Магнезит. Огнеупорностью не менее 2000°. К недостаткам магнезита относятся высокий удельный вес и малая термическая стойкость.
В качестве связующих были испытаны декстрин, огнеупорная глина, силикон, цемент, жидкое стекло, вода, соляная кислота, хлористый магний, сорель-цемент, хлорид железа, бура. Лучшим связующим оказался сорель-цемент (45% MgO, 12% MgCl2 и 43% H2O), вводимый в смесь в количестве 15%.
Проведенные опыты показали, что оптимальными являются формовочные смеси со средней величиной зерна основного материала 0,2 мм.
Формовочная смесь пригодна для получения отливок из высоколегированных, в особенности аустенитных сталей, трудно поддающихся механической обработке.
В настоящее время магнезит еще не нашел себе широкого применения ввиду его дороговизны и дефицитности. Однако его можно рекомендовать при производстве отливок из специальных сталей и сплавов, обладающих высокой температурой плавления и большой химической активностью по отношению к обычным формовочным материалам. Магнезит рекомендуется применять при получении отливок из марганцевых и других специальных сталей.
Шамот. Представляет собой обожженную огнеупорную глину; содержит муллит 3Аl2О3-2SiO2 (40% А12Оз, остальное SiO2); его огнеупорность 1670-1750° С.
Шамот в виде порошка применяют в качестве наполнителя формовочных смесей при производстве крупного стального литья, в том числе и для изготовления форм многократного использования.
Шамотные смеси позволяют получать отливки с более чистой поверхностью, чем кварцевые смеси, что объясняется меньшим взаимодействием шамота с окислами железа и отсутствием в нем структурных превращений при контакте с металлом вызывающих резкое изменение объема
Основными из них являются следующие: химическое взаимодействие окислов металла и формы; недостаточная огнеупорность, особенно при использовании в смесях кварцевого песка, загрязненного посторонними окислами; высокий коэффициент термического расширения, приводящий к образованию поверхностных дефектов и снижающий точность размеров отливок; способность взаимодействовать с окислами железа; большое образование пыли и плохие санитарно-гигиенические условия в цехе.
3.10. Рекомендации по выбору противопригарных
покрытий для предотвращения химического пригара
Образующийся между стальной отливкой и химическим пригаром окисной слой, состоящий из вюстита и магнетита, контактирует с более или менее активной но отношению к окислам железа формой. Очевидно, материалы, способствующие сохранению и росту вюститной прослойки, обеспечат максимально легкое отделение пригара от отливки[10,4].
На отливках из углеродистой стали формирование окисной пленки начинается после затвердевания поверхности. На поверхностях отливок из легированных сталей образуется относительно тонкий окисный слой, состоящий из шнинелей и окислов легирующих элементов. Температура образования этого слоя выше температуры заливки сплавов. После затвердевания отливки из легированной стали окисление металла продолжается в результате диффузии атомов железа через слой окислов легирующих элементов и встречной диффузии кислорода. Во всех случаях на поверхности отливок из высоколегированных хромо-никелевых и хромистых сталей при охлаждении образуется двух-или трехслойная окалина, отделяющаяся по вюститному слою. Следовательно, прочность связи химического пригара с отливками как из углеродистых, так и из легированных сталей будет определяться наличием и толщиной вюститного слоя.
Уменьшение вюститного слоя на отливках происходит с двух сторон: со стороны формы за счет непрерывного подвода окислителя происходит доокисление FeO до магнетита по реакции ЗFеО+ Н2О=FeзО4+ Н2; со стороны металла за счет восстановления FeO углеродом, растворенным в сплаве, по реакции
FeO + C = Fe+CO. Кроме того, часть образовавшихся на поверхности отливкиокисловпроникает и глубь формыи не участвует в формировании окисной пленки. В то же время за счет диффузии железа через слой окислов вюститный слой возрастает (Fe3О4+ Fe = 4FеО).
При выборе противопригарных материалов для отливок из углеродистых и легированных сталей необходимо учитывать как характер образующихся окислов в результате взаимодействия формы с металлом, так и скорость отвода их из зоны контакта металла с формой. Оптимальным будет случаи максимального образования вюстита на поверхности отливки при минимальном проникновении образовавшихся окислов в поры формы. Наилучшим противопригарным материалом для красок при производстве литья из углеродистой стали является корунд. Действительно, в контакте с корундом углеродистая сталь окисляется достаточно полно при значительном содержании FeO в продуктах окисления. В то же время скорость отвода продуктов окисления от поверхности металла в случае использования корундовой смеси минимальна. Хорошие противопригарные свойства корунда подтверждаются результатами многих исследований и производственной практикой[4,10]. При контакте углеродистой стали с цирконом также образуется много FeO и относительно малоFe3О4. в то же время глубина проникновения окислов в смесь относительно невелика.
Хромит и хромомагнезит обеспечивают легкое отделение пригара от отливки за счет весьма интенсивного окисляющего воздействия на металл. Образованием большого количества окислов железа объясняется значительная толщина химического пригара и одновременно легкое отделение последнего от отливки При использовании хромита и хромомагнезита поверхность отливки хотя и свободна от пригара, но не всегда сильно окислена.
Критерием противопригарности хромистого железняка обычно считают отношение содержаний окислов хрома и железа: чем выше это отношение, тем лучшими противопригарными свойствами обладает хромит. А. Д. Попов хорошие противопригарные свойства хромистого железняка объясняет тем, что окислы железа, образующиеся на поверхности стальных отливок, реагируя с хромистым железняком, образуют тугоплавкие и малоподвижные соединения, которые заполняют поры между зернами смеси, чему также способствует и процесс спекания хромистого железняка. Хромомагнезитовые смеси подобны хромитовым, но уступают последним но спекаемости. Исследования, выполненные в ЦНИИТмаше, показывают, что хорошие противопригарные свойства обоих материалов связаны преждевсего с их окисляющим воздействием на металл: чем больше в формовочном материале содержится окислов железа, тем более вероятно образование легкоотделимого пригара. С этим связан и эффект, достигаемый при введении и кварцевые смеси железной или марганцевой руды.
Если при контакте формы с углеродистой сталью процесс окисления железа лимитируется подводом окислителя к поверхности реакции, то при затвердевании в форме высоколегированных хромоникелевых сталей процессом, определяющим образование слоя окислов железа, будет диффузия ионов железа через слои шпинелей, прилегающий к неокисленной поверхности сплава. Для легкого отделения пригара от отливки необходимо использовать такие формовочные материалы, которые в минимальной степени разрушают образовавшийся вюститный слой или, взаимодействуя с закисью железа, образуют соединения, не связанные со слоем шпинели. Наилучшие результаты следует ожидать при использовании корунда для отливок из хромоникелевых сталей. Корунд практически не взаимодействует с окислами железа, образующими внешний слой окалины на хромистых сталях.
При контакте хромоникелевой стали со смесью из хромистого железняка образующийся вюститный слой находится между двумя практически одинаковыми слоями хромита железа: внутренним слоем окисной пленки и слоем смеси из хромитового песка, и не взаимодействует с ними. Отмеченное небольшое проникновение продуктов взаимодействия связано, по-видимому, с влиянием примесей в смеси.
В состав хромомагнезита, как известно, наряду с хромитом железа входят магнезиоферрит и свободная окись магния в виде периклаза. По данным Я. В. Ключарева, в смесях окиси магния, хрома и железа при температуре выше 800 °С окись железа магнезиоферрита постепенно замещается окисью хрома, и образуется магнезиохромит. Следовательно, при наличии свободных MgO, Сг2Оз и окислов железа в первую очередь будут образовываться хромиты магния, а не железа. Процесс образования магнезиохромита всегда сопровождается разрыхлением слоя продуктов взаимодействия. При контакте хромомагнезита с хромистой или хромоникелевой сталью взаимодействующие на поверхности отливки окислы хрома образуют с периклазом шпинель MgCr2О4. улучшая условия образования окислов железа и уменьшая прочность слоя продуктов взаимодействия.
Удовлетворительные результаты дает циркон в качестве наполнителя красок или смесей при контакте, которого со сталью 0Х12НДЛ образуется довольно много окислов Fe, а отвод их от поверхности реакции не очень интенсивный.
Для отливок из высокомарганцевой стали наилучшие результаты достигаются при использовании оливина, корунда близок к ним хромомагнезит[4,11,10]. С кварцевым песком окислы Mn и окислы Fe образуют легкоплавкие силикаты в виде родонита, тефроита которые могут довольно быстро проникать в глубь формы и образовывать химический пригар значительной толщины с оливином MnO иFeO не взаимодействуют, напротив при нагреве оливиновых песков происходит разложение фаялита, доокисление закиси до окиси Fe и выделение Fe2O3 в виде самостоятельной фазы. Корунд и дистен – силлиманит практически нейтральны к FeO и MnO; нейтральны к этим окислам также периклаз составляющий 50% хромомагнезита и фосферит.
Выводы
На основании проведенного анализа можно рекомендовать следующие технологические мероприятия для устранения или уменьшения пригара: