Газовые раковины в стальных отливках
Обновлено: 30.04.2024
К тонкостенным крупногабаритным отливкам панельного типа с толщиной тела 2,5—3 мм и площадью поверхности до 2 м2 предъявляются высокие требования по механическим свойствам, чистоте поверхности, точности размеров. Обычно жесткий допуск дается на толщину тела.
Дефекты газового происхождения в таких отливках целесообразно разделить на три группы: газоусадочная пористость, газовые раковины в теле отливки и газовые вмятины на поверхности. Тонкостенные крупногабаритные отливки изготовляются обычно из алюминиевых и магниевых сплавов, насыщающихся газом при плавке. Поэтому следует особое внимание уделять дегазации сплавов. Исследования показали преимущества рафинирования алюминиевых сплавов органическим хлоридом гексахлорэтаном — С2Cl6. Этот способ рафинирования целесообразен при приготовлении металла для тонкостенных панельных отливок. Гексахлорэтан в отличие от прочих хлоридов негигроскопичен, не требует специальных мер для предохранения от увлажнения и, являясь эффективным дегазатором, наиболее удобен в производственных условиях. Технология обработки сплавов гексахлорэтаном проста и позволяет устойчиво получать металл хорошего качества. При обработке магниевых сплавов гексахлорэтан оказывает и некоторое модифицирующее действие.
Однако для любого по качеству приготовления и степени дегазации металла применение гексахлорэтана не гарантирует получения свободной от газовых дефектов отливки.
Образование газовых дефектов в тонкостенных отливках панельного типа при литье в песчаные формы тесно связано с процессами заполнения формы и ее вентиляцией.
Опыты по заполняемости форм тонкостенных отливок показали нежелательность установки открытых выпоров, соединяющих полость формы с атмосферой, так как, обладая значительно меньшим сопротивлением движению расплава, выпоры создают возможность движения его по пути наименьшего сопротивления: расплав, не заполняя полости формы тонкостенной отливки, создающей высокое сопротивление движению, вытекает через выпор, и тело отливки остается незаполненным.
Попытки удалить газы и воздух из полости формы улучшением газопроницаемости формовочной смеси не дали желаемого результата. Например, при литье панели пластинчатого теплообменника газопроницаемость формы была увеличена с 30 до 100 единиц. В обоих случаях отливка была поражена газовыми дефектами: газы и воздух не успевали выходить из полости формы в процессе заливки, на поверхности отливки образовывались газовые вмятины, и шипы на панели оказывались незаполненными. Опыты по замеру скоростей и температур потока расплава в полости формы отливки толщиной 2,5—3 мм показывают, что средняя скорость течения не превышает обычных скоростей расплава в пробах на жидкотекучесть и скоростей, рекомендованных для литья выжиманием, и лежит в пределах 0,3—0,6 м/сек. Время заполнения формы тонкостенной отливки сравнительно невелико, 2,5—3 сек, поэтому воздух и газы из полости формы удаляются с большим трудом.
Расчеты по формулам Рыжикова А. А. и Спасского А. Ф. показали, что время удаления газов из полости формы в этом случае значительно больше, чем время заполнения формы расплавом. Опыты показывают, что давление газов и воздуха в полости формы при литье панели теплообменника может достигать 200—250 мм вод. ст.
Для отвода воздуха и газов из полости формы по плоскости разъема на обоих полуформах прорезались плоские каналы 15 X 0,5 мм, расположенные по всему контуру отливки на расстоянии 10—15 мм друг от друга. Это позволило достичь хорошей вентиляции формы и устранить газовые дефекты на поверхности отливок.
Для улучшения заполняемости песчаных форм используются специальные покрытия их поверхности. Покрытие поверхности формы гексахлорэтаном толщиной 0,1—0,2 мм увеличивает заполняемость формы отливки толщиной 2 мм алюминиевыми сплавами в два-три раза. Аналогичное действие оказывает покрытие поверхности формы ацетиленовой копотью при литье магниевых сплавов.
Замеры температуры потока металла при движении его в полости формы тонкостенной отливки (сплав AЛ4) показывают, что расплав достигает температуры ликвидуса в форме без покрытия гексахлорэтаном в два раза быстрее, чем покрытой (рис. 1).
Гексахлорэтан имеет удельный вес 2,091 г/см3, температуру плавления 186,5° С, температуру возгонки 185,5°. При взаимодействии с металлом гексахлорэтан разлагается на хлор и тетрахлорэтилен: ССl3 — CCl3 — CCl2 = ССl2 + Сl2. Последний представляет собой жидкость с удельным весом 1,624 г/см3. При кипении (121°) жидкость превращается в пар. Очевидно, газы, образующиеся при разложении C2Cl66 создают газовую теплоизоляционную прослойкумежду металлом и формой, за счет которой создаются благоприятные условия течения металла.
Опыты по методике, изложенной, показывают, что в начальный момент в форме, покрытой гексахлорэтаном,газов образуется вдвое больше, чем в форме без покрытия.
Расчетами установлено, что при покрытии поверхности формы гексахлорэтаном толщиной 0,1—0,2MM количество газов, выделяющихся при взаимодействии расплава с поверхностными слоями формы, увеличивается на 0,4—0,8 см3 с каждого см2 поверхности формы. Несмотря на избыточное количество газов в форме при использовании гексахлорэтана в качестве покрытия, как правило, дефектов газового характера на поверхности отливки не наблюдается. Однако неравномерное покрытие формы гексахлорэтаном может привести к появлению газовых вмятин на поверхности детали. Гексахлорэтан, растворенный в легкоиспаряющихся жидкостях (эфир, дихлорэтан), следует наносить на поверхность формы пульверизатором, ровным слоем толщиной 0,1—0,2 мм. При употреблении в качестве растворителя дихлорэтана следует заливать формы не позже 12—15 мин после нанесения покрытия, так как дихлорэтан способствует возгонке гексахлорэтана и эффекта улучшения заполняемости можно не достичь.
При литье в песчано-глинистые формы тонкостенных отливок, в конструкции которых имеются бобышки и ребра, возможно образование газовых дефектов в теле панели и, что бывает чаще, в местах перехода бобышек в тело панели. Это происходит в результате разницы во времени затвердевания массивных частей и тонкого тела отливки, где вместе с образованием усадочных рыхлот происходит выделение газов из расплава, захлестывание газа в массивных полостях, а также насыщение металла газом при взаимодействии с формой. Из-за неравномерности затвердевания газ может выделяться из раствора; создается возможность образования зональной газоусадочной рыхлоты в местах отливки, затвердевающих более длительное время (рис. 2). Полностью устранить неравномерность процесса затвердевания тонкой плоской отливки значительной площади обычными технологическими средствами затруднительно. Более целесообразно, как показывают опыты, уменьшать образование газоусадочных дефектов регулированием температурного режима заполнения формы. Например, при литье выжиманием панелей из магниевого сплава МЛ5 с толщиной стенки 2,5—3 мм и высотой до 1 м оптимальная температура литья 630—650°, а при литье таких же деталей в песчано-глинистые формы — 800—850°.
Установлено, что оптимальные скорости движения расплава в литейно-выжимных установках при литье алюминиевых сплавов не должны превышать 0,5 м/сек. При больших скоростях течения расплава воздух и газы могут оставаться в полостях формы для бобышек и ребер панельной отливки.
