Предел прочности смеси с учетом сил адгезии и когезии.

В случае применения связующих с большой когезионной прочностью, но с малой адгезией к поверхности зерен наполнителя, разрушения смеси происходит в результате

отрыва пленки связующего от поверхности зерна и разрыве пленки, т.е. По линии абвгд.

где Σ^’- площадь сечения пленки, отсекаемой соседними зернами;

a - коэффициент, учитывающий укладку зерен а=6 при К=12 и а=4 при К=6

Площадь сечения пленки ∑’’ можно определить как площадь сегмента

Из зависимости видно, что при малых толщинах преобладает когезионное разрушение, которое с увеличением δ/d переходит в адгезионно-когезионное.

Часто разрушение формовочных смесей при растяжении происходит по пленке связующего (когезионное разрушение). Следовательно, для увеличения прочности необходимо обеспечить получение на зернах смеси пленок связующего минимальной толщины.

Плотность упаковки частиц смеси увеличивается при введении в смесь небольшой мелкой фракции.

Проникновение жидкого металла в поры формы.

Большинство литейных форм, исключая металлические, имеют пористое строение. При заполнении формы жидкий металл повторяет ее внутреннее очертание и стремится проникнуть в поры между частицами формы. Металл скрепляет частицы формовочной смеси, что ухудшает качество поверхности и вызывает повышенный износ инструмента при механической обработке отливок.

Знание закономерностей проникновения металла в поры стенки формы необходимо для правильного выбора зернового и химического состава смеси. Силами, способствующими проникновению металла в поры формы, являются гидростатический напор и поверхностное натяжение; силами, препятствующими проникновению металла, - газовое давление в форме и низкая температура ее прогрева.

Жидкий металл не может проникнуть вглубь формы, если температура последней ниже температуры ликвидуса металла. Таким образом, максимальная глубина проникновения металла лимитируется глубиной прогрева формы до температуры плавления металла. Движение жидкого металла в порах формы подчиняется законам гидродинамики.

Прогрев формы и капиллярное проникновение металла, происходят последовательности, поэтому скорость суммарного процесса будет определяться скоростью наиболее медленного процесса. Для выявления условий проникновения металла в поры формы необходимо рассмотреть каждый из этих процессов.

1) Прогрев литейной формы теплом отливки.

Температурное поле песчано-глинистой формы характеризуется многими особенностями. Главная заключается в том, что во влажной форме происходит испарение и перемещение влаги, поскольку песчано-глинистая смесь представляет собой капиллярно-пористое тело. Это существенно влияете на температурное поле формы. Так как поверхностный слой формы при заливке обычно прогревается до высоких температур, то из зависимости между глубиной и временем прогрева формы следует, что скорость прогрева формовочной смеси резко уменьшается с увеличением расстояния от поверхности. Например, средняя скорость продвижения изотермы температуры 1450К (что соответствует температуре существования жидкого шлака) составляет 5-100 мкм/сек, при глубине прогрева формы 1мм и 0.5-10 мкм/сек при глубине прогрева 5мм. Глубина прогрева формы до температуры плавления металла обычно составляет при чугунном и стальном литье мелком 1-3мм и при крупном 20-30мм. Стержни, как правило, прогреваются на большую глубину.