Газовые дефекты. Мероприятия по профилактике газовых дефектов

При выделении из раствора в процессе кристаллизации газы могут образовывать пустоты, которые разделяются на скопление мелких пузырьков, называемых газовой пористостью, и отдельные крупные пузыри, называемые газовыми раковинами.

Газовые раковины представляют собой полости в теле отливки, образованные выделившимися из металла или внедрившимися в металл газами. Поверхность таких раковин гладкая. Газовые раковины могут быть одиночными и групповыми.

Механизм образования газовых раковин и методы их предупреждения связаны с источником газообразования.

Если газы выделяются из форм и стержней, то дефект образуется в результате механического проникновения газа в жидкий расплав с поверхности раздела металл — форма. Это явление часто сопровождается видимым эффектом кипения расплава или выбросом его из формы и поэтому получило название вскип. На границе раздела металл — форма газы практически присутствуют всегда, однако внедриться в металл они могут только при условии, если избыточное газовое давление в форме или стержне будет превышать сопротивление со стороны металла, зависящее от высоты столба металла над соответствующей точкой формы или стержня и от удельного веса жидкого сплава. Причиной образования газового пузыря является ноток газов, выходящий из поры в формовочном материале; образующийся около устья поры газовый пузырь растет до тех пор, пока силы поверхностного натяжения металла, стремящиеся округлить пузырь до шара, и подъемная сила металла не оторвут его от поверхности формы. На месте отрыва пузыря растет новый. В зависимости от внешнего вида дефекта различают газовую шероховатость (при плохом смачивании металлом материала формы), мелкие подкорковые раковины (при хорошем смачивании металлом материала формы) или подкорковые крупные газовые раковины.

Способы предотвращения газовых раковин.

Дли предупреждения газовых раковин, образующихся при механическом проникновении газов в металл (вскипе), следует уменьшать газотворность смесей, увеличивать скорость отвода газов из форм и стержней, способствовать удалению из отливки внедрившихся газовых пузырей до момента ее полного затвердевания. Уменьшение газотворности смесей и скорости газообразования в формах и стержнях достигается различными способами. Прежде всего необходимо устанавливать оптимальный состав формовочных и стержневых смесей. При этом смеси должны содержать мини­мальное количество газотворных материалов — воды, органиче­ских связующих, противопригарных добавок, глины, извести, слюды, асбеста и т. п. Наиболее газотворна вода, поэтому содер­жание ее в смесях должно быть ограничено. Некоторые связующие материалы гигроскопичны и впитывают влагу из окружающей среды после сушки. Повышенной гигроскопичностью обладают сульфитно-спиртовая барда, жидкое стекло, декстрин, крепители КН, КВС, СП, ДП, формовочные глины и другие материалы. Стержни на сульфитно-спиртовой барде способны впитать до 3—4% влаги при выдержке собранных форм перед заливкой 3—6 ч или полуформ 2—3 суток. Стержни на основе крепителей с высокой гигроскопичностью необходимо устанавливать в форму полностью остывшими, а формы заливать сразу же после сборки. Для сложных стержней применение смесей на гигроскопичных крепителях нецелесообразно. Радикальным способом снижения газовыделения при заливке является высушивание и прокаливание стержней и форм. При этом из них почти полностью удаляется вода, и частично удаляются летучие продукты из связующего материала. Для стержней из самотвердеющих жидкостекольных и наливных смесей, содержащих в исходном состоянии до 5% влаги, рекомендуется обязательная сушка. При подсушке стержней и хорошей их вентиляции вскипы не происходят. Образованию газовых раковин в отливках может способствовать краска, обладающая повышенной газотворпой способностью, особенно нанесенная толстым слоем. Окрашенные стержни надо подсушивать. Краски, сушка которых происходит при сгорании растворителя, не должны содержать больше 6—8% связующих материалов (в пересчете па сухой остаток). Слишком обильная смазка моделей разделительным составом и связанное с этим повышение газотворной способности поверхностных слоев формы приводят к появлению мелких газовых раковин в отливках. Поэтому разделительный состав следует наносить тонким слоем, почаще. Повышение скорости отвода газов из форм и соответственно снижение давления газа достигается прежде всего уменьшением длины пути фильтрации газов. Для этого необходимо уменьшать расстояние от отливки до стенок и лада опок, предусматривать вентиляционные каналы в форме и стержне. Особенно это важно для форм, уплотненных при повышенном удельном давлении, так как такие формы обладают пониженной газопроницаемостью и, следовательно, в них повышается давление газа. Большое значение имеет тщательная вентиляция стержней. Так, при проверке исполнения технологической инструкции по изготовлению сложных стержней водяной рубашки головки блока двигателя ДТ-54 было выявлено, что многие стержни выполняются без вентиляционного канала, а в тех случаях, когда канал был выполнен, не были установлены пробки, закрывающие его от попадания металла. Заливка форм с такими стержнями сопровождалась длительными вскипами (6 —20 сек), а отливки имели газовые раковины. При тщательном выполнении вентиляционного капала в стержне и форме газовые раковины в отливках не образуются. Радикальным решением проблемы ликвидации брака по газовым раковинам от форм и стержней является использование оболочковых форм и стержней. В этом случае давление газа п границе металла формы (стержень) не превышает 5 Г/см2 и значительно меньше критического, равного 12—20 Г/см2. Должно быть обеспечено надежное удаление газов из стержней через форму. Для этого необходимо, чтобы вентиляционный канал в форме был продолжением вентиляционного канала стержня, чтобы обеспечивалась надежная защита знака стержня и вентиляционного канала от попадания металла. При заливке знака стержня или вентиляционного канала в форме может произойти длительный вскип (с выбросом металла из формы), и как следствие в отливке образуются групповые газовые раковины.

