Анализ методів скорочення пригара на сталевому литье

|Содержание |стор. | |Запровадження |4 | |1. Класифікація видів пригара |6 | |1.1. Термічний пригар |6 | |1.2. Механічний пригар |6 | |1.3. Хімічний пригар |10 | |2. Вплив технологічних чинників на пригар |12 | |2.1. Вплив огнеупорности |12 | |2.2. Вплив тиску глибину проникнення пригарного шару |12 | |2.3. Вплив в’язкості металу на глибину проникнення | | | пригарного шару |15 | |2.4. Вплив температури на пригар |16 | |2.5. Вплив хімічного складу металу на пригар |17 | |2.6. Вплив відбудовних добавок на пригар |18 | |2.7. Вплив окисних добавок на пригар |18 | |2.8. Смачиваемость |19 | |2.9. Вплив складу формовочной суміші |23 | |2.10. Вплив газопроницаемости форми |26 | | 3. Заходи сокращающие пригар на отливках |27 | |3.1. Класифікація методів боротьби з пригаром |27 | |3.2. Скорочення хімічного пригара |28 | |3.3. Зменшення пористости |29 | | 3.3.1. Зменшення розміру зерна |29 | | 3.3.2. Підвищення ступеня ущільнення форми |34 | | 3.3.3. Спекающиеся суміші |36 | |3.4. Зміна температури заливання |38 | |3.5. Теплоаккумулирующая здатність форми |43 | |3.6. Застосування відбудовних добавок |46 | |3.7. Застосування окисних добавок |47 | |3.8. Застосування противопригарных фарб |52 | |3.9. Виготовлення форм з высокоогнеупорных і хімічно | | | інертних формувальних матеріалів для скорочення пригара |53 | |3.10. Рекомендації за вибором противопригарных покриттів для | | | запобігання хімічного пригара |58 | | Висновки |61 | |Список використаної літератури |62 |.

Пригар на отливках одна із найпоширеніших дефектів, значно яке підвищує трудомісткість обрубних і очисних робіт. Упродовж багатьох років ливарники вивчають механізм освіти пригара і розробляють методи боротьби з нею. Проте досі ще знайдено способи повного усунення пригара завжди практики. Такий стан пояснюється надзвичайної складністю процесів, що відбуваються лежить на поверхні розділу металл-форма і що призводять до освіті пригара. Пригаром зазвичай називають неметаллическую скоринку, міцно утримувану на поверхні виливки і що складається з зерен формовочного матеріалу і цементуючого речовини. Поділ пригара на різновиди, є умовним, й у реальних отливках можна знайти одночасне існування всіх, чи, по крайньої мері, два види пригаров. Отже, пригар на отливках буває комбінованим. У разі форми заливаемый метал у більшої або меншої ступеня покритий окислами, різко змінюють характер проникнення металу у пори формовочной суміші. Встановлено, що цівки металу, проникаючі в пори форми, вкриті плівкою окислів заліза. Отже, механічному пригару супроводжує і сприяє хімічний пригар. Проте чи всякий пригар зумовлює необхідність боротьби з нею. Часто яка утворювалася пригарная кірка легко відокремлюється від виливки при наступному охолодженні. Це правда званий легкоотделимый пригар. Іноді боротьби з пригаром зводиться немає попередження освіти пригара, а для отримання легкоотделимого пригара замість трудноотделимого. Які практично такі дефекти виливків, як «перфорація» і «металлизация» є різновиду хімічного, термічного і механічного пригаров. Тому способи запобігання зазначених дефектів є спільними зі способами запобігання пригара на отливках. Освіта пригара визначається багатьох чинників, залежними від властивостей металу, від властивостей формувальних сумішей і технологічних умов заливання. На освіту пригара, з одного боку, впливають хімічний склад металу, його в’язкість і жидкотекучесть, ступінь раскисленности металу, його капілярні властивості (поверхове натяг і можливість змочувати стінки форми) тощо. буд. З іншого боку, виникнення або відсутність пригара визначається огнеупорностью, хімічним і зерновим складом формувальних матеріалів, сумішей, пористість і теплоаккумулирующей здатністю форми, активністю окислів формувальних матеріалів до окислам металу тощо. буд. З іншого боку, такі чинники, як металлостатическое тиск, атмосфера в формі під час заливання, тривалість заливання, співвідношення коефіцієнтів розширення й стискування металу і формувальних матеріалів та інших., істотно впливають освіту пригара і міцність зчеплення його з виливком. З викладеного вище варто, що з вивченні взаємодії металу і форми доводиться зіштовхуватися з дуже великих числом змінних у часі чинників, визначальних величину і характеру пригара. Врахувати вплив кожного їх який завжди можна. Тому важко таку методику, яка б дати універсальну оцінку противопригарных властивостей формувальних сумішей. Противопригарные властивості сумішей є комплекс багатьох властивостей металу і формувальних матеріалів, і навіть умов заливання металу у форму. Не можна сказати про противопригарных властивості даної суміші взагалі не враховуючи властивостей металу. Відомо, що суміші, що дозволяють одержувати чисті від пригара виливки вже з сплаву, виявляються непридатними для виливків з деяких інших сплавів. Складність процесів взаємодії металу і форми змушує ливарників йти двом шляхах оцінки противопригарных властивостей. Перший шлях полягає у цьому, щоб роздільно вивчати чи невелику групу чинників, переважно які впливають будь-якої вид пригара. Він дає понад загальні рішення, дозволяє будувати теоретичні основи процесів взаємодії металу і форми, і навіть оцінювати цікаві для нас властивості суміші в фізичних одиницях виміру. Другий полягає при застосуванні різних технологічних проб. Освіта пригара вивчають за умов, близьких до практичним, т. е. вивчають комплексний пригар з величезним переважанням тієї чи іншої виду пригара. Оцінку противопригарных властивостей суміші роблять або якісно, або за якомусь умовному кількісному критерию.

Метою згаданої роботи є підставою аналіз методів, скорочення пригара, на підставі літературних данных.

1. Класифікація видів пригара.

4 Термічний пригар

Виникає внаслідок оплавлення матеріалу форми під впливом теплоти залитого металу. Він щоразу під час використання для приготування формувальних сумішей пісків і глин із недостатньою огнеупорностью. Такий пригар здебільшого легко відстає від поверхні виливків як товстої «шуби», але виливок має нерівну сіру поверхню з точковими включеннями нерасплавившегося кварцу. Оплавлення формовочного матеріалу супроводжується газовыделением й утворенням поверхневих газових раковин.

5 Механічний пригар

Утворюється внаслідок проникнення розплавленого металу у пори форми. Щоб виник механічний пригар, метал повинен впровадитися в пори форми на глибину незгірш від діаметра зерна формовочной суміші. У цьому на поверхні виливки виникає сітка з металу і зерен формовочной суміші, видалити що можна лише вирубкою що з поверховим шаром виливки. Механізм освіти механічного пригара можна так. Надходячи у форму, рідкий метал зтикається з цим іще холодними її стінками і охолоджується із поверхні, внаслідок на поверхні виливки утворюється затверділа кірка. Товщина цієї палітурки залежить від температури що заливається металу, температури і теплоаккумулирующей здібності форми й інших чинників. Якщо виливок порівняно тонкостінна, то теплоти, выделяющейся при наступної кристалізації всієї маси виливки, бракує у тому, щоб знову розплавити спочатку утворену скоринку і знову забезпечити вже довший контакт рідкого металу зі стінками форми. У умовах механічний пригар утворитися неспроможна. Якщо ж у рівних умов заливають велику толстостенную відливку, то яка утворювалася спочатку кірка знову розплавиться під впливом теплоти затвердевающей виливки і рідкий метал ввійде у контакт зі стінками форми. Проте впровадження їх у пори форми починається не відразу, оскільки формувальні матеріали підбирають те щоб де вони смачивались рідким металом. У умовах, як відомо, виникає капілярну засунений pk, протидіюче впровадженню рідини в капіляри. З іншого боку, проникненню металу перешкоджатиме порівняно низька температура форми. Принаймні прогрівання стінок форми з формовочной суміші виділяються водяну пару і гази, створюють в порах газове засунений рr, яке також перешкоджає проникненню металу. Коли ж прилежащие до литві верстви форми нагріваються до температури ликвидуса що заливається сплаву, проникнення неокисленного металу стає можливим. Спочатку проникнення металу необхідно створити металлостатическое тиск рм, що має бути одно чи перевершувати за величиною суму капілярного і газового противодавления, т. е. для освіти механічного пригара необхідні умова: pм = pк + рr.

Металлостатическое тиск, у якому починається проникнення розплаву, називають критичним. У холодної формі, якщо тиск металу на стінку форми одно критичного, метал проникне в пори форми на глибину трохи більше половини діаметра зерна, т. е. частки міліметра. При прогревании поверхні форми метал, з під критичним тиском, буде проникати у глиб форми у міру поширення ізотерми, відповідної температурі плавлення металу. Якщо формовочная суміш змочується рідким металом, то останній проникає (всмоктується) в пори форми без додатку до рідкому металу зовнішнього тиску. Проникненню сприяє неминуче окислювання металу при виплавці і заливанню, оскільки окисли змочують формувальний материал.

Механізм освіти Загалом вигляді механізм освіти пригара може бути описаний формулою Пуазейля, якщо розглядати форму як пористе тіло, що складається з пучка капілярів діаметром 2r і l (1):

[pic] де? — тривалість процесса;

?- в’язкість проміжного сполуки; pтиск, під якою це з'єднання проникає в пори формы;

Qкількість що проникає в капіляри суміші проміжного сполуки. За время.

[pic] приріст обсягу рідини dQ в капілярі може бути виражений в виде.

[pic] Тоді після постановки значення для dQ.

[pic] Отсюда.

[pic] или.

[pic] Отже, під час? проміжне з'єднання в’язкістю? проникає в капіляри діаметром 2r під тиском р на глибину l:

[pic].

(1) где.

[pic] Пригар утворюється, якщо проміжне з'єднання проникає до форми на глибину l, перевищує радіус зерна r. Тому необхідним, але ще достатня умова усунення механічного пригара є виражене в критериальном вигляді условие.

[pic].

Наведемо формулу (1) такого самого критериальному виду.

[pic] Для уточнення формули слід подивитися на що входять до неї величини р,? і? за умови, що властивості форми не змінюються у часі. Приведення вислови до критериальному виду підкреслює необхідність визначення не глибини проникнення проміжного пригарного шару, а умов, які забезпечують повну відсутність механічного пригара. Тиск р складається із трьох складових. 1. р1- статичного тиску рідкого металу лежить на поверхні форми. Якщо висота шару рідкого металу М див, а щільність? г/смі, тиск цього шару составит.

[pic] г/смІ =[pic] кГ/смІ 2. р2- засунений газів у формі. Вона може бути позитивними негативним; зазвичай приймається позитивним як наслідок виділення газів формою у її нагріванні. Але засунений може бути негативним, якщо застосовувати штучний отсос газів з форми, наприклад, при виготовленні великих виливків; отсос має запрацювати тільки після освіти лежить на поверхні виливки досить міцної палітурки затверділого металу. Безпосередні виміру показали, що таке тиск р2 може дійти до 0,1 кГ/см2; під час виготовлення низьких виливків не можна нехтувати тиском газов.

3. ps-капиллярного давления:

[pic] За повної змочуванні co? = 1 і радіусі зерна 0,1 мм це давление может дістатися 0,2 кГ/см2, т. е. до величини, що з металлостатическим давлением.

Отже, повне давление.

[pic] чи, в розгорнутому виде,.

[pic].

Є ще тиск від усадки металу на стінки форми, яке виникає після затвердіння виливки. Проте врахувати це тиск у час неможливо. Тим більше що, він має дуже велике практичного значення. Величина ?, характеризує тривалість процесу освіти механічного пригара, залежить від тривалості перебування металу у рідкому стані, яка вочевидь пов’язана з наведеної завтовшки виливки R:

[pic] откуда.

[pic].

Для усереднених розрахунків можна взяти m=0,1. Тривалість перебування поверхні металу у рідкому стані явно і від тривалості повного затвердіння виливки. Тому треба принять.

[pic] Слід підкреслити, що в разі розбираються умови освіти механічного пригара. Хімічний пригар може утворитися значно пізніше, після повного затвердіння отливки.

Що Входить в формулу (1) в’язкість можна визначити по спрощеної формулі в залежність від температури Т:

[pic].

где ?зв і ?т — в’язкості при початковій та шуканої температурах. Після підстановки отриманих значень формула (1) набуває вид.

[pic] (2).

где Сз — емпірично визначається коефіцієнт. Наведена до критериальному виду формула має як неравенства.

[pic] (2) Глибина проникнення пригарного сполуки має підлегле значення по порівнянню з вимогою створення умов, у яких ця сполука не проникає на глибину, перевищує радіус зерна. З нерівності (1) слід: 1. На пригар надає дуже великий вплив величина виливки, від якої залежить металлостатический натиск і тривалість освіти палітурки на поверхні виливки. Тому доцільно противопригарные заходи провести з урахуванням розміру виливків. 2. У слагаемом — [pic] формули (1) поверхове натяг рідкого металу змінюється від 0,6 до максимум 1,5 г/см, co? від +1 до -1, радіус зерна-десятикратно. У це складова заслуговує значного уваги. 3. Складова р2 вивчено недостатньо. Можна припустити, зміна р2 серйозно впливає до процесів, які у формі, зокрема пригар. 4. В’язкість пригарного сполуки змінюється лише вдвічі і надає підлегле вплив. 5. Тривалість перебування поверхні металу виливки при температурах можливого взаємодії з поверхнею форми залежить від товщини виливки, коефіцієнта затвердіння, від температури заливки.

