Макропористость
Макропористость чугуна обуславливается рассредоточенной газовой и рассредоточенной усадочной пористостью. Такой вид пористости отличается небольшими размерами газовых и усадочных пор, которые обычно по объему отливки располагаются более или менее равномерно [24].
Макропористость определяется в относительных величинах или в процентах. Для определения макропористости серого чугуна используется следующая формула:
(6-)
где gт- теоретический удельный вес серого чугуна;
g- действительный удельный вес чугуна.
Макропоры в зависимости от их величины очень резко снижают герметичность чугунных отливок. Их появление в чугуне зависит от большого числа факторов.
Так рассредоточенная газовая пористость образуется за счет выделения растворенных или реакционных газов в чугуне. Растворимость газов в металле зависит от температуры и давления. На Рис. 6 -1 показана кривая растворимости водорода в железе [30].
Рис.6-1. Растворимость водорода в железе
На этой кривой имеются участки, которые характеризуют собой растворимость газа в твердых металлах, в период расплавления и в жидком состоянии. Переход от одного состояния в другое сопровождается скачкообразным изменением растворимости газов.
Растворимость газов в зависимости от давления определяется из формулы [24]:
(6-)
где Q - количество растворенных газов;
Р - давление;
К - постоянная величина.
Реакционные газы образуются в следствие химических реакций, имеющих место в сплаве, при повышенном содержании в них окиси железа.
FeO + C = CO + Fe
Образование газов приводит к появлению в металле отдельных пузырьков. В зависимости от свойств металла и скорости газообразования, пузырьки принимают те или иные размеры и начинают двигаться вверх; скорость движения пузырьков определяется из формулы Стокса:
(6-)
где r - диаметр пузырька ;
g - ускорение свободного падения;
h- вязкость жидкого металла.
Согласно этой формулы величина пузырьков зависит от плотности и вязкости жидкого металла. Степень газонасыщенности отливки определяется количеством растворенных газов в металле, а последняя зависит от его раскисленности и режим охлаждения самой отливки.
Касаясь рассредоточенной усадочной пористости, следует напомнить, что она определяется объемной усадкой, которая, в свою очередь, зависит от температурного интервала кристаллизации серого чугуна. С увеличением углеродного эквивалента в чугуне общий объем усадочной пористости уменьшается.
Важным фактором, влияющим на образование усадочной пористости, является также жесткость литейной формы: чем больше жесткость формы, тем меньше объем усадочных пороков. Поэтому при литье в сухие формы и в формы из жидкостекольных и цементных смесей часто не требуется простановка прибылей, в то время как при литье в сырые формы они необходимы.
Рассеянная пористость в отливках, как правило является результатом совместного образования газовой и усадочной пористости.
Грубая дефектная пористость
Грубая дефектная пористость обуславливается различными макропороками отливок, которые обычно являются браковочным признаком [24]. К ним относятся местные и рассеянные газовые, земляные, шлаковые, усадочные раковины, неслитины, спаи, трещины и.т.д.
Такие дефекты приводят к местным нарушениям сплошности чугуна и резкой потере его герметичности.
Пористость чугуна является важной характеристикой определяющей его герметичность. Под пористостью следует понимать отношение объема пор к объему образца.
(6-)
где V1- объем макро- и микро пор;
V2- объем образца.
Как указывалось выше, в сером чугуне имеются поры заполненные графитом и поры, свободные от него.
Относительный объем пор занятых графитом, определяется по формуле ( 6 -).
Относительный объем свободных от графита можно определить по формуле ( 6 -).
Общая относительная пористость или просто пористость будет равна сумме этих видов пористости:
m = Кгр + К.
(6-)