ochenka (682836), страница 5
Текст из файла (страница 5)
в
Рис.8. Схема корки пригара
тулок и производственных отливок. Если сталь в поры формы не проникала, то корка пригара соединялась с отливкой застывшим железисто-силикатным расплавом как мостиками. Корка пригара на глубину до 15 мм пропитана темными силикатами с повышенным содержанием окислов железа. Ее поверхность со стороны отливки, где был зазор, глянцевая, а в местах контакта с отливкой — матовая или цвета излома железистого силиката. Средняя относительная площадь контакта корки пригара с отливкой (суммарное сечение мостиков, отнесенное к общей площади корки) для легкоотделимого пригара жидкостекольных смесей по результатам замеров с микрометрической сеткой на 100 пригарных корках составляла 1—15%. При тех же условиях замеров для трудноотделимого пригара она составляла более 40%. При этом зазор по сечению был примерно в 2 раза меньше, чем в граничном слое корки легкоотделимого пригара.Таким образом, указанные величины, при прочих равных условиях, могут количественно характеризовать прочность связи пригара с отливкой. Установлено, что отделение корок пригара с одинаковой контактной площадью, но различных по составу исходной смеси или полученных при разных скоростях охлаждения отливок требует разных усилий: корки пригара, удерживаемые мостиками из закристаллизованного вещества, отделяются легче, чем связанные с
отливкой стекловидным веществом.
Механизм образования химического пригара представляется следующим образом.
П
осле заливки формы поверхность отливки 1 покрывается слоем 2 окислов и силикатов железа (рис. 6, а: 3 — зерна кварца, 4 — пленка крепителя). Скорость окисления стали в первый момент после затвердевания отливки 5 (рис.10, б) при наличии в порах формы большого количества свободного кислорода велика (рис.10) [14], образующийся окисный расплав накапливается в граничной поверхности, увеличивая относительную площадь контакта отливки и формы. Часть расплава проникает в глубь формы между зернами песка, образуя и связывая корку пригара с отливкой (см. рис.10, б). В дальнейшем окисление поверхности отливки резко замедляется вследствие уменьшения окислительной способности газов в форме и снижения температуры металла, скорость образования нового окисного расплава на граничной поверхности становится меньше скорости его миграции в глубь формовочной смеси, и между отливкой и формой или стержнем возникает зазор (см. рис.10, б). При этом относительная площадь контакта металла с формой уменьшается. Ширина зазора слагается из толщины окисленного слоя металла и величины растворенного окислами по-
Рис.10Механизм образования пригара
верхностного слоя формы. Строение корки пригара в стадии в всегда соответствует легкоотделимому пригару.
3.5. Метод оценки пригара по прочности сцепления
Влияние усадки отливки на формирование пригара проявляется в том, что при отходе металла от формы, если последняя не разрушается, ширина и площадь зазора увеличивается, а при сжатии формы или стержня — наоборот (см. рис.10). Этим пригар на наружных поверхностях отливок отличается от пригара на внутренних при использовании одинаковых смесей. При механическом проникновении стали в поры формы стадия в наступает лишь после полного окисления просеченной части металла и миграции ее в виде окисного железистого расплава в глубь формы. Практически это происходит при очень длительном температурном воздействии отливки на форму в условиях окислительной атмосферы
У
становлено также, что пригар различных смесей формируется по приведенной схеме с характерными для каждой смеси особенностями. Например, температура плавления и вязкость силикатного расплава .—FeO, образующегося при использовании жидкостекольных смесей, относительно низкие, что и объясняет его повышенную скорость миграции в глубь формы или стержня. Различия свойств образующихся окисных расплавов и обусловливают различное время температурного воздействия для наступления той или иной стадии строения корки пригара при прочих равных условиях. Следовательно, при постоянной температуре заливки наступление той или иной стадии строения пригарной корки зависит в основном от толщины стенки отливки, применяемой формовочной смеси и характера атмосферы в форме.
По результатам исследований были разработаны практические рекомендации по предотвращению пригара на отливках из углеродистой стали.
При статическом напоре металла в форме из смеси на Кичигинском песке 1К0315А, не превышающем Нкр для данной смеси [2], химический пригар предотвращают так. При изготовлении отливок с толщиной стенки до 10—12 мм целесообразнее получать малоразвитый пригар (стадия, а на рис.10), для чего в смесь необходимо добавлять органические вещества, образующие восстановительные газы (битум, мазут, каменноугольная пыль и др.), замедляющие окисление металла и, следовательно, наступление стадии б в строении пригара (см. рис.10). На отливках со стенками 10—35 мм из-за большого времени воздействия высокой температуры процесс развивается до стадии трудно отделимого пригара (см. рис.10, б). Органические добавки здесь уже малоэффективны, но покрытия на основе маршалита, глинозема, циркона, корунда, алюминиевой пудры снова позволяют получать малоразвитый пригар. Отливки с толщиной стенок свыше 35 мм получаются с легкоотделимым пригаром, так как процессы переходят в стадию в.
Добавки в смесь, создающие восстановительные газы. которые могут задержать развитие процессов на стадии б, в этом случае вредны. Нежелательны глины, шпаты, шлаки и т. д., увеличивающие вязкость и снижающие скорость миграции контактного расплава в форму. Окислительная атмосфера в форме или стержне при охлаждении отливки является положительным фактором, так как ускоряет все процессы, увеличивающие толщину и площадь зазора. Последнее подтверждено производственным применением кислорода для получения отливок с чистой поверхностью.
При использовании песчано-глинистых смесей для отливок с толщиной стенки до 20—25 мм из исходного песка должны быть удалены глина, пыль; в формовочной смеси не должны быть остатков жидкостекольной смеси, примесей железных руд, шпатов и других легко спекающихся плавней. Добавка в смесь малозольных веществ (мазута, раствора битума) положительные результаты. Небольшие 0, 2—2% добавки в формовочную смесь Мg2СОз, NaCI и других солей, а также замена глин бентонитами создают условия для получения;
легкоотделимого пригара. Формы и стержни отливок со стенками 25—50 мм рекомендуется покрывать красками или па стали на основе маршалита, циркона, корунда, так как при таких толщинах отливок наступает трудноотделимая стадия; пригара б (см. рис.10). Наружные сферические поверхности отливок со стенкам 50—70 мм получаются с легкоотделимым пригаром в (см рис.10). Здесь сказываются усадка металла и прочность формы в горячем состоянии, чему способствует зазор. Увеличит прочность формы при высокой температуре можно добавкам в исходную смесь жидкого стекла, железных руд и других плавней. Внутренние поверхности таких отливок рекомендуется покрывать пастами или облицовками на основе циркона корунда, хромомагнезита и магнезита.
В формах из песчано-масляных и песчано-смоляных смесей отливки с толщиной стенки до 15—25 мм получаются с мало развитым пригаром. Песок в этом случае должен быть очищенным от глин и других плавней, а крепители не должны после выгорания оставлять много золы. Более толстостенные отливки следует изготовлять с применением высокоогнеупорных покрытий из маршалита, циркона (для стенок 30—60 мм и корунда, хромомагнезита, магнезита для стенок толщиной более 60 мм).
При превышении критического напора металла в форме следует применять либо более мелкозернистые пески, либо специальные мелкозернистые высокоогнеупорные материалы виде покрытий и облицовок на формах и стержнях. Характер атмосферы в форме после заливки при применении пере численных высокоогнеупорных материалов влияет менее заметно, чем при применении кварцевых песков. С увеличением окислительной способности газов лишь несколько снижается огнеупорная стойкость противопригарного покрытия, особенно на основе маршалита и циркона. Меры по устранению пригар сводятся к подбору вида покрытия в зависимости от толщины стенки. Для форм и стержней отливок с толщиной стенки 20—25 мм достаточно маршалитовых красок. Формы и стержни отливок со стенками 25—50 мм требуют покрытия красками или пастами на основе глинозема, циркона или корунда.
Формы и стержни более толстостенных отливок целесообразно покрывать пастами на основе корунда, хромомагнезита магнезита. Данные рекомендации были проверены в условия Челябинского завода «Строммашина» и дали положительные результаты.
С другой стороны, если пригар легко удаляется при проведении какой-либо операции, предусмотренной общим технологическим процессом изготовления отливок (термообработка, дробеструйная очистка и. т. п.), можно допускать на отливках образование пригара определенной величины.
Поэтому естественно стремление литейщиков классифицировать пригар по прочности сцепления с отливкой и дать количественную оценку величины пригара.
Ни одна классификация, если она не связана с физическими характеристиками, конечно, не может охватить все случаи пригара, встречающиеся на практике, особенно, если учесть новые методы очистки отливок (например, пламенем газовых горелок, электрохимическим методом и т. д.).
Говорить о прочности сцепления механического пригара с отливкой нет смысла, так как в этом случае трудность удаления пригара определяется прочностью самого металла и частотой струек, проникших в форму, на единицу площади. Поэтому в дальнейшем целесообразно говорить о прочности сцепления либо полностью окисленного механического пригара, либо чисто химического пригара. Последний случай часто встречается при использовании жидкостекольных форм для чугунного и высоколегированного литья.
Прочность связи двух разнородных фаз (в нашем случае металла и пригарного вещества) при нормальной температуре определяется несколькими факторами.
При охлаждении из-за разной природы, следовательно, различных термических коэффициентов линейного сжатия на границе раздела металл—пригарное вещество возникают напряжения, могущие при некоторых условиях привести к самопроизвольному отделению пригара от отливки. Очевидно, по сопоставлению коэффициентов расширения и сжатия металла и пригарного вещества можно судить о большей или меньшей вероятности получения легкоотделимого пригара.
Отделяемость пригара будет зависеть также от прочности и пластичности пригарного вещества и от прочности связи пригара с металлом, определяемой поверхностными силами на границе раздела фаз (величиной работы адгезии). Первые две характеристики прочность и пластичность пригара могут быть найдены обычными методами. Основная трудность при этом (так же, как и при дилатометрических испытаниях) состоит в получении образца пригарного вещества необходимых формы и размеров.
Максимальная прочность сцепления будет наблюдаться в случае, когда коэффициенты линейного сжатия металла и пригарного вещества равны. Тогда на границе раздела не возникают напряжения, и работа, необходимая для отрыва пригара от отливки, будет соответствовать работе адгезии. Хотя такого соответствия коэффициентов усадки на практике не встречается, с определенными допущениями работа адгезии может быть характеристикой прочности сцепления пригара с металлом. Например, при изменении содержания какого-либо компонента можно с достаточной обоснованностью пренебречь изменением коэффициента усадки металла; тогда адгезия одного и того же пригарного вещества может быть достаточно наглядной характеристикой сил сцепления.
Работа адгезии, отнесенная к единице площади контактной поверхности, для случая контакта твердой и жидкой фаз (формовочный материал и жидкий металл или твердый металл и жидкое пригарное вещество) может быть выражена уравнением
А = σ ж(1 + cos θ) (3.3)
где σж— поверхностное натяжение жидкой фазы
θ — краевой угол смачивания жидкостью твердого тела.
Из этого уравнения следует, что чем выше поверхностное натяжение жидкости и cos θ, тем прочнее связь между обеими фазами.
Таким образом, для определения адгезии достаточно найти поверхностное натяжение и краевой угол смачивания. Правда, в этом случае будет получена величина адгезии жидкости и твердого тела, тогда как нас интересует адгезия между двумя твердыми фазами (затвердевший химический пригар и твердый металл). Однако известно, что поверхностные энергии твердой и жидкой фаз одного вещества не очень отличаются. Поэтому полученные по уравнению величины адгезии могут быть с достаточной степенью точности применимы для оценки сил сцепления двух твердых фаз. Вопросу определения поверхностного натяжения расплавов посвящено значительное число исследований.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
