Файл: Николайчик Н.П. Повышение стойкости изложниц на машиностроительных заводах.pdf

микрохолодильников в струю жидкого металла непос­ редственно при заливке литниковой системы. Установле­ но, что при этом создается переохлаждение во всей массе расплава, приводящее к образованию большого ко­ личества центров кристаллизации. Введение микрохоло­ дильников позволяет устранить усадочную раковину в донной части глуходонных изложниц. Опыты проводили на однотонных изложницах.

В качестве микрохолодилы-шков могут служить дроб­ леная чугунная стружка, ферробор, сурьма и их смеси.

Такие элементы, как сурьма, алюминий, особенно в присутствии титана, следует добавлять только в чугуны с пластинчатым графитом. При введении в жидкий чугун, модифицированный магнием, сурьмы, алюминия, титана, они вызывают образование пластинчатого гра­ фита, в то время как при отсутствии этих элементов и при этих же условиях получаются хорошо оформленные шарики графита.

Алюминий, висмут, мышьяк, сурьма, свинец, олово относятся к группе элементов, называемых антиглобуляторами, иногда к ним относят медь, никель, молибден, серу и др. Элементом, устраняющим вредное влияние антиглобуляторов, является церий.

Ц е р и й в отличие от магния понижает термодина­ мическую активность углерода. Церий незначительно растворяется в феррите; как правило, он находится в перлите, на межфазовых границах, адсорбируется кри­ сталлами графита. Он способствует получению мелких зерен аустенита и растворяется в цементите. При содер­ жании церия 0,4% образуется химическое соединение типа FeßCe. Оксиды церия с характерным розово-оран­ жевым окрашиванием располагаются в виде цепочек, со­ стоящих из отдельных включений.

148

Исследователями установлено, что элементами, уст­ раняющими вредное влияние антиглобуляторов, являют­ ся также торий и лантан. Общим свойством церия, то­ рия и лантана является большая химическая связь с кис­ лородом, водородом,азотом и серой.

Некоторые исследователи считают, что амтиглобуляторы вносят значительное количество газов и сильно по­ нижают поверхностное натяжение. Последнее обстоя­ тельство способствует переходу шаровидного графита в пластинчатый. Удаление газов, введенных с аитиглобуляторами, при помощи добавки церия восстанавливает высокое поверхностное натяжение и снова способствует кристаллизации шаровидного графита.

ВСССР находит большое применение лигатура, со­ держащая 7 % магния и 30% церия, добавка ее не дает

большого пирометрического эффекта. Для того чтобы введение церия дало лучшие результаты, необходимо применять сравнительно чистый по содержанию серы чугун.

Вслучае, если чушковые чугуны или лом содержат большое количество антиглобуляторов, добавка мишме­ талла дает возможность их использовать.

Следует в заключение отметить, что применение микрохолодильников непосредственно при заливке форм изложниц не только способствует устранению раковины и рыхлости, но и позволяет получить более однородную структуру по сечению отливки, устранить транскристал­ лизацию и повысить механические свойства чугуна.

АЛИТИРОВАШІЕ ЧУГУННЫХ ИЗЛОЖНИЦ

Диффузия 'элементов в железоуглеродистых сплавах может происходить путем образования с железом твер­ дых растворов внедрения или замещения. Алюминий с железом образует твердый раствор замещения. Ско­ рость диффузии в твердых растворах замещения значи­ тельно меньше, чем в твердых растворах внедрения, так как в этом случае должен происходить обмен местами двух соседних атомов.

В первый момент взаимодействия алюминия с желе­ зом образуется твердый раствор, а затем тонкий слой химического соединения. Этот слой граничит с внутрен­ ними слоями насыщенного твердого раствора и является передатчиком алюминия, диффундирующего в глубь ме­ талла.

149

При газовом алитировании или при помощи паст и порошкообразных смесей, содержащих хлористый аммо­ ний (NH4C1), насыщение поверхности алюминием осу­

ществляется за счет обменной реакции при взаимодейст­ вии с железом хлористого алюминия.

Коэффициент диффузии зависит от температуры, концентрации диффундирующего элемента и присутст­ вия других элементов. Так, легированные элементы за­ трудняют диффузию алюминия. Наиболее энергично снижают глубину алитированного слоя вольфрам, мо­ либден и никель.

Твердость алитированного слоя прямо пропорцио­ нальна концентрации в нем алюминия. Несмотря на сравнительно высокую твердость (до 450—500 НВ), из­ носостойкость алитированного слоя невелика. Кроме то­ го, при ударах нарушается целостность алитированного слоя, что может привести к активному окислению основ­ ного металла.

Благодаря тонкой пленке А12 0 з , предохраняющей со­

ставляющие чугуна от дальнейшего окисления, алитиро­ ванный слой жаростоек и хорошо сопротивляется появ­ лению сетки разгара на внутренней поверхности излож­ ницы. Постепенно, вследствие диффузии алюминия в глубь слоя, жаростойкость алитированного чугуна по­ нижается. Слой ÂI2O3 на поверхности образца в процес­

се окисления увеличивается в объеме и по достижении определенной толщины разрушается. Затем на поверх­ ности вновь образуется пленка А І2 О 3 . Это, естественно,

связано с новым расходом алюминия и постепенным по­ нижением сопротивления изложницы образованию сетки разгара. Чем больше глубина алитированного слоя, тем большей жаростойкостью обладает чугун. Глубина слоя зависит от температуры и времени алитирования. Чем выше температура и больше продолжительность вы­ держки, тем глубже алитированный слой.

В настоящее время применяют газовое алитирование, алитирование в порошкообразных смесях, в ваннах с расплавленным алюминием, металлизацию распылени­ ем и электролизное алитирование.

Газовое алитирование проводят в специальной каме­

стоящую из 45% алюминиевой пудры (порошка), 45% технического глинозема (А12 0 з ) и 10% хлористого ам­

150

(А ІС Із) .

На другом конце камеры, где температура доходит до 950° С, располагают алитируемую изложницу. Через камеру пропускают водород, который захватывает хло­ ристый аммоний и приводит его в контакт с алитируемой поверхностью изложницы.

В процессе алитирования протекает реакция

Fe + A I C I 3 -> FeCl3 + Al.

Образующийся в результате реакции алюминий диф­ фундирует в поверхностные слои изложницы, а хлори­ стое железо (FeCl3) в газообразном состоянии удаляется из камеры. Продолжительность газового алитирования зависит от глубины необходимого алитированного слоя. Так, при глубине слоя 0,3—0,4 мм длительность процес­ са составляет 3—4 ч.

Для осуществления алитирования в порошкообраз­ ных смесях внутрь изложницы засыпают смесь, состоя­ щую из 25% алюминиевого порошка, 25% ферроалюми­

поверхности изложницы алюминием. В качестве катали­ затора добавляют 1% хлористого алюминия и 4% хлори­ стого аммония. Добавкой в смесь 25% каолина порошки алюминия и ферроалюминия предохраняют от спе­ кания.

Изложницы с порошкообразными смесями нагревают в течение 8 —12 ч до температуры 850—900° С и выдер­

живают при этой температуре 4—5 ч; затем их медленно охлаждают. При этом обеспечивается глубина алитиро­ ванного слоя 0 ,8 — 1 мм.

Алитирование в жидкой среде осуществляют при тем­ пературе 750—800° С в ванне с расплавленным алюми­ нием. Во избежание разъедания (растворения) алюми­ нием чугуна изложницы ванну насыщают железом (6 — 8 %). Длительность процесса 45—90 мин. При этом глу­

бина алитированного слоя составляет 0,2—0,35 мм. Пос­ ле насыщения поверхности алюминием изложницы отжи­ гают при температуре" 900—1000° С.

Недостатком алитирования в жидких средах являет­ ся пересыщение поверхностного слоя алюминием; при этом повышается хрупкость алитированного слоя и сни­

151

жается стойкость стальных тиглей, в которых расплав­ ляют алюминий.

