Анализ методов сокращения пригара на стальном литье (стр. 10 из 16)

На Рис.21 представлены результаты опытов Б. Б. Гуляева и Ю. Ф. Боровского[10] по изучению влияния температуры заливки на глубину проникновения жидкого металла в стенки формы. Кривая 1 относится к смеси, изготовленной из кварцевого песка марки К016А, кривая 2 к смеси из молотого хромомагнезита, кривая 3 к смеси из хромистого железняка с зерновым составом, примерно соответствующим кварцевому песку. На Рис.21 видно, что глубина проникновения стали особенно резко возрастает с по

вышением температуры заливки при применении песчаной формы. Причем в области высоких температур заливки глубина проникновения стали значительно превышает радиус зерен формовочной смеси. Различие в характере кривых объясняется различной теплопроводностью применяемых формовочных материалов. При применении формовочных материалов с высокой теплопроводностью (хромомагнезит, хромистый железняк), вследствие интенсивного охлаждения заливаемого металла, проникновение его в поры формовочной смеси не получает значительного развития.

Э. Книпп отмечает, что для каждой смеси существует критическая температура, свыше которой происходит образование пригара. Эта критическая температура зависит от теплопроводности смеси. Чем выше теплопроводность формовочной смеси, тем быстрее на поверхности формы образуется затвердевший слой, препятствующий проникновению металла.

Если же температура заливки превышает критическую, то затвердевший слой расплавляется, а металл проникает в поры формовочной смеси.

В статье [8]приводится зависимость глубины проникновения жидкой стали в поры песчано-глинистой формовочной смеси от температуры заливки и размера зерен песка рис.22. При очень высокой температуре заливки (1640°) металл проникает даже в смесь с мелкозернистым песком. При этом кривая проникновения стали идет параллельно кривой газопроницаемости смеси. При снижении температуры заливки до 1620°С замена мелкозернистого песка крупнозернистым устраняет пригар. Пригар обнаруживается в этом случае только в смесях с 50% мелкого и 50% крупного песка. С уменьшением размера зерен песка пригар вновь уменьшается. При температуре 1600°С применение мелкозернистого песка увеличивает глубину проникновения. Несоответствие найденных зависимостей приведенным выше объясняется, по-видимому, различной плотностью смесей, оказывающей влияние на величину пригара.

Таким образом, с целью уменьшения пригара желательно снижать температуру заливки, если это возможно осуществить, не вызывая других пороков отливок.

Для предотвращения металлизированного пригара необходимо соблюдать следующее условие Тп < Ткр (где Тп - температура на поверхности затвердевающей отливки, Ткр - критическая температура, при которой металл начина-

ет проникать в поры литейной формы и образовывать пригар).

Исследовали влияние интервала затвердевания стали на предотвращение пригара в тепловых углах отливки[12]. Экспериментально исследовали кинетику изменения температуры поверхности плоских и крестообразных отливок с толщиной стенок 40, 80 и 200 мм из сталей 10Л, 30Л, 50Л и 100Л, заливаемых в формы из песчано-глинистой (ПГС), хромомагнезитовой (ХМС), хромитовой (ХС) и хромомагнезитовой с 50% дроби ДСЛ-05к (ХМДС) смесей. Отношение радиуса галтели r в углу крестообразной отливки к толщине ее стенки2R составляло 0; 0,2; 0,4; 0,6 и 1 при2R =40 мм и 0; 0,4 и 1 при 2R =80 и 200 мм.

Для предотвращения металлизированного пригара на стальных отливках по условию Тп < Ткр необходимо знать Ткр. Анализ экспериментально определенного значения температуры прекращения проникновения стали в поры формы показал, что Ткр - это температура, при которой прекращается фильтрация металла через поры затвердевающей корки на поверхности охлаждающейся отливки Значение ее может быть определено по формуле:

Ткр= (Тлик- s²)ΔТз,

где Тлик - температура ликвидуса стали;

s - доля твердой фазы, при которой прекращается фильтрация металла;

ΔТз - интервал кристаллизации сталей.

По данным А. И. Вейника, прекращение фильтрации металла в осевой зоне отливки наступает при выпадении твердой фазыs= 0,8- 0,9. Поэтому можно предположить, что прекращение фильтрации на поверхности отливки наступает при выпадении в ее пограничной зоне такого же количества твердой фазы Исследования показали, что для плоских отливок металлизированный пригар не образуется и приs= 0,3- 0,4. Это объясняется тем, что при наличии больших градиентов температуры в форме глубина проникновения металла настолько мала, что его прожилки неспособны, захватить даже находящиеся с ним в контакте зерна смеси

Для определения условий предотвращения металлизированного пригара на плоских стенках стальных отливок и вовходящих узлах проведено 200 вариантов расчета на ЭВМ. При этом учитывали следующие факторы2R, тепловую активность смеси bф, марку стали (интервал температур ее затвердевания ΔТз), перегрев ΔТпер заливаемого металла над Тлик, радиус галтели во входящем углу. Анализ результатов исследования показал, что для получения отливок без

металлизированного пригара по условию Тп < Ткр решающими технологическими факторами являются ΔТз и bф[12].

