Анализ методов сокращения пригара на стальном литье (стр. 4 из 16)
Таблица 4
Глубина проникновения металла в форму и величина неровностей в мм
(давление 2, 5 кГ/см2)[9]
| Марка стали | Смеси | |||
| Хромомагнезитовая с жидким стеклом | Хромомагнезитовая с сульфитнойбардой | Песчано-глинистая с жидким стеклом | Песчано-маршалитовая | |
| 20Х13НЛ....…20ГСЛ......….. 30Л......……... | 0, 16 0, 14 0, 12 | 0, 57 0, 32 0, 17 | 0, 82 0, 36 0, 22 | 0, 28 0, 12 0, 12 |
Общая закономерность заключается в том, что чем более высоколегированна сталь (в данных опытах хромом и никелем), тем больше величина механического пригара при всех испытанных составах смесей.
Наилучшие результаты были получены при хромомагнезитовых смесях с жидким стеклом..
В многочисленных работах П. П. Берга, А. А. Рыжикова, А. Д. Попова, Р. И. Кузина и других была отмечена и изучена зависимость образования механического пригара от гранулометрического строения смесей. П. А. Борсук [9] экспериментально показал зависимость величины критического давления металла от гранулометрического строения смесей при разных сталях (рис. 2, 3).
2.3. Влияние вязкости металла на глубину
проникновения пригарного слоя
Согласно выведенной формуле глубина проникновения пригарного слоя в форму обратно пропорциональна корню квадратному из вязкости. Достоверных непосредственных опытов в подтверждение этого положения проведено не было. Косвенно влияние вязкости видно из табл.5[2], связывающей увеличение жидкотекучести с увеличением глубины проникновения в форму пригарного слоя.
Таблица 5
Влияние жидкотекучести на глубину проникновения пригарного слоя [2]
Температура заливки 1320° С. Давление металла 1,0 кГ/см2
| Количество фосфора в % | Жидкотекучесть по длине спирали в мм | Глубина проникновения в мм |
| 0,2 1,0 2,0 | 630 800 920 | 0,8 1,2 1,8 |
2.4. Влияние температуры на пригар
Повышение температуры приводит к увеличению глубины проникновения пригарного слоя в форму из-за уменьшения вязкости и увеличения продолжительности пребывания при повышенной температуре. На основании выведенной формулы можно ожидать, что повышение температуры будет способствовать увеличению глубины проникновения пригарного слоя в форму.
В подтверждение этих положений приводится табл.6, из которой видно, что при нарастании температуры уменьшается «критический диаметр» зерна, характеризующийся величиной газопроницаемости.
Таблица 6
Влияние температуры заливки на глубину проникновения пригарного слоя [2]
| Характеристика | Опытные данные при газопроницаемости | ||||
| Температура заливки в °С | 602 | 383 | 188 | 94 | 75 |
| Глубина проникновения окислов в мм | |||||
| 1640 1629 1600 | 0,40 0,06 0,06 | 0,35 0,08 0,05 | 0,25 0,06 0,08 | 0,17 0,18 0,07 | 0,15 0,13 0,12 |
Глубина проникновения пригарного слоя при увеличении продолжительности выдержки увеличивается по-разному также и в зависимости от атмосферы окружающей среды, как это видно из табл.7, закономерность изменения глубины проникновения (
) сохраняется, но значительное уменьшение глубины проникновения наблюдается только при создании сильно восстановительной атмосферы. В нейтральной среде глубина проникновения отличается незначительно по сравнению с условиями нагрева в атмосфере воздуха.Этот опыт подтверждает наличие окислов на поверхности металла, и замена окислительной атмосферы на нейтральную не может значительно изменить глубины проникновения окислов в форму. Только создание резко восстановительной атмосферы может уменьшить количество окислов на поверхности металла, а следовательно, и изменить глубину их проникновения в форму.
