Теория и технология литейного производства: Учебное пособие, страница 3

Значимым свойством вязкопластичных смесей является их сыпучесть, которая влияет на процесс заполнения стержневых ящиков, а также начальную плотность смеси и возможность пе­ремещения ее в направлениях, не совпадающих с направлением действия внешних сил.

Для жидких смесей характеристикой, оценивающей способ­ность заполнять соответствующую оснастку и четко воспроизво­дить ее отпечаток, является текучесть. Подвижность этого вида смесей при ограниченной влажности объясняется способностью поверхностно-активных веществ образовывать пену в жидкой фазе.

Смеси в результате проявления сил адгезии могут прили­пать к стержневым ящикам и модельной оснастке. Для снижения взаимосвязи смеси с оснасткой применяются разделительные по­крытия.

В зависимости от специфики производства выдержка ли­тейной формы от момента изготовления до заливки ее жидким металлом может быть разной продолжительности. Формовочные смеси, будучи дисперсными материалами с относительно большой удельной поверхностью, взаимодействуют с окружающей атмо­сферой. В одних случаях смеси теряют влагу, в других —погло­щают влагу, содержащуюся в воздухе или в контактирующем ма­териале. Гидротермический обмен с окружающей средой вызывает изменение физико-химических свойств смесей. Гигро­скопичность смесей, т.е. способность впитывать влагу из окру­жающей среды, ухудшает технологические свойства форм и стержней. По мере впитывания влаги из воздуха снижается по­верхностная прочность форм и стержней, значительно повышает­ся их газотворность. Особенно эффективно влага впитывается стержнями, установленными в сырые формы. В случае длитель­ной выдержки таких форм перед заливкой возникает опасность образования газовых дефектов.

Для сохранения полученной конфигурации при сборке, транспортировке и заливке жидким металлом литейные формы и стержни должны обладать определенной прочностью. При этом следует учитывать особенности требований к материалу формы и стержня из-за различия температурных и силовых нагрузок. Стержни работают в более тяжелых условиях, так как основная их поверхность омывается жидким металлом, поэтому требова­ния, предъявляемые к их прочностным свойствам, более жесткие. В момент извлечения модели прочность формы должна состав­лять 1 105 Па, при сборке — не менее 5 Ю5 Па.

Второй этап (выдержка литейной формы до заливки) должен характеризоваться дальнейшим нарастанием прочности смесей.

Следовательно, для изготовления качественной литейной формы стержневые и формовочные смеси должны обладать живу­честью, пластичностью, определенной прочностью, минимальны­ми прилииаемостью и гигроскопичностью.

Третий период технологического процесса изготовления от­ливки соответствует взаимодействию металла и формы. В процес­се работы литейная форма вступает с отливкой в тепловое, меха­ническое (силовое), физико-химическое воздействие.

По времени и характеру протекающих процессов взаимо­действие между формой и отливкой можно разделить на следую­щие четыре этапа:

а)  взаимодействие формы с жидким металлом (снятие теп­лоты перегрева), продолжающееся от долей секунды до несколь­ких минут;

б)   взаимодействие формы с твердой металлической коркой сплошного каркаса, продолжающееся от нескольких секунд до десятка минут;

в)  взаимодействии формы с затвердевающей отливкой, про­должающееся от 1-2 мин до нескольких часов;

г)  взаимодействие формы с полностью затвердевшей отлив­кой, продолжающееся от нескольких десятков минут до несколь­ких суток.

На первом этане подъем температуры поверхности формы начинается еще до установления контакта с металлом за счет из­лучения с поверхности его зеркала. Однако интенсивное повыше­ние температуры на поверхности формы начинается только с мо­мента ее соприкосновения с металлом. Подъем температуры в момент установления контакта распространяется на небольшую глубину; в основной толще формы сохраняется исходная темпера­тура. Лишь в массивных отливках теплообмен на первом этапе может распространиться на значительную глубину. Теплота по­ступает в форму за счет высокой температуры металла; интенсив­ность теплопередачи определяется температурой заливки, гидро­динамическими характеристиками материала формы, теплофизическими характеристиками потока металла и литейной формы. Струя металла может размывать поверхность формы и переносить продукты разрушения на то или иное расстояние, об­разуя засоры. По мере заполнения формы повышается гидроста­тическое давление на ее стенки и при недостаточной прочности форма может деформироваться или разрушиться полностью. При длительном воздействии жидкого металла на поверхность формы в ней возникают внутренние напряжения. Влага мигрирует из поверхностного слоя и создает на некотором расстоянии от него зону конденсации, имеющую повышенную влажность, понижен­ные прочность и газопроницаемость. В этой зоне могут происхо­дить отслоения смеси, в результате чего на поверхности отливки возможно образование ужимин. Жидкий металл может проеачи ваться в поры между зернами смеси и образовывать механиче­ский пригар. Чем больше давление на поверхность формы, чем больше размеры пор и выше перегрев, тем глубже металл прони кает в форму. В результате температурного воздействия в поверх­ностном слое начинается интенсивное газообразование, что вызы­вает резкое повышение давления на границе раздела металл форма. Под действием градиента давлений начинается миграция газов в глубь формы. Газовые пузыри с поверхности формы «логуг внедряться в металл, однако у них есть возможность удалиться, не образуя газовых раковин. В результате взаимодействия метал­ла с кислородом атмосферы, формой и парами воды на поверхно­сти отливки образуется тонкая пленка оксидов. Возможно по­глощение металлом газов из формы. На первом этане взаимодействия отливки и формы, когда металл находится в жидком состоянии, смесь должна сохранять высокую прочность, быть газопроницаемой, иметь минимальные газотворность и осы­паемость. Газопроницаемость — физическое свойство форм и стержней пропускать через себя газы. Под газотворностью пони­мается способность формовочных материалов выделять газы при нагревании. Осыпаемость характеризует поверхностную проч­ность форм и стержней. Внутри объема смеси обладают опреде­ленной средней прочностью, так как каждое зерно смеси равно­мерно со всех сторон связано с окружающими частицами пленкой связующего. Зерна, находящиеся на поверхности формы или стержня, контактируют только со стороны внутренней части и поэтому поверхностная прочность всегда ниже общей прочности смеси. Поверхностная прочность значительно влияет на качество отливки, так как динамическое воздействие струи металла вос­принимается в первую очередь поверхностными слоями форм и стержней. На втором этапе прогрев формы распространяется на некоторую глубину. Пары воды проникают на значительную толщину. Как теплоносители они вместе с фильтрующими газами повышают температуру смеси. На границе с поверхностью форм и стержней образуется корочка затвердевшего металла. Под дейст­вием гидростатического напора в начале этапа эта корочка ме­талла прижимается к поверхности формы, к концу этапа под дей ствием усадки упрочненная корка отходит от поверхности и принимает на себя все гидростатическое давление. Если форма оказывает значительное сопротивление усадке, в отливке могут образоваться горячие трещины. Газовые потоки в толще формы > 215b приобретают значительное развитие, образуется поле давлений, газы переносят большое количество тепла. Если форма обладает малой газопроницаемостью и большой газотворной способностью, давление на поверхности раздела металла и формы может пре­вышать прочность корки и газы могут проникнуть в отливку и вызвать образование газовых раковин. Если корка достаточно прочна, газовое давление не прерывает ее, но может создать усло­вия для образования поверхностных газовых дефектов.