Экспериментально доказано, что при выполнении неравенства (15.4) в течение некоторого времени газ внедряется в металл и часто происходит его «кипение». При невозможности уйти в атмосферу внедрившиеся пузырьки газа останутся в металле в виде газовых включений (раковин).
Многочисленными экспериментами установлено, что давление рА газов после заливки формы изменяется по типичной кривой (рис. 15.9).
Изменение давлений рА и ∑р во времени представлено на рис. 15.10.
Рис. 15.10. Изменение давлений рА и ∑р вo времени: (∑p)1— газ уходит в атмосферу; (∑p)2газ внедряется в металл; τкип — продолжительность «кипения» металла
Показано, как давление ∑р изменяется по двум вариантам. В одном из них кривые (∑р)1и рА не пересекаются, и реализуется неравенство (15.3), в другом — кривые (∑р)2 и рА пересекаются, в период времени τкип реализуется неравенство (15.4) и происходит «кипение» металла с возможным образованием раковин.
Основное значение в правой части неравенств (15.3) и (15.4) имеет величина рм. Величина рф, как правило, мала (порядка 0,3 кПа) и не играет существенной роли, особенно при наличии выпоров. Давление ркдля чугуна, например, составляет порядка 10 кПа. Однако следует подробнее остановиться на капиллярном давлении, величина которого связана с поверхностным натяже нием и со средней кривизной поверхности.
Рис. 15.11. Смачивание расплавом формовочной смеси: а — капля на твердой поверхности: θ — угол смачивания; б — жидкость в капилляре: hк — высота поднятия (опускания) жидкости; в — расплав металла в поре формовочной смеси: рА — давление газов на границе металл—форма; г — газ внедряется в металл: рА — давление газа
368
При контакте жидкости с твердыми телами на форму поверхности жидкости существенное влияние оказывают условия смачивания, которое обусловлено взаимодействием молекул жидкости и твердого тела. Случай смачивания твердого тела (рис. 15.11, а) рассмотрен применительно к капилляру (рис. 15.11, б) и единичному капилляру (поре) в формовочной смеси, в который внедряется металл (рис. 15.11, в) и газ (рис. 15.11, г). Случай несмачивания для аналогичных вариантов взаимодействия жидкости и твердого тела рассмотрен на рис. 15.12.
Рис. 15.12. Несмачивание расплавом формовочной смеси (обозначения те же, что на рис. 15.11, но в случае г газ внедряется в металл с пережимом)
Силы притяжения, действующие между молекулами твердого тела и смачивающей его жидкости (см. рис. 15.11, а), заставляют к подниматься по стенке сосуда, что приводит к искривлению Примыкающего к стенке участка поверхности жидкости, а в капилляре определяет высоту hккапиллярного поднятия жидкости (см. рис. 15.11, б). Жидкость, не смачивающая поверхность, образует выпуклый мениск (см. рис. 15.12, б),что вызывает ее опускание в капилляре ниже уровня свободной поверхности на высоту hк.
Аналогичная картина наблюдается и в единичном капилляре. В случаях смачивания и несмачивания могут наблюдаться оба варианта, соответствующие неравенствам (15.3) и (15.4). Когда выполняется неравенство (15.3), металл внедряется в поры формы, но глубина внедрения больше для случая смачивания (см. рис. 15.11, в и рис. 15.12, в). Если выполняется неравенство (15.4), то газовый пузырек внедряется в рассматриваемые жидкие металлы по-разному. Для случая смачивания пузырек уходит (отрывается) из капилляра (поры), не оставляя зародыша. Для случая несмачивания в соответствии с углом θ, который отсчитывают со стороны жидкости, пузырек отрывается после образования пережима и оставляет на поверхности зародыш.
На основании рассмотренной картины можно заключить, что внедрение газа в расплав в случае несмачивания происходит при меньшем давлении (капиллярное давление в правой части со знаком «-»). Кроме того, на поверхности остается зародыш.
369
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.