Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Глава XII.

Контроль литьевых форм и отливок

§ 1. Понятие о процессах формирования отливок. Тепловое взаимодействие расплава и формы.

В процессе заливки литейная форма вступает с отливкой во взаимодействие— тепловое, механическое (силовое), физико-химическое. При этом работа формы заключается в придании жидкому металлу определенной конфигурации, в оформлении поверхностей отливки и поглощении теплоты заливаемого металла.

Перечисленные виды взаимодействия отливки и формы должны происходить в строгом соответствии с заданными режимами. Всякие отклонения в ту или иную сторону приводят к браку отливок. Например, в результате увеличения скорости охлаждения отливки из серого чугуна возможно образование отбела в тонких ее стенках. Это ведет к повышенной хрупкости металла. Если при изготовлении отливок с массивными стенками не будет соблюдаться принцип направленного (последовательного) затвердевания, то такая отливка будет иметь внутренние дефекты — раковины.

Нетехнологичная конструкция отливки, применение малоподатливых стержневых смесей приводят к значительному силовому воздействию на отливку со стороны формы, к образованию в отливке внутренних напряжений или даже трещин, особенно в деталях из сплавов, обладающих повышенной усадкой (например, стали, ковкого чугуна и некоторых цветных сплавов).

Следствием физико-химического взаимодействия отливки и формы может служить довольно часто встречающийся (хотя и исправимый) дефект поверхности отливки — пригар. Как правило, пригар с отливок удаляется с трудом. Это одна из самых трудоемких операций процесса изготовления отливок.

Тепловое взаимодействие расплава и формы. В начальный момент заливки температура внутренней поверхности формы начинает повышаться за счет теплоты жидкого металла. Интенсивное (резкое) повышение температуры внутренней поверхности формы наступает, когда вся форма заполнена жидким металлом. При этом в смеси испаряется влага, происходит разложение органических примесей. Давление газов на границе жидкий металл — форма повышается, газы начинают прорывать расплав и всплывать на его поверхности, не образовывая газовых раковин. В то же время выделяющийся газ фильтруется (перемещается по порам) в глубь формы. Прогрев формы распространяется на некоторую глубину, температура формы достигает почти по всему объему 100°С. Газы, фильтрующиеся в объеме формы в направлении ее поверхности, уносят с собой значительную часть теплоты расплавленного металла. Если форма имеет низкую газопроницаемость, то газы могут прорывать корку металла, входить в жидкую фазу, но выйти из нее вверх через верхнюю корку не могут. В отливке в этом случае образуются газовые раковины.

После затвердевания жидкого металла форма и отливка охлаждаются как одно целое. Отливка постепенно отдает свое тепло через форму в окружающую среду, охлаждение протекает медленно. Разные части отливки могут иметь различную температуру. В этот период газовые потоки уже не могут переносить теплоту от отливки, так как давление в зоне границы металл — форма почти равно атмосферному.

Изучение процессов охлаждения таких отливок, особенно крупных, показало, что скорость охлаждения таких отливок очень мала. Для уменьшения времени охлаждения применяют принудительное охлаждение продувкой сжатого воздуха через форму вблизи отливки, а также пропусканием воды через каналы в форме. При этом время охлаждения отливок до 600°С уменьшается в два и более раза. В некоторых случаях используют охлаждение через трубы, Установленные внутри стержней.

Скорость охлаждения массивных частей отливки регулируют применением внешних и внутренних холодильников. Материал холодильников хорошо проводит тепло, быстро охлаждает отливку и препятствует образованию в ней усадочных дефектов. Наружные холодильники применяют и для регулирования охлаждения отливки с равномерной толщиной стенки. Если в наиболее удаленной от мест подвода жидкого металла части формы установить холодильник, то процесс затвердевания начнет протекать именно в этом месте и в определенном направлении, т. е. будет соблюдаться принцип направленного затвердевания. Это обеспечивает получение отливок практически без усадочных дефектов. Внутренние холодильники используют при изготовлении крупных отливок для ускорения затвердевания и для выравнивания скорости охлаждения массивных частей отливки.

Охлаждение массивных частей отливки с одинаковой скоростью обеспечивается применением формовочных смесей с различными теплофизическими свойствами. Для охлаждения массивных частей отливки применяют смеси с высокой теплопроводностью, в состав которых входит молотая чугунная стружка, мелкая дробь и другие металлические материалы. Кроме того, необходимо, чтобы прибыль над отливкой затвердевала в последнюю очередь. Это обеспечивает питание отливки жидким металлом в процессе ее затвердевания, компенсирует усадку сплава, позволяет предотвратить образование усадочных раковин. Прибыль должна как можно медленнее отдавать теплоту в окружающее ее пространство. Для этой цели часто применяют «утепление» прибылей асбестовыми прокладками или используют формовочные смеси, обладающие экзотермическим эффектом.