Аналіз методів скорочення пригару на сталевому лиття

| Зміст | стор |
| Вступ | 4 |
| 1. Класифікація видів пригару | 6 |
| 1.1. Термічний пригару | 6 |
| 1.2. Механічний пригару | 6 |
| 1.3. Хімічний пригару | 10 |
| 2. Вплив технологічних факторів на пригару | 12 |
| 2.1. Вплив вогнетривкості | 12 |
| 2.2. Вплив тиску на глибину проникнення прігарного шару | 12 |
| 2.3. Вплив в'язкості металу на глибину проникнення | |
| Прігарного шару | 15 |
| 2.4. Вплив температури на пригару | 16 |
| 2.5. Вплив хімічного складу металу на пригару | 17 |
| 2.6. Вплив відновлювальних добавок на пригару | 18 |
| 2.7. Вплив окисних добавок на пригару | 18 |
| 2.8. Смачіваемость | 19 |
| 2.9. Вплив складу формувальної суміші | 23 |
| 2.10. Вплив газопроникності форми | 26 |
| 3. Заходи скорочують пригару на відливання | 27 |
| 3.1. Класифікація методів боротьби з пригару | 27 |
| 3.2. Скорочення хімічного пригару | 28 |
| 3.3. Зменшення пористості | 29 |
| 3.3.1. Зменшення розміру зерна | 29 |
| 3.3.2. Підвищення ступеня ущільнення форми | 34 |
| 3.3.3. Спікливе суміші | 36 |
| 3.4. Зміна температури заливки | 38 |
| 3.5. Теплоакумулююча здатність форми | 43 |
| 3.6. Застосування відновлювальних добавок | 46 |
| 3.7. Застосування окисних добавок | 47 |
| 3.8. Застосування протипригарних фарб | 52 |
| 3.9. Виготовлення форм з високоогнеупорні і хімічно | |
| Інертних формувальних матеріалів для скорочення пригару | 53 |
| 3.10. Рекомендації щодо вибору протипригарних покриттів для | |
| Запобігання хімічного пригару | 58 |
| Висновки | 61 |
| Список використаної літератури | 62 |

Введення

Пригара на відливання є одним з найпоширеніших дефектів,значно збільшує трудомісткість обрубних і очисних робіт.
Протягом багатьох років ливарники вивчають механізм утворення пригару ірозробляють методи боротьби з ним. Проте до цих пір ще не знайдені способиповного усунення пригару у всіх випадках практики. Такий станпояснюється надзвичайною складністю процесів, що відбуваються на поверхнірозділу метал-форма та приводять до утворення пригару.
Прігаро зазвичай називають неметалічну корку, міцно утримується наповерхні відливання і складається з зерен формувального матеріалу іцементуючого речовини.
Поділ пригару на різні види, є умовним, і в реальнихвиливок можна виявити одночасне існування всіх або, по крайнеймірі, двох видів Пригара. Отже, пригару на відливання завжди буваєкомбінованим. В умовах форми заливається метал більшою чи меншоюступеня покритий оксидами, різко міняють характер проникнення металу впори формувальної суміші. Встановлено, що струмки металу, які проникають упори форми, покриті плівкою оксидів заліза. Отже, механічномупригару супроводжує і сприяє хімічний Пригара.
Однак не всякий пригару викликає необхідність боротьби з ним. Частоутворилася прігарная кірка легко відділяється від виливки при подальшомуохолодженні. Це так званий легкоотделімий Пригара. Іноді боротьба зпригару зводиться не до попередження утворення пригару, а до отриманнялегкоотделімого пригару замість трудноотделімого.
зустрічаються на практиці такі дефекти виливків, як «просічка» і
«Металізація» являють собою різновид хімічного, термічного імеханічного Пригара. Тому способи запобігання зазначених дефектівє спільними зі способами запобігання пригару на відливання.
Освіта пригару визначається багатьма чинниками, які залежать від властивостейметалу, від властивостей формувальних сумішей та технологічних умов заливки.
На утворення пригару, з одного боку, впливають хімічний склад металу,його в'язкість і жидкотекучестью, ступінь розкисленням металу, йогокапілярні властивості (поверхневий натяг і здатність змочуватистінки форми) і т. д. З іншого боку, виникнення або відсутністьпригару визначається вогнетривкістю, хімічним і зерновим складомформувальних матеріалів, сумішей, пористістю і теплоакумулюючихздатністю форми, активністю окислів формувальних матеріалів до оксидуметалу і т. д.
Крім того, такі фактори, як металлостатіческое тиск, атмосфера вформі під час заливки, тривалість заливки, співвідношення коефіцієнтіврозширення і стиснення металу і формувальних матеріалів тощо, істотновпливають на освіту пригару і на міцність зчеплення його з відливанням.
З викладеного вище випливає, що при вивченні взаємодії металу таформи доводиться стикатися з дуже великим числом змінних в часіфакторів, що визначають розмір і характер пригару. Врахувати вплив кожногоз них не завжди є можливим. Тому важко уявити такуметодику, яка дозволила б дати універсальну оцінку протипригарнихвластивостей формувальних сумішей. Протипригарних властивості сумішей є комплексбагатьох властивостей металу і формувальних матеріалів, а також умов заливкиметалу у форму. Не можна говорити про протипригарних властивості даної сумішівзагалі без урахування властивостей металу. Відомо, що суміші, що дозволяють отримуватичисті від пригару виливки з одного сплаву, виявляються непридатними длявиливків з інших сплавів.
Складність процесів взаємодії металу та форми змушує ливарниківйти двома шляхами оцінки протипригарних властивостей. Перший шлях полягаєв тому, щоб роздільно вивчати один або невелику групу факторів,переважно впливають на який-небудь вид пригару. Він дає більш загальнірішення, що дозволяє будувати теоретичні основи процесів взаємодіїметалу і форми, а також оцінювати нас цікавлять властивості суміші вфізичних одиницях виміру.
Другий шлях полягає в застосуванні різних технологічних проб.
Освіта пригару вивчають в умовах, близьких до практичних, тобтовивчають комплексний пригару з переважанням того чи іншого виду пригару.
Оцінку протипригарних властивостей суміші виробляють або якісно, або поякомусь умовному кількісним критерієм.

