Пригар

Категория:
Покрытия литейных форм


Пригар

Пригар представляет собой плотно приставший к отливке неметаллический слой, состоящий из зерен песка, сцементированных чаще всего силикатным расплавом или металлом. Пригар ухудшает свойства и товарный вид отливок, поэтому наличие и размеры участков поверхности с повышенной шероховатостью, возникшей в результате образования пригара, ограничиваются техническими условиями на отливки. Величину пригара оценивают качественно и количественно.

Категории пригара характеризуются степенью трудности удаления пригара при очистке и способами его удаления.

Ф. Д. Оболенцев приводит классификацию пригара по способам, необходимым для его удаления, и виду отделяемых частиц пригара.

В основу количественной оценки величины пригара положены относительные величины трудозатрат на удаление пригарной корки двумя видами механического воздействия: истиранием и ударом. Для количественной оценки трудозатрат на очистку питые образцы, на которых образовался пригар, подвергают испытаниям на двух приборах. Первый из них разработан ВПТИлит-промом (г. Ленинград) и определяет время Тс стачивания пригар-його слоя абразивным кругом. Второй прибор, созданный в лаборатории технологии литейных процессов Челябинского политехнического института, измеряет удельную работу разрушения Луд корки пригара ударным воздействием бойка долотчатой формы.

Путем экспериментов по сопоставлению величин Тс и Луд со временем очистки отливок производственными способами получены корреляционные соотношения, позволяющие рассчитывать относительную величину трудозатрат, необходимую для удаления исследуемого пригара в производственных условиях.

Различают три вида пригара: термическии, механическии и химический. Принятое разделение условно; оно облегчает описание явления, а при изучении конкретных случаев пригара позволяет оценить, какой вид пригара является преобладающим, чтобы принять меры по устранению дефекта. В действительности же условно выделенные виды пригара появляются большей частью совместно, так как процессы, их вызывающие, взаимосвязаны.

Термический пригар возникает вследствие оплавления материала формы под влиянием теплоты залитого металла. Он появляется всякий раз при использовании для приготовления формовочных и стержневых смесей песков и глин с недостаточной огнеупорностью. Такой пригар большей частью легко отстает от поверхности отливок в виде толстой «шубы», но отливка имеет неровную серую поверхность с точечными включениями нераспла-вившегося кварца. Оплавление формовочного материала сопровождается газовыделением и образованием поверхностных газовых раковин. Для предупреждения термического пригара применяют смеси, припылы, краски и пасты, включающие высококачественные кварцевые пески различной зернистости или материалы высокой огнеупорности: циркон, дистен-силлиманит, корунд, хромомагнезит и др.

Механический пригар образуется вследствие проникновения расплавленного металла в поры формы. Для того чтобы возник механический пригар, металл должен внедриться в поры формы на глубину не меньше диаметра зерна формовочной смеси. При этом на поверхности отливки возникает сетка из металла и зерен формовочной смеси, удалить которую можно только вырубкой совместно с поверхностным слоем отливки. Механизм образования механического пригара можно представить следующим образом. Поступая в форму, жидкий металл соприкасается с еще холодными ее стенками и охлаждается с поверхности, в результате на поверхности отливки образуется затвердевшая корка. Толщина этой корки зависит от температуры заливаемого металла, температуры и теплоаккумулирующей способности формы и других факторов. Если отливка сравнительно тонкостенная, то теплоты, выделяющейся при последующей кристаллизации всей массы отливки, оказывается недостаточно для того, чтобы вновь расплавить первоначально образовавшуюся корку и снова обеспечить уже более длительный контакт жидкого металла со стенками формы. В этих условиях механический пригар образоваться не может.

Если же в равных условиях заливают крупную толстостенную отливку, то образовавшаяся вначале корка вновь расплавится под действием теплоты затвердевающей отливки и жидкий металл войдет в контакт со стенками формы. Однако внедрение его в поры (капилляры) формы начинается не сразу, поскольку формовочные материалы подбирают так, чтобы они не смачивались жидким металлом.

В этих условиях, как известно, возникает капиллярное противодавление рк, противодействующее внедрению жидкости в капилляры. Кроме того, проникновению металла будет препятствовать сравнительно низкая температура формы. По мере прогревания стенок формы из формовочной смеси выделяются водяные пары и газы, создающие в порах газовое противодавление рг, которое также препятствует проникновению металла.

Минимальное критическое давление из приведенных данных соответствует высоте столба жидкой стали 0,8, а максимальное — 3,6 м.

