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

скорость фильтрации в наиболее узком их сечении меньше, чем скорость фильтрации в исследованных образцах. Однако в стерж­ нях I класса сложности она значительна (табл. 41).

Из рассмотрения особенностей газового потока и механизма

сложности. В случаях, когда газопроницаемость смеси значи­ тельно снижается в интервале до момента затвердевания отливки, она может оказать неблагоприятное влияние на качество отливок (появление второго максимума газового давления).

ЭРОЗИОННАЯ стойкость и склонность К ОБРАЗОВАНИЮ 3ACOPOB

Причин появления засоров много, однако в большинстве случаев наличие или отсутствие их в отливках определяется свойствами формовочных и стержневых смесей. Если исключить возможность случайного попадания неметаллических частиц в форму и небрежность при отделке и сборке форм, то причиной засоров могут быть малая стойкость формы против механического воздействия протекающего металла (эрозионная стойкость) и не­ достаточная способность сравнительно длительное время выдер­ живать высокие температуры, не разрушаясь (стойкость против обгара). В некоторой степени эти характеристики можно оцени­ вать по механической прочности и осыпаемости формовочных смесей при высоких температурах, методы исследования которых описаны выше. Однако в реальных условиях характер воздей­ ствия металла на отдельные участки формы различен; кроме того, всегда важно знать участок формы, в большей степени подверга­ ющийся эрозии, и пути переноса неметаллических частиц метал­ лом при заполнении формы.

Одним из наиболее универсальных методов, позволяющих получить полную картину эрозии формы, является метод радио­ активных изотопов.

При изготовлении формы в смесь вводят радиоактивный изо­ топ какого-либо элемента. После затвердевания и охлаждения отливки изучают распределение в ней засоров с помощью радиографирования или счетчика.

При выборе изотопа нужно стремиться к тому, чтобы послед­ ний обладал достаточной ^-активностью, так как от этого зависит разрешающая способность метода; период полураспада изотопа должен быть большим для возможности длительной работы с ним. Желательно, чтобы изотоп можно было перевести в водный рас­ твор для смешивания с водой, используемой при приготовлении смеси. Это способствует наиболее равномерному распределению

изотопа по всему объему смеси. Изотоп должен быть нейтральным по отношению к смеси и не влиять на ее свойства. Активность изотопа должна быть достаточно низкой для безопасного с ним обращения.

Авторы работы [14] для исследований применяли изотоп фос­ фора, переводимый в водный раствор Н 3 Р 0 4 , нейтрализованный нашатырем. Схема расположения активированного участка в форме определяется местом, подлежащим исследованию. На рис. 163 показано расположение участков с изотопами для изучения влияния удара струи (1), размывающего действия струи (2) и процесса осыпания формы (3). Стержни с радиоактивными изо­ топами изготовляли из смеси 100 вес. ч. кварцевого песка, 7 вес. ч. жидкого стекла и 4 вес. ч. воды, в которую добавляли радиоактив­ ный раствор Н 3 Р 0 4 (3% веса воды).

Полученную опытную отливку в виде прямоугольного парал­ лелепипеда весом 30 кг разрезали на пластины и с них снимали авторадиограммы на рентгеновской пленке X X с выдержкой дли­ тельностью 4 суток. Таким образом изучали распределение неме­ таллических включений по объему отливки.

В качестве радиоактивного индикатора можно применять изо­

димую глубину проникновения. Порошок радиоактивного воль­ фрама вводят в формовочную смесь в виде водной суспензии (15 г изотопа вольфрама на 100 г смеси).

При исследовании размывающего действия жидкой стали на стенки каналов литниковой системы использовали отливки плиты 500x250x50 мм [39]. В горизонтальные каналы литниковой системы устанавливали стержни-втулки, изготовленные из фор­ мовочной смеси с радиоактивным изотопом. После остывания в форме верхнюю поверхность отливки очищали от приставшей смеси, и на нее накладывали рентгеновскую пленку X X , поме­ щенную в кассеты из светонепроницаемой бумаги. Продолжитель­ ность экспозиции 5—7 дней.

При других исследованиях металл заливали в формы из цир­ конового песка с добавкой радиоактивного циркония. С поверх­ ности отливки после очистки песка снимали металл слоями по 0,07 мм и так же производили авторадиографирование.

Таким образом, метод радиоактивных изотопов позволяет уста­ новить источник возникновения засоров и расположение их в теле отливки.

Недостатками метода радиоактивных изотопов являются необ­ ходимость дополнительных мер по технике безопасности, связан­ ных с использованием радиоактивных элементов, большой срок получения конечных результатов (4 суток и более), трудность равномерного распределения радиоактивного элемента в безвод­ ных смесях (песчано-масляных, фурановых) и т. д. Поэтому

теристика эрозионной стойкости смеси вместе с другими техно­ логическими пробами (например, с пробой Шренявского [1651) может дать количественное представление о динамическом воз­ действии струи жидкого металла на форму.

Кроме засоров эрозия формы является причиной повышенной шероховатости поверхности и плохого товарного вида отливок.

2

Для исследования влияния свойств и состава смесей на шеро­ ховатость поверхности отливок применяли пробу, приведенную на рис. 166 [195]. Контрольными поверхностями в данной пробе являются щелевидный питатель, выступ на дне пробы в виде куба 50x50x50 мм и выступы в углах

Применение щелевидных эле­ ментов в конструкции технологи­ ческих проб для исследования эро­ зионной стойкости формовочных смесей вполне оправдано с точки зрения гидравлики заполнения формы. Действительно, чем больше периметр контрольного участка пробы при той же площади попе­ речного сечения, тем больше тре­ ние между формой и металлом и тем сильнее эрозионное воздей­ ствие струи металла.

стержни 8 и 7; первый служит резервуаром для слива металла, второй — для установки испытуемого плоского стержня 2 под необходимым углом. Над стержнями на стойках 3 укреплена небольшая опока 4 с заформованным в ней стержнем 6, имеющим

Рис. 169. Схема установки для изучения эрозии (а) и зависимость качества поверхности от угла падения струи металла (б)

отверстие, обеспечивающее постоянный расход металла (2,2 кг/сек). Отверстие перекрывается пробкой 5.

Чувствительность пробы определяется зависимостью качества поверхности от угла падения струи металла (рис. 169, б).

СКЛОННОСТЬ К РАСТРЕСКИВАНИЮ, ОТСЛОЕНИЮ И ОБРАЗОВАНИЮ УЖИМИН

Частым дефектом отливок являются так называемые ужимины, представляющие собой отделившуюся часть поверхностного слоя формы, под которую проник жидкий металл. Этот дефект часто называют также «коржами» и «пленами». Последнее название часто используют в случае, когда причиной образования ужимин яв­ ляется отслоение противопригарной краски от формы и проник­ новение жидкого металла в зазор между краской и формой. Кроме того, образование ужимин на отливке сопровождается появлением засоров.

Природа и причины образования ужимин всесторонне изучены. Установлено, что появление этого дефекта зависит от геометри­ ческой формы отливок, состава и свойств формовочных материа­ лов, смесей и от особенностей технологического процесса изгото­ вления формы. Отливки с большими плоскими поверхностями склонны к образованию ужимин; при сокращении времени запол­ нения формы металлом, а также при заливке форм в наклонном положении уменьшается вероятность образования ужимин. Однако при заданной технологии конкретной отливки образование ужи­ мин будет определяться свойствами только формовочной смеси.

Большинство исследователей считают, что ужимины обра­ зуются вследствие значительного расширения поверхностного слоя формы при быстром нагреве, приводящего к отслаиванию отдельных участков формы. Очевидно, отслаивание будет проис­ ходить по зоне с минимальной прочностью. Многие исследователи с достаточным основанием полагают, что такой зоной минималь­

в форме зоны минимальной прочности будет связано с иными более сложными процессами. Поэтому некоторые исследователи обра­ зование ужимин связывают не с расширением, а со значительной усадкой поверхностного слоя [114]. При определенных конкрет­ ных условиях такое представление о механизме образования ужи­ мин вполне правомочно. Доказательством этого может служить эксперимент, поставленный X. Г. Левелинком.

Из одной и той же формовочной смеси изготовляли две тонкие полосы. Верхнюю поверхность одной из полос окрашивали. Обе полосы после сушки нагревали на ровной каменной плите в печи при 1400° С. При этом наблюдали следующие явления. Неокра-