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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 135

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

необходимо производить с помощью химических, рентгенографи­ ческих и петрографических исследований, которые позволяют получить данные о структуре, химическом и минералогическом составах пригарного вещества. Это помогает в некоторой степени представить механизм образования пригара, выявить наиболее благоприятные условия для предотвращения пригара.

Однако образовавшиеся на границе раздела металл—форма продукты химического взаимодействия компонентов формовочной смеси с окислами металла не остаются неподвижными. Продукты реакции (пригарное вещество), как правило, хорошо смачивают формовочную смесь, поэтому возможно проникновение их в толщу формы и образование слоя песка, сцементированного ими. Методы исследования кинетики проникновения оксидного расплава, ка­ ковым является пригарное вещество, представляют не меньший интерес, чем процессы собственно образования этого вещества.

Известно несколько методов изучения проникновения оксид­ ных расплавов в пористые тела, например фиксированием изме­ нения объема капли расплава, помещенной на пористую под­ ложку. Этот метод сложен, ненадежен и не характеризует интен­ сивности проникновения расплава в различных направлениях. Определение скорости по измерению глубины пропитки на про­

дольном срезе охлажденных образцов, контактировавших

различ­

ное время с расплавом, или по изменению их веса

[50]

также

дает дополнительные ошибки, связанные с возможным

изменением

состава расплава и не контролируемым продвижением

фронта

пропитки после удаления образца из расплава.

 

 

Наиболее совершенным является метод, состоящий в непре­

рывном фиксировании уровня

расплава

в образце

измерением

электрического сопротивления

[163]. Этот

метод применим к си­

стемам, в которых электропроводность пропитанного тела суще­

ственно отличается

от

электропроводности

исходного.

 

В

момент времени

т

от

начала

пропитки сопротивление Rx

пористого

образца

складывается

из

сопротивлений

пропитан­

ной R

и сухой R' частей. Для однородного тела постоянного сече­

ния величина RL пропорциональна длине

 

определе­

Из

равенства /„ =

/ + /'

получаем

выражение для

ния длины

пропитанной

части

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 =

L °

R I -

R I

'

 

 

(99)

где

 

/ 0 — полная

длина

образца;

 

 

 

R0

и RK — сопротивление соответственно исходного

образца

 

 

и полностью

пропитанного

образца.

 

 

Удельная электропроводность расплавов

во много

раз

превы­

шает электропроводность пористого тела, поэтому сопротивлением RK можно пренебречь. Тогда

Таким образом, измеряя сопротивление прибором с автома­ тической записью, можно следить за скоростью пропитки всего образца в течение опыта.

Схема установки приведена на рис. 140. В печи с угольным нагревателем 2 внутри корундовой или кварцевой трубки 4, предохраняющей образец от науглероживания, помещали ти­ гель 6 с исследуемым рас­ плавом. Образец 5 после про­ грева приводили в соприкос­ новение с жидкой фазой с помощью микрометрического винта 1. Начало и конец про­ питки четко отмечались изло­ мами записи на диаграммной ленте потенциометра ЭПП-09.

Осмотр образцов убедил, что

L'ct*

 

75

 

 

/7

і л

 

5

J

/гК

 

 

 

'А

 

 

 

70

 

 

 

 

 

 

О

 

70

20

30 тсек

Рис. 140. Схема установки для изу­

Рис.

141.

Скорости

проникновения

чения скорости проникновения рас­

расплавов

FeO — Si0 2 — Fe 2 0 3 в об­

плавов в пористые материалы по из­

разцы из плавленой

магнезии при

менению сопротивления образца

1300° С и разном содержании Si0 2 :

 

1 -

16%;

2 -

21,5%;

3 - 27,5%; 4 —

 

 

 

 

34,5%

 

фронт пропитки практически плоский и перпендикулярен их оси. Образцы изготовляли цилиндрической формы диаметром 20 мм и длиной 40—50 мм. В верхней части образцов заформовывали

вольфрамовый токоподвод 5, заканчивающийся спиралью для улучшения контакта. Температуру контролировали термопарой 7 в корундовом чехле. По длине образца температура была практи­ чески одинакова.

Как показали эксперименты, высота пропитанной части / нарастает во времени т по параболической кривой:

l = kVx.

(100)

На рис. 141 в качестве примера приведены скорости проник­ новения расплавов FeO—Si02 —Fe2 03 в образцы из плавленой

магнезии

при

1300° С и

разных

концентрациях Si0 2 . Опыты

подтверждают,

что

с увеличением

содержания Si0 2 в

расплаве

скорость

пропитки

заметно уменьшается.

 

Термический пригар можно исследовать теми же

методами,

что и химический,

но без

контакта

смеси с металлом.

Объектом

исследования являются продукты взаимодействия отдельных компонентов формовочной смеси, подвергнутой воздействию вы­ сокой температуры в течение заданного времени в определенной газовой среде.

