Файл: Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов.pdf

ствительности и точности замера, особенно в первый, наиболее интересный момент времени. В этом интервале времени водяные манометры слабо регистрируют, например, пульсацию газового давления, сопровождающую проникновение газовых пузырьков с поверхности раздела металл—форма в тело отливки. Существен­ ным недостатком является отсутствие у водяных манометров авто­ матической записи показаний прибора, что ограничивает их ис­ пользование. Однако водяные манометры просты в изготовлении и обращении и в некоторых случаях дают вполне удовлетворитель­ ные результаты. В частности они пригодны для исследования форм, как правило, с небольшим газовым давлением и для ориентировоч­ ных замеров давления в стержнях (до 150—180 гс/см2).

В последнее время для замера газового давления в форме стали применять механические манометры или специальные тензометрические датчики [23, 73, 125 и др. ]. По ГОСТу 7919—56 меха­ нические манометры и манометры-вакуумметры делят на три класса: самопишущие с дисковой пружиной МСТ, самопишущие сильфонные МСС и самопишущие мембранные МСМ.

Манометры типа МСС имеют круговую диаграмму, вращаю­

Манометры МСС-630 позволяют производить одновременную запись двух давлений, а манометры МСС-610—одно давление. Их выпускают на несколько пределов давления. Для исследования наиболее пригодны манометры с пределами давления 0— 0,25 кгс/см2.

Для соединения манометра с местом замера давления в форме или стержне используют кварцевые, стальные или медные трубки, которые устанавливают в смесь при формовке (см. рис. 112). Концы металлических трубок соединяют с манометром резиновыми шлан­ гами.

С целью предотвращения утечки газов все 'соединительные места тщательно уплотняют.

Сильфонные самопишущие • манометры обеспечивают сравни­ тельно высокую точность регистрации и-записи давления,-воз­ никающего в форме, в том числе и в начальный момент времени. Типичная кривая давления в стержне, записанная манометром МСС-610 в период заливки формы, представлена на рис. 102. На ней видны срывы давления, соответствующие моментам внедрения пузырьков газа с поверхности стержня в жидкий металл отливки, т. е. они демонстрируют явление «кипа». В водяном манометре при этом наблюдаются слабые колебания уровня воды в шкале.

На рис. 103 приведена схема установки для замера газового давления в стержне тензометрическими датчиками. Конструкция датчиков (рис. 104) разработана в НИИТракторосельхозмаше спе­ циально для исследования газового режима формы. Подобные дат­ чики, работающие с осциллографом, позволяют еще более точно

Наиболее целесообразно в качестве источника газообразова­ ния использовать оболочковый стержень, обладающий сравни­ тельно большой величиной М. Суммарная величина пропускной способности системы источник газообразования — область филь­ трации регулируется специальным сопротивлением, устанавли­ ваемым на пути фильтрации газов, выделяющихся из исследуемого образца. Изменяя мощность источника газообразования (вели­ чины S и а) и пропускную способность сопротивления, можно

6 — у п л о т н е н и е ; 7 — п о д в о д д а в л е н и я к м а н о м е т р у

исследовать различные по напряженности газовые потоки. При одинаковой скорости заливки согласно формуле (6) имеем

Если пренебречь влиянием члена Cv (что для момента т = т 3 допустимо) или подобрать соответствующие величины Cvx и Cv2, то получим коэффициент подобия N:

При необходимости величину Cv можно регулировать изме­ нением объема полости между источником газообразования и со­ противления. Для этого свободный объем заполняют инертным кусковым материалом (кирпич, обломки стержней) или специ­ альной металлической вставкой.

Схема подобной установки приведена на рис. 107, «.^Сопротив­ ление 5 выполняют в виде цилиндрической гильзы, внешние базо-

вые размеры которой соответствуют размерам гильзы, используе­ мой для испытания газопроницаемости стандартных уплотненных образцов смеси (рис. 107, б). Внутреннюю полость гильзы запол­ няют газопроницаемым материалом (смесью). Величину пропуск­ ной способности сопротивления определяют следующим образом. Гильзу устанавливают в посадочное гнездо стандартного прибора, включив который, замеряют давление воздуха перед образцом Ар и продолжительность Ат пропускания через сопротивление 2000 см3 воздуха. Пропускную способность М рассчитывают по формуле

Величину М можно регулировать изменением газопроницае­ мости смеси (степенью уплотнения), зернового состава песка внутреннего диаметра гильзы и высоты столба смеси в гильзе.

