5.4. Регулирование газообменных процессов в литейной форме

Для получения отливок без газовых дефектов необходимо учитывать общее количество газов в форме, скорость их выделения и газопроницаемость литейной формы. Таким образом две компоненты газообменного процесса – удельное газовыделение и газопроницаемость имеют решающее значение.

Учитывая, что количество выделенных формой газов пропорционально количеству поглощенной формой теплоты Я.И.Медведев предложил оценивать интенсивность газовыделения величиной Г, называемой коэффициентом удельного газовыделения

(5.13)

где G_г = G₁ + G₂ – масса газов: G₁ – выделившихся из формы за время τ; G₂ – за счёт водяных паров;

Q_ф – количество теплоты, переданное литейной форме со стороны расплава за время τ;

S – площадь поверхности соприкосновения металла и формы;

b_ф – теплоаккумулирующая способность формы при температуре t;

t_фн – начальная температура формы.

Коэффициент Г остается постоянным в течение времени охлаждения отливки, если граница раздела между металлом и формой является плоской. Тогда

(5.14)

Я. И. Медведев на основании этого разработал установку для определения удельного газовыделения , схема которой приведена на рис. 5.2

Рис. 5.2. Схема установки для определения коэффициента удельного газовыделения Г:1—полуформа верха,2- полуформа низа, 3 – стержень из исследуемой смеси, 4 – жидкий металл, 5 – водопоглотитель, 6 – газосчетчик

После определения величины G рассчитывают количество теплоты Q_ф, поглощенной формой за время τ и определяют коэффициент Г.

Газопроницаемость – свойство любых материалов с пористой структурой пропускать через себя газы под действием перепада давлений. Величину К определяют по формуле, основанной на законе фильтрации (законе Дарси).

, (5.15)

где V_Г – объем газов, проходящих за время τ через образец с площадью поперечного сечения S высотой h при перепаде давлений ∆Р.

Если поверхность контакта отливки с формой плоская и газоперенос происходит в направлении x, перпендикулярном этой поверхности, то скорость движения газов будет убывать при увеличении х.в соответствии с уравнением

(5.16)

Коэффициент фильтрации К_ф определяется структурными особенностями смеси; его можно определить по уравнению

, (5.17)

где d – размер зерен песка;

S_n – суммарная площадь пор в плоском сечении смеси.

Е сли на пути газового потока создать локальный местный сужающийся канал, то движение газов будет происходить в установившемся режиме, для которого

(5.18)

Тогда измерение коэффициента фильтрации К_ф можно будет проводить на стандартных образцах, для которых параметры, указанные в уравнении (5.15) являются постоянными; их приняли равными следующим значениям

(D=50 мм), h = 50 мм, V_Г = 2∙10³ см³.

Отношение V_Г/τ для установившегося течения есть также величина постоянная, при этом работа по уплотнению смеси для всех образцов одинаковая. При использовании стандартной методики коэффициент газопроницаемости К будет равен коэффициенту фильтрации К_ф в уравнении (5.15).