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

ляре [86]. Кроме того, процесс смачивания является первой стадией химического взаимодействия твердого и жидкого тел.

Таким образом, величина смачивания формовочных материа­ лов — это физическое свойство, в значительной мере определяющее процессы образования пригара на отливках. Влияние степени смачивания на образование пригара отмечается в работах [36, 117, 124 и др . ] . Поэтому степень смачивания является одним из важных критериев противопригарных свойств формовочных ма­ териалов.

аж.т — межфазное натяжение на границе металл—формовоч­

(102) в настоящее время невозможно из-за отсутствия необходи­ мых данных по межфазному натяжению на границах раздела металл—формовочный материал и формовочный материал—газ и отсутствия методов определения этих величин. Поэтому следует обращаться к непосредственному экспериментальному определе­ нию краевого угла смачивания. Обычно используют два метода.

Первый метод основан на измерении капиллярного давления, например по высоте капиллярного подъема или по давлению, необходимому для компенсации капиллярного подъема. Этот метод обычно применяют для изучения смачивания при низкой температуре.

«неподвижной» капли. Краевой угол смачивания измеряют либо непосредственно на застывшей капле металла, лежащей на твердой горизонтальной пластинке, либо на изображении жидкой капли, полученном фотографированием или проектированием ее на экран.

Преимуществом метода является простота аппаратуры и на­ дежность результатов, а также возможность одновременно с изме­ рением краевого угла смачивания получать необходимые данные для расчета поверхностного натяжения жидкой фазы.

На установках для определения краевого угла смачивания, разработанных многими исследователями [9, 24], невозможно определять смачивание в любой газовой среде. Для литейщиков же представляют интерес данные о смачивании в различных

в зависимости от состава формовочных и стержневых смесей может изменяться от восстановительной до окислительной.

Простой по конструкции и удобной в эксплуатации является установка (рис. 143), позволяющая определять краевые углы смачивания в любой газовой среде [21 ].

Установка состоит из плавильной печи с герметичной кварце­ вой трубкой диаметром 32—35 мм, системы очистки и осушки газа, баллона с газом, фотоаппарата. Плавильная печь представ­ ляет собой сварную металлическую трубчатую печь сопротивле-

Рис. 143. Схема установки для изу­ чения смачивания формовочных материалов жидким металлом в контролируемой газовой среде:

1 — в о д я н о й з а т в о р ; 2 — т е р м о п а р а ;

ния с силитовыми нагревателями / = 320 мм, d = 16 мм. Нагре­ ватели соединены парами в три параллельные группы и распо­ ложены равномерно вокруг кварцевой трубки. Нагрев печи регулируется автотрансформатором ТНН-40 с масляным охлаж­ дением. Футеровку печи выполняют из формовочной огнеупорной смеси. Между футеровкой и металлическим кожухом набивают теплоизоляционный слой из асбестовой крошки.

Кварцевая трубка, в которой происходит расплавление ме­ талла, с обоих концов имеет шлифованные стеклянные наконеч­ ники. В один наконечник впаивают стеклянную трубку для под­ вода газа и вставляют смотровое окно, через которое наблюдают за металлическим образцом и фотографируют капли. Зазор между смотровым окном и наконечником замазывают смесью из огне­ упорной глины и жидкого стекла, В другой наконечник впаивают платино-платинородиевую термопару и стеклянную трубку для выхода газа. Конец термопары, находящийся внутри печи, за­ щищен кварцевыми трубками и огнеупорным колпачком из смеси глинозема и двуокиси титана для предохранения от воздействия углеродосодержащих газов. Температура регистрируется галь-

ванометром с соответствующей градуировкой для платино-плати- нородиевой термопары и пределами измерения 0—1600° С. Чтобы

среды в кварцевую трубку подается из баллона газ. В зависи­

в 132 мл 30%-ного раствора едкого натра). При необходимости более полного удаления кислорода из продуваемого газа в систему очистки включают трубчатые печи с магниевой стружкой или губ­ чатым титаном. Осушка газа производится концентрированной серной кислотой плотностью 1,84 г/см3. Все реактивы меняют через 3—4 ч работы, медную стружку — через 8—10 ч.