Метою даної роботи є аналіз методів, скорочення пригару, напідставі літературних даних.

1. Класифікація видів пригару

4 Термічний пригару

Виникає внаслідок оплавлення матеріалу форми під впливом теплотизалитого металу. Він з'являється щоразу при використанні дляприготування формувальних сумішей пісків і глин з недостатньоювогнетривкістю. Такий пригару здебільшого легко відстає від поверхнівиливків у вигляді товстої «шуби», але відливання має нерівну сіру поверхнюз точковими включеннями нерасплавівшегося кварцу. Розплавлення формувальногоматеріалу супроводжується газовиділенням і утворенням поверхневихгазових раковин.

5 Механічний пригару

Утворюється внаслідок проникнення розплавленого металу в пори форми.
Для того щоб виник механічний Пригара, метал повинен потрапити до пориформи на глибину не менше діаметра зерна формувальної суміші. При цьому наповерхні виливки виникає сітка з металу і зерен формувальної суміші,видалити яку можна тільки вирубкою спільно з поверхневим шаромвиливки. Механізм утворення механічного пригару можна представитинаступним чином. Вступаючи у форму, рідкий метал стикається із щехолодними її стінками і охолоджується з поверхні, в результаті наповерхні виливки утворюється затверділа кірка. Товщина цієї кіркизалежить від температури заливається металу, температури татеплоакумулюючу здатність форми та інших факторів. Якщо відливанняпорівняно тонкостінна, то теплоти, що виділяється при подальшійкристалізації усієї маси виливки, виявляється недостатньо для того, щобзнову розплавити спочатку утворилася кірку і знову забезпечити вжетриваліший контакт рідкого металу із стінками форми. У цих умовахмеханічний пригару утворитися не може.
Якщо ж у рівних умовах заливають велику товстостінну виливок, тоутворилася спочатку кірка знову розплавиться під дією теплотитвердіє виливки і рідкий метал увійде в контакт із стінками форми.
Проте впровадження його в пори форми починається не відразу, оскількиформувальні матеріали підбирають так, щоб вони не змочують рідкоюметалом.
У цих умовах, як відомо, виникає капілярний протитиск pk,протидії запровадженню рідини в капіляри. Крім того,проникненню металу буде перешкоджати порівняно низька температураформи. У міру прогрівання стінок форми з формувальної суміші виділяютьсяводяні пари й гази, що створюють в порах газове протитиск РR, якетакож перешкоджає проникненню металу.
Коли ж прилеглі до відливці шари форми нагріваються до температуриЛіквідус заливається сплаву, проникнення неокисленого металустає можливим. Для початку проникнення металу необхідно створитиметаллостатіческое тиск рм, яке має дорівнювати або перевершуватиза величиною суму капілярного і газового протитиску, тобто дляосвіти механічного пригару необхідно виконати умову: pм = Pк + РR.

Металлостатіческое тиск, при якому починається проникненнярозплаву, називають критичним.
У холодній формі, якщо тиск металу на стінку форми однокритичного, метал проникне в пори форми на глибину не більше половинидіаметра зерна, тобто на частки міліметра. При прогріванні поверхні формиметал, перебуваючи під критичним тиском, буде проникати в глиб формив міру поширення ізотерми, що відповідає температурі плавленняметалу.
Якщо формувальні суміш змочується рідким металом, то останнійпроникає (всмоктується) в пори форми без додатку до рідкого металузовнішнього тиску. Проникненню сприяє неминуче окислення металупри виплавці і заливки, оскільки оксиди змочують формувальний матеріал.

Механізм утворення
У загальному вигляді механізм утворення пригару може бути описаний формулою
Пуазейля, якщо розглядати форму як пористе тіло, що складається з пучкакапілярів діаметром 2r і довжиною l (1):

де? - Тривалість процесу;

? - В'язкість проміжного з'єднання; p-тиск, під яким це з'єднання проникає в пори форми;

Q-кількість проникаючого в капіляри суміші проміжногоз'єднання.
За час

приріст обсягу рідини dQ в капілярі може бути виражений у вигляді

Тоді після постановки значення для dQ

Звідси

або

Отже, за час? проміжне підключення в'язкістю? проникає вкапіляри діаметром 2r під тиском р на глибину l:

(1)де

Пригара утворюється, якщо проміжне підключення проникає у форму наглибину l, що перевищує радіус зерна r.
Тому необхідною, але ще не достатньою умовою для усуненнямеханічного пригару є виражене в критеріальною вигляді умова

Наведемо формулу (1) до такого ж критеріального виду

Для уточнення формули слід розглянути що входять до неї величини р,? і
? за умови, що властивості форми не змінюються в часі.
Приведення вирази до критеріального виду підкреслює необхідністьвизначення не глибини проникнення проміжного прігарного шару, аумов, що забезпечують повну відсутність механічного пригару.
Тиск р. складається з трьох складових.
1. р1-статичного тиску рідкого металу на поверхні форми. Якщовисота шару рідкого металу Н см, а щільність? г/смі, то тиск цьогошару складе

г/смі = кГ/смі
2. р2-протитиск газів у формі. Воно може бути позитивниминегативним; звичайно приймається позитивним як результат виділеннягазів формою при її нагріві. Але протитиск може бути і негативним,якщо застосовувати штучний відсмоктування газів з форми, наприклад, привиготовленні великих виливків; відсмоктування повинен застосовуватися тільки післяутворення на поверхні виливки досить міцної кірки затверділогометалу. Безпосередні виміри показали, що тиск р2 може дійтидо 0,1 кг/см2, при виготовленні низьких виливків не можна нехтуватитиском газів.

3. ps-капілярного тиску:

При повному змочуванні cos? = 1 і радіусі зерна 0,1 мм цей тиск

може дійти до 0,2 кг/см2, тобто до величини, порівнянної зметаллостатіческім тиском.

Таким чином, повний тиск

або, у розгорнутому вигляді,

Існує ще тиск від усадки металу на стінки форми, щовиникає після затвердіння відливання. Однак врахувати цей тиск вданий час не представляється можливим. Тим часом, воно має дужевелике практичне значення.
Величина?, що характеризує тривалість процесу освітимеханічного пригару, залежить від тривалості перебування металу врідкому стані, яка може бути пов'язана з наведеної товщиною виливки
R:

звідки

Для усереднених розрахунків можна прийняти m = 0,1. Тривалість перебуванняповерхні металу в рідкому стані свідомо і значно меншетривалості повного затвердіння виливка. Тому слід прийняти

Необхідно підкреслити, що в даному випадку розбираються умови освітимеханічного пригару. Хімічний пригару може утворитися значнопізніше, після повного затвердіння виливка.

що входить в формулу (1) в'язкість можна визначити за спрощеною формулоюзалежно від температури Т:

де? н н? т - в'язкості при початковій і шуканої температурах .. Післяпідстановки одержаних значень формула (1) набуває вигляду

(2)

де Сз - емпірично визначений коефіцієнт.
Наведена до критеріального виду формула може бути виражена у виглядінерівності

(2) Глибина проникнення
прігарного з'єднання має підпорядковане значення попорівнянні з вимогою створення умов, за яких це з'єднання непроникає на глибину, що перевищує радіус зерна.
З нерівності (1) випливає:
1. На пригару надає дуже великий вплив величина виливки, від якоїзалежить металлостатіческій напір і тривалість утворення кірки наповерхні виливки. Тому доцільно протипригарних заходипроводити з урахуванням розміру виливків.
2. У доданок - формули (1) поверхневий натяг рідкогометалу змінюється від 0,6 до максимум 1,5 г/см, cos? від 1 до -1, радіусзерна-в десятки разів. В цілому це доданок заслуговує значногоуваги.
3. Доданок р2 вивчено недостатньо. Можна вважати, що зміна р2істотно впливає на процеси, що відбуваються у формі, зокрема наПригара.
4. В'язкість прігарного з'єднання змінюється не більш ніж у 2 рази інадає підпорядковане вплив.
5. Тривалість перебування поверхні металу виливка притемпературах можливої взаємодії з поверхнею форми залежить відтовщини виливки, коефіцієнта затвердіння, від температури заливки.

6 Хімічний пригару

Виникає в Відлиття зі сплавів з високою температурою плавлення ввнаслідок складних реакцій між металом виливки, його оксидами іматеріалом форми. На відміну від механічного пригару зерна піску впригоріла шарі пов'язуються головним чином продуктами хімічних реакцій,що протікають при високих температурах, переважно силікатами.
На поверхню розділу метал - форма оксиди компонентів сплаву надходятьдвома шляхами: у невеликій кількості - у вигляді оксидів, розчинених урозплаві і утворюються під час виплавки та заповнення форми, а головнимчином внаслідок окислення розпеченої твердіє поверхнівиливки. Масивна виливок із сталі довше знаходиться в розпеченомустані, і тому на її поверхні утворюється більше окислів.
Вважають, що пригару не утворюється в двох випадках: коли поверхнявиливки НЕ окислені або окислені дуже сильно. На неокисленого поверхніметалу пригару утворитися не може, тому що у взаємодію зкремнеземом форми вступають тільки оксиди металу; взаємодіянеокисленого металу з кремнеземом малоймовірно.
Наприклад, у дрібних бистроостивающіх відливок, де на поверхні металуутворюється шар оксидів незначної товщини, для запобігання пригарудостатньо застосувати вогнетривкі приспів або тонкий шар фарби, щобзапобігти безпосередній контакт окислів металу з кремнеземом форми.
Набагато важче уникнути пригару на відливання середнього розважування, де оксидина поверхні відливок утворюються у великих кількостях, ніж на дрібних, алевсе ж недостатніх для отримання шару оксидів оптимальної товщини,забезпечують отримання легкоотделяемого пригару.
На товстостінних відливання, Отриманих в жідкостекольних формах беззастосування покриттів, утворюється легкоотделяемий Пригара, оскільки стальлегко окислюється і дає велику кількість оксидів в прігарной шкірці.
що утвориться на поверхні виливків закис заліза FeO має температуруплавлення 1380 ° С, тому на поверхні навіть закрісталлізовавшейсясталевий виливки вона може знаходитися в рідкому стані досить довгийчас. Оксиди заліза добре змочують кварцовий пісок і під дієюкапілярного тиску легко проникають в пори ливарні форми, вступаючи вреакцію з кремнеземом:

2FeO + 2SiO2FeOSiO.

У сплавах з високим вмістом марганцю освіти пригару сприяєтакож аналогічна реакція між закисом марганцю і кремнеземом

2MnO + 2SiO 2MnOSiO.
що утворяться в результаті цих реакцій легкоплавкі силікати фаяліт
(2FeO SiO) і тефроіт (2MnOSiO) після затвердінняцементують зерна піску в шари пригару.

Механізм утворення
Освіта хімічного пригару представляється в такий спосіб. Післязаливки форми поверхню виливки 1 покривається шаром 2 оксидів і силікатівзаліза (рис. 1, а: 3 - зерна кварцу, 4 - плівка скріп). Швидкістьокислення стали в перший момент після затвердіння виливки 5 (рис. 1, б)при наявності в порах форми великої кількості вільного кисню велика,утворюється окісної розплав накопичується в граничної поверхні,збільшуючи відносну площу контакту відливання і форми. Частина розплавупроникає в глиб форми між зернами піску, утворюючи і зв'язуючи кіркупригару з відливанням (див. рис. 1, б). Надалі окислення поверхнівиливки різко сповільнюється внаслідок зменшення окисної здібностігазів у формі і зниження температури металу, швидкість утворення новогоокисно розплаву на граничної поверхні стає менше швидкості йогоміграції в глиб формувальної суміші, і між відливанням і формою виникаєзазор (див. рис. 1, в). При цьому відносна площа контакту металу зформою зменшується.

2. Вплив технологічних факторів на пригару

7 Вплив вогнетривкості

В даний час можна вважати встановленим ряд закономірностей,пов'язаних з впливом вогнетривкості на пригару [2,3]:
1. Найбільший пригару виявляється при використанні сумішей з середньоювогнетривкістю.
2. Пригара може зменшитися при використанні сумішей, як з великою, такі з малою вогнетривкістю.
Як приклади можна привести зниження пригару при заливці стали
(висока температура заливки) в жідкостекольние форми.
Пригара збільшувався при підвищенні вмісту польових шпатів, до 20%, приподальше підвищення їх вмісту спостерігалося зниження пригару. Вдавалосяодержувати виливки з малим пригару в сумішах на основі ваграночного шлаку.
Для оцінки вогнетривкості матеріалів, що застосовуються у ливарному виробництві,особливого значення набуває швидкість появи тих властивостей, якіхарактеризують «вогнетривкість», тобто розм'якшення, плавлення, спікання.
Звідси ряд наслідків:
1. Хімічний склад не може характеризувати вогнетривкість, тому що принезмінному валовому хімічному складі може спостерігатися різнийрозподіл елементів між зернами. Тим часом процеси оплавлення,розм'якшення і спікання починаються з поверхні зерен. Тому ці процесирозвинуться тим швидше, чим дрібніше зерна і чим більш рівномірно вони між собоюперемішані. З цієї ж причини вогнетривкість силікату завжди нижчевогнетривкості суміші різних зерен, але того ж валового хімічного складу.
2. Ще менше значення може мати вогнетривкість окремих складовихсуміші, так, наприклад, від додавання вогнетривкої глини у великій кількостісуміш може виявитися менш «вогнетривкої», ніж при додаванні меншевогнетривкої глини, але в меншій кількості.

2.2. Вплив металлостатіческого тиску на глибину проникнення прігарного шару.

Згідно виведеної загальній формулі глибина проникнення l пропорційнакореню квадратному з тиску р. Але саме тиск залежить від висоти іпитомої ваги металу, капілярного тиску і газового протитиску.
Таким чином, не можна вважати глибину проникнення прігарного шарупропорційної тільки висоті шару рідкого металу. При середньому розрахунковомупитомій вазі залізовуглецевих сплавів? = 7 г/см3 висоті шару 100 смвідповідає тиск 0,7 кГ/смі
Було встановлено, що в залежності від типу суміші, типу сплаву і т. д.існує певний критичний тиск металу, при якомуутворюється пригару [2,3,9]. Нижче цього критичного тиску пригарупрактично непомітний, а вище - спостерігається чітко. Чим більше величинатиску металу перевищує критичну, тим інтенсивніше освітамеханічного пригару.

Таблиця 1

Вплив тиску металу на освіту механічного пригару (сталь

30Л) [9]

Таблиця 2

Вплив тиску металу на освіту механічного пригару (сталь

20ГСЛ) [9]

| тиском | Характеристика пригару | Суміші |
| ня в | | |
| кГ/см | | |
| І | | |
| | | Хромомагне | Хромомагне | Піщано - | Піщано-ма |
| | | Зітовая с | зітовая с | глиниста | ршалітовая |
| | | Рідким | сульфітної | з рідким | |
| | | Склом | бардою | склом | |
| 0,6 | Проникнення в мм | 0, 13 | 0, 16 | 0, 27 | 0, 11 |
| 1, 2 | Якісна оцінка | Ні | Незначний пригару | Ні |
| 1,8 | Якісна оцінка | Ні | Незначний пригару | Ні |
| 2,5 | Проникнення в мм | 0,14 | 0, 32 | 0, 36 | 0,12 |

Таблиця 3
Вплив тиску металу на освіту механічного пригару (сталь
20Х13НЛ) [9]

| | Суміші | Тиск у | Величина |
| сме | | кГ/смі | крітіческог |
| сі. | | | про тиску |
| | | | У кг/см2 |
| | | 0,6 | 1, | 1, | 2, | |
| | | | 2 | 8 | 5 | |
| 1 | хромомагнезитових з рідким склом і | 0, | 0, | 0, | 0, |> 2, 5 |
| | NaOH | 10 | 17 | 17 | 16 | |
| 2 | хромомагнезитових з сульфітної бардою | 0, | 0, | 0, | 0, |