Алитирование изложниц проводят двумя способами. Мелкие изложницы погружают в ванну с расплавленным алюминием, как это делается при алитировании сталь­ ных изделий. У крупных глуходонных изложниц прикры­ вают отверстие для шамотного стаканчика, изложницу при помощи газовых горелок нагревают до 800—850° С, а затем заливают расплавленный алюминий.

Перед металлизацией расплавлением внутреннюю по­ верхность изложницы предварительно при помощи пес­ коструйного или дробеструйного аппаратов очищают от грязи и окалины, затем напыляют расплавленным алю­ минием. За один проход наносят слой алюминия толщи­ ной 0,4—0,5 мм. Затем перпендикулярно первому нано­ сят второй, третий и последующие слои. Полученную по­ верхность покрывают 2 0 %-ным раствором хлористого

алюминия, а затем наносят тонкий слой жидкого стекла и маршалитного порошка. Для того чтобы отличить по­ крытую указанными составами поверхность, в жидкое стекло добавляют красители, например ультрамарин. Затем проводят диффузионный отжиг при 1000° С. Нане­ сенная обмазка из жидкого стекла предохраняет алю­ миний от окисления при отжиге.

Поверхностная зона алитированной изложницы со­ держит 32—36% AI; она белого цвета, имеет повышен­ ную твердость и под действием ударов деформируется и откалывается. Вторая зона содержит 20—25% А1, менее хрупка и резко отличается от первой и третьей зон. Третья зона, в свою очередь, состоит из двух слоев; бли­ же к поверхности — из твердого раствора алюминия в a-железе и мелких включений графита, а дальше — из алюминиевой фазы и более крупных графитных колоний розеточной формы. При алитировании изложниц из вы­ сокопрочного чугуна также наблюдаются три зоны, толь­ ко вместо пластинчатого присутствует шаровидный гра­ фит.

В результате диффузионного отжига глубина алити­ рованного слоя увеличивается; поверхностные слои из­ ложницы становятся менее хрупкими.

Алитирование изложниц позволяет поднять жаро­ стойкость внутренней ее поверхности, замедляет обра­ зование сетки разгара и позволяет получить более чи­ стую поверхность отливаемых слитков.

152

ПОКРЫТИЕ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗЛОЖНИЦ ТУГОПЛАВКИМИ МЕТАЛЛАМИ

Карбонильный способ изготовления антикоррозийных покрытий в настоящее время считается одним из самых перспективных методов защиты химического оборудова­ ния от агрессивных газов, паров и жидкостей.

Карбонилы металлов — это соединение металлов с группой СО, или, как обычно принято называть, с кар­ бонильной группой. В обычных условиях почти все кар­ бонилы представляют собой кристаллические порошки различного цвета: карбонил кобальта — крупные оран­ жевые кристаллы, карбонил вольфрама — маленькие прозрачные кристаллики.

Из всех существующих карбонилов металлов только четыре карбонила — железа, никеля, рубидия и осмия — жидкости желтовато-коричневого цвета с неприятным запахом и очень ядовитые, особенно тетракарбонил ни­

больших количествах на химических заводах; они нашли широкое применение и являются очень ценными продук­ тами. При хорошей вентиляции помещений и соблюде­ нии правил охраны труда случаев отравления не наблю­ дается.

По внешнему виду и по физическим свойствам карбо­ нилы никеля и железа напоминают керосин или бензин. Они легко воспламеняются на воздухе.

Существуют целые «семьи» карбонилов одного и то­ го же металла. Например, карбонилы . железа: Fe (СО) 5 — пентакарбонил, [Fe (СО) 4]3 — тетракарбонил, а Fe2 (CO)g — нонакарбоиил. Существуют и другие мно­

горядные нонакарбонилы.

В отличие от однорядных карбонилов металлов мно­ горядные, как это видно на примере карбонилов железа, имеют не один, а несколько центральных атомов метал­ лов. Они при обычных условиях всегда имеют кристал­ лическую форму.

Однорядные карбонилы легко переводятся в много­ рядные. Например, пентакарбонил железа под воздейст­ вием света легко превращается в монакарбонил:

2Fe(CO)6 = Fe2(CO)9 + СО.

153