Контрольные вопросы

1. Из каких составляющих складывается полная усадка сплава?

2. Каков механизм усадки сплавов на микроуровне?

3. Какие факторы определяют образование усадочных раковин в отливках?

4. Какие виды проб применяются для измерения усадки в отливках?

5. Какую конструкцию имеет конусная проба?

6. Как определяется объем усадочных раковин и пор в пробе?

7. Как влияет материал формы на величину и распределение усадочных дефектов в отливках?

Лабораторная работа №3

ГАЗОВЫЙ РЕЖИМ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ

Цель работы: работа имеет учебно-исследовательский характер, направлена изучить явления возрастания газового давления в форме при контакте с расплавленным металлом, исследовать влияние технологических факторов, таких, как температура сплава, состав формовочной или стержневой смеси, наличие газоотводных каналов и т.д., на величину газового давления в форме.

Общие сведения: Одним из наиболее распространенных дефектов отливок являются газовые раковины, то есть полости в отливке, имеющие характерную гладкую поверхность.

Газы, образующие газовые раковины, могут попадать в отливку из различных источников.

Во-первых, источником газов может быть сам металл, всегда содержащий в том или ином количестве растворенные газы (главным образом, водород, азот, кислород). При использовании некачественных шихтовых материалов (с большим содержанием влаги, масел, окислов) и при неправильном ведении плавки содержание растворенных в жидком металле газов может превысить предел растворимости в твердом состоянии. В этом случае при затвердевании металла избыточные газы будут выделяться из раствора и образовывать газовые раковины.

Вторым источником газов служит литниковая система. При движении струи жидкого металла по литниковым каналам в ряде характерных участков наблюдается явление инжекции, то есть механического захвата газа (воздуха) струей жидкого металла. Инжектированные газы обычно всплывают и образуют газовые раковины в зоне отливки, непосредственно прилегающей к литникам.

Третий источник газов – химические реакции между металлом и формой на границе раздела. Например, при контакте жидкой стали с кокилем или холодильником, покрытым слоем ржавчины, возможно образование газа по реакции:

FeO + C = Fe + CO↑.

Четвертый источник газов – газотворные вещества формы и стержня. Как правило, формовочные и стержневые смеси в том или ином количестве содержат воду, органические вещества и минералы, диссоциирующие при невысоких температурах. Все эти вещества при нагревании образуют большое количество газов. В тех случаях, когда отвод газов из какого-либо места формы или стержня затруднен, давление газов может вырасти настолько, что газы прорываются в металл и образуют в нем газовые раковины.

Условия прорыва газового пузырька в металл определяются выражением:

Р_г > Р_атм+ Р_мет + Р_к,

где Р_г – интегральное давление газов;

Р_атм – атмосферное давление;

Р_мет = ρН – металлостатический напор;

ρ – плотность жидкого металла;

Н – высота столба металла;

Р_к = 2σ/r– капиллярное давление на пузырек радиусом r, вызываемое существованием поверхностного натяжения металла σ.

Давление газов в форме и стержнях Р_г зависит от многих факторов. Основными считаются следующие факторы: количество газообразующей примеси в смеси и ее природа; зерновой состав и плотность набивки, смеси; температура заливаемого сплава; наличие газоотводных каналов. Кроме того, в одной и той же форме давление газов не остается постоянным во времени. Все эти факторы необходимо учитывать при разработке технологии с тем, чтобы обеспечить получение качественных, без газовых раковин, отливок.

Измерение газового давления в форме: Для измерения газового давления в форме служат различные приборы и датчики давления. В данной работе используется специальная проба, созданная на кафедре университета.

Проба состоит из чугунного или стального стакана 1, (см. рисунок), нижнюю часть которого заформовывают смесью 3. Высота слоя смеси должна быть такой, чтобы верхняя часть трубки 4 была на 3 – 4 мм закрыта смесью так, чтобы металл не мог попасть в трубку, которая соединена резиновым шлангом 7 с водяным манометром 6. Пробу заливают жидким металлом 2. Возникающее давление газов через трубку и шланг передается на манометр. Проба имеет болты 5, извлекая которые можно моделировать различную степень вентиляции формы.

О борудование, инструменты и материалы: Технические весы с разновесами; лабораторный смеситель, проба с трубками, водный дифференциальный манометр, резиновые шланги, секундомер, печь сопротивления, тигли, алюминиевый сплав; термопара, потенциометр КСП-4.

Рисунок 1 - Схема прибора для изучения газового режима формы