Значение максимально допустимого перегрева ΔТз при заливке стали, определяли по результатам расчетов на ЭВМ исходя из условия, что максимальная температура поверхности отливки равна Ткр. На основании полученных данных построена номограмма (рис.23 А) для определения ΔТпер при заливке плоских отливок с толщиной стенок до 200 мм сталями с различным интервалом кристаллизации (кривые 1- 4- соответственно 25, 50, 85 и 120°С) в формы из ПГС, ХМС, ХС и ХМДС (соответственно I-IV).

Результаты анализа показали, что значение ΔТпер заливаемых сталей быстро

повышается с уменьшением2R отливки и повышением bф смеси. Экспериментально показано, что при увеличении интервала затвердевания металла допустимый его перегрев при заливке уменьшается, но его влияние на получение поверхности плоской стальной отливки без пригара невелико по сравнению с2R и bф.

Так, разность по значению ΔТпер при заливке сталями 30Л и 100Л плоской отливки толщиной 40 мм в формы из ПГС не превышала 10°С.

При изучении кинетики изменения температуры поверхности фасонных отливок следует отметить, что наибольший металлизированный пригар в них можно ожидать во входящих (теплых) углах Тп в этих местах сначала резко возрастает, а затем в течение длительного промежутка времени значительно превышает Тп стенки отливки вдали от угла. Скругления в углу отливки уменьшают максимальную температуру ее поверхности и поэтому позволяют уменьшить опасность образования пригара, особенно на тонкостенных отливках и на отливках из сталей с небольшим интервалом кристаллизации (до 50-80°С).

На рис.23 Б представлена номограмма для определения условий предотвращения пригара по условию Тп < Ткр в углах фасонных отливок из стали 30Л с толщиной стенки 40, 80 и 200 мм (соответственно кривые с одним, двумя и тремя штрихами), заливаемых в формы из различных смесей с перегревом 40, 80 и 120°С (кривые 1-3 соответственно) С увеличением интервала затвердевания заливаемых сталей минимальный радиус галтели ro внутреннего угла отливки увеличивается тем больше, чем толще отливка и выше температура заливки (рис.23 В: кривые 1-3-2R соответственно 40, 80 и 120 мм; кривые с одним, двумя и тремя штрихами - соответственно для ΔТкр=10, 60, 80°С). Последовательность определения rо в углу крестообразной отливки из стали с ΔТкр=40°С и2R=80 мм при заливке ее в форму из ХМС с перегревом 60°С показана стрелками. На плоских стальных отливках можно предотвратить пригар, регулируя продолжительность заливки формы.

В связи с тем, что скорость понижения температуры поверхности угла очень низкая (для крестообразных отливок с относительным значением радиуса галтели в углуr/(2R)= 0,4 она в 4 раза ниже, чем для плоской стенки такой же толщины), предотвратить проникновение металла, увеличивая только длительность заливки, на таких отливках затруднительно. Этого можно достичь сочетанием ряда мер: применением смесей с повышенной тепловой активностью и критическим противодавлением, применением внутренних и наружных холодильников, понижением перегрева металла, а также выбором оптимального радиуса галтели в углу.

Проверка экспериментальных данных показала, что при соблюдении определенных по номограммам параметров пригар на отливках отсутствует.

3.5.Теплоаккумулирующая способность формы

Формовочные смеси с повышенной теплопроводностью и теплоаккумулирующей способностью увеличивают скорость и глубину прогрева формы. В местах отливки с длительным подводом тепла (литниковая система, экзотермическая прибыль и т. д.) такие смеси могут дать повышенный пригар. Напротив, при отсутствии дополнительного подвода тепла указанные формовочные смеси способствуют отбиранию тепла от жидкого металла и образованию твердой корочки на поверхности отливки,т. е. способствуют уменьшению пригара [1,10,13]. Например, при заливке стали 20Х13НЛ в песчано-глинистую форму с коэффициентом теплоаккумулирующей способности bф =1380 дж/(м³ сек град) глубина проникновения металла в поры формы равна 0,55 мм, а в случае заливки той же стали в хромомагнезитовую форму с жидким стеклом (bф = 3350 дж/(м³ сек град) - 0,1 мм.