с уплотнением в нижнюю полуформу установки (рис. 107).

Общее сопротивление, испытываемое газом при его фильтрации от источника газообразования до выхода в атмосферу, складывается из собственного сопротивления источника газообразования и допол­ нительного сопротивления гильзы согласно формуле (21):

ЛЯ ЛЯ

Мо б щ ~ Мие + Ме •

При использовании в качестве источника газообразования пустотелых и оболочковых стержней пропускная способность по­ следних Мис, к а к правило, в несколько десятков раз превышает пропускную способность гильзы с сопротивлением М с ; поэтому собственным сопротивлением источника газообразования при рас­ четах во многих случаях можно пренебречь.

Из данных, приведенных в табл. 32, следует, что, начиная с со­

Суммарная пропускная способность М^щ системы источник газообразования — сопротивление в смь /(г-сек)

Метод моделирования при изучении влияния различных факто­ ров на газовое давление исключает необходимость проведения на­ турных испытаний. Последние целесообразны в двух случаях: 1) при исследовании газового давления в собственно формах, филь­ трация газов в которых может быть принята (с некоторым допуще­ нием) как плоскопараллельная, что упрощает задачу нахождения величины Fnp\ 2) в производственных условиях, когда невозможно количественно определить как истинные свойства уплотненных смесей непосредственно в стержнях, так и некоторые другие фак­ торы, значительно влияющие на газовый режим, например ско­ рость погружения стержня в металл.

При проведении натурных исследований можно использовать те же манометры, что и при проведении лабораторных испытаний, однако предпочтение отдается водяным и самопишущим сильфонным манометрам, как более удобным при обслуживании в условиях литейного цеха.

МЕХАНИЧЕСКОЕ ПРОНИКНОВЕНИЕ ГАЗА В ОТЛИВКУ

Изучение влияния различных факторов на величину возни­ кающего в стержнях и формах газового давления позволило сде­ лать ряд важных для практики выводов. Подтверждены резуль­ таты исследований о наличии двух максимумов давления газов в формах и стержнях. Первый максимум давления возникает тут же после покрытия всей рабочей поверхности формы или стержня металлом; он вызывается тем, что в этот момент времени скорость газовыделения очень велика. Теоретически величину первого максимума газового давления можно определить по формуле (6).

Второй максимум давления появляется спустя 30—300 сек после первого, в результате главным образом падения газопро­ ницаемости смеси вследствие повышения средней температуры фильтрующихся газов. Второй максимум давления при появлении после образования в отливке достаточно прочной корочки металла не влияет на образование объемных и поверхностных раковин в отливке. Однако в случаях, когда в момент действия второго максимума газового давления в отливке не образовалась прочная корочка металла, может произойти вторичный вскип (см. рис. 113), и газовые пузырьки проникнут в отливку. Если отливка в этот момент будет иметь недостаточно прочную затвердевшую корочку металла, то газовое давление может деформировать поверхность детали и вызвать образование поверхностных газовых раковин и др. [12, 95, 105 и др . ] .

Формула (6), очевидно, и формулы (24) и (25) непригодны для определения второго максимума газового давления и промежуточ­ ных значений, так как они не учитывают изменения газопроницае­ мости смеси после заливки формы.

Процесс образования газовых включений в отливке при вскипе включает три этапа [95]: 1) появление критического, превышаю­ щего противодавление со стороны металла, газового давления; 2) внедрение газа в жидкий металл и 3) фиксирование газовых включений в затвердевающей отливке. Второй этап является необ­ ходимым, а третий этап — достаточным условием образования газовых раковин по вине форм и стержней. Имеется в виду, что внедрившиеся в жидкий металл газовые пузыри могут удалиться из отливки в результате всплывания или с потоком металла при заполнении им полости формы.

Условие механического (пузырькового) внедрения газа в жид­ кий металл выражается известной формулой

Рф>Рм + Рп + Рпф

\

ИЛИ

рф — 2 Р - ЭТИ вскипы, обычно, действуют в течение 0,5—3 сек, сопровождаются проникновением одиночных пузырьков газа и остаются незаметными (скрытые вскипы), так как не проявляют внешнего эффекта. Если слабые вскипы возникают в период за­ полнения металлом полости формы, т. е. в интервале течения ме­ талла, то газовые раковины обычно не возникают. После оконча­

контакта, имеют большую длительность (до 50 сек) и способствуют внедрению в отливку значительного числа газовых пузырей. Силь­ ные вскипы сопровождаются неспокойным поведением металла