Дефекты газового происхождения могут образоваться в панельных отливках при литье выжиманием и по причине неправильного расположения отливки в форме, неправильной конструкции самой формы. На рис. 3, а показаны два варианта расположения отливки в форме при литье выжиманием. В первом случае в верхней части отливка была поражена газовыми дефектами из-за образования газового кармана, который захлестывается металлом, и газы, не имея выхода из формы, поражают отливку. Установка большого количества вент в таких местах не дает желаемого результата и, как показывает опыт, для устранения этого дефекта необходимо выполнять все наружные ребра отливки, промывники верхние и нижние и другие элементы ее конструкции в песчаном стержне, которым формируется внутренняя часть отливки.
При литье тонкостенных деталей выжиманием следует обращать внимание и на выбор краски для металлических полуформ, во многих случаях являющейся непосредственной причиной образования газовых дефектов на поверхности отливки и источником насыщения металла газом. Установлено, что составы красок (таблица), рекомендованные для кокильного литья и для тонкостенного крупногабаритного литья, не вполне отвечают требованиям технологии литья выжиманием.
Исследование красок № 1, 2, 3 при литье выжиманием без предварительного обжига их после нанесения приводило к появлению газовых дефектов на поверхности отливок: газ, образовывавшийся при взаимодействии жидкого стекла и других газообразующих красок с металлом, внедрялся в тело отливки до 3/4 толщины панели. Поэтому такие краски необходимо подвергать обжигу после нанесения их на полуформы литейно-выжимной установки.
Уточнение составов красок позволило устранить необходимость обжига и избежать газовых дефектов в панельных отливках. Это было достигнуто уменьшением количества жидкого стекла и борной кислоты — основных газообразующих в краске.
Исходя из того что твердые составляющие, например асбест, являются каркасом покрытия, а жидкое стекло и борная кислота — связкой, целесообразно, очевидно, относить их количество к твердым составляющим, а не ко всему объему краски
Это отношение определяет прочность, время и температуру обжига, газотворность покрытия и является показателем технологичности краски. Установлено, что требованиям литья выжиманием отвечают краски № 4,5, имеющие показатель технологичности 0,15 — 0,25 (табл.). Уменьшение количества жидкого стекла в пределах, определяемых показателем технологичности (0,15—0,25), позволяет устранить обжиг после нанесения, значительно уменьшить газотворную способность краски и в то же время сохранить достаточную ее прочность и схватываемость. Устранить обжиг краски возможно, используя для распыления ее при нанесении на металлическую полуформу не сжатый воздух, а углекислый газ, в результате чего происходит разложение силиката натрия с образованием геля кремниевой кислоты, который в дальнейшем быстро теряет влагу при обычных температурах нагрева металлической формы (150—180°), что в значительной степени понижает газотворную способность краски.
Дефекты отливок
Усадочными раковинами называют открытые или закрытые полости в теле отливки, имеющие шероховатую глубокую кристаллическую поверхность со следами дендритов. Усадочная пористость представляет собой мелкие полости, расположенные между дендритами сплава по всему объему отливки или в ее центральных частях. Усадочные раковины в отличие от усадочной пористости имеют сравнительно большие размеры. Открытые усадочные раковины бывают окислены.
Усадочные раковины обычно образуются в утолщенных местах отливки, которые затвердевают в последнюю очередь. Как правило, за счет ликвации при затвердевании отливки металл в усадочной раковине имеет повышенное содержание серы и фосфора.
Все металлы при нагреве увеличиваются в объеме, а при охлаждении, наоборот, сокращаются. Следовательно, объем жидкого металла в форме всегда больше объема металла затвердевшей отливки. Сокращение объема и линейных размеров отливки в форме при остывании называется усадкой. Процесс усадки сплава в форме можно разбить на три стадии: усадка жидкого расплава до достижения им температуры начала затвердевания; усадка сплава в период перехода его из жидкого состояния в твердое; усадка сплава в твердом состоянии.
Если бы скорость охлаждения металла в отливке была одинаковой по всему ее объему до момента затвердевания, т. е. кристаллизация происходила бы одновременно во всем объеме, то концентрированная усадочная раковина отсутствовала бы. В этом чисто теоретическом случае отливка после затвердевания сократила бы свои размеры на величину /г,, зависящую от разницы удельных объемов в жидком и твердом состояниях (рис. 32, а). Практически одновременно с усадкой сплава происходит его затвердевание, которое начинается с поверхности отливки и заканчивается в ее центральной части.
После заливки в форму жидкий металл охлаждается и уменьшается в объеме. В этот период возможно уменьшение его уровня в форме на сравнительно небольшую величину. Затвердевание начинается с поверхности отливки. Одновременно жидкий металл продолжает охлаждаться. После образования сплошной корочки металла толщиной хи оставшийся жидкий металл затвердевает как бы в сосуде (рис. 32, в). За счет продолжающейся усадки образуется зазор б между уровнем жидкого металла и верхней затвердевшей корочкой, что и соответствует началу образования внутренней усадочной раковины. По мере затвердевания отливки расстояние между верхней корочкой и жидким расплавом увеличивается вплоть до полного затвердевания отливки, а сечения раковины постепенно уменьшаются. Под действием атмосферного давления наружная затвердевшая корочка прогибается (в полости раковины может быть разряжение).
ткрытая усадочная раковина может образоваться при резком уменьшении скорости затвердевания сплава в каком-либо месте, например в верхней части отливки. В этом случае корочка сверху не образуется. Иногда корочка разрушается, тогда раковина становится видимой. В массивных отливках, например в слитках, может образоваться две (или даже три) усадочные раковины, разделенные тонкими перегородками и расположенные одна под другой.
В фасонных и сложных отливках с неравномерными по толщине стенками, приливами, утолщениями, бобышками и т. д., как правило, образуется несколько местных усадочных раковин (рис. 33) в местах, где металл затвердевает в последнюю очередь, т. е. в тепловых узлах. Наиболее часто усадочные раковины встречаются в Т-образных и крестообразных сечениях и в углах отливки, где имеются местные скопления металла.
Форма образующихся усадочных дефектов зависит от характера кристаллизации сплава в отливке. В зависимости от состава сплавы могут затвердевать при постоянной температуре (чистые металлы или эвтектические сплавы) или в интервале температур (сталь). В эвтектических сплавах, например серых чугунах, поверхность, образованная растущими гранями кристаллов, в сечении представляет собой относительно ровную линию. При таком характере затвердевания сплава жидкий металл, находящийся в верхней части отливки, практически до момента полного затвердевания компенсирует усадку металла в нижней части отливки. В результате вверху образуются крупные, концентрированные усадочные раковины. Недостаток жидкого металла может проявиться только в конце затвердевания при смыкании двух фронтон кристаллизации, когда зазор между ними становится незначительным. В таком случае по центральной оси сечения (стенки) отливки образуется осевая пористость ширина этой пористой зоны в чугунных тонкостенных отливках невелика (0,5—2 мм) и практически не влияет на качество детали. В сплавах, затвердевающих в интервале температур, например, в сталях, растущие от поверхности отливки кристаллы глубоко вдаются в жидкий металл. В них образуется промежуточная двухфазная зона, состоящая из твердого и жидкого металла. Пока растущие от поверхности кристаллы не встретятся, верхние слои жидкого металла компенсируют усадку нижних слоев, т. е. питают их. В это время в отливке формируется сравнительно крупная концентрированная усадочная раковина. Однако после срастания растущих кристаллов (рис. 34, в) объемы жидкого сплава между ними изолируются один от другого и дополнительный подвод жидкого металла прекращается. При затвердевании жидкого сплава в таких условиях в изолированном пространстве образуются мелкие усадочные раковины — норы. К концу затвердевания центральной части отливки количество изолированных участков жидкого металла и, следовательно, пор весьма велико. Скопление мелких усадочных раковин и называют усадочной пористостью. Часто усадочная пористость располагается под концентрированной усадочной раковиной, являясь как бы ее продолжением.