В холодной форме, если давление металла на стенку формы равно критическому, металл проникнет в поры формы на глубину не более половины диаметра зерна, т. е. на доли миллиметра. При прогревании поверхности формы металл, находясь под критическим давлением, будет проникать в глубь формы по мере распространения изотермы, соответствующей температуре плавления металла.

Если формовочная смесь смачивается жидким металлом, то последний проникает (всасывается) в поры формы без приложения к жидкому металлу внешнего давления. Проникновению способствует неизбежное окисление металла при выплавке и заливке, поскольку окислы смачивают формовочный материал.

Сплошное или частичное пропитывание выступающих частей формы или стержней называют металлизацией, а проникновение металла в отдельные сравнительно большие трещины и поры — просечкой.

Чтобы предотвратить механический пригар, прежде всего надо сократить размер пор в поверхностном слое формы. Для этого применяют более мелкие пески или в крупные и среднезерни-стые пески вводят мелкие фракции, в том числе пылевидный кварц. Резко снижает механический пригар на отливках уплотнение формовочной смеси прессованием под давлением порядка 10—15 кгс/см2. Наблюдающееся при прессовании увеличение плотности уплотненной формовочной смеси с 1400 кг/м3 (твердость по твердомеру 65 ед.) до 1600 кг/м3 (твердость 85 ед.) повышает критическое давление проникновения вдвое.

Для предупреждения механического пригара широко применяют различные покрытия — краски, пасты и натирки, поскольку они также уменьшают пористость поверхностного слоя форм и стержней. В противопригарные краски для стальных отливок рекомендуют добавлять сильные окислители, которые превращают металл, просочившийся между зернами формовочной смеси, в легкоотделимые рыхлые окислы и тем самым предотвращают образование пригара. При получении крупных, преимущественно стальных отливок, для предупреждения образования механического пригара применяют спекающиеся смеси и покрытия из хромистого железняка.

Особо ответственные отливки изготовляют в формах, облицованных смесью из огнеупорных материалов с высокой теплоакку-мулирующей способностью, например, хромомагнезита или циркона. Обладая повышенной охлаждающей способностью по сравнению с кварцевым песком, эти смеси уменьшают механический пригар, снижая глубину проникновения расплава примерно вдвое. Противопригарные краски, приготовленные из материалов с повышенной теплоаккумулирующей способностью, не оказывают охлаждающего воздействия на отливки ввиду незначительной толщины слоя.

В краски для отливок из чугуна и медных сплавов добавляют газотворные вещества (древесный уголь, каменный уголь, кокс, пек и др.). Газы, выделяющиеся при сгорании этих веществ, повышают газовое давление в порах смеси и препятствуют проникновению металла.

Химический пригар возникает в отливках из сплавов с высокой температурой плавления в результате сложных реакций между металлом отливки, его окислами и материалом формы. В отличие от механического пригара зерна песка в пригоревшем слое связываются главным образом продуктами химических реакций, протекающих при высоких температурах, преимущественно силикатами.

По П. П. Бергу процесс образования химического пригара разделяется на три условных этапа: окисление поверхности металла; смачивание поверхности формы окислами металла; образование соединений между окислами металла и окислами формы (образование промежуточного соединения, пригарного слоя).

На поверхность раздела металл—форма окислы компонентов сплава поступают двумя путями: в небольшом количестве — в виде окислов, растворенных в расплаве и образующихся во время выплавки и заполнения формы, а главным образом вследствие окисления раскаленной затвердевающей поверхности отливки. Массивная отливка из чугуна или стали дольше находится в раскаленном состоянии, и поэтому на ее поверхности образуется больше окислов.

Считают, что пригар не образуется в двух случаях: когда поверхность отливки не окислена или окислена очень сильно. На неокисленной поверхности металла пригар образоваться не может, так как во взаимодействие с кремнеземом формы вступают только окислы металла; взаимодействие неокисленного металла с кремнеземом маловероятно.

К. И. Ващенко и С. П. Дорошенко установили, что содержание окислов железа в пригарной корке уменьшается по толщине от максимального в месте контакта с металлом до минимального в слоях, прилегающих к уплотненной формовочной смеси первоначального состава. Если между металлом отливки и пригарной копкой возникает слой окислов железа оптимальной топщины (для жидкостекольных смесей он составляет около 100 мкм), то пригарная корка легко отделяется от металла по этому слою. При меньшей толщине слоя окислов пригарная корка прочно соединяется с отливкой.

Такое объяснение причины появления на стальных и чугунных отливках пригара с различной степенью трудности очистки хорошо согласуется с практическими наблюдениями. Например, в мелких быстроостывающих стальных отливках, где на поверхности металла образуется слой окислов незначительной толщины, для предотвращения пригара достаточно применить огнеупорные припыл или тонкий слой краски, чтобы предотвратить непосредственный контакт окислов металла с кремнеземом формы. Гораздо труднее избежать пригара на стальных отливках среднего развеса, где окислы на поверхности отливок образуются в больших количествах, чем на мелких, но все же недостаточных для получения ‘слоя окислов оптимальной толщины, обеспечивающих получение легкоотделяемого пригара.

На толстостенных стальных отливках, полученных в жидко-стекольных формах без применения покрытий, образуется легко-отделяемый пригар, поскольку сталь легко окисляется и дает большое количество окислов в пригарной корке. В то же время на чугунных отливках, полученных в тех же жидкостекольных формах без противопригарных покрытий, образуется трудноот-деляемый пригар. Это объясняется тем, что поверхность чугунных отливок при нагреве окисляется труднее.

Общеизвестно также, что с отливок, быстро удаленных из формы, пригар снимается труднее, чем с отливок, остывавших в формах длительное время, так как при малой продолжительности контакта между металлом и формой слой окислов на поверхности отливки не достигает оптимальной толщины. Известно также, что пригар легче удаляется с поверхности стальных отливок после отжига, когда поверхность металла под коркой покрывается окалиной.

Образующаяся на поверхности отливок закись железа FeO имеет температуру плавления 1380° С, поэтому на поверхности даже закристаллизовавшейся стальной отливки она может находиться в жидком состоянии довольно долгое время.

В сплавах с высоким содержанием марганца образованию пригара способствует также аналогичная реакция между закисью марганца и кремнеземом

Образующиеся в результате этих реакций легкоплавкие силикаты фаялит (2Fe0-Si02) и тефроит (2MnO-Si02) после затвердевания цементируют зерна песка в слой пригара. Чтобы предотвратить возможность взаимодействия закиси железа и марганца с кремнеземом, на поверхность формы наносят высокоогнеупорные покрытия, инертные к образующимся окислам металла. В последнее время наметились следующие основные пути предупреждения химического пригара: предохранение металла в форме от окисления; создание между поверхностью отливки и коркой пригара пленки окислов оптимальной толщины с целью получения легкоотделяемого пригара; применение покрытий и формовочных материалов повышенной огнеупорности и химически инертных к металлу и его окислам.

Для предохранения металла от окисления во время заливки в состав покрытий и смесей вводят органические вещества, которые при соприкосновении с расплавом сгорают или, пирогенно разлагаясь, способствуют созданию в форме восстановительной атмосферы. При получении наиболее сильно окисляющихся легированных стальных отливок для создания восстановительной атмосферы сухие формы поверх обычных противопригарных покрытий окрашивают дополнительно кузбасслаком или асфальтовым лаком. При литье чугуна с той же целью в смеси и покрытия вводят углеродсодержащие вещества: каменноугольную и дре-весноугольную пыль, пеки, мазут и др. Образующаяся при этом восстановительная атмосфера либо препятствует образованию химического пригара, либо восстанавливает высшие окислы железа до низших, чем способствует образованию легкоотделяемого пригара [65]. Восстановительная атмосфера должна возникать в полости формы с момента поступления первых порций расплава и сохраняться в ней до окончания химического взаимодействия между окислами металла и формы. Для восстановления уже образовавшихся окислов в состав покрытий вводят активные окислители: алюминий, марганец, титан и др.

Одним из путей предотвращения окисления затвердевающей отливки является искусственное создание на- поверхности формы вязкой расплавленной пленки шлака, препятствующей поступлению кислорода. Для этой цели в состав красок вводят щелочи, жидкое стекло или соли, образующие при расплавлении вязкие шлаки.

Создание между поверхностью отливки и коркой пригара пленки окислов оптимальной толщины с целью получения легко-отделяемого пригара практикуется при получении крупных стальных отливок, когда из-за более высоких температур окисление металла происходит более энергично и проще увеличить толщину пленки образующихся окислов до оптимальной, обеспечивающей легкое удаление пригарной корки. Для этой цели применяют противопригарные краски, пасты и смеси из спекающихся огнеупорных материалов, например, хромита или магнезита. Спекшаяся, непроницаемая для окислов железа корка способствует увеличению толщины окислов железа на поверхности отливки. С той же целью рекомендуют вводить в состав покрытий порошки окислов железа и марганца. При получении стальных отливок в качестве материалов повышенной огнеупорности для приготовления покрытий применяют циркон, дистен-силлиманит, корунд и другие материалы, инертные к железу и его окислам. Для получения отливок из высокомарганцовистых сталей используют основные огнеупорные материалы — магнезит и магнезито-хромит. В красках для отливок из чугуна и цветных сплавов применяют графит, кокс и тальк.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум