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

уплотняются при появлении в них жидкой фазы (продуктов спекания). Форма несколько уплотняется под действием металлостатического давления к тому времени, когда это давление дости­ гает критического.

Окислы, образующиеся на поверхности отливки, в большин­ стве случаев играют роль плавней и способствуют интенсифика­ ции спекания. Следовательно, в реальной форме одновременно происходят процессы, способствующие проникновению металла (нагрев формы, непрерывное увеличение металлостатического давления, спекание и т. д.), и процессы, препятствующие про­ никновению (дополнительное уплотнение смеси и уменьшение пористости под действием металлостатического давления).

Несмотря на существенное снижение температуры спекания смеси на кварцевом песке при уменьшении размера зерен песка и добавлении пылевидного кварца, глубина проникновения металла в поры смеси также резко уменьшается.

Сказанное выше объясняет стремление литейщиков исследо­ вать кинетику проникновения не моделирующих расплавов, а реальных сплавов, с которыми приходится иметь дело на прак­ тике.

Впервые метод изучения условий проникновения в смесь расплавов с высокой температурой плавления описал Аттертон [169]. Образец 5 металла (рис. 131) весом около 100 г расплав­ ляется в поле токов высокой частоты над образцом 4 смеси, заформованным в кварцевом тигле 3. В образец смеси заформовывают две молибденовые проволоки 2, замыкание которых свидетель­ ствует о начале проникновения металла. Для обеспечения про­ никновения на поверхность расплавленного металла подается газовое давление.

В. А. Денисов [42] усовершенствовал метод Аттертона и расширил его возможности. В образец смеси (рис. 132) на неболь­ шом (2—3 мм) расстоянии от поверхности заформовывают два проволочных контакта, одним из которых является платиноплатинородиевая термопара, измеряющая температуру смеси. Под образцом смеси создается разрежение, а над образцом ме­ талла — давление газа. При проникновении металл замыкает контакты; в этот момент фиксируют давление газа над металлом, которое и считают критическим давлением проникновения.

Печь установки состоит из верхней А и нижней Б полостей. Основание 9 печи из кварцевого или молибденового стекла кре­ пят к панели. К нему притирают на шлифах кварцевые колбу 8 и тигель 6. В тигле устанавливают образец из испытуемого фор­ мовочного материала 5 и стальной штифт 4 диаметром 20 мм и высотой 20 мм с отверстием в центре для замера температуры термопарой 3 погружения, подключаемой через пробку 2 к по­ тенциометру Образец 5 смеси уплотняют на копре в разъемном стержневом ящике, позволяющем на расстоянии 2,5—3 мм от поверхности заформовать платино-платинородиевую термопару 7

живают в тигле в течение 30 сек при заданной температуре (для углеродистой стали обычно выдержку производят при 1600° С) для прогрева образца смеси. Расплавившийся металл разъеди­ няет полости А и Б; давление газа на металл создается за счет медленной откачки газа из полости Б. При каком-то определенном для каждого металла и формовочного материала давлении про­ исходит проникновение, что фиксируется омметром. В этот момент отмечают также перепад давления.

На описанной установке для получения воспроизводимых результатов необходимо строго соблюдать идентичность условий

при изменении газовой среды, в которой проводится опыт (табл. 36).

На критическое давление влияет не только наполнитель (основной материал смеси), но и связующее. Некоторые связу­ ющие оказывают столь существенное влияние, что практически скрадывается влияние основного материала смеси. Последнее наблюдается при испытании смесей на жидком стекле.

Установки Аттертона и В. А. Денисова позволяли определять только критическое давление. Скорость проникновения на этих установках не имело смысла определять по той же причине, что и на установках Фурсунда: при индукционном нагреве образец смеси остается холодным и нагревается только за счет тепло­ передачи от металла. Следовательно, прогрев смеси и глубина проникновения будут зависеть от размера образца и длительности контакта расплавленного металла с образцом смеси. Очевидно, скорость проникновения нужно определять в изотермических условиях, устанавливая зависимость скорости от физических свойств расплава и явлений, сопровождающих такое проникно­ вение.

Кроме того, в установках Аттертона и В. А. Денисова металл во время опыта подвергается воздействию индукционного поля, что может сказаться на величине изучаемых характери­ стик.

Указанные недостатки в значительной мере учтены в уста­ новке, приведенной на рис. 133 [99].

Образцы смеси 2 получали уплотнением порошкообразных материалов в трубках 3 из кварца или другого огнеупорного материала. Нагрев образцов производился при выдержке в тигле 1 печи над расплавом (а) либо в расплаве (б). Для того чтобы в момент нагрева не было контакта пористого материала с жидким

больше высоты h' подъема металла в трубке под действием давле­ ния столба расплава Я . Высота подъема металла зависит от металлостатического давления и объема воздуха в трубке.

Образцы нагреваются при закрытых вакуумных кранах 6, и металлостатическое давление уравновешивается давлением сжа­ того в трубке воздуха. Для регулирования давления, действу­ ющего на жидкий расплав, в системе предусмотрена возможность создания разрежения над образцами.

Объем системы, в которой создается разрежение, значительно больше объема трубок с образцами, поэтому разрежение при открывании вакуумных кранов практически не изменяется. Температура нагрева пористого материала измеряется термо­ парой 5, заформованной в контрольный образец.

В тигле расплавляется относительно большое количество металла, что дает возможность изучать проникновение его на большую глубину без заметного снижения уровня жидкого ме­ талла.

с испытуемыми образцами смеси.

Замер и поддержание температуры расплава на заданном уровне осуществляются термопарой 4, опускаемой в кварцевом колпачке вместе с образцами, и блоком автоматического регу­ лирования.

минием и вводили трубки с исследуемыми образцами при чистом зеркале металла.

Установлено, что процесс проникновения расплава в капил­ лярно-пористые материалы в изотермических условиях удовле­

Согласно формуле (98) между квадратом высоты подъема расплава в пористом теле и подъемной силой существует линей­ ная зависимость. Используя ее, можно путем экстраполяции

для песков различной зернистости получали зависимости высоты подъема расплава от давления.

Глубину проникновения определяли по продольному срезу пропитанных металлом образцов на инструментальном микро­ скопе ММИ-1. С целью устранения неконтролируемого продвиже­ ния расплава по окончании выдержки одновременно с началом подъема образцов из расплава резко уменьшали разрежение над

Один из авторов изучал кинетику проникновения металла на установке, названной фильтрометром (рис. 134). Принцип ра­ боты установки тот же, что и в описанных ранее. Отличие только

К сети

Рис. 134. Схема фильтрометра для изучения кинетики проникновения металла

впоры смеси

втом, что глубина и скорость проникновения металла фикси­ руются не в конце, а по ходу процесса.

Образец смеси 10 уплотняли в корундовой или фарфоровой трубке /; по глубине образца смеси размещали четыре электрода (стальные, Г-образные). Над формовочной смесью расплавляли

вой, рисуемой потенциометром (П), момент выключения каждого сопротивления характеризуется скачком; расстояние между скач­ ками, деленное на скорость ленты потенциометра, дает время продвижения расплава от одного электрода до другого.