В некоторых случаях, например при очень медленном охлаждении металла в форме, пористая зона может распространяться
практически на все сечение стальной отливки. При этом образуется так называемая рассеянная пористость. При неравномерной толщине стенок отливки в тонких стенках может возникнуть осевая пористость, а и тепловых узлах —- местная пористость.
Существенным различием в характере кристаллизации чугуна \\: стали является также то, что при затвердевании чугуна выделяются включения графита, в результате чего увеличивается объем отливки. Это явление называется предусадочпым расширением. Увеличение объема отливки за счет выделяющихся включений графита может существенно компенсировать уменьшение объема чугуна вследствие усадки. Поэтому общая объемная усадка, а следовательно, и объем усадочных дефектов в чугунах с пластинчатым и шаровидным графитом меньше, чем в стали.
Следует различать усадку сплава как такового от усадки реальных отливок. Усадка металлов и сплавов зависит только от их физических свойств, в то время как усадка реальных отливок зависит' от ряда технологических факторов. Ниже рассмотрены важнейшие из них.
Степки песчано-глипистой литейной формы, залитой металлом, под действием его напора могут деформироваться и прогибаться. При этом н отливке возникает дефект — распор и, кроме того, увеличивается объем усадочных раковин. В прочной и жесткой форме за счет расширения смеси может произойти уменьшение усадочных дефектов в отливке.
Отдельные части реальных отливок остывают с неодинаковой скоростью, поэтому они как бы разделяются на несколько изолированных частей, в каждой из которых процесс объемной усадки происходит самостоятельно. При этом ранее затвердевшие части отливки тормозят усадку участков, затвердевающих позднее.
Значительное влияние на образование усадочных дефектов оказывает химический состав сплава. Так, увеличение содержания углерода в доэвтектическом чугуне приводит к заметному уменьшению объема усадочных раковин за счет увеличения в нем количества выделяющегося при кристаллизации графита. Чем выше содержание углерода в чугуне, тем меньше в отливках усадочной пористости и больше концентрированных усадочных раковин.
Пористость отливок уменьшается при выделении в чугуне мелкого графита и увеличивается при выделении его в виде грубых пластин. Влияние кремния на возникновение усадочных дефектов зависит от влияния его на процесс образования в чугуне графита. При повышении степени графитизации объем усадочных раковин уменьшается. Вместе с тем отмечено, что плотность и герметичность чугунных отливок повышается с уменьшением содержания углерода и кремния вследствие измельчения выделений графита. Марганец и сера, понижая степень графитизации, увеличивают объем усадочных раковин в чугуне.
Таким образом, влияние легирующих элементов на количество усадочных дефектов в чугуне связано в основном с их влиянием на процесс графитизации. Особенно большое развитие усадочные раковины получают при полном торможении графитизации, когда чугун затвердевает белым. Поэтому введение элементов (медь, никель и др.), способствующих графитизации, может привести к уменьшению объема усадочных раковин.
Белый низкоуглеродистый чугун, применяемый для получения отливок из ковкого чугуна, обладает большой склонностью к усадке в жидком состоянии, при затвердевании и в твердом состоянии. Во избежание появления усадочных раковин из-за большой усадки в процессе затвердевания у каждого местного утолщения необходимо устанавливать боковые прибыли — питающие бобышки. Большая склонность к образованию усадочных раковин и пористости отливок из белого чугуна, подвергающихся последующему отжигу на ковкий чугун, затрудняет производство отливок, работающих под давлением. Количество усадочных дефектов в отливках из этого чугуна несколько уменьшается с увеличением содержания углерода.
Объем усадочных дефектов в отливках из чугуна с шаровидным графитом и белого чугуна и способы их предотвращения практически аналогичны.
Усадку стали в жидком состоянии увеличивает углерод и незначительно кремний, марганец и фосфор. При увеличении со держания углерода в стали на каждые 0,1% объемная усадка ее повышается приблизительно на 2%.
Способы предотвращения усадочных раковин и пор. Усадка является естественным процессом, происходящим в остывающей отливке, и предотвратить ее невозможно. Все методы предотвращения усадочных дефектов сводятся к созданию таких условий затвердевания, при которых недостаток жидкого металла в кристаллизующейся отливке или в отдельных ее узлах восполняется путем подвода дополнительного жидкого металла. Дополнительный подвод металла к месту образования усадочных дефектов должен быть непрерывным и продолжаться до полного затвердевания. Таким образом, кристаллизующийся слой отливки должен быть в контакте с жидким металлом.
Для компенсации усадки сплава отливок используют искусственные емкости жидкого металла, называемые прибылями. Прибыли различаются по форме (цилиндрические, шаровые, конические, прямоугольные и т. п.), по принципу действия (обычные, обогреваемые, атмосферного давления, давления газа), по методу подачи металла (прямого питания — установка сверху и бокового питания — отводные), по положению в форме (открытые и закрытые).
Конструкция прибылей зависит от различных факторов, учитывающих производственные традиции, номенклатуру литья, серийность производства, оборудование цеха и т. п. Для того чтобы прибыли выполнили свою роль, они должны отвечать определенным требованиям.
Объем и форма прибыли должны быть такими, чтобы количество жидкого металла в ней в каждый момент времени до полного затвердевания отливки превышало величину объемной усадки еще незатвердевшего металла. Длительность полного затвердевания прибыли должна превышать длительность затвердевания питаемого узла отливки. Зона прилегания прибыли к питаемому узлу отливки должна быть достаточной для того, чтобы жидкий металл проходил с требуемой скоростью, и затвердевать она должна после затвердевания питаемого узла отливки, но раньше, чем затвердеет
Выполнение этих требований достигается созданием направленного затвердевания отливки. При направленном затвердевании кристаллизация отливки или отдельных ее частей происходит последовательно в направлении к прибыли с таким расчетом, чтобы к каждому ранее затвердевшему слою отливки был доступ жидкого металла из прилегающего слоя, затвердевающего позже. Участки отливки, затвердевающие последними, соприкасаются непосредственно с прибылью. Этот принцип впервые был выдвинут русским металлургом В. Е. Грум-Гржимайло. Направленное затвердевание в отливке можно создать как правильным конструированием отливки, так и использованием технологических приемов.
Для обеспечения принципа направленного затвердевания сечение отливки пли отдельных ее стенок должно постепенно увеличиваться по направлению к месту установки прибыли.
Для стальных отливок, особенно ответственного назначения, это требование обязательно. Если по конструктивным соображениям невозможно или нежелательно постепенное утолщение стенок к прибыли, то при разработке литейной технологии предусматривают соответствующие технологические напуски, которые должны быть удалены при механической обработке.
Возможность направленного затвердевания отливки проверяют по чертежу методом вписанных окружностей (рис. 35, в). По мере приближения к месту установки прибыли диаметр вписанной в сечение стенки отливки окружности должен увеличиваться. Отношение — зависит от толщины и высоты
(длины) стенки и типа сплава и обычно равно 1,05—1,2. Направленное затвердевание может быть достигнуто путем ускорения охлаждения соответствующего узла отливки и замедления охлаждения прибыльной части.
Для ускорения остывания стенок отливки используют металлические наружные холодильники. Зазор между смежными наружными холодильниками должен быть минимальным, а торцовые стороны холодильников рекомендуется выполнять со скосами. Площадь наружных холодильников должна быть меньше площади охлаждаемого теплового узла, во избежание преждевременного затвердевания прилегающих к тепловому узлу частей отливки, через которые поступает жидкий металл от прибыли.
