Состав и свойства смесей для изготовления стержней при литье из цветных сплавов

Примечание. При литье из магниевых сплавов в смесь вводится присадка серы (0,5–1,0%) и борной кислоты
(0,5–0,6%).

9. Противопригарные покрытия

9.1. Механизм образования пригара
и способы его предупреждения

Пригаром называют дефект в виде трудно отделяемого слоя на поверхности отливки, образовавшегося вследствие физико-химичес­кого взаимодействия формы или стержня с расплавом и его окислами. Различают два вида пригара: механический и химический.

Механический пригар образуется вследствие проникновения расплавленного металла в поры формы. Чем больше температура сплава и гидростатическое давление, а также размер пор в смеси, тем больше механический пригар. Для того, чтобы возник механический пригар, сплав должен проникнуть в поры формы или стержня на глубину не меньше диаметра зерна формовочного песка (0,1–0,315 мм). В этих условиях возникает капиллярное давление, которое может способствовать (при условии смачивания сплавом формы) либо препятствовать (когда сплав не смачивает форму) проникновению сплава в поры формы. Сплав проникает в поры формы под действием гидростатического и капиллярного давления. Глубина проникновения металла в поры формы может быть найдена из выражения

,

где h – глубина проникновения металла в поры формы; Н – гидростатический напор сплава в форме; σ – поверхностное натяжение сплава; – краевой угол смачивания; ρ – плотность сплава; r – радиус пор.

Капиллярное давление будет препятствовать (при 90°< <180°) либо способствовать (при 0°< <90°) проникновению сплава в поры формы.

Жидкий неокисленный сплав не смачивает поверхность формы, и поэтому капиллярное давление будет препятствовать образованию пригара на отливках. Исключить или значительно уменьшить образование механического пригара возможно созданием восстановитель­ной атмосферы в полости литейной формы и на границе “металл – форма” при заполнении ее сплавом до момента образования на поверхности отливки твердой корочки затвердевшего сплава.

Химический пригар возникает на отливках в результате физико-химического взаимодействия на границе “металл – форма” в результате сложных реакций между металлом отливки, его оксидами и материалом формы.

В отличие от механического пригара зерна формовочного песка в прогреваемом слое связываются главным образом продуктами химических реакций, протекающих при высоких температурах, преимущественно силикатами. Оксиды железа хорошо смачивают кварцевый песок и под действием капиллярного давления легко проникают в поры формы, вступая в реакцию с кремнеземом:

2FeO + 2SiO₂ 2FeO · SiO₂

В сплавах с высоким содержанием марганца образованию пригара способствует аналогичная реакция между закисью марганца и кремнеземом

2Mn + 2SiO₂ 2MnO · SiO₂

Образующиеся в результате этих реакций легкоплавкие силикаты после затвердевания цементируют зерна песка в слой пригара. Для уменьшения пригара в формовочные и стержневые смеси вводят специальные противопригарные добавки.

При производстве крупных стальных отливок в качестве противопригарных добавок в облицовочные формовочные и стержневые смеси вводят: 15–30% пылевидного кварца (> 94,5% SiO₂), до 25% цирконового песка; до 15% серебристого графита (кристалличе-
ского), обладающего большой термохимической устойчивостью
до 1800°С. Пылевидный кварц уменьшает пористость, цирконовый песок и серебристый графит увеличивают огнеупорность смесей.

При чугунном литье для уменьшения пригара в смеси вводят пылевидный каменный уголь. В период заливки формы частицы угольной пыли сгорают, выделяя СО и СО₂, образующие газовую прослойку между формой и жидким металлом. В начальный момент заливки и в период снятия теплоты перегрева при дефиците О₂ на поверхности отливки образуется в основном оксид углерода СО. Кроме того, СО создает в форме восстановительную атмосферу, которая препятствует образованию оксидов сплава, способствующих смачиванию зерен формовочного песка и проникновению металла в поры формы. Каменный уголь должен выделять при сгорании не менее 30% летучих веществ и не более 11% золы. В нем должно быть не более 2% серы и 12% влаги. Дисперсность помола угля и его содержание в смеси зависят от толщины стенок отливок и могут быть выбраны по табл. 9.1.

Таблица 9.1

Дисперсность и содержание угля в формовочной смеси

Мазут в качестве противопригарной добавки применяют в облицовочных смесях для мелких чугунных отливок и отливок из медных сплавов, получаемых в сырых песчано-глинистых формах. Действие его подобно каменноугольной пыли. Мазут обладает меньшей зольностью, поэтому смеси более долговечны и газопроницаемы. Обладая большей газотворностью, содержание мазута в смеси не должно превышать 1–1,5%.

При литье магниевых сплавов в формовочные и стержневые смеси вводят защитные присадки (табл. 9.2), которые, интенсивно выгорая в процессе заливки металла, образуют между сплавом и стенками формы или стержня газовую прослойку с инертной атмосферой, препятствующей окислению отливки и горению сплава.

Таблица 9.2