31. Физико-химические процессы на границе «металл-форма» и образование дефектов: пригара; ужимин; наростов.

После заливки металла в форму и охлаждения отливки можно наблюдать в слое песка, прилегающем к поверхности отливки, полное изменение его свойств. Образовавшаяся сплошная масса имеет типичный серый цвет и блестящую поверхность. В некоторых случаях этот слой прочно связан с отливкой.

Пока температура поверхности отливки выше температуры солидуса, проникновение металла в форму может произойти. Поэтому, если па поверхности формы присутствует науглероживающее вещество (например, для стали), то также может произойти местное расширение интервала затвердевания и повышение проникновения металла в форму.

Кроме того, между основой формы и металлом может произойти химическая реакция с образованием, например, фаялита.

Проникновение расплава можно ограничить снижением температуры заливаемого металла и тщательным его раскислением. Полностью предупредить протекание химических процессов можно лишь изменением вида формовочного материала.

Пригар. Известно, что элементы, вызывающие повышение текучести расплава, одновременно облегчает его проникновение в форму, при чем при более низкой температуре. Например, добавки фосфора в сталь (до 0,9 % Р) вызывают значительное повышение ее текучести, что приводит к глубокому проникновению металла в форму. Титан, наоборот, известен как элемент, снижающий текучесть стали. При его добавлении в сталь проникновение металла в форму происходят лишь при повышенных температурах.

Пока температура поверхности отливки выше температуры солидуса, что наблюдается в сталях с повышенным содержанием углерода, проникновение металла в форму может произойти, поэтому если па поверхности формы присутствует науглероживающее вещество, то также может произойти местное расширение и затвердевания и повышение проникновения металла в форму.

После заливки металла в форму и охлаждения отливки можно наблюдать в слое песка, прилегающем к поверхности отливки полное изменение его свойств. Образовавшаяся сплошная масса имеет типичный серый цвет и блестящую поверхность. В некоторых случаях этот слой4трочно связан с отливкой.

На разрезе этого слоя песка можно видеть исходные кварцевые зерна, которые частично окружены темным шлаковидным веществом.

Микрорентгеновский анализ показал в этом слое наличие фаялита (2FeO^.SiO₂), который образуется при достаточно высокой температуре металла и достаточном времени реакции FeO (из расплава) с SiO₂ (наполнителя).

В присутствии оксида алюминия образуется муллит (3Al₂O₃^.2SiO₂).

Из приведенного анализа следует, что спекание кварцевых зерен песка может продолжаться до относительно низких температур.

На процесс проникновения расплава оказывает влияние также содержание марганца в заливаемом металле. Например, если сталь содержит примерно 0,6 % Mn, то оксид марганца, обнаруженный в слое песка, образующий пригар, составляет примерно 3 % от общего содержания марганца. При повышенном содержании марганца, например при заливке аустенитной марганцевой стали, основной оксид марганца MnO активно реагирует с кварцевыми зернами (SiO₂), которые имеют кислородный характер: SiO₂ + MnO → MnO^.SiO₂.

Образовавшееся соединение силиката марганца отличается низкой температурой плавления.

В обоих случаях проникновение расплава, вызванное химическими процессами, можно значительно ограничить снижением температуры заливаемого металла и тщательным его раскисления.

Полностью предупредить протекание химических процессов можно лишь изменением вида формовочного материала. Например, протекание приведенных химических реакций можно предотвратить применением магнезита или хромомагнезита, которые не имеют кислотного характера.

Ужимины. Неравномерное расширение слоев смеси под поверхностью формы вызывает в ней напряжение, которое может привести к повреждению формы. В зоне, где наблюдается наибольшее расширение песка (рис.2), т.е. на поверхности формы, расширяющийся формовочный мате риал тормозится соседними, слабоподвергшимися действию тепла, слоями. В нем возникает напряжение сжатия, которое при соответствующей конфигурации отливки переходит в напряжение, перпендикулярное к поверхности формы. Если это напряжение превысит жесткость напряженного слоя, го при определенных условиях (низкая прочность формовочного материала, влажность и газы) он может вспучиться и отслоиться. Этот механизм образования ужимин.

1 – давление газов; 2 – сжимающее напряжение, обусловленное расширением зерен песка; 3 – растягивающее напряжение смеси; 4 – конденсационная зона; 5 – результирующая сила, вызывающая отслоение поверхностной корки смеси; 6 – направление

Рис.2. Факторы, влияющие на образование ужимин

Предупреждение. Подобрать состав с большей огнеупорностью, прочностью и меньшей деформацией при нагреве.

Нарост. Причины появления: Неравномерное уплотнение смеси при формовке, неправильная литниковая система.

Предупреждение. Более тщательное уплотнение смеси при формовке и более равномерное увлажнение, изменить подвод металла к отливке.