При получении крупных и массивных отливок применяю! внутренние металлические холодильники, устанавливаемые внутрь формы. Нагреваясь, они отбирают тепло от жидкого металла. Толщину холодильников и их число определяют на основе тепловых расчетов и экспериментальных данных. Неоправданное увеличение толщины наружных холодильников может вызвать отбел чугунных отливок, образование трещин и других дефектов. Масса внутренних холодильников не должна превышать 4—4,5% массы отливки, иначе не произойдет их прочное соединение со сплавом отливки.
Материал внутренних холодильников обычно такой же, как материал детали.
Простейшими внутренними холодильниками являются шпильки, гвозди, прутки, пластины и др., перед установкой их необходимо очищать от ржавчины.
Для ускорения отвода тепла при отливке крупных и тяжелых деталей в последнее время начали применять принудительное охлаждение путем продувки форм воздухом или паровоздушной
Замедления скорости охлаждения прибыли можно достигнуть двумя способами: уменьшением отвода тепла от прибыли путем применения формовочных материалов с малой охлаждающей способностью, например асбеста, пористых огнеупорных материалов, изоляции открытой поверхности прибыли и т. д.; подогревом металла в прибыли главным образом путем облицовки ее экзотермическими смесями, выделяющими большое количество тепла при контакте с металлом.
Последний способ достаточно прост и наиболее перспективен; он позволяет получать плотные отливки и в 1,5—3 раза уменьшить расход металла на прибыли. Экзотермическую смесь применяют в виде облицовочной смеси или стержневых стаканов. Эффективность действия открытых прибылей можно повысить путем доливки горячего металла по мере понижения его уровня. Форма вокруг прибыли может быть разогрета при прохождении через нее элементов литниковой системы и тем самым замедлено охлаждение металла.
Питание тепловых узлов жидким металлом прибыли обеспечивается при определенном давлении сплава, необходимом для преодоления сил, препятствующих его протеканию через узкие каналы между растущими кристаллами. С повышением давления металла плотность отливки увеличивается. Обычно такое давление создается напором металла, определяемым разницей его уровней в прибыли и в питаемом месте отливки. Значительное увеличение высоты прибыли часто бывает невозможно по техническим или экономическим соображениям.
Для повышения давления металла в прибыли в ней устанавливают специальный газопроницаемый стержень, соединяющий ее с атмосферой. В результате на металл, находящийся в прибыли, дополнительно действует атмосферное давление. При установке в полость закрытой прибыли перед заливкой формы небольших стержней, выделяющих при нагреве большое количество газов, также создается дополнительное газовое давление на жидкий металл.
С повышением температуры заливки металла количество усадочных дефектов увеличивается. Чрезмерное уменьшение температуры заливки ухудшает условия заполнения формы и увеличивает опасность образования газовых раковин и других дефектов. Поэтому для отливок каждого типа температуру заливки
следует устанавливать с учетом всех факторов, влияющих на их качество.
Для сокращения усадочных раковин необходимо при разработке технологии заливки каждой детали стремиться к тому, чтобы температура металла отливки по мере приближения к прибыли увеличивалась; в прибыль должен попадать наиболее горячий металл.
Выполнить это условие при изготовлении сложных отливок трудно, а иногда и невозможно. Однако некоторые приемы можно использовать. Так, при получении отливок из серого чугуна питатели подводят в более тонкие части детали. Вследствие сравнительно небольшой усадки чугуна это позволяет выравнивать скорость охлаждения массивных и тонких стенок отливки и предотвращать образование усадочных раковин. При заливке стальных отливок металл обычно подводят в массивную часть через прибыль или питающую бобышку. Более целесообразно применение верхних прибылей при заливке сверху. В этом случае прибыли заполняются наиболее горячим металлом.
Ситовидной пористостью называют вытянутые, иногда округленные раковины с гладкими стенками, расположенные непосредственно под литейной коркой по всей отливке или в отдельной ее части перпендикулярно к поверхности отливки. Отдельные раковины могут выходить на поверхность. Диаметр их менее 2—3 мм.
Обычно ситовидная пористость сосредоточена в зоне, находящейся на расстоянии 1—6 мм от поверхности отливки. Дефект встречается в стальных и чугунных отливках. После отжига и очистки поверхности стальных отливок хорошо видна ситовидная пористость (рис. 30).
Рассмотрим механизм образования ситовидной ^ пористости в стальных отливках. При выплавке стали для фасонных отливок в нее вводят сильные раскисляющие присадки, например кремний и алюминий. Эти элементы хорошо реагируют с кислородом, образуя окислы типа неметаллических включений. Если активных раскислителей введено недостаточно для удаления всего имеющегося в сплаве кислорода, то оставшийся кислород соединяется с железом, образуя закись железа FeO/
Практически, при выпуске стали из печи в нее добавляется некоторое избыточное количество алюминия и свободной закиси железа в ней не бывает. При последующих переливах стали и заливке в формы происходит ее дополнительное окисление. Образующийся при заливке сырых форм пар разлагается на кислород и водород, способствуя интенсивному образованию FeO. При бурном заполнении формы образуемые водяными парами окислы равномерно распространяются по всему поперечному сечению отливки. Подобное явление часто наблюдается при изготовлении толстостенных отливок. В этом случае при достаточном количестве раскисляющих добавок весь вновь поступивший кислород будет соединяться с ними в окислы типа неметаллических включений. При недостаточном количестве раскислителей и неспокойной заливке FeO может распределиться по всему объему металла.
В тонкостенных отливках, заливаемых обычно плавно, образующиеся окислы не успевают распределиться по всему объему металла, поэтому содержание кислорода на их поверхности значительно выше, чем во внутренних слоях. При затвердевании стали произойдет реакция FeO с углеродом, содержащимся в стали:
В результате этой реакции образуются мельчайшие пузырьки газа СО. Остальные растворенные в стали газы, прежде всего водород, а также газы из формы стремятся проникнуть в пузырьки СО, вызывая их рост.
Продолговатая форма пузырьков и их ориентация перпендикулярно наружной поверхности отливки объясняются сжатием их столбчатыми кристаллами, образующимися при затвердевании отливки. По мере продвижения фронта кристаллизации отливки поступление газов в пузырьки затрудняется, вследствие чего их рост заканчивается практически одновременно. Благодаря этому нижняя граница зоны ситовидной пористости находится на одинаковом расстоянии от поверхности.
Механизм образования ситовидной пористости в чугунных отливках окончательно еще не установлен. Тем не менее, на основании проведенных исследований можно изложить некоторые причины образования этого дефекта.
Форма раковин при ситовидной пористости в чугунных отливках может быть округлой и вытянутой. Диаметр раковин обычно не более 1,5—3 мм, располагаются они непосредственно под литейной коркой и в углах отливок. В полости некоторых раковин обнаруживается пиролитический углерод, покрывающий их стенки, в других — мелкие корольки. Эти дефекты становятся видимыми после механической обработки деталей.
Так же как и в стальных отливках, ситовидная пористость в чугунных отливках возникает, по-видимому, из зародышевых пузырьков СО. Образование последних может быть вызнано наличием в чугуне относительно легко восстанавливающихся, главным образом плевкообразных, окислов. Они возникают при реакциях магния с кислородом в чугуне с шаровидным графитом, при избирательном окислении поверхностных слоев, а также при окислении поверхности расплава в литниковой системе во время заливки. Из паров воды при контакте с чугуном, содержащим 0,01 — 0,1% алюминия или 0,01 — 0,05% титана, выделяется водород, который проникает в поверхностные слои отливок и в полость
образовавшихся зародышевых газовых раковин, где его концентрация постепенно увеличивается. В результате размеры этих раковин заметно возрастают и находящиеся в них газы так сильно сжимаются затвердевшим чугуном, что могут прорывать поверхностный слой отливки, образуя типичный «булавочный укол». Поверхностные слои отливки, обогащенные окислами, затвердевают при температуре, значительно превышающей температуру затвердевания жидкого чугуна. Вследствие этого подобные газовые раковины остаются большей частью на месте своего образования и располагаются параллельно поверхности формы.
Образование ситовидной пористости может происходить только в интервале критических температур. Для чугуна с шаровидным графитом они составляют 1330—1380' С, а для серого — 1350 1375 С. При повышении температуры заливки становится возможным полное восстановление находящихся в жидком расплаве окисных пленок и свободное всплытие пузырьков окиси углерода. При снижении температуры заливки такие раковины образуются в больших сечениях отливок, количество их уменьшается, а раз меры увеличиваются. Повышению концентрации водорода в жидком чугуне, а следовательно, увеличению вероятности образования ситовидной пористости, способствуют примеси алюминия, магния, титана и марганца. Во многих случаях решающее влияние на образование ситовидной пористости оказывают именно примеси этих элементов.
Повышение количества марганца и магния в обычных серых чугунах существенно усиливает действие содержащегося в них алюминия. Титан в малых количествах способствует образованию в чугуне газовых раковин, но не вызывает увеличения в нем содержания водорода.
В чугунах и сталях образование ситовидной пористости возможно при применении стержневых смесей на синтетических смолах, содержащих азотистые соединения. Такая пористость сосредоточена обычно в термических узлах отливки. В этом случае объем пористости увеличивается при повышении азота в связующих.
Такая пористость называется водородно-азотной, так как раковины, образовавшиеся в результате попадания в чугун водорода или азота, одинаковы по внешнему виду. Возникновение ситовидной пористости в чугуне с шаровидным графитом объясняют действием остаточного магния, ускоряющего поглощение водорода и азота чугуном.
В ковких чугунах со сравнительно низким содержанием углерода и кремния ситовидная пористость может появиться вследствие образования в ковше жидкотекучего богатого окислами шлака, взаимодействующего с углеродом металла. В результате этих реакций образуется газ СО. Пузырьки его могут проникать в металл и при затвердевании отливки образовывать газовые раковины — подкорковую или поверхностную ситовидную пористость. Характерной особенностью таких раковин является наличие в них включений соединений марганца с серой и шлака. Образованию их способствует низкая температура заливки и большое количество серы и марганца в чугуне.
Способы предотвращения ситовидной пористости. Основной способ предотвращения ситовидной пористости в стальных отливках заключается в раскислении сплава с избытком раскисляющих добавок, достаточных для связывания кислорода, попадающего в сталь в период между выпуском ее из печи и окончанием заполнения формы.
Наиболее часто для окончательного раскисления стали применяют алюминий. Его требуется вводить тем больше, чем выше температура, продолжительность заливки и длительность ее, выдержка перед ней. Оптимальная норма расхода алюминия для фасонных отливок составляет 1,5 кг на 1 т стали. Остаточное содержание его в отливке должно быть 0,04—0,06%. Шихтовые материалы следует использовать сухие и очищенные от ржавчины и следов масла. В некоторых случаях с этой целью шихтовые материалы предварительно прокаливают. Футеровка печи должна быть сухой. Рекомендуется сокращать продолжительность плавки после проведения процесса кипения стали, поскольку в металле снова может повыситься содержание кислорода и водорода, устранять любую возможность проникновения влаги в ванну из системы охлаждения, с мокрыми инструментами и т. д. Проводить тщательное раскисление стали в печи при плавке. Должна быть обеспечена хорошая просушка выпускного желоба и ковшей. Следует избегать слишком частых переливов стали из печи в ковши и наоборот. При переливании стали из приемного ковша в разливочный алюминий следует вводить либо в струю металла, либо в разливочный ковш. Не рекомендуется заливка форм сильно перегретой сталью и т. д.
Для исключения образования ситовидной пористости в чугунных отливках прежде всего нужно выявить и устранить источники попадания в чугун алюминия и титана. В чугуне должно быть менее 0,01—0,02% алюминия и титана. Основные источники попадания в чугун алюминия — это металлолом в шихте или при-
меняемый в качестве модификатора в больших количествах Ферросилпций, содержащий около 1,0—1,5% алюминия. Титан может попасть в металл из легированных чугунов. Однако при содержании в чугуне более 0,2% алюминия ситовидной пористости не возникает.
Водород из чугуна можно удалить продувкой его в течение нескольких минут сухим инертным газом, например азотом или аргоном, по использовать этот прием в производственных условиях трудно. Для уменьшения опасности насыщения чугуна водородом и образования ситовидной пористости следует заливать чугун в сухие или подсушенные формы. При массовом производстве количество брака по ситовидной пористости можно уменьшить, вводя в сырые песчано-глинистые формовочные смеси не менее 4% каменноугольной пыли, 1—2% каменноугольного или древесного пека, битума, 3—5% мелкораздробленных окислов железа. Для полного исключения образования ситовидной пористости необходимо, чтобы в сером чугуне были лишь следы алюминия и титана.
Эффективным способом предотвращения этого дефекта является также сокращение пути движения жидкого металла в форме за счет уменьшения длины элементов литниковой системы. При производстве стержней по горячим ящикам введение в состав стержневых смесей на искусственных смолах окислов железа значительно уменьшает брак по ситовидной пористости. Однако при этом происходит засорение вент и головок пескострельных машин, которые необходимо часто чистить. Количество ситовидной пористости в отливках резко снижается при использовании стержневых связующих, не содержащих азота.
Газовые раковины в стальных отливках
Газовые раковины (пустоты) являются одним из наиболее распространенных дефектов отливок. На некоторых заводах брак отливок по газовым раковинам достигает 30% общего брака литья.
Возникновение газовых раковин в отливках зависит от целого комплекса причин, связанных с качеством выплавки металла, его разливкой, качеством изготовления литейной формы, ее гидравлическими свойствами и др.
Обилие факторов, могущих быть причиной образования газовых раковин, часто затрудняет выбор эффективных мероприятий по их предупреждению.
В работе приведены результаты сравнительного исследования влияния на развитие газовых раковин в стальных отливках гидравлических свойств литейной, формы, газонасыщенности металла и условий взаимодействия металла и формы.
При исследовании влияния гидравлических свойств формовочных смесей на процесс формирования газовых раковин в отливках была принята следующая методика.
В песчано-глинистые сухие формы (рис. 1) устанавливались четыре стержня из влажных песчано-глинистых смесей. Составы опытных смесей подбирались с таким расчетом, чтобы при прочих равных условиях можно было бы проследить влияние только одного исследуемого технологического фактора. Опытные формы заливались сталями марок 35Л, 10ДНГФЛ, 12ДН2ФЛ, выплавленных в дуговой электропечи емкостью 5 т. Температура жидкого металла при заливке была в пределах 1560—1580°. Из каждой плавки одновременно заливалось три-пять опытных форм.
Отливки, получаемые в опытных формах, представляют собой полые резервуары. От отливок отрезалась верхняя часть, представляющая собой диск (темплет) диаметром 140 мм, толщиной 30 мм.
Были сделаны рентгеновские снимки темплетов после очистки, что позволило выявить степень развития газовых раковин в отливках.
При проведении первой серии опытов исследовалось влияние газопроницаемости, газотворности и влажности формовочных смесей, а также диаметра вентиляционных каналов и продолжительности выдержки сухих стержней во влажной форме на формирование газовых раковин в отливках.
На рис. 2 представлены типичные рентгеновские фотографии опытных отливок из стали 35Л.
Из рисунка следует, что снижение газопроницаемости формовочной смеси менее 60 единиц вызывает формирование газовых раковин в отливках (рис. 2, с).
Увеличение газотворности формовочных смесей начиная с 18 см3/г вызывает также образование газовых раковин в отливках (рис. 2, б).
Увеличение влажности формовочной смеси более 5% вызывает образование газовых раковин в отливках (рис. 2, в). При влажности смеси 7,1% наблюдался даже вскип стержня.
Длительная выдержка высушенных песчано-глинистых стержней во влажной форме (влажность смеси 5,5%) вызывает интенсивное формирование газовых раковин в отливках (рис. 2, г). Применение развитой вентиляционной системы при относительно низкой газопроницаемости смеси (40 ед.) позволяет устранить газовые раковины в отливках (рис. 2, д). Дополнительные опыты со смесями более низкой газопроницаемости (20—30 ед.) показали, что при любых сечениях каналов газовые раковины в отливках не устранялись. Наибольшее влияние на формирование газовых раковин в отливках оказывает избыточная влажность формовочных смесей. Сопоставление характера газовых раковин в отливках из стали 35Л (рис. 2, г) и 10ДНГФЛ (рис. 2, е) показывает, что при аналогичных условиях изготовления отливок среднеуглеродистая сталь имеет более локализованные газовые раковины, чем Малоуглеродистая. Это явление, по-видимому, можно объяснить большей склонностью малоуглеродистых сталей к окислению в результате которого создаются предпосылки к образованию газовых раю вин типа «шаровидная пористость».
При исследовании влияния газонасыщенности жидкой стали на процесс формирования газовых раковин использовались сухие песчано-глинистые формы, в которых одновременно отливались две отливки-пластины размером 200 х 140, толщиной 20 мм (рис. 3). Жидкий металл выплавлялся в индукционной высокочастотной печи емкостью 60 кг.
Из каждой плавки заливались четыре опытные формы. Первая форма заливалась сразу же после выплавки стали. Перед заливкой второй формы жидкий металл в печи обрабатывался флюсом из 50% извести-пушенки и 50% молотого шамота. Флюс увлажнялся до 9—10%. Перед заливкой третьей формы жидкий металл вторично обрабатывался влажным флюсом и т. д. Перед заливкой каждой опытной формы жидкий металл дополнительно раскислялся металлическим алюминием и отбирались пробы на содержание водорода в стали. Содержание водорода в металле определялось одновременно спектральным и изотопным методами.
На рис. 4 представлены рентгеновские снимки опытных отливок. Из рисунка следует, что при содержании водорода в стали более 4,0 см3/100 г в отливках начинают возникать газовые раковины, причем при увеличении содержания водорода в отливках образуются более крупные газовые раковины. Таким образом, на процесс формирования газовых раковин в отливках газонасыщенность жидкого металла оказывала существенное влияние. Введение влажных добавок в печь перед выпуском металла способствует получению газовых раковин в отливках.
При исследовании влияния взаимодействия влажной песчаноглинистой формы и жидкого металла на процесс образования газовых раковин в качестве опытных использовались формы, схематически представленные на рис. 5. В каждой форме изготавливалось четыре отливки в виде диска диаметром 140 и толщиной 30 мм. В форме перед заливкой устанавливались металлические кожухи, в которых уплотнялась опытная формовочная смесь. Жидкий металл для заливки форм выплавлялся в высокочастотной печи емкостью 60 кг.
Из каждой плавки заливались две опытные формы. Перед заливкой второй формы жидкая сталь обрабатывалась влажным флюсом. Перед заливкой каждой формы отбирались пробы на содержание водорода в металле.
На рис. 6 представлены рентгеновские снимки опытных отливок из стали марки 10ДНГФЛ. Из рисунка следует, что при содержании водорода в стали 4,2 см3/100 г в отливках возникают газовые раковины лишь при влажности смеси 6,5 % и более. При содержании водорода в металле 6,7 см3/100 г газовые раковины возникают уже в сухой форме, с увеличением влажности смесей количество газовых раковин в отливках прогрессивно возрастает.
Опыты показали, что в процессе заливки влажных форм жидкий металл дополнительно обогащается газом, образующимся в результате диссоциации водяных паров, на границе раздела металл — форма. При повышенной газонасыщенности жидкого металла применение влажных форм вызывает интенсивное формирование газовых раковин в отливках, причем с повышением влажности смесей количество раковин в отливках увеличивается, при небольшой же газонасыщенности раковины не образуются.
Результаты опытов позволяют сделать вывод о том, что причиной образования газовых раковин в отливках во многих случаях является совокупность повышенной, газонасыщенности металлов и влажности формовочной смеси или ее низкой газопроницаемости. Поэтому квалификация брака отливок по газовым раковинам «по вине формы» или «по вине металла» часто оказывается беспочвенной. Методика исследования позволила оценить относительное влияние различных технологических параметров на интенсивность формирования газовых раковин в стальных отливках.
В опытах наблюдалось формирование трех видов газовых раковин в отливках. Первый вид раковин возникал в результате внедрения газа из литейной формы в жидкий металл.
Развитие этого вида раковин в отливках зависит от гидравлических свойств литейной формы.
Второй вид раковин возникал в результате выделения газов из металла при его охлаждении и затвердевании. Развитие этого вида раковин в отливках зависит от количества растворенного газа в жидком металле и интенсивности протекания в нем химических реакций.
Третий вид раковин возникал в результате обогащения жидкого металла в форме продуктами диссоциации водяных паров и последующего газовыделения при охлаждении и затвердевании. Развитие этого вида раковин в отливках связано одновременно со степенью газонасыщенности заливаемого металла и количеством влаги, содержащейся в формовочной смеси.
Деффекты литья и их предупреждение
Виды раковин. Наиболее частым видом литейного брака являются всевозможные раковины. Они выявляются большей частью только в процессе механической обработки отливок.
Раковины бывают газовые, усадочные (рыхлость и пористость), песочные и шлаковые.
Раковины газовые. Газовые раковины - это сферические или округленные пустоты с гладкой блестящей (у закрытых) или окисленной (у открытых) поверхностью, расположенные снаружи отливки или внутри ее.
Газовые раковины, образовавшиеся за счет плохого качества металла, чаще всего имеют малые размеры и разбросаны по всей массе отливки. Газовые раковины, образовавшиеся за счет дефектов форм и неправильной технологии заливки, концентрируются чаще всего на отдельных определенных участках формы и находятся на небольшой глубине от поверхности или стержня.
Причины образования газовых раковин следующие:
1. Выделение газов из металла вследствие уменьшения растворимости их в металле при его кристаллизации. Пузырьки газа стремятся всплыть на поверхность, часть их не успевает уйти за пределы отливки и остается в ней в виде газовых раковин.
2. Конструкция формы с такими поверхностями, которые затрудняют удаление скопившихся газов. Это вызывает образование раковин на поверхности отливки.
3. Плохая газопроницаемость формовочной смеси, в частности для стержней, при большом газообразовании.
4. Неудачный состав переплавляемой шихты, загрязненной ржавчиной, серой, водородом, исходным металлом, уже насыщенным газом, замасленной стружкой, а также присутствие в шихте влаги и чрезмерное содержание серы в коксе, нефти (в мазуте) и в сланцевом масле, если оно служит топливом.
5. Неправильное ведение плавки, вызывающее насыщение металла газом в процессе плавки, если металл плохо раскислен.
6. Слишком большая скорость заливки форм. Когда скорость заполнения формы металлом больше скорости отвода из нее газов, оставшиеся газы вызывают в отливках образование газовых раковин. Чем меньше скорость заливки, тем больше остается времени для удаления газов и воздуха через поры и вентиляционные каналы формы. При этом отпадает опасность прохождения газов через жидкий металл.
7. Неудачные способ заполнения формы - заливка прерывающейся струей. При быстрой заливке металла в форму сверху образуются брызги; они окисляются и при отливке чугуна и стали могут вызвать появление раковин за счет выделения окиси углерода при восстановлении окислов железа углеродом. Алюминиевая бронза и алюминиевые сплавы при заливке форм сверху вспениваются. Это также вызывает в отливке газовые раковины.
8. Недостаточное сечение или неправильное расположение выпора.
9. Насыщение чугуна в вагранке газами при избыточном количестве влаги в воздухе, подаваемом в вагранку.
10. Недостаточно горячий металл может содержать газовые пузыри, не успевающие выделиться при охлаждении металла.
11. Разливка металла в плохо высушенный и недостаточно нагретый ковш. Носок ковша должен быть особенно хорошо высушен перед разливкой.
12. Излишняя влажность формовочной смеси в отдельных местах, если форму приходится исправлять после выемки модели.
13. Чрезмерное уплотнение земли и заглаживание формы, уменьшающей газопроницаемость.
14. Ржавая поверхность холодильников и кокилей, которая при соприкосновении с жидким чугуном реагирует с углеродом металла, образуя окись углерода (СО).
15. Неправильная конструкция литниковой системы, при которой возможно засасывание воздуха или неспокойное поступление металла в форму, врыв струи, образование вихрей и неправильное вентилирование газов из стержней (направление вниз или навстречу поступающему в форму жидкому металлу).
16. Заливка струей с большой высоты, когда происходит засасывание воздуха, вспенивание и разбрызгивание металла (с образованием "корольков").
17. Газы, выделяющиеся вследствие химической реакции в самом металле. Сернистый газ (SO2) обычно вступает в реакцию с медью, образуя закись меди (Cu 2O) и сернистую медь(Cu 2S):SO 2 + 6Cu <> Cu 2S + 2Cu 2O.
Реакция эта, однако, может идти в обоих направлениях в зависимости от концентрации участвующих веществ. От взаимодействия сернистой меди с закисью меди может выделяться сернистый газ, нерастворимый в металле и дающий крупные пузыри. Такие случаи нередко имеют место в заводской практике и особенно опасны при разливки красной меди.
Мелкие газовые пузырьки могут получиться на поверхности отливки из бронзы с примесью свинца. Эта газовая пористость происходит при окрашивании формы краской, содержащей графит. Окислы свинца в бронзе восстанавливаются графитом с выделением окиси углерода на поверхности отливки, соприкасающейся с графитовой краской.
При замене графита тальком (3MgO * 4SiO sub>2 * H sub>2O) источником газовой пористости может явиться кристаллизационная вода, выделение которой при температуре бронзы, залитой в форму, вызывает повышенную пористость на поверхности отливки. Предварительное прокаливание талька до 1000 o обеспечивает удаление кристаллизационной воды. Тогда газовой пористости на поверхности отливки не получится. Растворенный в никеле кислород, действуя на углерод и серу, образует с ними СО и SO2, вызывающие газовые раковины.
18. Газы, образующиеся от избытка смазки металлической формы при заливке в нее жидкого металла.
19. Газы, выделяющиеся из трещин на изношенных металлических формах (адсорбированные газы в трещинах изложниц).
20. Поглощение сернистого газа, образующегося при горении кокса, содержащего серу, при плавке в вагранку бронзы (что иногда практикуется в литейных).
Бронзой поглощаются и другие газы, всегда присутствующие в атмосфере вагранки (азот, кислород, углекислый газ, водяные пары, окись углерода, водород, углеводороды, летучая сера, сероводород и др.)
21. Выделение водорода и окиси углерода сплавами, содержащими магний, цинк, алюминий, кремний, при действии водяного пара и углекислого газа, например:
22. Плохо обожженный древесный уголь, вследствие дополнительной перегонки выделяющей на поверхности расплавленного металла углеводороды и водород. Водород может при этом поглощаться хорошо раскисленным сплавом, например, алюминиевой бронзой, кремнистой латунью, и отливка окажется пузыристой.
23. Насыщенный газами исходный металл для переплавки. В процессе переплавки в вагранке такого насыщенного газами металла газы передаются литью как бы по наследству.
Раковине усадочные (рыхлость и пористость). Усадочные раковины имеют вид углублений и пустот неправильной формы, образующихся в тех метах отливки, где металл затвердевает в последнюю очередь. Иногда вместо концентрированных усадочных раковин наблюдается местная рыхлость и пористость, вследствие которых отливки не выдерживают давления при гидравлическом испытании и бракуются.
Основной причиной образования усадочных раковин является уменьшение объема металла при затвердевании и дальнейшем охлаждении. Размер усадочных раковин зависит от степени (величины) усадки и от температуры заливки металла в форму (высокая температура заливки устанавливает объем усадочных раковин), а также от конструкции и размеров отливки и от скорости заполнения формы.
Меры предупреждения. В тех частях отливок, где следует ожидать образования раковин, в формах устраивают соответствующие прибыли, из которых в период усадки отливка питается жидким металлом. Металл в прибыли должен затвердевать в последнюю очередь. Для устранения пористости применяют холодильники, ускоряющие затвердевание металла в соответствующих зонах.
Усадочные раковины и рыхлость можно устранять изменением конструкции формы, уменьшая скопления металла в отдельных ее частях.
Раковины песочные.
Песочные раковины - это закрытые или открытые раковины неправильной формы в различных частях отливки, заполненные частично или полностью формовочным материалом.
Образование песочных раковин вызывают следующие причины:
1. Повреждение песочной формы при извлечении из нее модели или сборке формы (накладывании верхней опоки).
2. Разрушения частей формы струей металла при заполнении формы.
3. Размывание металлом слабо набитых мест формы или пережженных в сушиле.
4. Механическое засорение готовой формы.
5. Неправильные формовочные уклоны модели.
6. Отсутствие галтелей (закруглений в углах модели), необходимой величины (вследствие чего земля с углов осыпается).
7. Несоответствие размеров и конструкций опоки размерам модели (в тесной опоке тонкий слой земляной формы может осыпаться от удара струи жидкого металла).
8. Применение неисправных опок, вызывающих повреждение формы.
9. Неудовлетворительное качество формовочных материалов, разрушаемых в форме металлом.
10. Неравномерное уплотнение в форме формовочной смеси.
11. Недостаточное упрочнение формы или отдельных частей ее каркасами, крючками, шпильками и др.
12. Неправильная установка стержней.
13. Резкие удары, толчки по форме при переворачивании, сборке, передвижении.
14. Неправильная, неизбежная установка груза, который накладывается на форму во избежание подъема верхней опоки металлом..
15. Неправильное направление струи металла и заливки формы с большой высоты.
Раковины шлаковые.
Шлаковые раковины имеют неправильную форму и
шероховатую поверхность. Полость раковины бывает заполнена шлаком полностью или частично.
Размеры, количество ми расположение шлаковых раковин разнообразны и зависят от причин, вызвавших их образование,.
Основной причиной образования шлаковых раковин является попадание шлака в форму вместе с металлом при заливке вследствие:
1. Плохой очистки металла от шлака.
2. Недостаточного заполнения литниковой чаши во время заливки.
3. Неправильный литниковый системы.
