Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Газовые дефекты по вине литейной формы




Читайте также:
  1. D) формы их объединения;
  2. D. Открытие формы
  3. I этап реформы банковской системы (подготовительный)приходится на 1988–1990 гг.
  4. II. Реформы 50-х гг.
  5. II.ФУНКЦИИ ШКОЛЬНОЙ ФОРМЫ
  6. VII. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИМ РАБОТАМ, ФОРМЫ ПООЩРЕНИЯ
  7. Аграрной реформы.
  8. Анализ формы
  9. Анимация формы
  10. Астральные мыслеформы

Литейная форма является источником газа. Особенно это касается сырых форм или форм и стержней, для изготовления которых используют связующие материалы. Классификация процессов газообразования представлена на рис. 3.11. Газы могут попасть в отливку в результате инжектирующего действия литниковой Рис.3.11. Классификация процессов газообразования в форме

системы, при простановке в форму жеребеек и холодильников, не прошедших соответствующую подготовку, при отсутствии возможности выйти из полости формы в процессе ее заливки сплавом. Пары воды в сырых формах являются источником образования водорода и кислорода, образующих в пристеночном слое отливки газо­вые пузыри, которые не успевают удалиться из металла.

Они обнаруживаются, как правило, лишь при механической обработке (газовая пористость). Связующие добавки являются сильными газотворными веществами. Особое значение в оценке газотворной способности связующих имеет количество газов, которое выделяется ими в первые моменты соприкосновения формы с расплавом. Чем меньше это количество, чем медленнее (инертнее) они выделяются во времени при данной температуре, тем меньше вероятность их проникновения в отливку. Например, сульфитный щелок, является газотворным связующим, но инертным по интенсивности выделения газа, поэтому он в меньшей степени способствует образованию газовых дефектов, чем торф, мазут и другие газотворные добавки. Ориентировочная количественная оценка различных процессов газообразования в литейной форме (% от общего объема) представлена в табл. 3.3. Газовые дефекты могут возникать по вине теплоизоляционных красок или покрытий форм. Следует отметить, что покрытия, дающие между металлом и стенкой формы газовую рубашку с низкой теплопроводностью и создающие восстановительную атмосферу в полости формы, в которой сталь менее подвержена окислению, уменьшают способность образования газовых раковин. Для борьбы с газовыми дефектами по вине связующих или различных добавок в смеси следует уменьшать их количество, применять наиболее инертные связующие.

Доля различных процессов газообразования в литейной форме, в% Таблица 3.3

 

Вид формы Сырая Сухая
Испарение влаги:    
свободной 50…60 8…12
входящей в состав минералов 0,5…8,0 15…25
Сублимация 2…3 5…8
Разложение примесей 30…40 45…65
Диссоциация газов 1…5 1…5
Расширение воздуха 6…10 8…12
Расширение воздуха до 0,5 ДО 1

Вместе с тем решающим фактором для борьбы с газовыми дефектами по вине формы или стержня является правильная организация газового режима в процессе заливки стали в форму.



Известно, что важными характеристиками смесей является их газопроницаемость и газотворность. Именно эти два фактора создают в форме соответствующие давления и регулируют поток газа. Условия создания газового потока с целью вывода газов из формы выражается следующим соотношением давлений, действующих в порах формовочного материала:

Рф < Рм + Рп + Рпф (3.2)

где Рф — избыточное газовое давление в порах формовочного материала на границе раздела металл — форма; Рм — металостатический напор; Рп — давление, необходимое для преодоления пузырьком газа поверхностного сопротивления металла; Рпф— избыточное давление газа над зеркалом металла в форме.



Однако необходимо помнить, что данное условие может явиться достаточным для проникновения жидкого расплава в форму и вызвать металлизированный пригар. В связи с этим наиболее приемлемым являются расчеты максимальных давлений в форме или стержне, которые позволяют обеспечить направленность газового потока без проникновения металла в форму. Так, в работе [2] приводятся формулы для оценки условий внедрения газа в расплав из стержня.

Для горизонтального стержня

(3.3)

где J0 — удельная мощность газовыделения в стержне в начальный момент времени, см3 газа на 1 см3 смеси в секунду; L — половина длины рабочей части стержня; Г — газопроницаемость стержня.

Для вертикального стержня:

(3.4)

где V — линейная скорость поднятия уровня сплава в форме, см/с; ГС — предельная газотворность единицы объема смеси, см3 газа на см3 смеси; l — глубина затопления стержня; Рсм — плотность смеси; Г — газопроницаемость смеси.

