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

Камеру емкостью около 10 л с обоих концов закрывают крыш­ ками на вакуумных прокладках. Для наблюдения и фотографиро­ вания капли в передней крышке находится плоскопараллельное молибденовое стекло 1, защищенное от нагрева поворотной водоохлаждаемой шторкой 2. В задней крышке тоже находится наблю­ дательное окно и подвижный шток 11 для подачи очередного образца 8 с подъемного столика 12 в печь без нарушения герме­ тичности системы.

Внутри камеры установлена горизонтальная печь сопротив­ ления с цилиндрическим нагревателем 7 из молибденовой жести, который с помощью разрезных втулок прикреплен к медным водоохлаждаемым токовводам. С целью теплоизоляции нагреватель окружен блоками кольцевых 6 и плоских 3 экранов из молибде­ новой жести. Корпус камеры и крышки охлаждается проточной водой. Температура печи измеряется платинородий-платиновой термопарой 5.

системы. Внутри нагревателя на двух кольцевых опорах 4 я 10 располагается корундовая трубка 9 диаметром 35 мм. Передняя подвижная опора 4 через шток и сильфон связана с микрометри­ ческим винтом 17, осуществляющим вертикальное перемещение опоры и изменение наклона трубки в вертикальной плоскости, проходящей через ось печи. С помощью таких же приспособлений, расположенных в боковой стенке камеры, трубку можно пово­ рачивать вокруг собственной оси. Горизонтальное положение подкладки проверяют при 1200° С с помощью матового стекла фотоаппарата 18.

Через вакуумный шибер 16 камера соединяется с диффузион­ ным насосом 14, который вместе с форвакуумным насосом 13 позволяет достигать разрежения 10" 4 мм рт. ст. Разрежение в камере контролируется манометрической и ионизационной

Размеры капель металла и краевой угол смачивания замеряли на негативах с помощью компаратора ИЗА-2. Погрешность в опре­ делении углов смачивания составляет ± 3 ° .

Недостатком установки при многих положительных конструк­ тивных решениях является невозможность определения краевого угла смачивания в окислительной атмосфере из-за применения молибденового нагревателя. Все опыты в работе [152] проводили

ватмосфере очищенного аргона.

П.Азанти для определения краевого угла смачивания использовал высокотемпературный микроскоп, схема печи ко­ торого приведена на рис. 146. Максимально достигаемая темпе­ ратура 1750° С. Металлические образцы помещали на подставки, под ними находился спай термопары. Краевой угол замеряли на

увеличенном фотоснимке капли, на котором одновременно проек­ тировалась температурная шкала.

Чтобы профиль раскаленной жидкой капли четко выделялся на снимке, применяли фоновую подсветку от отдельного регули­

влияние на поверхностные свойства железа при высоких темпе­ ратурах.

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ ПРИГАРА С ОТЛИВКОЙ

Для литейного производства представляют интерес не только механизм образования и природа пригара, но и сила сцепления последнего с отливкой. Действительно, если образовавшийся на отливке пригар при охлаждении из-за каких-либо вторичных явлений (окисления, модификационных превращений, происходя­ щих с изменением объема, и т. п.) будет легко удаляться с по­ верхности отливки, то нет смысла предпринимать каких-либо дополнительных мер по предотвращению такого пригара. Напро­ тив, в ряде случаев нужно стремиться к получению легкоотдели­ мого пригара, обеспечивая полное протекание вторичных явлений, способствующих решению задачи. Известно много работ, в ко­ торых легкое отделение пригара обеспечивалось введением в смесь окисляющих металл добавок [25, 199 и др. ].

С другой стороны, если пригар легко удаляется при проведе­ нии какой-либо операции, предусмотренной общим технологиче­ ским процессом изготовления отливок (термообработка, дробе­ струйная очистка и т . п.), можно допускать на отливках образова­ ние пригара определенной величины.

Поэтому естественно стремление литейщиков классифициро­ вать пригар по прочности сцепления с отливкой и дать количе­ ственную оценку величины пригара.

Ф. Д. Оболенцев [104] приводит классификацию пригара по методам, необходимым для его удаления, и по виду отделившихся частиц пригара (табл. 38).

Ни одна классификация, если она не связана с физическими характеристиками, конечно, не может охватить все случаи при­ гара, встречающиеся на практике, особенно, если учесть новые методы очистки отливок (например, пламенем газовых горелок, электрохимическим методом и т. д.).

Ранее упоминался метод оценки пригара по глубине проник­ новения металла; известен метод оценки по площади, занимаемой пригаром на отливке постоянных размеров. В обоих этих случаях нет основной характеристики — прочности сцепления пригара с отливкой.

пригара определяется прочностью самого металла и частотой

либо полностью окисленного механического пригара, либо чисто химического пригара. Последний случай часто встречается при использовании жидкостекольных форм для чугунного и высоко­ легированного литья.

Прочность связи двух разнородных фаз (в нашем случае ме­ талла и пригарного вещества) при нормальной температуре опре­ деляется несколькими факторами.

При охлаждении из-за разной природы, следовательно, раз­ личных термических коэффициентов линейного сжатия на гра-

нице раздела металл—пригарное вещество возникают напряже­ ния, могущие при некоторых условиях привести к самопроизволь­ ному отделению пригара от отливки. Очевидно, по сопоставлению коэффициентов расширения и сжатия металла и пригарного ве­ щества можно судить о большей или меньшей вероятности полу­ чения легкоотделимого пригара.

Отделяемость пригара будет зависеть также от прочности и пластичности пригарного вещества и от прочности связи пригара с металлом, определяемой поверхностными силами на границе раздела фаз (величиной работы адгезии). Первые две характе­ ристики (прочность и пластичность пригара) могут быть найдены обычными методами. Основная трудность при этом (так же, как и при дилатометрических испытаниях) состоит в получении образца пригарного вещества необходимых формы и размеров.

Максимальная прочность сцепления будет наблюдаться в слу­ чае, когда коэффициенты линейного сжатия металла и пригар­ ного вещества равны. Тогда на границе раздела не возникают напряжения, и работа, необходимая для отрыва пригара от отливки, будет соответствовать работе адгезии. Хотя такого соответствия коэффициентов усадки на практике не встречается, с определенными допущениями работа адгезии может быть харак­ теристикой прочности сцепления пригара с металлом. Например, при изменении содержания какого-либо компонента можно с до­ статочной обоснованностью пренебречь изменением коэффициента усадки металла; тогда адгезия одного и того же пригарного ве­ щества может быть достаточно наглядной характеристикой сил сцепления.

Работа адгезии, отнесенная к единице площади контактной поверхности, для случая контакта твердой и жидкой фаз (формо­ вочный материал и жидкий металл или твердый металл и жидкое пригарное вещество) может быть выражена уравнением

Из этого уравнения следует, что чем выше поверхностное натяжение жидкости и cos 8, тем прочнее связь между обеими фазами.

Таким образом, для определения адгезии достаточно найти поверхностное натяжение и краевой угол смачивания. Правда, в этом случае будет получена величина адгезии жидкости и твер­ дого тела, тогда как нас интересует адгезия между двумя твердыми фазами (затвердевший химический пригар и твердый металл). Однако. известно, что поверхностные энергии твердой и жидкой фаз одного вещества не очень отличаются. Поэтому полученные по уравнению (103) величины адгезии могут быть с достаточной степенью точности применимы для оценки сил сцепления двух твердых фаз.