Анализ методов оценки сцепления пригара на стальном литье (стр. 6 из 8)

При нагреве до 1400°С в воздухе или техническом азоте металлические стержни сразу же покрывались пленкой жидких окислов металла, которые, взаимодействуя со смесью, образовывали окисный расплав, проникавший в поры смеси па различную глубину и с различной скоростью. В зависимости от степени поглощения расплава между отливкой и формой и образовывался зазор величины, различной по площади сечения (рис8: белые пятна — зерна кварца; серое — стальной стержень, темное — зазор).

Установлено, что в жидкостекольных смесях зазор появляется через 30—50 сек, на песчано-глинистых — через 1, 2—2 мин, а на песчано-масляных — через 2, 5 мин после начала высокотемпературной выдержки, что объясняется различием в количестве и вязкости образующихся силикатных расплавов. По тем же причинам зазор между стальным образцом и цирконовой, с 5% бентонита, формой появлялся лишь через 5 мин, а в корундовой и магнезитовой не образовался и через 10 мин. Атмосфера в печи заметно влияла на величину и скорость образования зазора: в пропан-бутане смесь с металлом стержня не взаимодействовала и зазор не появлялся даже через 10 мин., а в техническом азоте и воздухе скорость его образования резко возрастала.

Степень окисления оценивали по остаточному диаметру металлического стержня. На рис. 4 представлен график его уменьшения в смеси 90% кварцевого песка К016 и 10% жидкого стекла с выдержкой при 1400°С на воздухе 1 и в техническом азоте 2. Изменение угла наклона кривых при 5 сек объясняется уменьшением скорости окисления в результате появления силикатного расплава, затрудняющего доступ кислорода к металлу.

В этих же атмосферах определили скорости миграции силикатных расплавов из контактной зоны в норы смеси на воздухе 1 и в азоте 2. Повышенная скорость миграции в первые 10 сек связана с механическим внедрением в смесь жидких окислов железа из-за увеличения объема стального образца при окислении. Отмеченные данные подтвердили анализ шлифов граничных слоев плит,

втулок и производственных отливок. Если сталь в поры формы не проникала, то корка пригара соединялась с отливкой застывшим железисто-силикатным расплавом как мостиками. Корка пригара на глубину до 15 мм пропитана темными силикатами с повышенным содержанием окислов железа. Ее поверхность со стороны отливки, где был зазор, глянцевая, а в местах контакта с отливкой — матовая или цвета излома железистого силиката. Средняя относительная площадь контакта корки пригара с отливкой (суммарное сечение мостиков, отнесенное к общей площади корки) для легкоотделимого пригара жидкостекольных смесей по результатам замеров с микрометрической сеткой на 100 пригарных корках составляла 1—15%. При тех же условиях замеров для трудноотделимого пригара она составляла более 40%. При этом зазор по сечению был примерно в 2 раза меньше, чем в граничном слое корки легкоотделимого пригара.

Таким образом, указанные величины, при прочих равных условиях, могут количественно характеризовать прочность связи пригара с отливкой. Установлено, что отделение корок пригара с одинаковой контактной площадью, но различных по составу исходной смеси или полученных при разных скоростях охлаждения отливок требует разных усилий: корки пригара, удерживаемые мостиками из закристаллизованного вещества, отделяются легче, чем связанные с

отливкой стекловидным веществом.

Механизм образования химического пригара представляется следующим образом.

После заливки формы поверхность отливки 1 покрывается слоем 2 окислов и силикатов железа (рис. 6, а: 3 — зерна кварца, 4 — пленка крепителя). Скорость окисления стали в первый момент после затвердевания отливки 5 (рис.10, б) при наличии в порах формы большого количества свободного кислорода велика (рис.10) [14], образующийся окисный расплав накапливается в граничной поверхности, увеличивая относительную площадь контакта отливки и формы. Часть расплава проникает в глубь формы между зернами песка, образуя и связывая корку пригара с отливкой (см. рис.10, б). В дальнейшем окисление поверхности отливки резко замедляется вследствие уменьшения окислительной способности газов в форме и снижения температуры металла, скорость образования нового окисного расплава на граничной поверхности становится меньше скорости его миграции в глубь формовочной смеси, и между отливкой и формой или стержнем возникает зазор (см. рис.10, б). При этом относительная площадь контакта металла с формой уменьшается. Ширина зазора слагается из толщины окисленного слоя металла и величины растворенного окислами по-

верхностного слоя формы. Строение корки пригара в стадии в всегда соответствует легкоотделимому пригару.

