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

Заливку металла производят во вращающуюся форму. Таким образом, на образец из испытуемой смеси действует сразу же заданное металлостатическое давление, остающееся неизменным вплоть до затвердевания отливки.

Если принять, что плотность жидкой стали 7,2 г/см3, а жид­ кого чугуна 6,8 г/см2 [115], то 1 кгс/см2 давления металла будет соответствовать давлению столба жидкой стали высотой примерно

зительно испытанию свойств смесей при получении стальных отливок высотой от 0,81 до 3,5 м. Такой диапазон достаточно полно охватывает все встречающиеся на практике случаи. При­ менять более высокие давления нецелесообразно. Указанный диапазон давлений обеспечивается при скорости вращения 700— 1600 об/мин.

Противопригарные свойства формовочных смесей при испы­ тании по описанному методу можно оценивать либо визуально и качественно, либо по глубине проникновения металла. Для определения глубины проникновения из контрольной поверхности втулки вырезают образцы металла вместе с приставшим слоем формовочной смеси (пригаром). Вырезанные образцы сначала подвергают травлению в расплаве едкого натра при температуре 500° С для удаления следов химического пригара, а затем запрес­ совывают в расплавленную пластмассу для изготовления шлифов. Последняя операция необходима для того, чтобы при шлифовании не разрушалась сетка механического пригара. Глубину проник­ новения металла можно замерять на любом микроскопе, например на инструментальном, имеющем измерительную шкалу.

При испытании на центробежной машине путем постепенного увеличения или уменьшения давления можно также определить величину критического давления для данного металла и формо­ вочной смеси, однако точность этого определения будет недоста­ точно высокой.

Более точным и производительным является также центро­ бежный метод, имеющий несколько вариантов испытаний (рис. 126).

По варианту а форма целиком изготовляется из испытуемой смеси. Согласно формуле (93) центробежные силы непрерывно возрастают от нуля в центре вращающейся отливки до максимума на периферии. Следовательно, замерив величину радиуса в месте начала слоя пригара, можно легко определить критическое дав­ ление.

Варианты б я в позволяют одновременно испытать несколько смесей при разном давлении. Для этих случаев форму, в которую вставляют образцы испытуемых смесей, можно изготовлять не только из формовочной смеси, но и из стали, графита или кера-

скорость вращения центробежной машины устанавливать в пре­ делах 50—200 об/мин.

Результаты, получаемые на технологических пробах и на центробежной машине, могут характеризовать только конечные результаты проникновения металла. Однако не меньший интерес представляют данные о кинетике проникновения. Когда начи­ нается, при каких условиях и с какой скоростью происходит проникновение металла в поры формы — все это чрезвычайно важно для понимания механизма образования пригара.

Чтобы исследовать кинетику проникновения металла в поры формы, необходимо непрерывно или через малые промежутки времени фиксировать положение проникающего металла. Однако трудность создания и сложность контрольных приборов при исследовании проникновения высокотемпературных сплавов (стали, чугуна и т . п.) вынуждают в некоторых случаях моделировать процесс на легкоплавких сплавах или металлах. Возможность такого моделирования была экспериментально доказана Хором и Аттертоном. По их данным при прочих равных условиях кри­ тическое давление проникновения пропорционально поверхност­ ному натяжению металла, деленному на его плотность.

наливают небольшой (около 10 мм) слой ртути 3. Чтобы предот­ вратить проникновение ртути по стенкам стакана, зазор между образцом и стаканом заполняют пластилином. Стакан герметично закрывают металлической крышкой 4, соединенной воздухопро­ водом 5 с ресивером 7 и ртутным манометром 9. В ресивере со­ здается необходимое для опыта давление воздуха, контролируемое манометром 8.

При определении критического давления проникновения кран 6 открывают не полностью, так чтобы обеспечить повышение давления над зеркалом металла с небольшой скоростью, позво­ ляющей свободно следить за показаниями манометра. Остановка столбика ртути в манометре при продолжаю­ щейся подаче воздуха из ресивера свидетель­ ствует о начале проникновения. Показания манометра в этот момент соответствуют кри­ тическому давлению.

При изучении скорости проникновения при заданном давлении кран ресивера от­ крывают полностью и по секундомеру опре­ деляют время появления струек ртути на нижней плоскости образца смеси; при этом необходимо предварительно с максимальной точностью замерить толщину образца.

экспериментальных данных. Так, при десяти определениях кри­ тического давления проникновения для образцов из жидкой само­ твердеющей смеси на люберецком кварцевом песке семь раз было

вать по формуле (95) с учетом поверхностного натяжения интере­

сующего нас сплава и ртути {артути ^ 470 эрг/см2 [78]).

Фурсунд исследовал закономерности проникновения легко­ плавких металлов и сплавов в поры смеси на специальной уста­ новке [150]. Стержень 1 (рис. 128) из испытуемой смеси плотно вставляют в стеклянную трубку 2, на которую надет резиновый шланг, соединяющий трубку с ртутным манометром и через ресивер с вакуумным насосом. Образец (стержень) погружают в расплав, находящийся в тигле 3; емкость тигля 25 кг. Температура расплава измеряется термопарой 4.

Термопару, заформованную в образец 1, сгибают под углом 90°, с тем чтобы обеспечить лучший контакт с проникающим металлом, так как при определении давления проникновения эта термопара

одновременно контролирует момент достижения температуры стержня, равной температуре расплава, и момент начала проник­ новения металла. Естественно, что при определении давления проникновения разрежение в трубке 2 создается только после полного прогрева образца.

Опыты Фурсунда показали, что давление проникновения для сплавов Sn —> Bi при 8 и 17% висмута не зависит от температуры расплава. Даже при температуре ниже температуры ликвидуса

Это разрежение поддерживается в течение всего испытания. Образец смеси погружают в расплав на определенный промежуток времени, после чего его вынимают, разрезают и измеряют глубину проникновения металла в середине цилиндрической части стержня. Полученные Фурсундом экспериментальные данные свидетель­ ствуют о том, что на кинетику проникновения металла суще­ ственное, если не решающее, влияние оказывает скорость прогрева образца смеси, хотя в значительной мере разница в глубинах про­ никновения может быть объяснена изменением вязкости расплава.

При некотором избыточном давлении (превышающем крити­ ческое давление) глубина проникновения расплава (рис. 129) остается неизменной в течение длительного времени контакта смеси и металла, что свидетельствует об уравновешивании избы­ точного давления гидравлическим сопротивлением текущему в по­ рах металлу.