Рассчитав давление на различных участках формы или стержня, можно судить о направленности газового потока.

На газонаправленность влияют и некоторые технологические факторы. Они также могут являться регуляторами газового режима. К таким факторам можно отнести плотность набивки смеси, расположение и количество вентиляционных каналов, режим заливки формы, ориентацию стержня к уровню поднимающегося металла в форме и др.

С повышением плотности набивки смеси увеличивается ее объемная удельная газотворность и ее теплопроводность, что повышает коэффициент газовыделения. При этом увеличивается газовое давление, которое распространяется в форме или стержне в десятки и сотни раз быстрее, чем скорость распространения температу­ры. Вентиляционные каналы не увеличивают газопроницаемости. Влияние вентиляционных каналов на газовый режим литейной формы проявляется вследствие уменьшения пути фильтрации газов и увеличения поверхности, через которую выделяются газы в атмосферу. Однако наколы резко снижают давление газов в поло­сти формы, а чем выше это давление, тем больше концентрация газов и в металле отливки [3]. Длительность погружения стержня в металл зависит не только от скорости подъема уровня металла в форме, но также и от размеров и конфигурации стержня и его расположения относительно уровня поднимающегося металла — плоские стержни погружаются быстрее, чем вертикальные. Но для определения газового давления в порах формы необходимо иметь характеристики газотворности смесей и на основе соотношения между газопроницаемостью и газотворностью судить о давлении. Для определения газотворности смесей необходимо иметь термодеструктивные характеристики связующих и газотворных веществ, входящих в состав смесей. Такие данные приводятся в справочной литературе. Приведем некоторые из этих данных: декстрин при температуре 300°С имеет абсолютную газотворность 830 см3/г; смола ПК-104 при температуре 640°С обладает газотворностью 560 см3/г; сульфитно-спиртовая барда при 320 °С выделяет 500 см3/г; жидкое стекло при 150°С — 610 см3/г и т. д. В целом объем газа, выделяемый 1 г вещества можно определить в соответствии с уравнением Менделеева — Клайперона — Гей-Люссака:



V= mRT0(l + αT), (3.5)

где V — объем газа на 1 г добавки, см3; R — универсальная газовая постоянная, R=82,06 атм.-см3/градּг-моль; То — абсолютная температура, 273 К; Т — температура зоны образования газа, К; α — коэффициент теплового расширения газа, (α=0,0036); m — величина, зависящая от состава газа и на 1 г газотворной добавки выделяющей, например водород, кислород, азот определяется из выражения:

(3.6)

т. е. % газа, отнесенный к атомному весу.

После подстановки значений величин в выражение (3.5), получим:

V = m · 103(22,4 + 0,08 · 2Т). (3.7)

Зная объем газа, выделяемый 1 г связующей или другой добавки, или в целом 1 г смеси, можно рассчитать и общий объем выделяемых смесью газов, а также давление создаваемое этими газами в форме или стержне.

Газовый режим литейной формы приобретает особую значимость при получении стальных отливок массой в несколько тонн или десятков тонн, например стальных изложниц. Формы и стержни для таких отливок выделяют очень большой объем газов и организация этого потока, не только определяет качество отливок, но и играет важную роль с точки зрения техники безопасности, так как при неправильной организации не исключаются выбросы большого количества расплава из формы. Особенностью таких форм и стержней является то, что они не являются однородными по составу смесей, а представляют многослойную структуру: с поверхности, контактирующей с расплавом — слой теплоизолирующей краски, далее слой облицовочной термостойкой смеси, например смеси на основе хромистого железняка или хромомагнезита и слой наполнительной смеси. Определить газопроницаемость такой формы или стержня достаточно сложно. Более того, при заливке сплава в форму и ее нагреве изменяется вязкость газов.

По данным [4] вязкость газов, входящих в состав атмосфе­ры литейных форм возрастает более чем в 2,5...4,5 раза при повышении температуры до 1000°С, что затрудняет выполнить условия создания направленного газового потока. В крупных формах, как правило, в связи с наличием больших прибылей возникает расширяющийся поток, в крупных стержнях — сужающийся, так как газы выходят только через стержневые знаки. Можно ли при таких условиях заранее оценить газовый режим формы? Для точной оценки требуется знание составов смесей, газотворной способности добавок, процессов химического взаимодействия материалов и составов газовой фазы в условиях повышенных температур. При наличии таких данных газовый режим даже крупных форм поддается оценке. Приведем некоторые данные, с помощью которых можно оценивать газовый режим литейных форм.

По данным П.П. Берга [5] общая температурная зависимость вязкости газа выражается формулой:

(3.8)

где — вязкость газа при заданной температуре, мкН-с/м2; — вязкость газа при 0°С, мкНс/м2.

В табл. 3.4 приведены некоторые данные по вязкости газов в зависимости от температуры, рассчитанной по формуле (3.8).

Таблица 3.4Вязкость газов (Мн-с/м2) при различных температурах (°С)

 

Газ Т,°С Расчет по формуле (3.10)
Воздух 17,08 21,8 29,6 38,42 21,8 29,62 41,45
СО 16,62 20,76 28,45 36,3 20,09 29,02 39,93
Н2 8,4 10,33 14,01 18,28 10,48 14,53 20,03
Газы из формовочной конвейерной смеси, со става: 2О — 63,5 %;              
СО2 —3,3%;О2 —0,3%; СО —8,5%; Н2—15,7%; СН4 — 4,2 %; N2 и др —4,4% 9,45 12,92 19,0 27,96 12,78 19,84 30,11

Как видно из таблицы, экспериментальные и расчетные данные имеют хорошее совпадение, т. е. формула позволяет оценивать изменение вязкости газа по сравнению с температурой испытаний смеси на газопроницаемость.

Для обеспечения выхода газов из стержня необходимо рассчитать приведенное сечение газового потока, проходящего через знаки стержня. Для. этого можно воспользоваться выражением [6]:

(3.9)

гдеS1, — величина поверхности контакта металла со стержнем; S2 — величина выходной поверхности знаков.

Для цилиндрического стержня:

(3.10)

где R, — радиус поверхности стержня, контактирующей с металлом; R2 — радиус знака стержня; L — длина рабочей части стержня.

Для стержней со сложной поверхностью расчеты по формуле (3.10) затруднены, однако Я.И. Медведев [6] предлагает графический метод расчета, который подробно изложен и в работе [7], поэтому мы не останавливаемся на этом методе.

При изучении газовых процессов в поверхностном слое металл — форма, важным является знание о газотворности и газопроницаемости слоев краски, покрытий и обычно небольшого по толщине (20—40 мм) слоя облицовочной смеси, т. е. неоднородного "многослойного образца".

В этом случае приведенная газопроницаемость "многослойного образца" находят по формуле

(3.11)

где К1 К2,...Кп — газопроницаемость отдельных слоев образца; h1 h2, ...hn — толщина отдельных слоев образца.

Для определения газопроницаемости слоя краски, пасты и др. покрытий можно использовать следующую методику. Сначала определяют газопроницаемость обычного стандартного сухого образца K1. Затем образец покрывают слоем краски заданной толщины h2, сушат и определяют газопроницаемость окрашенного образца Кп. Тогда газопроницаемость краски, пасты или любого другого покрытия К2 можно определить из выражения

, (3.12)

где h2 — толщина слоя краски; h1, — толщина образца без краски.

Для оценки газотворности красок, паст, облицовок и т. д. необходимо знать химический состав материалов, применяемых при приготовлении соответствующих теплоизоляционных покрытий, а также продукты их взаимодействия в контактной зоне металл — отливка, а для оценки соответствующих давлений, которые могут дать газы, необходимо знание давления паров соответствующих материалов от температуры. На рис. 3.12 и 3.13 представлены такие данные по некоторым материалам.

Рис. 3.13. Зависимость давления паров для различных материалов от температуры

а — чистые металлы; 6 — окислы

Приведенные выше данные позволяют хотя бы приближенно оценить газовый режим в конкретной литейной форме и разработать технологические приемы для обеспечения выхода газов из формы.

В практике производства отливок можно встретить случаи, когда при соблюдении технологии или перечисленных выше условий все же появляется брак по газовым и другим дефектам и чаще всего по вине формы. Причинами могут быть: давно не аттестовались приборы для проверки свойств формовочной смеси; не аттестована методика измерений или она нарушается; смеси поступают на формовку после длительной выдержки в бункерах и теряют свои первоначальные свойства, показатели по газопроницаемости не соответствуют технологическим инструкциям.


Дата добавления: 2015-09-13; просмотров: 13; Нарушение авторских прав


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Расчет объемов реализации продукции по проекту | Введение. В настоящее время в энергетике, а также других отраслях на­родного хозяйства наряду с паротурбинными установками и двигателями внутреннего сгорания все шире


lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.019 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты