3. Емельянова а. П. Технология литейной формы. - м.: Машиностроение, 1986. 224 с.

4. Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технология литейного производства. - М: Машиностроение. 1985. 400 с.

1. Газовий режим у формах

Виливки часто бувають уражені газовими раковинами і пористістю. Газові раковини — це порожнечі в тілі виливка, що мають чисту гладку неокислену чи з невеликими слідами мінливості поверхні. Газові раковини, як усяка нецільність виливка, знижують її міцність і тому неприпустимі. Виливки, що мають газові раковини, звичайно бракують.

Гази в металі виливків можуть бути у виді розчинів і хімічних сполук. Гази, розчинені в металі, погіршують пластичність металу, при виділенні з розчину вони можуть викликати утворення раковин і пористості у виливках. Пористість погіршує якість виливків, але може бути поправним браком. Гази, що містяться в металі у виді хімічних сполук, знижують механічні властивості виливків, можуть викликати тріщини, міжкристалітний злам і т.д.

Розчинність газів у рідких сплавах. Метали і сплави в рідкому і твердому станах розчиняють значну кількість газів. Розплав може насичуватися газами при завантаженні в плавильну піч вологої, іржавої чи покритої олією шихти, з повітря, подаваного в піч для горіння палива, з вологи палива, руди, флюсів і т.д., а також від тривалого зіткнення розплаву з атмосферою печі, гази якої здатні розчинятися в рідкому сплаві.

Розчинність (см³/100 г) газів у розплавах підкоряється закону Сівертса:

S = К√(р₁ – р₂)

де К — константа розчинності, що залежить від температури;

р₁ і р₂ — парціальні тиски газу відповідно в навколишнім просторі й у сплаві.

Розчинність газу в рідкому сплаві зростає зі збільшенням порціального тиску газу над дзеркалом сплаву. З підвищенням температури розчинність газу, що не утворить з металом хімічних сполук, збільшується. Якщо газ утворить з металом хімічна сполука, то з підвищенням температури його розчинність зменшується. Найбільшою розчинністю в чорних сплавах володіють водень, азот і кисень.

Розчинність газів різко зменшується зі зниженням температури, тому при кристалізації сплавів з них можуть виділятися гази. Вважають, що найбільшою схильністю до утворення самостійної фази (пухирців) володіє водень.

Окис вуглецю розчиняється в металах незначно; тому припускають, що в рідкій сталі СО утвориться в результаті хімічних реакцій. Багатоатомні гази безпосередньо не розчиняються в металі, але вони можуть дисоціювати з виділенням, наприклад, водню, що розчиняється в металах.

Утворення газів у хімічних реакціях. До таких реакцій відноситься відновлення оксиду заліза FеО вуглецем у нерозкисленій сталі:

FеО + С= Fе + СО.

Якщо реакція відновлення оксиду заліза вуглецем не закінчується до заливання металу у форму, то вона продовжується в сталі, залитої у форму, а пухирці СО через високу швидкість охолодження сталі у формі залишаються у виливку, у результаті утворяться раковини.

При литті мідних сплавів унаслідок недостатнього їх розкислення може відбуватися відновлення оксиду міді вуглецем, що входить до складу покрить форм:

С uО + С= Сu + СО.

Ця реакція відбувається найбільше інтенсивно в зоні високих температур — поблизу живильника і часто приводить до утворення раковин у виливках.

Волога, що міститься у формувальній суміші, при прогріві форми рідким металом випаровується, у результаті при литті залізовуглецевих сплавів може протікати реакція

Fе + Н₂0 = FеО +Н₂

Водень, що виділяється, може розчинятися в металі, а FеО, взаємодіючи з вуглецем сплаву по реакції, створює умови для утворення СО, а отже, раковин у виливках.

Механічне замішування газів у метал. Це можливо при заповненні форм шляхом інжекції повітря і газів, а також упровадження газів у виливок з поверхні газового потоку. Інжекція повітря відбувається при плині розплаву через ливникову систему. Розплав, що рухається, може захопити повітря ще в ливниковій чи чаші лійці, тому конструкція чаші повинна забезпечувати не тільки відділення часток шлаку від металу, але і від пухирців повітря. Рівень розплаву в чаші необхідно підтримувати максимальним, що виключає утворення вихрових лійок, що сприяють засмоктуванню повітря в стояк. Повітря і гази також будуть засмоктуватися через газопроникні стінки каналів ливникової системи в місцях, де можливе розрідження (мал. 9.6.) унаслідок великої швидкості руху розплаву через обтікання металом гострих, кутів.

Якщо пухирці повітря і газу, що потрапили в метал, не затримуються в шлакоуловлювачі чи інших каналах ливникової системи, то вони попадають у виливок, що викликає утворення в ній газових раковин і пористості. Отже, ливникова система повинна бути заповненою розплавом, тиск у всіх її частинах повинен бути позитивним і більше тиску газів у стінках її каналів.

Упровадження газів у виливок з поверхні роздягнула метал-форма. При заливанні металу, газотворні речовини форми розкладаються з виділенням парів і газів. Збільшення обсягу газів у порах формувального матеріалу викликає підвищення в них газового тиску. При надлишковому тиску гази, що виділяються, віддаляються через пори форми в атмосферу. Таким чином, у формі, залитої металом, поряд з тепловим режимом установлюється визначений газовий режим. Тиск газів у порах форм і стрижнів залежить від швидкості виділення і відводу газів, а також від обсягу пір, що є в даному випадку резервуарами і каналами, по яких рухаються гази. У свою чергу, процеси газовиділення і газовідведення залежать від газотворності і газопроникності формувальних сумішей.

Газовий режим форми сильно впливає на якість виливка, зокрема на можливість виникнення ужимин, пригару, вскіпа і газових раковин.

Проникнення газів з форми в метал. Джерелами газів, що виділяються з форми в момент заливання і при подальшому охолодженні виливка, можуть бути:

1. повітря, що заповнює пори у формі і розширюється при нагріванні;

2. волога, що знаходиться у формувальній суміші і випаровується особливо при заливанні по-сирому;

3. органічні домішки, що випадково потрапили в суміш чи введені у виді добавок;

4. повітря, що витісняється струменем металу при заливанні;

5. хімічні реакції на поверхні роздягнула метал-форма.

Гази, що виділяються з форми і пари створюють на поверхні дотику форми і металу підвищений тиск. Якщо опір формувальної суміші руху газів від поверхні роздягнула метал-форма в глибину форми буде більше опору проникненню газів у рідкий метал, то створюються умови для утворення газових раковин у виливку.

Проникнення пухирців газу у виливок припиняється в момент утворення досить міцної затверділої кірки металу на поверхні виливка. Така кірка швидко утвориться при виготовленні виливків з чистих і евтектичних сплавів з вузьким інтервалом кристалізації. Причиною утворення у виливках з цих сплавів газових раковин найчастіше бувають пухирці газу, що утворяться в момент після початку заливання. У виливках із широкоінтервальних сплавів, які твердіють з великою двофазною зоною, пухирці газу при спливанні випробують додатковий опір зростаючих кристалів, а суцільна кірка твердого металу в цьому випадку утвориться на поверхні форми пізніше. Отже, при литті широкоінтервальних сплавів небезпека появи раковин і пір від опору зростаючих кристалів більша.

Міри попередження утворення газових раковин і пористості у виливках. Газові раковини і пористість у виливках можна зменшити тільки при дотриманні строгої технологічної дисципліни на етапах виготовлення виливка від готування рідкого металу до заливання форми і затвердіння виливка. Заходи для попередження утворення газових дефектів у виливках розділяю на три групи.

До першої групи відносяться методи попередження насичення сплаву газами в процесі плавки. Шихтові матеріали перед плавкою необхідно ретельно очищати від іржі, олії вологи.

Для запобігання насичення сплавів газами при плавці в печі на поверхні дзеркала сплаву наводять шар флюсу, а також застосовують плавку в середовищі захисного газу, інертного стосовно рідкого металу. При плавці сплавів для особливо відповідальних, виливків шихту піддають сушінню чи прожарюванню.

Плавку і заливання сплавів, застосовуваних для виливків, у яких зміст газів повинен бути мінімальним, звичайно виконують у вакуумних плавильно-заливальних агрегатах. До цих металів відносяться сплави на нікелевій основі, титан і його сплави, молібден і ін.

До другої групи відносять міри, які передбачають дегазацію рідкого сплаву поза плавильним агрегатом перед заливанням у форму чи в процесі заливання, — це вакуумування сплаву в ковші; розливання у вакуумних установках, обробка сплаву ультразвуком, а також продувка сплавів інертними газами, наприклад, хлором, азотом, аргоном. Останній спосіб застосовують при готуванні алюмінієвих сплавів.

Хлор, взаємодіючи з алюмінієм, утворить газоподібний хлористий алюміній А1С1_а. У пухирці, що пронизують рідкий сплав, дифундує водень, розчинений у сплаві. Пухирці утримуючі водень, спливають на поверхню дзеркала сплаву виносячи водень з ванни.

На практиці використовують витримку алюмінієвих сплавів перед розливанням; при цьому сплав повільно прохолоджується, і розчинені гази виділяються з нього. Потім сплав швидко нагрівають до заданої температури і заливають у форми. Цей спосіб видалення газів називають виморожуванів.

О днак кількість газових раковин і пористість в алюмінієвих виливках можна зменшити не тільки видаленням газів з рідкого металу, але і шляхом гальмування цього процесу, наприклад кристалізацією металу під тиском 392— 490 кпа в автоклавах по способі акад. А. А. Бочвара і професора А. Г. Спаського.

До третьої групи відносять міри, що поліпшують якість форми. Головну увагу звертають на дотримання спрямованого потоку від виливка у форму. Велике значення має висновок газів через стінки форми і знаки стрижнів. Спрощена схема спрямованих газових потоків у формі приведена на мал. 9.7.

Для попередження утворення газових раковин у виливках необхідно приймати наступні міри: збільшувати газопроникність форми і стрижня; знижувати вологість і газотворність формувальної і стрижневої сумішей; підсушувати форми; покривати поверхню форми матеріалами, що поліпшують її змоченність, зокрема графітовими припилами; використовувати формувальні і стрижневі суміші з мінімальної газотворною здатністю.