Анализ методов сокращения пригара на стальном литье (стр. 11 из 16)
Особо ответственные отливки изготовляют в формах, облицованных смесью из огнеупорных материалов с высокой теплоаккумулирующей способностью, например, хромомагнезита или циркона. Обладая повышенной охлаждающей способностью, но сравнению с кварцевым песком, эти смеси уменьшают механический пригар, снижая глубину проникновения расплава примерно вдвое[10,9].
Противопригарные краски, приготовленные из материалов с повышенной теплоаккумулирующей способностью, не оказывают охлаждающего воздействия на отливки ввиду незначительной толщины слоя.
Установлено, что глубина проникновения жидкого металла в форму уменьшается с увеличением ее теплоаккумулирующей способности и с понижением температуры заливки стали.
На рис.24 показано влияние температуры заливки (кривая 1) и теплоаккумулирующей способности формы (кривая 2) на наибольшую глубину проникновения стали в литейную форму.
С увеличением толщины стенок отливки и перегревомзаливаемой стали для уменьшения проникания металла необходимо использовать формовочную смесь с более высокой теплоаккумулирующей способностью.
Рис.24. Влияние температуры заливаемого металла (кривая 1) и теплоаккумулирующей способности формы (кривая 2) на глубину проникновения в нее металле [bф в (ккал/(м
))]При этом влияние степени перегрева будет сильнее влияния толщины стенок отливки.
Использование формовочной смеси с высокой теплоаккумулирующей способностью значительно повышает температуру заливки, при этом механический пригар не образуется. Установлено, что нерационально использовать смесь с высокой теплоаккумулирующей способностью, толщина слоя которой больше 0,05-0,08 толщины стенки плоской отливки.
На основании аналитических, экспериментальных исследований и практических данных предложены номограммы[1] для выбора состава, типа и толщины противопригарных покрытий в зависимости от теплофизических параметров металла, покрытия и формовочной смеси, температуры заливки стали, а также приведенной толщины отливки. Противопригарные покрытия, предупреждающие образование пригара стальных отливок, выбирают с помощью номограмм, показанных на рис.25.
Рис.25 Номограммы для определения условий получения стальных отливок без механического пригара:I- определение наименьшей теплоаккумулирующей способности покрытия и II - наименьшей относительной толщины покрытия [bфв ккал/(м2 ч
К)]В зависимости от приведенной толщины отливки R (для отливок с тонкими и массивными частями определяют приведенную толщину массивных частей) и перегрева стали выше температуры кристаллизации или солидуса по номограммам (рис.25, a, 6) определяют наименьшую теплоаккумулирующую способность покрытия, исключающего образование механического пригара. По полученной теплоаккумулирующей способности покрытия и данным табл.17 выбирают соответствующую смесь.
Таблица 17
Теплоаккумулирующая способность формовочных смесей
Смесь | Теплоаккумулирующая способность смеси, ккал/(м2 ч град) |
| Песчано-глинистая, 1096 глины Песчано-глинистая, 3096 маршалита Песчано-глинистая, 6% жидкого стеклаПесчано-маршалитовая, 2096 маршалита и 6% жидкого стекла Хромомагнезитовая, 6% жидкого стекла Хромомагнезитовая с сульфитным щелоком | 20-25 30-35 28-30 32-34 40-55 40-50 |
В работах[9,13,7] показано, что наиболее эффективным средством борьбы с механическим пригаром на отливках является использование смесей и противопригарных покрытий с высоким коэффициентом теплоаккумулирующей способности bф, в первую очередь с хромомагнезитом и хромистым железняком (bф =40-45); смеси из цирконового песка имеют bф до 50. Более высокие bф могут быть получены лишь принудительным охлаждением формы во время заливки и охлаждения металла. Так, при продувке формы воздухом bфможет быть повышена до 70-80 ккал/м²ч
С.Опыт многих заводов показывает, что смеси, пасты и краски из хромомагнезита, хромистого железняка и обезжелезенного циркона действительно улучшают чистоту поверхности отливок),в том числе из высоколегированных хромоникелевых сталей
П. А. Борсуком [9]было изучено также влияние теплоаккумулирующей способности смесей на величину механического пригара. В опытах (табл.18) гранулометрическое строение смесей было одинаковым.
