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

В первую очередь необходимо определить источник (причину) появления газовых раковин.

Ни одно из перечисленных выше мероприятий не является универсальным, однако наиболее эффективные из них — это повы­ шение газопроницаемости смеси, снижение интенсивности газовы­ деления, использование тонкостенных форм и стержней, уменьше­ ние пути фильтрации газа, отсос газов, повышение температуры заливки металла и увеличение высоты металла в чаше.

Разумеется, что каждое мероприятие, предупреждающее появ­ ление газовых раковин, не должно вызывать нежелательных по­ бочных явлений, могущих повлиять на образование других дефек­ тов.

Г л а в а X

ТЕРМИЧЕСКИЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

РАСШИРЕНИЕ И УСАДКА СМЕСЕЙ ПРИ ЗАЛИВКЕ ФОРМ МЕТАЛЛОМ

Нагрев стенок форм и стержней залитым металлом сопровож­ дается линейными и объемными изменениями, которые вызывают появление термических напряжений и деформаций в смесях.

Величина и направление термических деформаций в форме зависят от совокупности многих факторов: 1) теплового расшире­ ния формовочных материалов; 2) усадки смеси вследствие испаре­ ния влаги, выгорания органических добавок и расплавления связующих; 3) усадки смеси вследствие спекания, модификационных и минералогических превращений.

Термические деформации форм и стержней происходят одновре­ менно с механическим воздействием отливки. В жидком состоянии отливки на смесь действует напор металла, а в затвердевшем — усадка металла при охлаждении. Механическое взаимодействие металла и смеси приводит к тому что в конце охлаждения отливки и формы (стержни) испытывают не свободные, а взаимосвязанные деформации. На термические напряжения в отливке и форме на­ кладываются, таким образом, усадочные напряжения.

Существует некоторое различие механического взаимодействия между формой с отливкой и стержня с отливкой. Форма образует внешние очертания отливок, причем усадка отливки направлена в сторону от формы; в этом случае отливка отходит от стенок формы. Стержни образуют внутренние полости отливки; усадка последней направлена в сторону стержня; в этом случае отливка будет сжи­ мать стержень. Приведенные положения не распространяются на стержни, образующие внешние плоские и выпуклые очертания отливки (они работают как формы), и на участки форм, образую­ щих в отливке карманы и углубления (работают как внутренние стержни). Термические деформации смесей и напряжения способ­ ствуют изменению начальных размеров форм и стержней и воз­ никновению дефектов в отливке.

До момента затвердевания металла термические деформации смесей, не вызывая напряжений в металле, влияют на окончатель­ ные размеры отливок и на появление в них различных поверх­ ностных и объемных дефектов: ужимин, засоров, земляных рако­ вин и т. п. После затвердевания отливки термические деформации, не влияя на появление указанных выше поверхностных и объемных дефектов, тормозят усадку остывающей отливки и могут привести к образованию в ней трещин.

Деформацию смесей можно условно разделить на два вида. Первый вид — это деформация стержня или формы под действием нагрева и внешней нагрузки (металлостатического напора) при условии сохранения прочной связи между отдельными зернами песка. При этом стержни или форма выступают как единый кон­ структивный элемент, деформирующийся на определенную вели­ чину в зависимости от величины термического коэффициента де­ формаций и возможных полиморфных превращений. В подавляю­ щем большинстве случаев при таком виде деформации происходит расширение.

Второй вид деформации связан с нарушением прочной связи между зернами песка и взаимным перемещением зерен относительно друг друга под воздействием внешнего давления. Нарушение связи между зернами песка возможно при размягчении (или рас­ плавлении) и сгорании связующего. В этом случае возможно до­ полнительное уплотнение смеси за счет пор, имеющихся в смеси и образующихся при выгорании добавок.

Естественно, что деформация формы не является величиной постоянной и зависит от состава и начальной пористости (степени уплотнения) смеси, температуры заливки, толщины отливки, металлостатического напора, величины усадки сплава и т. д

О количественном влиянии термических деформаций и напряже­ ний в смесях на качество отливок можно заключить из работ [46, 47], в которых установлено, что расширение смеси при заливке, например, лопастей гидротурбин, достигает 10—12%, при этом происходит соответственное уменьшение толщины стенок отливки. Термические напряжения в формовочной смеси после заливки металла в отдельных случаях могут превосходить прочность за­ твердевающей стали.

Для выяснения условий появления в отливках трещин, возни­ кающих в результате сопротивления форм и стержней, рассмотрим рис. 115, а, на котором зафиксирован момент перехода отливки в твердо-пластическое состояние. Полость формы имеет размер Л, а стержень—размер В. В результате теплового расширения стенок формы размер А уменьшится на величину 26', а размер стержня увеличится на 26". Направление деформаций указано стрелками.

Уменьшение размера А формы на 26' не препятствует усадке отливки, равной Агср (где гср — фактический коэффициент усадки отливки), так как, если 26' <ЄфЛ, то между формой и отливкой

образуется зазор; если 26' >> гфА, то форма будет сжимать отливку.

Свободное расширение стержня на 26" противоположно по направлению усадке отливки. В результате взаимодействия рас­ ширяющегося стержня и сокращающейся отливки система стер­ жень—отливка получит некоторую совместную фактическую де­ формацию, при этом стержень сожмется на величину 2бс (по сравне­ нию с тем размером, который он должен был бы иметь при свобод­

Рис. 115. Тепловое расширение форм и стержней (а)

и усадка системы отливка—стержень (б):

на be, а во втором на de. В свою очередь, стержень испытывает при­ нудительное сжатие: в первом случае на величину ab и во втором — на величину ad.

Когда в момент т вынужденное удлинение отливки

ДА = (е — еф) В превзойдет допустимое для данного состояния металла удлинение