книги из ГПНТБ / Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов

Наибольшая вероятность вскипа появляется в момент полного погружения стержня в металл, т. е. в момент заливки металлом поверхности ГДЕ (рис. 109), когда газовое давление достигает теоретически максимального значения, а противодавление мини­ мального (рм + рп + рпф = Юн-15 гс/см2 для чугуна). При этих условиях газ из стержня внедряется в металл. По мере поступления

будет сопровождаться вскипом длительностью т2 —-т0 , а газо­

При меньшей величине противодавления после окончания за­ ливки формы (уровень 1) мгновенная заливка формы не предупреж­ дает вскипа (область между кривой газового давления 2 и противо­ давлением / ) .

Рассмотренная схема взаимодействия давления и противодав­ ления позволяет сделать вывод о возможности выявления вскипов методом замера газового давления. Практика подтвердила целе­ сообразность манометрического контроля форм и стержней. Уста­ новлено, что вскипы, четко фиксируемые на кривых давления, за­ писанных самопишущими манометрами, возникают часто, особенно при наличии в форме стержней, характеризуемых большой вели­ чиной 1пр [73, 95].

мечен вскип длительностью ~ 4 сек (с 17 до 21 сек)

Пример исследования вскипов в производственных условиях приведен на рис. 111 для весьма сложной по конструкции машиностроительной чугунной отливки. В головке цилиндров дви­ гателя ДТ-54 из 14 стержней систематические вскипы дают 6 стерж­ ней. Наиболее^ опасными в отношении образования газовых рако­ вин являются вскипы от стержня, образующего верхнюю часть водяной рубашки головки (кривая Ах на рис. 111). Эти вскипы часто длятся 5—7 сек, заканчиваясь иногда"после заливки формы; в последнем случае в отливке образуется большое количество от­ крытых и закрытых газовых раковин (рис. 112), поражающих всю верхнюю часть отливки. Кратковременные вскипы (до 3 сек), воз­ никающие в период заполнения верхней стенки отливки, лежащей над стержнем, приводят к появлению раковин только при холодном металле. Аналогичный стержень, образующий нижнюю часть ру­ башки головки блока, практически не дает вскипа (кривая Бг), что

двойной вскип, который, так же как и при напорах 10 и 5 см, про­ должался практически до полного затвердевания отливок.

Эксперименты подтвердили правильность условия (5); когда условие (5) нарушается, неизбежно имеет место кипение, и пу­ зырьки газа попадают в отливку (рис. 114). На кривых давления кипение отмечается соответствующей пульсацией, проникновение пузырьков в отливку сопровождается срывом давления. С пониже-

Рис. 113. Зависимость газового давления р в стержнях от напора металла в форме

нием температуры металла ухудшаются условия удаления пузырь­ ков газа из отливки (повышается вязкость и скорость кристалли­ зации металла), поэтому с увеличением длительности «кипения» опасность образования газовых раковин увеличивается. При низ­ кой температуре металла даже мгновенный вскип, длящийся 0,5— 1,5 сек, в момент появления первого максимума давления является причиной брака отливок (рис. 114, а, б; 1230° С). Следовательно, при низкой температуре металла попадающие в него газовые пу­ зырьки практически не удаляются и образуют дефекты.

При высокой температуре металла кратковременный вскип может не вызвать появления газовых раковин, так как пузырьки газа успевают удалиться из жидкого металла до затвердевания отливки (рис. 114, а, б; 1380° С).

Длительный вскип вызывает образование газовых раковин независимо от температуры заливки металла, потому что пузырьки

Возможность удаления газовых пузырей из отливки опреде­ ляется также другими факторами, в частности большое положи­ тельное влияние оказывает длительность течения металла в форме.

Механизм образования газовых раковин в отливках при вскипе является сложным многостадийным процессом, зависящим от многих факторов (табл. 34). В соответствии с причинами образо­ вания газовых раковин принимают различные меры по предупреж­ дению этих дефектов [95 ]. Отметим только основные принципиаль­ ные направления борьбы с газовыми раковинами. Их можно разде­ лить на две основные группы: организационно-технические и тех­ нологические.

Организационно-технические мероприятия, выполняемые обычно общезаводскими службами, включают следующее: подго­ товку и закрепление квалифицированных кадров рабочих, масте­ ров и ИТР; улучшение условий и разборку научной организации труда; улучшение снабжения литейных цехов материалами тре­ буемого качества; выбор оптимального технологического процесса и создание технологичных конструкций отливок; организацию сплошного контроля качества материалов, технологических опе­ раций и готовой продукции, а также квалифицированный анализ и учет брака.

Особое значение в борьбе с газовыми раковинами может иметь исследование газового режима: систематический контроль газо­ проницаемости и газотворности смесей и газового давления в фор­ мах и стержнях.

Технологические мероприятия, выполняемые непосредственно в цехе, можно разбить на три группы, одинаково применяемые

влитейном производстве: 1) снижение газового давления в формах

истержнях; 2) создание дополнительных препятствий к проникно­ вению газовых пузырьков с поверхности формы и стержней в от­ ливку; 3) облегчение условий удаления из жидкого металла газо­ вых пузырьков, попавших в него в результате нарушения направ­ ленности газового потока.

Всвою очередь, каждая группа технологических мероприятий включает конкретные приемы. Наиболее подробно конкретные технологические мероприятия описаны в работах [62, 76], а от­

дельные способы предупреждения газовых раковин от вскипов — в работах [10, 37, 58, 75, 95, 105, 124, 192, 197 и др . ] .

В каждом случае брака отливок по газовым раковинам, воз­ никающим по вине форм и стержней, необходимо использовать наиболее эффективные меры, определяемые при проведении соот­ ветствующих опытов.

В первую очередь необходимо определить источник (причину) появления газовых раковин.

Ни одно из перечисленных выше мероприятий не является универсальным, однако наиболее эффективные из них — это повы­ шение газопроницаемости смеси, снижение интенсивности газовы­ деления, использование тонкостенных форм и стержней, уменьше­ ние пути фильтрации газа, отсос газов, повышение температуры заливки металла и увеличение высоты металла в чаше.

Разумеется, что каждое мероприятие, предупреждающее появ­ ление газовых раковин, не должно вызывать нежелательных по­ бочных явлений, могущих повлиять на образование других дефек­ тов.

Г л а в а X

ТЕРМИЧЕСКИЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

РАСШИРЕНИЕ И УСАДКА СМЕСЕЙ ПРИ ЗАЛИВКЕ ФОРМ МЕТАЛЛОМ

Нагрев стенок форм и стержней залитым металлом сопровож­ дается линейными и объемными изменениями, которые вызывают появление термических напряжений и деформаций в смесях.

Величина и направление термических деформаций в форме зависят от совокупности многих факторов: 1) теплового расшире­ ния формовочных материалов; 2) усадки смеси вследствие испаре­ ния влаги, выгорания органических добавок и расплавления связующих; 3) усадки смеси вследствие спекания, модификационных и минералогических превращений.

Термические деформации форм и стержней происходят одновре­ менно с механическим воздействием отливки. В жидком состоянии отливки на смесь действует напор металла, а в затвердевшем — усадка металла при охлаждении. Механическое взаимодействие металла и смеси приводит к тому что в конце охлаждения отливки и формы (стержни) испытывают не свободные, а взаимосвязанные деформации. На термические напряжения в отливке и форме на­ кладываются, таким образом, усадочные напряжения.

Существует некоторое различие механического взаимодействия между формой с отливкой и стержня с отливкой. Форма образует внешние очертания отливок, причем усадка отливки направлена в сторону от формы; в этом случае отливка отходит от стенок формы. Стержни образуют внутренние полости отливки; усадка последней направлена в сторону стержня; в этом случае отливка будет сжи­ мать стержень. Приведенные положения не распространяются на стержни, образующие внешние плоские и выпуклые очертания отливки (они работают как формы), и на участки форм, образую­ щих в отливке карманы и углубления (работают как внутренние стержни). Термические деформации смесей и напряжения способ­ ствуют изменению начальных размеров форм и стержней и воз­ никновению дефектов в отливке.