 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Процессы взаимодействия литейной формы с расплавом
4.1 
Газовые раковины и пористость в отливках
В расплавленном состоянии металлы и сплавы способны активно поглощать значительное количество водорода, кислорода, азота и других газов из оксидов и влаги исходных шихтовых материалов при их плавке, сгорании топлива, из окружающей среды, при заливке металла в форму и т.д.
В жидких металлах и сплавах растворимость газов с увеличением температуры повышается. При избыточном содержании газов они выделяются из расплава в виде газовых пузырей, которые могут всплыть на поверхность или остаться в отливке, образуя газовые раковины, пористость или неметаллические включения, снижающие механические свойства и герметичность отливок. При заливке металла движущийся расплав может захватывать воздух в литниковой системе, засасывать его через газопроницаемые стенки каналов литниковой системы. Кроме того, газы могут проникать в металл из формы при испарении влаги, находящейся в формовочной смеси, при химических реакциях на поверхности металл – форма и т.д.
Для уменьшения газовых раковин и пористости в отливках плавку следует вести под слоем флюса, в среде защитных газов с использованием хорошо просушенных шихтовых материалов. Кроме того, перед заливкой расплавленный металл необходимо подвергать дегазации вакуумированием, продувкой инертными газами и другими способами, а также увеличивать газопроницаемость форм и стержней, снижать влажность формовочной смеси, подсушивать формы и т.д.
Пригар на поверхности отливок. В процессе заливки, затвердевания и охлаждения металл отдает теплоту литейной форме конвекцией, излучением и посредством теплопроводности. Чем дольше протекает металл по определенным участкам формы и находится в них в жидком состоянии, тем сильнее прогревается поверхность формы и тем медленнее остывает расплав. В результате прогрева формы на поверхности контакта ее с металлом интенсивно развиваются тепловые, физико-химические и механические процессы, протекающие в период заливки, затвердевания и охлаждения металла. Вследствие этих процессов на поверхности отливки образуется пригар, который представляет собой трудноотделимый от поверхности отливки слой из металла, его оксидов и частичек формовочной смеси. Пригар ухудшает поверхность отливки, увеличивает трудоемкость ее очистки, снижает стойкость инструмента при обработке резанием. Различают химический и механический пригары.
Химический пригар образуется на отливках в период соприкосновения формы с полузатвердевшим металлом, еще имеющим высокую температуру. Появлению химического пригара способствует наличие в формовочной смеси оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов, образующих с оксидом железа силикаты с низкой температурой плавления. Эти силикаты могут проникать между песчинками, образуя пригарную корку.
Для уменьшения химического пригара применяют формовочные смеси с минимальным содержанием оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов; в зависимости от сплава вокруг отливки создают либо восстановительную, либо окислительную атмосферу; рабочую поверхность формы покрывают противопригарными покрытиями.
Механический пригар образуется вследствие механического проникания жидкого металла между песчинками на поверхности формы и стержней под действием напора жидкого металла и капиллярных сил в процессе его заливки и затвердевания. Этот вид пригара трудно удаляется с поверхности отливки из-за образования прочной корки, состоящей из формовочной смеси, пропитанной металлом.
Для устранения механического пригара снижают температуру заливки металла; окрашивают формы защитными покрытиями; используют облицовочные смеси и т.д.
Кристаллизация сплавов в форме. Залитый в литейную форму металл при охлаждении начинает кристаллизоваться, т.е. образуются кристаллы при переходе из жидкого состояния в твердое. Для образования кристаллов из расплава необходимы зародыши, или центры, кристаллизации, которые могут образовываться самопроизвольно; в качестве центров кристаллизации могут служить примеси, образующиеся в расплаве из продуктов реакций плавки металла в печи. Условия протекания кристаллизации определяют структуру и свойства сплава и отливки. Чем больше центров кристаллизации, тем мельче будут кристаллы, и наоборот. Структура отливок зависит от условий плавки; примесей, содержащихся в сплаве; способа подвода расплава в форму и охлаждения отливки в форме; интервала кристаллизации и других факторов. Зная влияние различных факторов на процесс кристаллизации сплавов, можно направленно изменять кристаллическое строение отливок, улучшая их свойства.
Напряжения в отливках. В отливках в результате неравномерного затвердевания тонких и толстых частей и торможения усадки формой при охлаждении возникают напряжения. Эти напряжения тем выше, чем меньше податливость формы и стержней. Если величина напряжений превысит предел прочности литейного сплава в данном участке отливки, то в теле ее образуются горячие или холодные трещины. Если литейный сплав имеет достаточные прочность и пластичность и способен противостоять действию возникающих напряжений, искажается геометрическая форма отливки.
Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре, близкой к температуре солидуса. Горячие трещины проходят по границам кристаллов и имеют окисленную поверхность.
Склонность сплавов к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов (водорода, кислорода), серы и других примесей. Кроме того, образование горячих трещин вызывает резкие переходы от тонкой части отливки к толстой, острые углы, выступающие части и т.д. Высокая температура заливки способствует увеличению зерна металлической структуры и увеличению перепада температур в отдельных частях отливки, что повышает вероятность образования трещин.
Для предупреждения возникновения горячих трещин в отливках необходимо создавать условия, способствующие формированию мелкозернистой структуры; обеспечивать одновременное охлаждение тонких и толстых частей отливок; увеличивать податливость литейных форм; по возможности снижать температуру заливки сплава.
Холодные трещины возникают в области упругих деформаций, когда сплав полностью затвердел. Тонкие части отливки охлаждаются и сокращаются быстрее, чем толстые. В результате в отливке образуются напряжения, которые и вызывают появление трещин. Холодные трещины чаще всего образуются в тонкостенных отливках сложной конфигурации и тем больше, чем выше упругие свойства сплава, чем значительнее его усадка при пониженных температурах и чем ниже его теплопроводность. Опасность образования холодных трещин в отливках усиливается наличием в сплаве вредных примесей (например, фосфора в сталях).
Для предупреждения образования в отливках холодных трещин необходимо обеспечивать равномерное охлаждение отливок во всех сечениях путем использования холодильников; применять сплавы для отливок с высокой пластичностью; проводить отжиг отливок и т.п.
Коробление – изменение формы и размеров отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении. Коробление увеличивается при усложнении конфигурации отливки и повышении скорости охлаждения, что вызывает неравномерное охлаждение между отдельными частями отливки и различную усадку. Коробление отливки может быть также вызвано сопротивлением формы усадке отдельных частей отливки. Для предупреждения короблений в отливках необходимо увеличивать податливость формы; создавать рациональную конструкцию отливки и т.д.
Поиск по сайту: