислам. Значение инертности легко проследить при литье специальных сталей. Например, при производстве отливок из высокомарганцовистой стали замена кварцевого песка в составе формовочной смеси чистым молотым магнезитом устраняет пригар не только вследствие увеличения теплопроводности этой смеси, но и ввиду инертности окиси магния (MgO) по отношению к закиси марганца (МnО) и закиси железа (FeO). Таким образом, по представлениям И. Б. Куманина, формовочные материалы с повышенным коэффициентом аккумуляции тепла содействуют получению стекловидного пригара благодаря увеличению степени переохлаждения пригарной корки; жидкое стекло приводит к тем же результатам вследствие уменьшения критической величины переохлаждения, необходимой для получения пригара в аморфном состоянии. Специальные формовочные материалы с высоким коэффициентом аккумуляции тепла так же, как и жидкое стекло, могут применяться независимо друг от друга, однако в наиболее ответственных случаях, особенно при производстве крупных стальных отливок, целесообразно совместить оба способа борьбы с пригаром и этим обеспечить получение литья с чистой и гладкой поверхностью. |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|