Таблица 7
Влияние продолжительности выдержки на глубину проникновения пригарного слоя в форму [2]
Газ | Продолжительность выдержки в мин | |||||||
| 0 | 15 | 30 | 60 | |||||
| Глубина проникновения окислов в мм | ||||||||
| Кислород ...... Воздух ........ Аргон ........ Водород ........ | 0 0 0 0 | 1,8 1,15 1,1 0,0 | 2,5 1,9 1,8 0,0 | 3,2 2,6 2,0 0,0 | ||||
Приведенные коэффициенты были получены при выдержке образцов при температуре 1300 С. При понижении температуры глубина контактной зоны уменьшается, как это видно из приведенных данных.
| Температура в °С | Глубина контактной зоны в мм |
| 800 1000 1200 1400 | 0,1 0,5 1,0 2,25 |
2.5. Влияние химического состава металла на пригар
Состав металла может оказывать влияние на пригар в нескольких направлениях: на вязкость и температуру солидуса [2].Особое внимание следует обратить на сделанный вывод о резком снижении пригара в случае, когда температура на поверхности форма - отливка получается ниже температуры солидуса к моменту окончания заполнения формы жидким металлом.
Если принять, что температура на поверхности форма - отливка составляет 0,9 от температуры заливки, то для уменьшения пригара желательно заливать при температуре около 1/0,9 = 1,1 температуры солидуса. По это требование становится тем более затруднительным, чем больше разница между температурами солидуса и ликвидуса.На рис.4 приведена диаграмма изменения температур начала и конца затвердевания стальной части железоуглеродистых сплавов. Из диаграммы видно, что опасность увеличения пригара увеличивается при повышении содержания С в стали свыше 0,5%.
2.6. Влияние восстановительных добавок на пригар
Создание восстановительной атмосферы в форме не всегда способствует уменьшению пригара[2,4,6,9]. Можно полагать, что в отдельных случаях восстановительная атмосфера может облегчить протекание процессов науглероживания поверхности малоуглеродистой отливки, что повлечет за собой снижение температуры ее плавления и облегчение проникновения в форму пригарного слоя.
Подтверждение возможности увеличения пригара при введении в смесь науглероживающей добавки можно усмотреть из опытов, приведенных в табл. 8: снижение критической температуры при заливке стали, обнаруживается при введении в смесь масла.
Можно полагать, что именно процессом науглероживания могут быть объяснены неудачи борьбы с пригаром стальных малоуглеродистых отливок при введении в смесь науглероживающих добавок, хотя они и создают восстановительную атмосферу.
Также частично снижением температуры плавления пригарного слоя может быть объяснено увеличение пригара при введении в смесь пирита, выделяющегося при нагреве серы.
Таблица 8
Влияние добавок на критическую температуру пригара стали
Средний состав стали: 0,3% углерода; 0,6% марганца; 0,3% кремния; 0,03% фосфора
и 0,03% серы
Добавка | Критическая температура в С |
| Натриевый бентонит Крахмалистые добавкиМаслоОкалинаПортланд – свинец | 1620 – 1640 1640 – 1660 1540 – 1560 1620 – 1640 1600 – 1620 |
2.7. Влияние окислительных добавок на пригар
В процессе заливки металл неизбежно окисляется. Однако в первый момент, благодаря недостаточной его окисленности, капиллярные силы препятствуют проникновению металла в поры формы. Вместе с тем за счет свободного кислорода, находящегося в порах, происходит дополнительное его окисление. Это вызывает увеличение смачиваемости и снижение критического давления, что способствует проникновению металла в поры формы. Одновременно при заливке увеличивается металлостатический напор.
Жидкий металл с повышенным содержанием кислорода в поверхностных слоях проникает в поры формы под действием сил капиллярного и металлостатического давлений. Проникший в поры формы твердый металл подвергается дальнейшему окислению, которое может протекать двояко.
В первом случае прожилки окисляются не полностью. Образующиеся окислы железа(FeO) растворяются в силикате, который прочно связывает металлические прожилки и зерна песка. Из-за малого содержания окислов железа силикат при затвердевании образует преимущественно стекловидную фазу. Указанный конгломерат прочно удерживается на поверхности отливки, а формовочная смесь отделяется по слою самой смеси: на поверхности отливки остается пригарная корка.