 |
Метод количественной оценки пригара предложенный Челябин ским Политехническим Институтом
|
|
|
|
Работая над улучшением чистоты поверхности отливок из углеродистой стали, заметили, что между коркой пригара и металлом имеется больший или меньший зазор. Сначала его образование объяснили усадкой, но такой же зазор был и с внутренней стороны, где стержни или части формы остывающей отливкой сжимались. Установили, что прочность связи корки пригара с поверхностью отливки определяется относительной площадью зазора, т. е. вычисленной по отношению к общей площади соприкосновения формы с отливкой.
Условия образования зазора исследовали специально. В образец 2 исследуемой смеси диаметром 2 и длиной 4 мм заформовывали стержень 1 диаметром 0, 62 мм и длиной 3 мм из углеродистой стали (рис. 1). Его помещали в герметичную печь 5 (рис.7) с платиновым нагревателем, высокотемпературным микроскопом 7 МВТ, микрофотонасадкой 8 МФ-2 и системой регулирования и контроля температуры, опытных образцов 4 (рис.7: 1 — стабилизатор напряжения СТ-200;2 — ЛАТР-2; 3 — УТН-1: 6 — вольтметр: 9 — опак-иллюминатор). До заданной температуры до 1400°С в различной атмосфере печи образцы нагревались платиновой спиралью 3(см. рис.6) через 3 сек после включения тока. Исследовали образцы песчано-глинистых, песчано-масляных, жидкостекольных смесей и смесей огнеупорных материалов — циркона, корунда, глинозема, магнезита и др. Параллельно исследовали пригар на плитах 185Х110Х35 мм и втулках с наружным 190 и внутренним диаметром 120 мм, высотой 140 мм, а также на стальных производственных отливках.
При нагреве до 1400°С в воздухе или техническом азоте металлические стержни сразу же покрывались пленкой жидких окислов металла, которые, взаимодействуя со смесью, образовывали окисный расплав, проникавший в поры смеси па различную глубину и с различной скоростью. В зависимости от степени поглощения расплава между отливкой и формой и образовывался зазор величины, различной по площади сечения (рис8: белые пятна — зерна кварца; серое — стальной стержень, темное — зазор).
|
|
|
Установлено, что в жидкостекольных смесях зазор появляется через 30—50 сек, на песчано-глинистых — через 1, 2—2 мин, а на песчано-масляных — через 2, 5 мин после начала высокотемпературной выдержки, что объясняется различием в количестве и вязкости образующихся силикатных расплавов. По тем же причинам зазор между стальным образцом и цирконовой, с 5% бентонита, формой появлялся лишь через 5 мин, а в корундовой и магнезитовой не образовался и через 10 мин. Атмосфера в печи заметно влияла на величину и скорость образования зазора: в пропан-бутане смесь с металлом стержня не взаимодействовала и зазор не появлялся даже через 10 мин., а в техническом азоте и воздухе скорость его образования резко возрастала.
Степень окисления оценивали по остаточному диаметру металлического стержня. На рис. 4 представлен график его уменьшения в смеси 90% кварцевого песка К016 и 10% жидкого стекла с выдержкой при 1400°С на воздухе 1 и в техническом азоте 2. Изменение угла наклона кривых при 5 сек объясняется уменьшением скорости окисления в результате появления силикатного расплава, затрудняющего доступ кислорода к металлу.
В этих же атмосферах определили скорости миграции силикатных расплавов из контактной зоны в норы смеси на воздухе 1 и в азоте 2. Повышенная скорость миграции в первые 10 сек связана с механическим внедрением в смесь жидких окислов железа из-за увеличения объема стального образца при окислении. Отмеченные данные подтвердили анализ шлифов граничных слоев плит,
втулок и производственных отливок. Если сталь в поры формы не проникала, то корка пригара соединялась с отливкой застывшим железисто-силикатным расплавом как мостиками. Корка пригара на глубину до 15 мм пропитана темными силикатами с повышенным содержанием окислов железа. Ее поверхность со стороны отливки, где был зазор, глянцевая, а в местах контакта с отливкой — матовая или цвета излома железистого силиката. Средняя относительная площадь контакта корки пригара с отливкой (суммарное сечение мостиков, отнесенное к общей площади корки) для легкоотделимого пригара жидкостекольных смесей по результатам замеров с микрометрической сеткой на 100 пригарных корках составляла 1—15%. При тех же условиях замеров для трудноотделимого пригара она составляла более 40%. При этом зазор по сечению был примерно в 2 раза меньше, чем в граничном слое корки легкоотделимого пригара.
|
|
|
Таким образом, указанные величины, при прочих равных условиях, могут количественно характеризовать прочность связи пригара с отливкой. Установлено, что отделение корок пригара с одинаковой контактной площадью, но различных по составу исходной смеси или полученных при разных скоростях охлаждения отливок требует разных усилий: корки пригара, удерживаемые мостиками из закристаллизованного вещества, отделяются легче, чем связанные с
отливкой стекловидным веществом.
Механизм образования химического пригара представляется следующим образом.
 |
После заливки формы поверхность отливки 1 покрывается слоем 2 окислов и силикатов железа (рис. 6, а: 3 — зерна кварца, 4 — пленка крепителя). Скорость окисления стали в первый момент после затвердевания отливки 5 (рис.10, б) при наличии в порах формы большого количества свободного кислорода велика (рис.10) [14], образующийся окисный расплав накапливается в граничной поверхности, увеличивая относительную площадь контакта отливки и формы. Часть расплава проникает в глубь формы между зернами песка, образуя и связывая корку пригара с отливкой (см. рис.10, б). В дальнейшем окисление поверхности отливки резко замедляется вследствие уменьшения окислительной способности газов в форме и снижения температуры металла, скорость образования нового окисного расплава на граничной поверхности становится меньше скорости его миграции в глубь формовочной смеси, и между отливкой и формой или стержнем возникает зазор (см. рис.10, б). При этом относительная площадь контакта металла с формой уменьшается. Ширина зазора слагается из толщины окисленного слоя металла и величины растворенного окислами по-
|
|
|
верхностного слоя формы. Строение корки пригара в стадии в всегда соответствует легкоотделимому пригару.
|
|
|