Таблица 18
Влияние теплоаккумулирующей способности смесей на величину механического пригара
| Давление в кГ/см | Характеристика пригара | Смеси | |||
| Песчано-глинистая с жидким стеклом | Песчано-маршалитовая с жидким стеклом | Хромомагнезитовая с сульфитным щелоком | Хромомагнезитовая с жидким стеклом | ||
| 1,2 | Глубина проникновения в мм | 0, 55 | 0, 27 | 0, 23 | 0, 14 |
| 1, 8 | Глубина проникновения в мм | 0, 58 | 0, 31 | 0, 25 | 0, 14 |
| 2, 5 | Глубина проникновения в мм | 0, 65 | 0, 33 | 0, 20 | 0, 15 |
Теплоаккумулирующая способность смеси в ккал /м2 * град *  | 20 | 30 | 40 | 45 | |
Таким образом, испытания смесей, отличавшихся только теплоаккумулирующей способностью, показали, что при увеличении последней с 20 до 30ккал (м²*град*
), соответственно с 40 до 45 ккал (м²*град* ) глубина проникновения металла уменьшается почти в 2 раза.3.6. Применение восстановительных добавок
Для предохранения металла от окисления во время заливки в состав покрытий и смесей вводят органические вещества, которые при соприкосновении с расплавом сгорают или, пирогенно разлагаясь, способствуют созданию в форме восстановительной атмосферы. При получении наиболее сильно окисляющихся легированных стальных отливок для создания восстановительной атмосферы сухие формы поверх обычных противопригарных покрытий окрашивают дополнительно кузбасслаком или асфальтовым лаком[3]. Образующаяся при этом восстановительная атмосфера либо препятствует образованию химического пригара, либо восстанавливает высшие окислы железа до низших, чем способствует образованию легкоотделяемого пригара. Восстановительная атмосфера должна возникать в полости формы с момента поступления первых порций расплава и сохраняться в ней до окончания химического взаимодействия между окислами металла и формы. Для восстановления уже образовавшихся окислов в состав покрытий вводят активные окислители: алюминий, марганец, титан и др.
Одним из путей предотвращения окисления затвердевающей отливки является искусственное создание на поверхности формы вязкой расплавленной пленки шлака, препятствующей поступлению кислорода. Для этой цели в состав красок вводят щелочи, жидкое стекло или соли, образующие при расплавлении вязкие шлаки.
Создание в форме восстановительной или нейтральной среды в ряде случаев оказывает положительное влияние на условия образования пригара.
Так, Л. Е. Плотинский показал, что создание восстановительной среды в форме и нанесение на ее поверхность каменноугольной смолы позволяет получать стальные отливки (в том числе из высоколегированных хромоникелевых сталей) с поверхностью, свободной от плен и пригара. Но так как углеродосодержащие добавки быстро сгорают в форме то их рекомендуется применять только для мелких отливок[10].
Применять в качестве добавки в формовочные смеси для стального литья углеродосодержащие вещества (мазут, каменный уголь и др.) не следует, так как при этом может происходить науглероживание поверхности стальной отливки и вследствие этого усиление проникновения стали в поверхность формы и увеличение толщины пригара[4,6,9].
3.7. Применение окислительных добавок
При заливке формы на поверхности стальной отливки образуется пленка из металлических окислов. Температура плавления некоторых из них ниже температуры заливки. Такие окислы оказываются перегретыми и жидкоподвижными. Поэтому они проникают в поры формы и, взаимодействуя с формовочными материалами, образуют легкоплавкие силикаты, которые увеличивают пригар.
Наиболее активно взаимодействует с железными окислами кварцевый песок (кремниевая двуокись реагирует с FeO и МnО, образуя легкоплавкие соединения).
Термодинамические исследования дают возможность представить протекание вероятных реакций в форме:
Fe +
O2 
FeO;