Окись углерода для создания восстановительной газовой среды получают с помощью специального газогенератора с двумя самостоятельными нагревателями. Между нагревателями нахо­ дится древесный уголь; в газогенератор из баллона подается угле­ кислота, которая, реагируя с раскаленным древесным углем, восстанавливается до окиси углерода. Регулируя скорость про­ текания газа через раскаленный уголь, температуру угля и улав­ ливая углекислый газ, можно получать практически любое соот­ ношение СО : С 0 2 . Соотношение СО : С 0 2 периодически контро­ лируют, для чего берут пробы газа непосредственно перед квар­ цевой турбкой и на обычном газоанализаторе определяют содер­ жание углекислоты и окиси углерода. Температура нагрева дре­ весного угля контролируется хромель-алюмелевой термопарой.

Расход газа из баллона регулируется обычным редуктором давления. Нормальным считается такой расход, при котором через водяной затвор проходит 2—3 пузырька газа в 1 сек.

Перед началом опытов печь предварительно нагревается до температуры на 100—150° С ниже температуры плавления ме­ талла; в течение нескольких минут вся установка продувается газом. После этого лодочка с испытуемым формовочным материа­ лом или пластинка испытуемого материала и металлический обра­ зец осторожно помещают в печь, затем быстро поднимают тем­ пературу до расплавления образца и появления капли. В момент полного расплавления образца фиксируют температуру и фото­ графируют каплю.

Для опытов в нейтральной и восстановительной газовых средах используют графитовые лодочки, в окислительных средах — лодочки из хромомагнезитовой или магнезитовой смеси.

Металлические образцы изготовляют в виде цилиндров диа­ метром и высотой 6—8 мм. Некоторые исследователи указывают на зависимость краевого угла смачивания от веса металлического

остается постоянным. Наиболее удобно использовать образцы весом 6—7 г, так как капля жидкого металла такого веса обладает лучшей устойчивостью, чем более тяжелые капли, и имеет доста­ точно большие размеры (диаметр 10—12 мм), что позволяет полу­ чать крупные фотографии.

Некоторые исследователи краевой угол определяли на за­ стывших каплях, что значительно упрощает установку, так как отпадает необходимость в наблюдений за образцом металла и его фотографированием. Тем не менее, точность опытов при съемке

ние вызывают эти компоненты и в значениях краевого угла смачивания, причем эффект уменьшения краевого угла смачивания для некоторых сплавов превосходит вызываемое соответствующими добавками уменьшение поверхностного натяжения. Это свидетель­ ствует о преимущественной адсорбции названных компонентов твердой поверхностью. На рис. 144 приведена зависимость крае­ вого угла смачивания от содержания кислорода в армко-железе.

Следовательно, незначительное изменение химического состава жидкого металла может существенно изменить поверхностные свойства, определяющие глубину и скорость проникновения металла в поры формовочной смеси.

Также необходимо учитывать, что даже при одинаковом исход­ ном составе металла и постоянной газовой атмосфере возможно

изменение поверхностных свойств металла (ож.т и отж), а следо­ вательно, и смачиваемости в результате взаимодействия жидкого металла с материалом. Данные табл. 37 характеризуют степень насыщения кислородом армко-железа, расплавленного в атмо­ сфере аргона на различных формовочных материалах.

Зависимость поверхностного натяжения и смачиваемости угле, родистой и высоколегированных сталей от природы материала под.

Рис. 145. Вакуумная камера установки для измерения поверхностного натя­ жения и краевых углов смачивания

кладки отмечено также в работе [152], в которой смачивание исследовали на установке, приведенной на рис. 145.

Установка состоит из цилиндрической вакуумной камеры, расположенной горизонтально, системы очистки газа, приборов для создания и измерения вакуума и фотоаппарата.