Газообмен между формой и залитым в нее металлом

Категория:
Литейное производство


Газообмен между формой и залитым в нее металлом

Сплошность металла может нарушиться в период первичной кристаллизации не только в результате образования усадочных полостей, но и в результате попадания в жидкий или кристаллизующийся металл пузырьков газа.

Различают два вида газовых раковин: эндогенные, образующиеся при выделении газа из металла, и экзогенные, образующиеся при проникновении газов в отливку извне, в основном, из формы.

Эндогенные газовые раковины, связанные с уменьшением растворимости газов в охлаждающемся металле или с разложением химических соединений (например, окислов), были описаны в главе I. В данном разделе будут рассмотрены только экзогенные газовые дефекты.

После заливки металла в форму на границе их соприкосновения создается повышенное газовое давление, иногда достаточное для проталкивания газов в металл. Повышение давления обусловлено несколькими причинами. Разовые формы являются пористыми телами, причем весь объем пор в начале процесса заполнен атмосферным воздухом (во влажных формах воздух насыщен водяными парами). После заливки формы металлом воздух вблизи отливки нагревается и давление его возрастает. Вследствие возникновения по сечению формы градиента давления, а также благодаря газопроницаемости пористого формовочного материала часть нагретого воздуха вытесняется через форму в окружающую среду. Однако отвод газа не может быть мгновенным и полным, так как газопроницаемость формы не беспредельна.

В результате нагрева внутренних слоев формы в них образуется дополнительное количество газов и паров. Причины их образования следующие:
1) испарение имеющейся в форме свободной влаги;
2) выделение связанной воды из кристаллогидратов, содержащихся в формовочной смеси (например, из водных алюмосиликатов, составляющих основную часть глины);
3) сгорание или разложение органических соединений, часто добавляемых в смеси для придания им прочности;
4) сгорание углеродистых добавок, применяемых во избежание окисления поверхности отливок.

Дополнительно выделившиеся газы содействуют повышению избыточного давления. Величина этого давления зависит от скорости прогрева формы, количества имеющихся и дополнительно образующихся газов, а также от пористости и газопроницаемости формовочного материала. Давление не остается постоянным и изменяется во времени.

Прогрев формы предопределяется условиями теплообмена.

Знание всех перечисленных факторов дает возможность рассчитать давление газа у поверхности отливки. Такой расчет целесообразно делать для наиболее опасного момента, который наступает сразу же после соприкосновения формы с металлом, так как скорость отвода тепла от отливки и пропорциональная ей скорость образования газов максимальны в начале процесса.

Расчет для начального момента можно упростить, приняв ряд допущений: 1) газ, вновь образующийся в форме, сначала концентрируется у стенок отливки; 2) температура воздуха, вытесняемого через холодные слои формы, близка к нормальной, поэтому не требуется вводить поправку на изменение вязкости воздуха; 3) конвективный теплообмен в форме очень мал по сравнению с контактной теплопроводностью.

Рис. 1. Схема прибора для определения газопроницаемости

На основе расчетных методов, разработанных Л. С. Лейбензоном, можно установить, что давление газа у стенок отливки в начальный момент

Для предупреждения газовых дефектов необходимо также повышать коэффициент газопроницаемости формы. Давление газа, возникшее вначале у поверхности отливки, как правило, быстро уменьшается. В некоторых случаях наблюдается иное течение процесса: после спада давления оно вновь увеличивается. Рост давления свидетельствует о появлении на пути газового потока, направленного от отливки во внешнюю среду, дополнительного гидравлического сопротивления. Часто водяные пары, образовавшиеся в нагретой части формы, конденсируются в более удаленных от металла холодных слоях, закрывая газоотводящие пути. Иногда попадание металла в знаковую часть формы (место, где стержень соприкасается с формой) затрудняет выход газов из стержней. В описанных случаях газ скапливается между отливкой и участком повышенного гидравлического сопротивления и давление его вновь возрастает. Если это давление значительно повысится до формирования на отливке твердой корочки, то образуются газовые раковины. Для предупреждения раковин такого типа в форме делают вентиляционные каналы или полые стержни.

Газовые дефекты первого типа (образующиеся в момент после начала заливки) чаще наблюдаются при литье чистых металлов и эвтектических сплавов, так как избыточное давление должно преодолеть только вес столба жидкости (hy). Для образования газовых раковин в сплаве, кристаллизующемся в интервале температур, пузырек, проникающий в металл, должен нарушить возникающую структуру переходной области. Поэтому давление газа в этом случае должно быть более высоким. Вместе с тем, сплавы, кристаллизующиеся в интервале температур, образуют на отливке твердую корку значительно позднее, чем чистые металлы и сплавы эвтектического состава. Поэтому опасность газовых раковин второго типа (вызванных дополнительным гидравлическим сопротивлением) более велика при литье сплавов с большим интервалом кристаллизации.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум