» » Взаимодействие металлических расплавов с материалами литейных форм
22.04.2015

Литейные формы изготавливают из огнеупорных материалов на основе оксидов и из металлов. Основой материалов первого типа служит обычно кварцевый песок, состоящий на 98 % из кремнезема. В некоторых случаях применяют окись алюминия, силикат циркония, углеграфитовые материалы. Для связывания зерен песка используют связующие — глину, жидкое стекло (водорастворимый силикат натрия), органические вещества (декстрин, каменноугольный пек и т. п.), синтетические смолы (фенолформальдегидные, фурановые и др.). В состав обычно входит также влага до 3—4 % или органические растворители. Формы из подобных материалов служат только один раз; их разрушают, когда вынимают отливку. Поэтому такие формы называют разовыми. Металлические формы делают обычно из стали и чугуна и используют многократно.
Металлический расплав, залитый в форму, прежде всего оказывает на нее механическое и тепловое воздействие, которое осложняется физико-химическими процессами. Материал стенок разовых форм в общем случае представляет собой пористое тело, состоящее из зерен кварца, скрепленных пленкой набухшей в воде глины. Здесь же могут присутствовать различные неорганические и органические добавки. В других случаях в материале может отсутствовать влага, но будет повышенное содержание таких связующих материалов, как синтетические смолы, жидкое стекло и т. п.
При соприкосновении расплава с подобными материалами происходит расширение воздуха в порах, испарение влаги, появление газов ст термического разложения различных связующих материалов. Общий итог всех процессов — образование большого количества газов в слоях формы, соприкасающихся с расплавом. Все эти газы должны уйти через пористые стенки формы. Если газопроницаемость формы недостаточна, газы прорываются через расплав и выходят в виде пузырей на свободную поверхность. Происходит процесс, который называют кипением формы.
Так как основную долю прорывающихся через расплав газов составляют пары воды и углеводороды, расплав насыщается водородом со всеми вредными последствиями. Отливки из «кипевших» форм, как правило, поражены газовой пористостью. Однако, даже если явного кипения формы не происходит, расплав все же способен прореагировать с газами на рабочей поверхности формы. В зависимости от состава газов на этой поверхности расплав может загрязняться водородом, азотом, кислородом, углеродом. В какой мере пройдет подобное взаимодействие, зависит от состава расплава, состава газов и температурно-временных условий. Чаще всего отмечается загрязнение водородом. При литье сталей может происходить обезуглероживание — выгорание углерода от взаимодействия с кислородом. Наблюдается и обратное явление — науглероживание в случае неверного использования содержащих углерод связующих материалов, а также насыщение азотом от разложения синтетических смол, используемых как связующие.
Если расплав имеет высокую температуру (1400—1500 °С), то может происходить общее оплавление материала разовой формы. Извлеченная из формы отливка оказывается покрытой слоем оплавленного или спеченного материала формы. Этот вид брака называют термическим пригаром. Еще более опасен химический пригар, когда происходит проникновение расплава в толщу материала формы. Такое явление возможно при наличии на поверхности расплава оксидов, способных сплавляться с материалом формы. Подобное оплавление приводит к усилению смачивания расплавом формы, расплав приобретает способность заполнять поры в форме и проникать в них на большие расстояния. Удаление химического пригара — этой спекшейся минеральной массы, пропитанной металлом, — очень тяжелая и трудоемкая операция. Все виды пригара встречаются в основном на стальных отливках, меньше на чугунных, и совсем редко — на бронзовых.
Взаимодействие расплава с металлической формой выражается прежде всего в размывающем действии. Результатом этого может быть привар отливки к форме, загрязнение сплава материалом формы, усиленный ее износ. Поэтому во всех случаях металлические литейные формы окрашивают. При этом используются так называемые сухие и жирные краски или смазки. Сухие краски представляют собой водную суспензию оксида цинка, мела, извести, оксида магния с добавками жидкого стекла, глины или другого связующего вещества. Такую суспензию наносят на рабочую поверхность литейной формы и для тщательного просушивания прогревают. Слой минеральной основы краски разделяет расплав и материал формы и препятствует их взаимодействию.
Жирные смазки состоят из смеси масла, мазута, керосина с добавками глины, мыла и др. Их наносят на рабочую поверхность формы и заливают без просушивания. Под воздействием жидкого расплава происходит сгорание смазки при недостатке кислорода в полости формы. Это вызывает частичную сухую перегонку смазки, в результате которой на стенках формы остается слой углеродистых остатков. Этот слой и отделяет расплав от стенки формы. По понятным причинам жирные смазки можно использовать лишь при литье сплавов, неспособных растворять углерод. Их обычно применяют при литье медных сплавов.