6 Хімічний пригар

Виникає в отливках з сплавів із високим температурою плавлення в результаті складних реакцій між металом виливки, його окислами і матеріалом форми. На відміну від механічного пригара зерна піску в пригоревшем шарі зв’язуються переважно продуктами хімічних реакцій, які протікають при високих температур, переважно силикатами. Поверхню розділу метал — форма окисли компонентів сплаву надходять двома шляхами: у кількості - як окислів, розчинених у розплаві й утворюються під час виплавки і заповнення форми, а головним чином внаслідок окислення розпеченій затвердевающей поверхні виливки. Масивна виливок зі сталі довше перебуває у розпеченому стані, і на його поверхні утворюється більше окислів. Вважають, що пригар не утворюється у разі: коли поверхню виливки не окислена чи окислена дуже. На неокисленной поверхні металу пригар утворитися неспроможна, оскільки у взаємодію Космосу з кремнеземом форми вступають лише окисли металу; взаємодія неокисленного металу з кремнеземом малоймовірно. Наприклад, у дрібних быстроостывающих отливках, де на кількох поверхні металу утворюється шар окислів незначною товщини, запобігання пригара досить застосувати вогнетривкі припыл чи тонкий шар фарби, щоб запобігти безпосередній контакт окислів металу з кремнеземом форми. Набагато складніше уникнути пригара на отливках середнього развеса, де окисли лежить на поверхні виливків утворюються у у великих кількостях, ніж дрібних, але все-таки недостатніх щоб одержати шару окислів оптимальної товщини, які забезпечують отримання легкоотделяемого пригара. На товстостінних отливках, здобутих у жидкостекольных формах без застосування покриттів, утворюється легкоотделяемый пригар, оскільки сталь легко окислюється і дає дуже багато окислів в пригарной шкірки. Що Настає лежить на поверхні виливків закис заліза FeO має температуру плавлення 1380° З, на поверхні навіть закристаллизовавшейся сталевої виливки може бути в рідкому стані досить довгий час. Окисли заліза добре змочують кварцовий пісок, і під впливом капілярного тиску легко пробираються у пори ливарної форми, беручи реакцію з кремнеземом:

2FeO + 2SiO[pic][pic]2FeO[pic]SiO[pic].

У сплавах із високим вмістом марганцю освіті пригара сприяє також аналогічна реакція між закисью марганцю і кремнеземом.

2MnO + 2SiO[pic][pic] 2MnO[pic]SiO[pic]. Які Утворюються внаслідок цих реакцій легкоплавкие силікати фаялит (2FeO[pic] SiO[pic]) і тефроит (2MnO[pic]SiO[pic]) після затвердіння цементують зерна піску в верстви пригара.

Механізм освіти Освіта хімічного пригара представляється так. Після заливання форми поверхню виливки 1 покривається шаром 2 окислів і силікатів заліза (рис. 1, а: 3 — зерна кварцу, 4 — плівка крепителя). Швидкість окислення сталі у перший момент після затвердіння виливки 5 (рис. 1, б) за наявності в порах форми великої кількості вільного кисню велика, утворений окисный розплав накопичується в граничной поверхні, збільшуючи відносну площа контакту виливки і форми. Частина розплаву проникає вглиб форми між зернами піску, створюючи і пов’язуючи скоринку пригара з виливком (див. рис. 1, б). Надалі окислювання поверхні виливки різко сповільнюється внаслідок зменшення окислительной здібності газів у форми і зниження температури металу, швидкість освіти нового окисного розплаву на граничной поверхні дедалі менше швидкості його міграції вглиб формовочной суміші, й між виливком і формою виникає зазор (див. рис. 1, в). У цьому відносна площа контакту металу з формою уменьшается.

2. Вплив технологічних чинників на пригар

7 Вплив огнеупорности.

Нині вважатимуться встановленим ряд закономірностей, що з впливом огнеупорности на пригар [2,3]: 1. Найбільший пригар можна знайти під час використання сумішей з середньої огнеупорностью. 2. Пригар може зменшитися під час використання сумішей, і з великий, так і з малої огнеупорностью. Для прикладу можна навести зниження пригара при заливанню стали (висока температура заливання) в жидкостекольные форми. Пригар збільшувався у разі підвищення змісту польових шпатов, до 20%, при подальше підвищення її змісту простежувалося зниження пригара. Вдавалося отримувати виливки малим пригаром в сумішах з урахуванням ваграночного шлаку. Для оцінки огнеупорности матеріалів, що застосовуються у ливарному виробництві, особливе значення набуває швидкість появи тих властивостей, які характеризують «вогнестійкість», т. е. розм’якшення, плавлення, агломерація. Звідси ряд наслідків: 1. Щодо хімічного складу неспроможна характеризувати вогнестійкість, бо за незмінному валовому хімічний склад можна спостерігати різне розподіл елементів між зернами. Тим більше що процеси оплавлення, розм’якання і спечення розпочинаються з поверхні зерен. Ці процеси розвинуться то швидше, чим дрібніші збіжжя і ніж рівномірніше вони між собою перемішані. З цієї причини вогнестійкість силікату завжди нижче огнеупорности суміші різних зерен, але тієї самої валового хімічного складу. 2. Ще менша значення може мати вогнестійкість окремих складових суміші, так, наприклад, від додавання вогнетривкої глини було багато суміш може бути менш «вогнетривкої», аніж за додаванні менш вогнетривкої глини, але у меншому количестве.

2.2. Вплив металлостатического тиску глибину проникнення пригарного слоя.

Відповідно до виведеної загальної формулі глибина проникнення l пропорційна корені квадратному з тиску р. Але саме тиск залежить від висоти і частки металу, капілярного тиску і газового противодавления. Отже, не вважається глибину проникнення пригарного шару пропорційної лише висоті шару рідкого металу. За середнього показника розрахунковому питомій вазі залізовуглецевих сплавів? = 7 г/см3 висоті шару 100 див відповідає тиск 0,7 кГ/смІ Встановлено, що, залежно від типу суміші, типу сплаву тощо. буд. існує певна критичне тиск металу, у якому утворюється пригар [2,3,9]. Нижче цього критичного тиску пригар практично непомітний, а вище — спостерігаються чітко. Чим більший величина тиску металу перевищує критичну, є тим інтенсивнішим освіту механічного пригара.

Таблиця 1.

Вплив тиску металу освіту механічного пригара (сталь.

30Л)[9].

|давле|Характеристика пригара|Смеси | |ние в| | | |кГ/см| | | |І | | | | | |Хромомагне|Хромомагне|Песчано- |Песчано-ма| | | |зитовая з |зитовая з |глиниста |ршалитовая| | | |рідким |сульфитной|с рідким | | | | |склом |бардой |склом | | |0,6 |Проникнення в мм |0, 08 |0, 10 |0, 17 |0, 08 | |1, 2 |Якісна оцінка |Пригара немає | |1, 8 |Якісна оцінка |Ні |Сліди |Сліди |Ні | |2, 5 |Проникнення в мм |0,12 |0, 18 |0, 20 |0,12 |.

Таблиця 2.

Вплив тиску металу освіту механічного пригара (сталь.

20ГСЛ)[9].

|давле|Характеристика пригара|Смеси | |ние в| | | |кГ/см| | | |І | | | | | |Хромомагне|Хромомагне|Песчано — |Песчано-ма| | | |зитовая з |зитовая з |глиниста |ршалитовая| | | |рідким |сульфитной|с рідким | | | | |склом |бардой |склом | | |0,6 |Проникнення в мм |0, 13 |0, 16 |0, 27 |0, 11 | |1, 2 |Якісна оцінка |Ні |Незначний пригар|Нет | |1,8 |Якісна оцінка |Ні |Незначний пригар|Нет | |2,5 |Проникнення в мм |0,14 |0, 32 |0, 36 |0,12 |.

Таблиця 3 Вплив тиску металу освіту механічного пригара (сталь 20Х13НЛ)[9].

| |Суміші |Тиск в |Величина | |сме| |кГ/смІ |критическог| |сі.| | |про тиску | | | | |в кГ/см2 | | | |0,6|1, |1, |2, | | | | | |2 |8 |5 | | |1 |Хромомагнезитовая з рідким склом і |0, |0, |0, |0, |>2, 5 | | |NaOH |10 |17 |17 |16 | | |2 |Хромомагнезитовая з сульфітної бардой |0, |0, |0, |0, |.