» » Образование газовых дефектов в тонкостенных крупногабаритных отливках
26.12.2014

К тонкостенным крупногабаритным отливкам панельного типа с толщиной тела 2,5—3 мм и площадью поверхности до 2 м2 предъявляются высокие требования по механическим свойствам, чистоте поверхности, точности размеров. Обычно жесткий допуск дается на толщину тела.
Дефекты газового происхождения в таких отливках целесообразно разделить на три группы: газоусадочная пористость, газовые раковины в теле отливки и газовые вмятины на поверхности. Тонкостенные крупногабаритные отливки изготовляются обычно из алюминиевых и магниевых сплавов, насыщающихся газом при плавке. Поэтому следует особое внимание уделять дегазации сплавов. Исследования показали преимущества рафинирования алюминиевых сплавов органическим хлоридом гексахлорэтаном — С2Cl6. Этот способ рафинирования целесообразен при приготовлении металла для тонкостенных панельных отливок. Гексахлорэтан в отличие от прочих хлоридов негигроскопичен, не требует специальных мер для предохранения от увлажнения и, являясь эффективным дегазатором, наиболее удобен в производственных условиях. Технология обработки сплавов гексахлорэтаном проста и позволяет устойчиво получать металл хорошего качества. При обработке магниевых сплавов гексахлорэтан оказывает и некоторое модифицирующее действие.
Однако для любого по качеству приготовления и степени дегазации металла применение гексахлорэтана не гарантирует получения свободной от газовых дефектов отливки.
Образование газовых дефектов в тонкостенных отливках панельного типа при литье в песчаные формы тесно связано с процессами заполнения формы и ее вентиляцией.
Опыты по заполняемости форм тонкостенных отливок показали нежелательность установки открытых выпоров, соединяющих полость формы с атмосферой, так как, обладая значительно меньшим сопротивлением движению расплава, выпоры создают возможность движения его по пути наименьшего сопротивления: расплав, не заполняя полости формы тонкостенной отливки, создающей высокое сопротивление движению, вытекает через выпор, и тело отливки остается незаполненным.
Попытки удалить газы и воздух из полости формы улучшением газопроницаемости формовочной смеси не дали желаемого результата. Например, при литье панели пластинчатого теплообменника газопроницаемость формы была увеличена с 30 до 100 единиц. В обоих случаях отливка была поражена газовыми дефектами: газы и воздух не успевали выходить из полости формы в процессе заливки, на поверхности отливки образовывались газовые вмятины, и шипы на панели оказывались незаполненными. Опыты по замеру скоростей и температур потока расплава в полости формы отливки толщиной 2,5—3 мм показывают, что средняя скорость течения не превышает обычных скоростей расплава в пробах на жидкотекучесть и скоростей, рекомендованных для литья выжиманием, и лежит в пределах 0,3—0,6 м/сек. Время заполнения формы тонкостенной отливки сравнительно невелико, 2,5—3 сек, поэтому воздух и газы из полости формы удаляются с большим трудом.
Расчеты по формулам Рыжикова А. А. и Спасского А. Ф. показали, что время удаления газов из полости формы в этом случае значительно больше, чем время заполнения формы расплавом. Опыты показывают, что давление газов и воздуха в полости формы при литье панели теплообменника может достигать 200—250 мм вод. ст.
Образование газовых дефектов в тонкостенных крупногабаритных отливках

Для отвода воздуха и газов из полости формы по плоскости разъема на обоих полуформах прорезались плоские каналы 15 X 0,5 мм, расположенные по всему контуру отливки на расстоянии 10—15 мм друг от друга. Это позволило достичь хорошей вентиляции формы и устранить газовые дефекты на поверхности отливок.
Для улучшения заполняемости песчаных форм используются специальные покрытия их поверхности. Покрытие поверхности формы гексахлорэтаном толщиной 0,1—0,2 мм увеличивает заполняемость формы отливки толщиной 2 мм алюминиевыми сплавами в два-три раза. Аналогичное действие оказывает покрытие поверхности формы ацетиленовой копотью при литье магниевых сплавов.
Замеры температуры потока металла при движении его в полости формы тонкостенной отливки (сплав AЛ4) показывают, что расплав достигает температуры ликвидуса в форме без покрытия гексахлорэтаном в два раза быстрее, чем покрытой (рис. 1).
Гексахлорэтан имеет удельный вес 2,091 г/см3, температуру плавления 186,5° С, температуру возгонки 185,5°. При взаимодействии с металлом гексахлорэтан разлагается на хлор и тетрахлорэтилен: ССl3 — CCl3 — CCl2 = ССl2 + Сl2. Последний представляет собой жидкость с удельным весом 1,624 г/см3. При кипении (121°) жидкость превращается в пар. Очевидно, газы, образующиеся при разложении C2Cl66 создают газовую теплоизоляционную прослойкумежду металлом и формой, за счет которой создаются благоприятные условия течения металла.
Опыты по методике, изложенной, показывают, что в начальный момент в форме, покрытой гексахлорэтаном,газов образуется вдвое больше, чем в форме без покрытия.
Расчетами установлено, что при покрытии поверхности формы гексахлорэтаном толщиной 0,1—0,2MM количество газов, выделяющихся при взаимодействии расплава с поверхностными слоями формы, увеличивается на 0,4—0,8 см3 с каждого см2 поверхности формы. Несмотря на избыточное количество газов в форме при использовании гексахлорэтана в качестве покрытия, как правило, дефектов газового характера на поверхности отливки не наблюдается. Однако неравномерное покрытие формы гексахлорэтаном может привести к появлению газовых вмятин на поверхности детали. Гексахлорэтан, растворенный в легкоиспаряющихся жидкостях (эфир, дихлорэтан), следует наносить на поверхность формы пульверизатором, ровным слоем толщиной 0,1—0,2 мм. При употреблении в качестве растворителя дихлорэтана следует заливать формы не позже 12—15 мин после нанесения покрытия, так как дихлорэтан способствует возгонке гексахлорэтана и эффекта улучшения заполняемости можно не достичь.
Образование газовых дефектов в тонкостенных крупногабаритных отливках

При литье в песчано-глинистые формы тонкостенных отливок, в конструкции которых имеются бобышки и ребра, возможно образование газовых дефектов в теле панели и, что бывает чаще, в местах перехода бобышек в тело панели. Это происходит в результате разницы во времени затвердевания массивных частей и тонкого тела отливки, где вместе с образованием усадочных рыхлот происходит выделение газов из расплава, захлестывание газа в массивных полостях, а также насыщение металла газом при взаимодействии с формой. Из-за неравномерности затвердевания газ может выделяться из раствора; создается возможность образования зональной газоусадочной рыхлоты в местах отливки, затвердевающих более длительное время (рис. 2). Полностью устранить неравномерность процесса затвердевания тонкой плоской отливки значительной площади обычными технологическими средствами затруднительно. Более целесообразно, как показывают опыты, уменьшать образование газоусадочных дефектов регулированием температурного режима заполнения формы. Например, при литье выжиманием панелей из магниевого сплава МЛ5 с толщиной стенки 2,5—3 мм и высотой до 1 м оптимальная температура литья 630—650°, а при литье таких же деталей в песчано-глинистые формы — 800—850°.
Установлено, что оптимальные скорости движения расплава в литейно-выжимных установках при литье алюминиевых сплавов не должны превышать 0,5 м/сек. При больших скоростях течения расплава воздух и газы могут оставаться в полостях формы для бобышек и ребер панельной отливки.
Дефекты газового происхождения могут образоваться в панельных отливках при литье выжиманием и по причине неправильного расположения отливки в форме, неправильной конструкции самой формы. На рис. 3, а показаны два варианта расположения отливки в форме при литье выжиманием. В первом случае в верхней части отливка была поражена газовыми дефектами из-за образования газового кармана, который захлестывается металлом, и газы, не имея выхода из формы, поражают отливку. Установка большого количества вент в таких местах не дает желаемого результата и, как показывает опыт, для устранения этого дефекта необходимо выполнять все наружные ребра отливки, промывники верхние и нижние и другие элементы ее конструкции в песчаном стержне, которым формируется внутренняя часть отливки.
Образование газовых дефектов в тонкостенных крупногабаритных отливках

При литье тонкостенных деталей выжиманием следует обращать внимание и на выбор краски для металлических полуформ, во многих случаях являющейся непосредственной причиной образования газовых дефектов на поверхности отливки и источником насыщения металла газом. Установлено, что составы красок (таблица), рекомендованные для кокильного литья и для тонкостенного крупногабаритного литья, не вполне отвечают требованиям технологии литья выжиманием.
Образование газовых дефектов в тонкостенных крупногабаритных отливках

Исследование красок № 1, 2, 3 при литье выжиманием без предварительного обжига их после нанесения приводило к появлению газовых дефектов на поверхности отливок: газ, образовывавшийся при взаимодействии жидкого стекла и других газообразующих красок с металлом, внедрялся в тело отливки до 3/4 толщины панели. Поэтому такие краски необходимо подвергать обжигу после нанесения их на полуформы литейно-выжимной установки.
Уточнение составов красок позволило устранить необходимость обжига и избежать газовых дефектов в панельных отливках. Это было достигнуто уменьшением количества жидкого стекла и борной кислоты — основных газообразующих в краске.
Исходя из того что твердые составляющие, например асбест, являются каркасом покрытия, а жидкое стекло и борная кислота — связкой, целесообразно, очевидно, относить их количество к твердым составляющим, а не ко всему объему краски
Образование газовых дефектов в тонкостенных крупногабаритных отливках

Это отношение определяет прочность, время и температуру обжига, газотворность покрытия и является показателем технологичности краски. Установлено, что требованиям литья выжиманием отвечают краски № 4,5, имеющие показатель технологичности 0,15 — 0,25 (табл.). Уменьшение количества жидкого стекла в пределах, определяемых показателем технологичности (0,15—0,25), позволяет устранить обжиг после нанесения, значительно уменьшить газотворную способность краски и в то же время сохранить достаточную ее прочность и схватываемость. Устранить обжиг краски возможно, используя для распыления ее при нанесении на металлическую полуформу не сжатый воздух, а углекислый газ, в результате чего происходит разложение силиката натрия с образованием геля кремниевой кислоты, который в дальнейшем быстро теряет влагу при обычных температурах нагрева металлической формы (150—180°), что в значительной степени понижает газотворную способность краски.