Большое значение для хорошего газоотвода имеет увеличение газопроницаемости смесей. Она увеличивается при уменьшении влажности смесей, а также при снижении содержания в них глины п крепителей. Крупные пески повышают, а мелкие понижают газопроницаемость смеси; особенно резко снижается газопроницаемость при наличии в смеси мелких пылевидных частиц (маршалита, молотого угля). Снижение газопроницаемости наблюдается при добавке отработанной смеси; поэтому использование ее для изготовления сложных стержней нецелесообразно. С повышением плотности набивки газопроницаемость песчано-глпппстых форм резко падает, а газопроницаемость стержневых смесей изменяется в меньшей степени. Пескодувно-пескострельная набивка обеспечивает наиболее равномерное уплотнение смеси и повышенную газопроницаемость стержней. При высушивании форм и стержней их газопроницаемость увеличивается. Особенно существенно увеличивается при этом газопроницаемость глиноопилочных смесей, в которых выгорают опилки. Для обеспечения хорошего газоотвода при исправлении формы и стержней отломившиеся части следует приклеивать не по всей поверхности излома, так как склеивающее вещество имеет плохую газопроницаемость по краям излома. Центральная часть должна обеспечивать свободный отвод газов. Вероятность образования газовых раковин уменьшается при создании специальных полостей в стержнях, которые, даже если они не соединяются специальным каналом со знаком стержня, снижают давление газа. Наиболее удобно создавать подобные полости в разъеме стержня. Помимо улучшения газового режима наклонное положение формы при заливке дает возможность упростить литниковую систему и способствует более спокойному заполнению формы металлом. Сравнительно недавно для предотвращения образования газовых раковин в отливках стали применять принудительный отсос газов из стержней. Этот прием на практике применяется редко из-за усложнения техники заливки, однако, эффективность его высокая. Принудительный отсос газов целесообразен для вентиляции постелей при литье в почву. Для предупреждения механического проникновения газов металла, в отливку необходимо повышать напор высоту верхних опок, литниковых чаш, выпоров и т.д.