4. Недостаточной жидкотекучести металла.
5. Перерыва струи металла при заливке.
Меры предупреждения. Для борьбы со шлаковыми раковинами необходимо
обеспечить повышенную температуру при плавлении металла с целью увеличить его жидкотекучесть и понизить вязкость. А также улучшить условия всплывания шлака при выдерживании металла в ковше или копильнике перед заливкой. Шлак необходимо счищать с поверхности металла счищалками. Для облегчения снятия жидкий шлак следует присыпать чистым сухим песком, который делает его более густым.
Чтобы шлак не попал в форму, необходимо принимать меры для задержки его не только в ковше, но и литниковой системе. В литниковой системе шлак задерживают шлакоуловителями, в которых он отделяется от металла за счет разности в удельных весах. Простейшим шлакоуловителем литниковой системы является уже сама литниковая чаша. Необходимо правильно подобрать размеры шлакоуловителя и сечений отдельных элементов литниковой системы.
При выборе литниковой системы следует руководствоваться ГОСТ и ведомственными или заводским нормалями. Даже при правильно построенной литниковой системе шлак может проникать в форму, если литниковая система не будет заполнена металлом в течении всей заливки или будет допущен перерыв струи.
Пригар
Другим видом брака является пригар. Отличительные признаки. Поверхность отливки бывает покрыта ошлакованной, оплавленной формовочной землей (химический пригар) и неошлакованной облицовочной землей с металлом, прониквшим в ее поры (механический пригар).
Причины образования. Низкая огнеупорность формовочной смеси создает условия для химического пригорания ее к отливке с образованием легкоплавких соединений с окислами железа, марганца и др. Легкоплавкие соединения проникают в глубь формовочной земли вследствие капиллярности. Такой пригар лишь с трудом удаляется пневмоническими зубилами и наждачными камнями.
Основными причинами механического пригара являются большая пористость облицовочной земли, вследствие которой в землю проникает жидкий металл, высокая температура металла при заливке формы и давление металла (напор) при заливке высоких отливок.
Трещины
Трещины бывают сквозные или несквозные, так называемые надрывы на поверхности отливок.
Отличительные признаки. Горячие трещины от внутренних напряжений образуются в то время, когда металл еще не остыл, за счет его повышенной усадки. Холодные трещины представляют собой разрыв металла в конце остывания за счет проявления внутренних напряжений, обусловленных усадкой. У горячих трещин, проявляющихся при высоких температурах, поверхность излома всегда бывает окислена, а у холодных - чистая поверхность или иногда покрыта легкими цветами побежалости.
Причины образования. Причинами образования трещин могут служить:
1. Неправильная конструкция самой отливки (резкие переходы в толщине, отсутствие галтелей или несоответствующий радиус их округлений).
2. Механическое сопротивление со стороны формы, стержней и каркасов, препятствующих свободной усадке.
3. Неправильная литниковая система (местный перегрев отливки).
4. Неправильные размеры и расположение холодильников, прибылей и выпоров.
5. Чрезмерно высокая температура заливки и вредные примеси в металле.
Иногда бывает достаточно даже легкого удара во время выбивки из опок, при обрубки или при небрежном обращении во время транспортировки, чтобы отливка дала трещину.
Меры предупреждения. Для устранения возможности возникновения трещин необходимо сводить к минимуму внутренние напряжение в отливке. Для этого нужно применять следующие меры.
1. Конструировать отливки так, чтобы они допускали по возможности свободную усадку по всем направлениям.
2. Стремиться заливать металл в сырую форму - более податливую, чем сухая.
3. Разница в толщинах сопрягающихся стенок должна быть минимальной.
Сложную отливку лучше составлять из нескольких частей, соединяемых затем в одно целое.
4. Радиус галтелей рекомендуется делать от 1/6 до 1/3 толщины соединяемых сечений. Размер радиусов галтелей следует выбирать равным 1; 2; 3; 5; 8; 10; 15; 20; 25; 30 и 40 мм.
5. В случае неизбежности неравномерного сечения в отливке ее следует конструировать так, чтобы массивные и тонкие части могли сокращаться при усадке, не мешая друг другу (например, следует применять пружинящие изогнутые спицы маховиков и зубчатых колес вместо прямых). Подводом металла в тонкие или в кварцевые части отливки можно выровнять скорость охлаждения их более массивных и центральных частей.
6. Применять металлические холодильники и холодильные формовочные смеси с повышенной теплопроводностью (хромистый железняк), способствующие предупреждению пороков усадочного характера. Смесью из хромистого железняка обкладывают те части формы (внутренние углы, стенки массивных частей), остывание которых нужно ускорить. Холодильная формовочная смесь удобнее металлических холодильников, так как ей легко придать любую форму при обкладывании моделей самой сложной конфигурации.
Меняя толщину слоя смеси, можно регулировать скорость остывания различных частей отливки как с наружной, так и с внутренней стороны.
7. Для борьбы с горячими трещинами от растягивающих усилий при усадки между смежными частями (например, фланцы, трубы, корпуса, краны паровой арматуры и т.п.) применять специальную высокоподатливую формовочную массу, а литниковую систему делать так, чтобы струя горячего металла не давала чрезмерных местных перегревов формы.
Другие дефекты литья
Дефекты в размерах и очертаниях отливок получаются вследствие перекоса форм и смещения стержней, раздутия форм при слабой набивке в опоках и ряда причин, связанных с дефектами опок и моделей и с плохим качеством работы при изготовлении форм.
Спаи и слоистость - пороки отливки в виде трещин, но с округлыми краями. Они получаются при заполнении форм недостаточно жидкотекучим металлом или же прерывистой струей.
Недоливы - когда часть отливок оказывается незаполненной металлом вследствие его плохой жидкотекучести, изобилия газов или пара в форме утечки металла по плохо скрепленному разъему форм.
Борьба с браком в литейных цехах
Предупреждение брака. Литейный брак приносит нашему народному хозяйству огромнейший ущерб, даже при условии использования забракованного литья в качестве шихтового возврата.
Этот ущерб велик, если учесть потери дефицита цветного металла. Только понимание сущности производства может помочь при всех условиях находить истинную причину брака и пути к его устранению. Глубокое понимание технологии дает возможность изменять способы производства и вводить новые.
Борьба с браком может быть успешной только в том случае, когда выявлены причины его и найдены способы устранения.
Способы снижения брака в литейной следующие:
1. Тщательное контролирование исходных материалов (шихты, формовочных земель и других видов сырья).
2. Выбор правильной технологии (формовка, плавка, заливка и т.д.)
3. Детальный инструктаж исполнителей с применением авторегулировки и контрольной аппаратуры (пирометров и пр.)
4. Строгая технологическая и организационная дисциплина.
5. Правильная организация технического контроля отливок.
6. Тщательный анализ изучение видов и предлагаемых причин брака.
7. Широкое внедрение различных методов исправления дефектов отливок.
8. совместная работа литейщиков и конструкторов, так как литейный брак нередко зарождается еще на столе конструктора.
Способы исправления литейного брака.
Во многих литейных существуют специальные отделы для исправления литейного брака, когда такое исправление технически и экономически целесообразно и не отражается на качестве изделий. Способы исправления литейного брака следующие:
1. Небольшая течь отливки, обнаруженная при испытании гидравлическим давлением, устраняется путем заварки, термической обработки (отжигом), пропитки под давлением бакелитовым лаком с последующей термической обработкой при температуре до 150-180 o C или запрессовкой в поры растворов различных веществ.
2. Заделка мелких трещин и раковин путем нанесения металла с помощью аппарата ЛК-2 или другого.
Читайте также: