Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Газовые раковины (пустоты) являются одним из наиболее распространенных дефектов отливок. На некоторых заводах брак отливок по газовым раковинам достигает 30% общего брака литья.
Возникновение газовых раковин в отливках зависит от целого комплекса причин, связанных с качеством выплавки металла, его разливкой, качеством изготовления литейной формы, ее гидравлическими свойствами и др.
Обилие факторов, могущих быть причиной образования газовых раковин, часто затрудняет выбор эффективных мероприятий по их предупреждению.
В работе приведены результаты сравнительного исследования влияния на развитие газовых раковин в стальных отливках гидравлических свойств литейной, формы, газонасыщенности металла и условий взаимодействия металла и формы.
При исследовании влияния гидравлических свойств формовочных смесей на процесс формирования газовых раковин в отливках была принята следующая методика.
В песчано-глинистые сухие формы (рис. 1) устанавливались четыре стержня из влажных песчано-глинистых смесей. Составы опытных смесей подбирались с таким расчетом, чтобы при прочих равных условиях можно было бы проследить влияние только одного исследуемого технологического фактора. Опытные формы заливались сталями марок 35Л, 10ДНГФЛ, 12ДН2ФЛ, выплавленных в дуговой электропечи емкостью 5 т. Температура жидкого металла при заливке была в пределах 1560—1580°. Из каждой плавки одновременно заливалось три-пять опытных форм.
Отливки, получаемые в опытных формах, представляют собой полые резервуары. От отливок отрезалась верхняя часть, представляющая собой диск (темплет) диаметром 140 мм, толщиной 30 мм.
Были сделаны рентгеновские снимки темплетов после очистки, что позволило выявить степень развития газовых раковин в отливках.
При проведении первой серии опытов исследовалось влияние газопроницаемости, газотворности и влажности формовочных смесей, а также диаметра вентиляционных каналов и продолжительности выдержки сухих стержней во влажной форме на формирование газовых раковин в отливках.
На рис. 2 представлены типичные рентгеновские фотографии опытных отливок из стали 35Л.
Из рисунка следует, что снижение газопроницаемости формовочной смеси менее 60 единиц вызывает формирование газовых раковин в отливках (рис. 2, с).
Увеличение газотворности формовочных смесей начиная с 18 см3/г вызывает также образование газовых раковин в отливках (рис. 2, б).
Увеличение влажности формовочной смеси более 5% вызывает образование газовых раковин в отливках (рис. 2, в). При влажности смеси 7,1% наблюдался даже вскип стержня.
Длительная выдержка высушенных песчано-глинистых стержней во влажной форме (влажность смеси 5,5%) вызывает интенсивное формирование газовых раковин в отливках (рис. 2, г). Применение развитой вентиляционной системы при относительно низкой газопроницаемости смеси (40 ед.) позволяет устранить газовые раковины в отливках (рис. 2, д). Дополнительные опыты со смесями более низкой газопроницаемости (20—30 ед.) показали, что при любых сечениях каналов газовые раковины в отливках не устранялись. Наибольшее влияние на формирование газовых раковин в отливках оказывает избыточная влажность формовочных смесей. Сопоставление характера газовых раковин в отливках из стали 35Л (рис. 2, г) и 10ДНГФЛ (рис. 2, е) показывает, что при аналогичных условиях изготовления отливок среднеуглеродистая сталь имеет более локализованные газовые раковины, чем Малоуглеродистая. Это явление, по-видимому, можно объяснить большей склонностью малоуглеродистых сталей к окислению в результате которого создаются предпосылки к образованию газовых раю вин типа «шаровидная пористость».
При исследовании влияния газонасыщенности жидкой стали на процесс формирования газовых раковин использовались сухие песчано-глинистые формы, в которых одновременно отливались две отливки-пластины размером 200 х 140, толщиной 20 мм (рис. 3). Жидкий металл выплавлялся в индукционной высокочастотной печи емкостью 60 кг.
Из каждой плавки заливались четыре опытные формы. Первая форма заливалась сразу же после выплавки стали. Перед заливкой второй формы жидкий металл в печи обрабатывался флюсом из 50% извести-пушенки и 50% молотого шамота. Флюс увлажнялся до 9—10%. Перед заливкой третьей формы жидкий металл вторично обрабатывался влажным флюсом и т. д. Перед заливкой каждой опытной формы жидкий металл дополнительно раскислялся металлическим алюминием и отбирались пробы на содержание водорода в стали. Содержание водорода в металле определялось одновременно спектральным и изотопным методами.
На рис. 4 представлены рентгеновские снимки опытных отливок. Из рисунка следует, что при содержании водорода в стали более 4,0 см3/100 г в отливках начинают возникать газовые раковины, причем при увеличении содержания водорода в отливках образуются более крупные газовые раковины. Таким образом, на процесс формирования газовых раковин в отливках газонасыщенность жидкого металла оказывала существенное влияние. Введение влажных добавок в печь перед выпуском металла способствует получению газовых раковин в отливках.
При исследовании влияния взаимодействия влажной песчаноглинистой формы и жидкого металла на процесс образования газовых раковин в качестве опытных использовались формы, схематически представленные на рис. 5. В каждой форме изготавливалось четыре отливки в виде диска диаметром 140 и толщиной 30 мм. В форме перед заливкой устанавливались металлические кожухи, в которых уплотнялась опытная формовочная смесь. Жидкий металл для заливки форм выплавлялся в высокочастотной печи емкостью 60 кг.
Из каждой плавки заливались две опытные формы. Перед заливкой второй формы жидкая сталь обрабатывалась влажным флюсом. Перед заливкой каждой формы отбирались пробы на содержание водорода в металле.
На рис. 6 представлены рентгеновские снимки опытных отливок из стали марки 10ДНГФЛ. Из рисунка следует, что при содержании водорода в стали 4,2 см3/100 г в отливках возникают газовые раковины лишь при влажности смеси 6,5 % и более. При содержании водорода в металле 6,7 см3/100 г газовые раковины возникают уже в сухой форме, с увеличением влажности смесей количество газовых раковин в отливках прогрессивно возрастает.
Опыты показали, что в процессе заливки влажных форм жидкий металл дополнительно обогащается газом, образующимся в результате диссоциации водяных паров, на границе раздела металл — форма. При повышенной газонасыщенности жидкого металла применение влажных форм вызывает интенсивное формирование газовых раковин в отливках, причем с повышением влажности смесей количество раковин в отливках увеличивается, при небольшой же газонасыщенности раковины не образуются.
Результаты опытов позволяют сделать вывод о том, что причиной образования газовых раковин в отливках во многих случаях является совокупность повышенной, газонасыщенности металлов и влажности формовочной смеси или ее низкой газопроницаемости. Поэтому квалификация брака отливок по газовым раковинам «по вине формы» или «по вине металла» часто оказывается беспочвенной. Методика исследования позволила оценить относительное влияние различных технологических параметров на интенсивность формирования газовых раковин в стальных отливках.
В опытах наблюдалось формирование трех видов газовых раковин в отливках. Первый вид раковин возникал в результате внедрения газа из литейной формы в жидкий металл.
Развитие этого вида раковин в отливках зависит от гидравлических свойств литейной формы.
Второй вид раковин возникал в результате выделения газов из металла при его охлаждении и затвердевании. Развитие этого вида раковин в отливках зависит от количества растворенного газа в жидком металле и интенсивности протекания в нем химических реакций.
Третий вид раковин возникал в результате обогащения жидкого металла в форме продуктами диссоциации водяных паров и последующего газовыделения при охлаждении и затвердевании. Развитие этого вида раковин в отливках связано одновременно со степенью газонасыщенности заливаемого металла и количеством влаги, содержащейся в формовочной смеси.