Температуру начала образования термического пригара можно определять методом Т. Р. Гамсахурдия [30]. Цилиндрические образцы смесей помещают в камеры под платиновую ленту тол­ щиной 0,92 мм и шириной 12,5 мм. К концам ленты подводится ток от трансформатора; лента нагревается и нагревает образец смеси. Продолжительность нагрева 4 мин. Испытание начинают при температуре 1000° С и при каждом последующем испытании температуру повышают на 25°. После каждого испытания ленту осматривают; если на ленте обнаруживают прилипшее зерно песка, то эту температуру считают температурой начала образова­ ния термического пригара.

Аналогичный метод определения температуры спекания фор­ мовочных смесей предложен Петржелой.

Другой метод определения спекаемости, описанный также Петржелой, заключается в следующем. Небольшое количество формовочного материала в фарфоровой или иной огнеупорной лодочке нагревается в трубчатой печи до различных температур. После нагрева до заданной температуры и выдержки в течение 3 мин лодочка с песком охлаждается, а затем перевертывается. Если песок целиком высыпается из лодочки, то опыт повто­ ряется при более высоких температурах до тех пор, пока при опрокидывании песок в значительном количестве не останется в лодочке.

Для реальных формовочных песков температура спекания не превышает 1400° С. Поэтому для данного испытания можно успешно использовать трубчатые печи с силитовыми нагрева­ телями, например печь для определения углерода в железных сплавах (печь Марса).

Оба этих метода позволяют определить только температуру начала образования термического пригара. При более высоких температурах может происходить значительное или полное рас­ плавление формовочной смеси, что несомненно влияет на качество поверхности отливки.

СМАЧИВАНИЕ ЖИДКИМ МЕТАЛЛОМ ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Литейную форму можно рассматривать как систему капилля­ ров. Поэтому условия проникновения расплава в капилляры формы будут существенно зависеть от величины и направления

16 Я . И . М е д в е д е в

241

капиллярного давления р, выражаемого уравнением (101). На­ правление капиллярного давления определяется знаком величины смачивания cos 9. При положительной величине капиллярного давления условия проникновения расплава в поры формы зна­ чительно облегчаются, так как статическое и капиллярное давле­ ния направлены в одну сторону; при отрицательном р капилляр­ ное давление противодействует проникновению расплава в поры

 

 

 

 

 

 

 

формы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Непосредственно замерен­

 

 

 

 

 

 

 

ное

капиллярное

давление

Сі

 

1\\

 

 

 

 

(«критическое» давление про­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

% 180'

 

 

 

 

 

никновения)

для кварцевого

є

 

\\

 

 

 

 

песка составляет 0,34

кгс/см ,

JkO

 

 

 

 

 

что

соответствует при плот­

ч 160

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ности стали

7,2 г/см3

высоте

її

 

 

 

\

»

 

столба жидкой стали 47,2 см.

Щ'20

 

 

 

Расчет,

 

выполненный

 

 

 

одним из авторов работы] [22 ],

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"%Ю0

 

 

 

 

 

показывает

степень

влияния

І 80

 

 

 

 

 

смачиваемости

формовочных

 

 

 

 

 

материалов

на

критическое

!»

 

\&оч

ч

 

 

 

давление проникновения ста­

 

 

 

 

ли

в поры формы (рис. 142).

І- 40

 

 

 

 

 

В уравнении

(94)

давле­

I

 

 

 

 

 

 

ние,

уравновешивающее

ка­

g 20

 

 

 

 

 

пиллярные силы, можно пред­

 

 

0,025 0,05 0,075 0,10 0,125 0,15мм

ставить

в виде

 

 

 

 

 

 

Размер

зерен песка

 

 

 

р = hpg,

 

(101)

Рис.

142. Зависимость

капиллярного про­

где

h — высота

столба жид­

тиводавления от дисперсности формовоч­

ного

материала при

различной степени

 

 

кости;

 

 

 

 

смачивания (для стали

у = 7,2 г/см3

и

 

р — плотность жидкости;

 

 

ст= 1300

эрг/см2)

 

 

g—

ускорение

 

свобод­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ного падения.

 

Величина пор формы может быть выражена через размер

зерен формовочного

материала

R

и некоторый

коэффициент

k,

определяемый

способом укладки зерен,

г — kR. Тогда

 

уравне­

ние (94) можно

записать в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hpg = ^

~

 

 

 

 

 

(ЮГ)

или

 

 

 

 

h = 2аж

cos 6

 

 

 

 

 

(101")

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PgkR

 

 

 

 

 

 

 

Из формул (ЮГ) и 101") следует, что степень смачивания определяет не только давление, но и высоту подъема (опускания) жидкости в капилляре. Известно, что степень смачивания опре­ деляет также и скорость подъема (опускания) жидкости в капил-

Смотрите также файлы