3.5. Метод оценки пригара по прочности сцепления

Влияние усадки отливки на формирование пригара проявляется в том, что при отходе металла от формы, если последняя не разрушается, ширина и площадь зазора увеличивается, а при сжатии формы или стержня — наоборот (см. рис.10). Этим пригар на наружных поверхностях отливок отличается от пригара на внутренних при использовании одинаковых смесей. При механическом проникновении стали в поры формы стадия в наступает лишь после полного окисления просеченной части металла и миграции ее в виде окисного железистого расплава в глубь формы. Практически это происходит при очень длительном температурном воздействии отливки на форму в условиях окислительной атмосферы

Установлено также, что пригар различных смесей формируется по приведенной схеме с характерными для каждой смеси особенностями. Например, температура плавления и вязкость силикатного расплава .—FeO, образующегося при использовании жидкостекольных смесей, относительно низкие, что и объясняет его повышенную скорость миграции в глубь формы или стержня. Различия свойств образующихся окисных расплавов и обусловливают различное время температурного воздействия для наступления той или иной стадии строения корки пригара при прочих равных условиях. Следовательно, при постоянной температуре заливки наступление той или иной стадии строения пригарной корки зависит в основном от толщины стенки отливки, применяемой формовочной смеси и характера атмосферы в форме.

По результатам исследований были разработаны практические рекомендации по предотвращению пригара на отливках из углеродистой стали.

При статическом напоре металла в форме из смеси на Кичигинском песке 1К0315А, не превышающем Нкр для данной смеси [2], химический пригар предотвращают так. При изготовлении отливок с толщиной стенки до 10—12 мм целесообразнее получать малоразвитый пригар (стадия, а на рис.10), для чего в смесь необходимо добавлять органические вещества, образующие восстановительные газы (битум, мазут, каменноугольная пыль и др.), замедляющие окисление металла и, следовательно, наступление стадии б в строении пригара (см. рис.10). На отливках со стенками 10—35 мм из-за большого времени воздействия высокой температуры процесс развивается до стадии трудно отделимого пригара (см. рис.10, б). Органические добавки здесь уже малоэффективны, но покрытия на основе маршалита, глинозема, циркона, корунда, алюминиевой пудры снова позволяют получать малоразвитый пригар. Отливки с толщиной стенок свыше 35 мм получаются с легкоотделимым пригаром, так как процессы переходят в стадию в.

Добавки в смесь, создающие восстановительные газы. которые могут задержать развитие процессов на стадии б, в этом случае вредны. Нежелательны глины, шпаты, шлаки и т. д., увеличивающие вязкость и снижающие скорость миграции контактного расплава в форму. Окислительная атмосферав форме или стержне при охлаждении отливки является положительным фактором, так как ускоряет все процессы, увеличивающие толщину и площадь зазора. Последнее подтверждено производственным применением кислорода для получения отливок с чистой поверхностью.

При использовании песчано-глинистых смесей для отливокс толщиной стенки до 20—25 мм из исходного песка должны быть удалены глина, пыль; в формовочной смеси не должны быть остатков жидкостекольной смеси, примесей железных руд, шпатов и других легко спекающихся плавней. Добавкав смесь малозольных веществ (мазута, раствора битума) положительные результаты. Небольшие 0, 2—2% добавки в формовочную смесь Мg2СОз, NaCI и других солей, а также замена глин бентонитами создают условия для получения;

легкоотделимого пригара. Формы и стержни отливок со стенками 25—50 мм рекомендуется покрывать красками или па стали на основе маршалита, циркона, корунда, таккакпри таких толщинах отливок наступает трудноотделимая стадия; пригара б (см. рис.10). Наружные сферические поверхности отливок со стенкам 50—70 мм получаются с легкоотделимым пригаром в (см рис.10). Здесь сказываются усадка металла и прочность формы в горячем состоянии, чему способствует зазор. Увеличит прочность формы при высокой температуре можно добавкам в исходную смесь жидкого стекла, железных руд и других плавней. Внутренние поверхности таких отливок рекомендуется покрывать пастами или облицовками на основе циркона корунда, хромомагнезита и магнезита.