Формирование поверхности отливок

Категория:
Литейное производство


Формирование поверхности отливок

Слои металла, непосредственно прилегающие к поверхности отливок, отличаются наибольшей плотностью и наилучшими механическими свойствами. Это объясняется тем, что кристаллизация сплава в таких слоях протекает при свободном доступе к ним компенсирующей усадку жидкости и при большем, чем во внутренних частях отливки, переохлаждении, обеспечивающем благоприятное строение сплава.

Повышенное качество металла вблизи от поверхности отливок делает нежелательным значительный объем их механической обработки, при которой глубокий слой лучшего металла переводится в стружку.

Излишняя механическая обработка увеличивает стоимость отливки и уменьшает количество полезно используемого металла, поэтому стремятся повысить точность геометрических размеров отливки и улучшить качество ее поверхности.

Формирование поверхности отливки происходит, практически, в течение всего периода пребывания металла в форме, начиная от момента заливки и кончая моментом выбивки.

К дефектам отливки, связанным с поверхностными процессами в форме, относятся следующие:
1) изолированные единичные включения формовочного материала;
2) неметаллическая корка, называемая пригаром, распространенная на большой площади и прочно связанная с отливкой.

Внедрение в отливку отдельных частиц формовочного материала (неметаллических включений экзогенного характера) является следствием одновременного действия двух неблагоприятных факторов; низкой поверхностной прочности формы и сил, способных оторвать слабо связанные с формой частицы от общей се массы. Низкая поверхностная прочность формы обычно связана нарушением установленного технологического процесса. Например, если от момента приготовления влажной разовой формы до Оливки проходит много времени, то поверхностный слой формы сыхает, что вызывает разрыв связей между поверхностными зернами песка и между наружными и внутренним слоями формы. При использовании сухих песчано-глинистых форм большое значение имеет правильный выбор режима сушки. В частности, очень быстрое охлаждение горячих (высушенных) форм (или стержней), благодаря их низкой теплопроводности, приводит к возникновению большого температурного градиента по их сечению и, в соответствии с этим, к возникновению значительных термических напряжений, вызывающих растрескивание поверхностного слоя формы. Иногда, при очень малой пористости и большом уплотнении формы, ее часть, непосредственно соприкасающаяся с металлом и поэтому быстро нагревающаяся, отслаивается в результате термического расширения.

Чтобы предупредить существенное понижение поверхностной прочности формы при изготовлении ее, хранении и использовании, стараются применять малочувствительные к неблагоприятным действиям формовочные материалы и строго соблюдать технологический процесс.

К силам, вызывающим отрыв от формы или стержня слабо связанных с ними частиц, относятся силы, возникающие при движении в форме потока металла. При конструировании формы следует избегать удара струи металла о ее стенки; струя должна поступать в рабочую полость формы по касательной к ее поверхности. Иногда в рабочую полость формы металл целесообразно подавать через несколько каналов, так как стенки единственного канала очень прогреваются, прочность его поверхности падает, и силы трения, возникающие при движении потока, смывают отдельные зерна песка.

Основным поверхностным дефектом отливок является пригар. Под пригаром понимают слой формовочного материала, сцементированный и прочно связанный с отливкой какой-либо затвердевшей жидкостью. Если цементирующей жидкостью является залитый в форму металл или сплав, то образующуюся корку называют механическим пригаром. Если эта жидкость образовалась в результате химического взаимодействия между отливкой и формой, то корку на отливке называют химическим пригаром.

Механический пригар образуется вследствие пропитывания расплавленным металлом или сплавом поверхностного слоя формы и обволакивания зерен формовочного материала. При охлаждении отливки металл затвердевает, образуя корку, в которой, как в сотах, заключены отдельные зерна или скопления зерен формовочного материала.

Механический пригар развивается, главным образом, на поверхностях крупных отливок, которые обладают достаточным запасом тепла для сильного прогрева формы и на которых в течение длительного времени не образуется поверхностной корки. Механический пригар в чистом виде встречается редко.

Химический пригар встречается чаще и, как правило, образует корки большей толщины. Металлы и сплавы, за редким исключением, не способны к непосредственным реакциям со специально подобранными для них формовочными материалами; однако избежать взаимодействия окислов этих металлов с компонентами смеси иногда не удается. Например, при литье чугуна или стали железо не реагирует с обычно применяемым кварцевым песком, в то время как закись железа может образовать с ним силикаты разного состава. В случае присутствия в песке флюсующих минералов (слюды, полевого шпата и др.), содержащих окислы щелочных или щелочно-земельных металлов, образуются силикаты сложного состава, имеющие сравнительно низкую (иногда ниже 1000° С) температуру плавления и поэтому способную пропитывать более глубокий слой формы. Процесс пропитывания заканчивается там, где движущаяся жидкость встречает слой формы, не нагретый до температуры плавления этой жидкости. Важно отметить, что движение жидкости и ее взаимодействие с формой могут продолжаться и после образования на отливке затвердевшей корки.

Флюсующие минералы очень ускоряют образование пригара, так как в более короткие сроки образуется жидкая фаза, в которой затем растворяются закись железа и компоненты смеси.

На образование пригара влияет состав газов, сосредоточивающихся у поверхности раздела металл — форма. Исследования показали, что в начале процесса газы создают окислительную среду. Затем, по мере вытеснения воздуха, выделения и разложения водяных паров, сгорания, возгонки и диссоциации органических веществ, газовая среда приобретает восстановительный характер.

Один из основных методов борьбы с пригаром — это воздействие на газовую среду формы. При литье чугуна, бронз, латуней и некоторых других сплавов в состав формовочных смесей вводят углеродистые добавки (например, молотый уголь), препятствующие окислению металла. При литье стали вводить углеродистые добавки не рекомендуют, так как растворение углерода в поверхностном слое стали понижает температуру ее плавления и облегчает пропитку формы. В этом случае форму покрывают слоем инертных и малопористых красок.

На практике разрабатывают меры, направленные не к затруднению развития пригара, а к ослаблению связи его с отливкой, т.е. к получению легкоотделимого пригара. Например, при литье стали иногда искусственно увеличивают продолжительность существования в форме окислительной атмосферы. Для этого в форму добавляют сильные окислители, например марганцевую руду, легко разлагающуюся и окисляющую поверхность отливки. В результате на границе между отливкой и формой сохраняется слой высших окислов железа, который обеспечивает легкое удаление пригара. Аналогичные результаты получаются при введении в смесь добавок, содействующих затвердеванию жидких силикатов в аморфном виде. Получающееся при этом силикатное стекло отличается хрупкостью, что также содействует легкой очистке отливок.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум