2. Теплова та фiзико-хiмiчна взаемодiя розплаву I форми

В період заливання, затвердіння й охолодження метал дає теплоту формі конвекцією, випромінюванням і за допомогою теплопровідності. Чим довше протікає метал по визначеній ділянці форми і знаходиться в ній у рідкому стані, тим сильніше нагрівається поверхня форми і тем повільніше остигає сплав. У результаті нагрівання форми на поверхні контакту її з металом інтенсивно розвиваються теплові, фізико-хімічні і механічні процеси, що протікають у період заливання, затвердіння й охолодження металу. Унаслідок цих процесів на поверхні виливка утвориться пригар — важко віддільний від поверхні виливка шар, з металу, його оксидів і часток формувальної суміші. Пригар погіршує поверхня виливка, збільшує трудомісткість її очищення і різко знижує стійкість інструмента при обробці різанням.

Розрізняють два види пригару - хімічний і механічний. Такий умовний розподіл пригару необхідно для наочного представлення його виникнення і для попередження його при виготовленні виливків. У дійсності пригар — явище комплексне. Хімічний пригар утвориться на виливках при охолодженні й усадці, тобто в період зіткнення форми з напівзатверділим чи затверділим металом, що ще має високу температуру. Хімічний пригар з'являється в основному на виливках зі сталі і чавуна, при температурі заливання яких можуть утворитися рідкі силікати, а також унаслідок того, що компоненти сталі і чавуна мають хімічну спорідненість з поверхневим шаром форми і висока температура на поверхні зіткнення сплаву з формою підтримується протягом визначеного часу.

При утворенні хімічного пригару на сталевих виливках відбуваються реакції

Fе + (1/2) О₂ = FеО,

(з (з пір

сталі) форми)

2FеО + 2Si₂ = 2FеО*Si₂.

(сталь) (пісок) (файяліт)

З цих реакцій видно, що в результаті окислювання поверхні сталевого виливка оксиди заліза, що утворяться, з'єднуються з кремнеземом, форми SiО₂, утворити файяліт, температура плавлення якого нижче, ніж кремнезему SiО₂ і сталі. Файяліт — рідкорухоме з'єднання, що проникає в товщу форми. У результаті на поверхні виливка утвориться хімічний пригар — шар, що складається з файяліта, що обволікає зерна піску.

Доведено, що спечений шар пристає до виливка тільки за певних умов, а також цілком можливе одержання на виливках легковідокремлюємого пригару по шарі пухких оксидів між поверхнею виливка і кіркою пригару.

Появі хімічного пригару сприяє присутність у формувальній суміші оксидів лужних і щолочноземельних металів, що утворять з оксидом заліза силікати складного складу з низькою температурою плавлення. Ці силікати можуть проникати між піщинами, утворити пригарну кірку. Для зменшення хімічного пригару застосовують формувальні піски з мінімальним вмістом оксидів лужних і щолочноземельнох металів.

Інтенсивність утворення пригару залежить також від складу газового середовища навколо виливка, тому створення визначеного газового середовища навколо виливка є одним із засобів попередження пригару. Наприклад, при литті чавуна, мідних сплавів створення відбудовного середовища сприяє усуненню пригару, тому при литті чавуна у формувальну суміш вводять вуглецеві добавки: мазут, мелене вугілля, при розкладанні яких під дією теплоти металу у формі утвориться відбудовне газове середовище. При литті стали у формі створюють окисне середовище, для чого у формувальну суміш додають марганцеву руду, оксид ванадію й ін.

Щоб запобігти утворення пригару на виливку, поверхню форм і стриженів покривають протипригарними покриттями. Наприклад, при виготовленні форм великих сталевих виливків застосовують покриття на основі хромистого залізняку, що повинний містити не менш 36 % оксиду хрому, а хромистий залізняк повинний бути розмелений у порошок і просіяний через сито з осередками 1 х1 мм. Склад покриття, % по обсязі: 86—88 хромистого залізняку, 10—12 патоки, 2 декстрини; води до необхідної в'язкості. Поверхню форми покривають шаром товщиною 1,5—4 мм. Форми сушать при температурі 360—380 °С.

Для попередження хімічного пригару на виливках з чавуна і з мідних сплавів форми і стрижні покривають графітовим чи графітококсовим покриттям. Добавка в покриття коксу чи графіту запобігає утворенню оксидів на поверхні виливка, їхнє проникнення в пори форми, блокує розвиток пригару.

Механічний пригар утвориться внаслідок механічного проникнення рідкого металу між піщинами на поверхні форми і стрижнів під дією напору рідкого металу і капілярних сил у період його заливання і затвердіння, тобто зв'язуванням пригорілої суміші до виливка служить сам метал. Механічний пригар важко видалити з поверхні виливка через утворення міцної кірки, що складає з формувальної суміші, просоченої металом (металізація чи форми стрижня). Ці виливки дуже важко обробляти, тому що ламається різальний інструмент, і звичайними різцями пригар не може бути вилучений.

Утворення механічного пригару залежить від властивостей металу, його перегріву і щільності, властивостей форми і конструкції виливка. Чим менше в'язкість металу і вище питома теплоємність, теплота кристалізації і температура заливання металу у форму, тим більше небезпека утворення механічного пригару.

Пригар на виливках можна усунути проведенням наступних заходів:

1) зниженням температури заливання металу;

2) вибором формувальної суміші належної зернистості й ущільненням робочої поверхні форми;

3) припилюванням (при литті чавуна) поверхні сирої форми кам'яновугільним пилом, що виділяє при заливанні чавуна у форму гази, тиск яких перешкоджає проникненню розплаву;

4) фарбуванням сухих форм захисними чи покриттями покриттями, що зменшують поверхневу пористість;

5) зменшенням пір формувальної і стрижневої суміші введенням дрібнозернистого кварцового піску, меленого кварцу.

Для попередження утворення механічного пригару на великих сталевих виливках застосовують облицювальні суміші з добавкою хромистого залізняку, просіяного через сито з осередками 3х3 мм.