При изготовлении средних стальных отливок применяют часто смеси, содержащие кварцевую муку. Высушенные формы крупных отливок окрашивают.
В формах очень крупных отливок, когда невозможно надежно обеспечить восстановительную атмосферу может оказаться действенным средством создание окислительной атмосферы на поверхности формы, чтобы увеличить толщину пригарного слоя и облегчить его удаление с поверхности отливки.
Сокращение химического пригара
В последнее время наметились следующие основные пути предупреждения химического пригара: предохранение металла в форме от окисления; создание между поверхностью отливки и коркой пригара пленки окислов оптимальной толщины с целью получения легкоотделяемого пригара; применение покрытий и формовочных материалов повышенной огнеупорности и химически инертных к металлу и его окислам.
По результатам исследований были разработаны практические рекомендации по предотвращению пригара на отливках из углеродистой стали.
При изготовлении отливок с толщиной стенки до 10-12 мм целесообразнее получать малоразвитый пригар стадия а, для чего в смесь необходимо добавлять органические вещества, образующие восстановительные газы (битум, мазут, каменноугольная пыль и др.), замедляющие окисление металла и, следовательно, наступление стадии б в строении пригара. На отливках со стенками 10-35 мм из-за большого времени воздействия высокой температуры процесс развивается до стадии трудно отделимого пригара. Органические добавки здесь уже малоэффективны, но покрытия на основе маршалита, глинозема, циркона, корунда, алюминиевой пудры снова позволяют получать малоразвитый пригар. Отливки с толщиной стенок свыше 35 мм получаются с легкоотделимым пригаром, так как процессы переходят в стадию в. Добавки в смесь, создающие восстановительные газы, которые могут задержать развитие процессов на стадии б, в этом случае вредны. Нежелательны глины, шпаты, шлаки и т. д., увеличивающие вязкость и снижающие скорость миграции контактного расплава в форму. При использовании песчано-глинистых смесей для отливок с толщиной стенки до 20-25 мм из исходного песка должны быть удалены глина, пыль; в формовочной смеси не должны быть остатков жидкостекольной смеси, примесей железных руд, шпатов и других легко спекающихся плавней. Добавка в смесь малозольных веществ (мазута, раствора битума) дает положительные результаты. Небольшие 0,2-2% добавки в формовочную смесь Мg2СО3, NaCl и других солей, а также замена глин бентонитами создают условия для получения; легкоотделимого пригара. Формы отливок со стенками 25-50 мм рекомендуется покрывать красками или пастами на основе маршалита, циркона, корунда, так как при таких толщинах отливок наступает трудноотделимая стадия; пригара б.
Наружные сферические поверхности отливок со стенкам 50-70 мм получаются с легкоотделимым пригаром в. Здесь сказываются усадка металла и прочность формы в горячем состоянии, чему способствует зазор. Увеличит прочность формы при высокой температуре можно добавкам в исходную смесь жидкого стекла, железных руд и других плавней. Внутренние поверхности таких отливок рекомендуется покрывать пастами или облицовками на основе циркона корунда, хромомагнезита и магнезита.
В формах из песчано-масляных и песчано-смоляных смесей отливки с толщиной стенки до 15-25 мм получаются с мало развитым пригаром. Песок в этом случае должен быть очищенным от глин и других плавней, а крепители не должны после выгорания оставлять много золы. Более толстостенные отливки следует изготовлять с применением высокоогнеупорных покрытий из маршалита, циркона (для стенок 30-60 мм) и корунда, хромомагнезита, магнезита (для стенок толщиной более 60 мм).
При превышении критического напора металла в форме следует применять либо более мелкозернистые пески, либо специальные мелкозернистые высокоогнеупорные материалы в виде покрытий и облицовок на формах. Характер атмосферы в форме после заливки при применении перечисленных высокоогнеупорных материалов влияет менее заметно, чем при применении кварцевых песков. С увеличением окислительной способности газов лишь несколько снижается огнеупорная стойкость противопригарного покрытия, особенно на основе маршалита и циркона. Меры по устранению пригар сводятся к подбору вида покрытия в зависимости от толщины стенки. Для форм отливок с толщиной стенки 20-25 мм достаточно маршалитовых красок. Формы отливок со стенками 25-50 мм требуют покрытия красками или пастами на основе глинозема, циркона или корунда.
Формы более толстостенных отливок целесообразно покрывать пастами на основе корунда, хромомагнезита магнезита.
Сокращение пористости
Для уменьшения проникновения металла в форму необходимо сократить размер пор на ее поверхности. Для этого применяются следующие методы: уменьшается размер зерновых составляющих, увеличивается уплотняемость формовочных материалов, на поверхность формы наносятся краски и применяют спекающиеся формовочные смеси. На основание этих данных проанализируем их.
Применение противопригарных красок.
К радикальным мерам борьбы с пригаром можно отнести нанесение на поверхность формы краски, паст и натирок. Высокоогнеупорные порошки, нанесенные на поверхность в виде красок или паст, изолируют зерна кварцевого песка от контакта с залитым металлом и не допускают проникновения его в поры формы. Этим предотвращается химическое взаимодействие кварца с окислами железа и образование пригара. Важным критерием свойств противопригарных материалов является степень их смачивания жидким металлом и его окислами.
Для предотвращения пригара зерновую основу покрытий выбирают такой, чтобы она не смачивалась жидким металлом и, по возможности, его окислами. Она должна соответствовать заливаемому сплаву и материалу формы; основные окислы сплава нельзя сочетать с кислой зерновой основой покрытия и наоборот. Недопустимо применение в составе краски двух наполнителей, которые могут вступать между собой в химическое взаимодействие. Огнеупорность наполнителя краски должна быть выше температуры заливаемого сплава. Поэтому многие производства применяют краски из высокоогнеупорных материалов, несмотря на их дороговизну, так как повышенные расходы на приготовление высококачественных покрытий окупаются за счет повышения товарного вида отливок и снижения затрат на их очистку.
К связующим предъявляются следующие требования: максимальное сохранение прочности при высоких температурах заливки (термостойкость); термопластичность при температурах просушки и заливки форм; чтобы предотвратить отслаивание и растрескивание покрытия; минимальная газотворность.
Поэтому для получения отливок с качественной поверхностью весьма перспективны связующие материалы с высокой термостойкостью (как органические, так и неорганические), минимально взаимодействующие с окислами железа.
При производстве крупного и толстостенного литья поверхность форм нагревается до 1000° и более. Поэтому необходимо в краски добавляют неорганические связующие материалы, отличающиеся более высокой термостойкостью чем органические. К ним относят жидкое стекло, сульфаты, фосфаты и т.д. Отличительная особенность покрытий с фосфатными связующими – высокая прочность сцепления с окрашенной поверхностью при заливке металла, низкая газотворная способность, высокая термостойкость и огнеупорность, ухудшает смачивание покрытий металлом и его окислами.
В настоящее время нет универсальных покрытий литейных форм, которые давали бы надлежащий эффект на всех видах литья. Все известные покрытия проявляют свое положительное действие только в определенном интервале температур, при данном составе формовочной смеси и на конкретном виде литья. Поэтому на ряду с выпускаемыми красками на предприятиях изготовляют свои покрытия разного состава для определенных видов литья, и они не выходят за пределы этого предприятия. Основным недостатком этого метода является усложнение технологии.
На основании проведенного анализа можно рекомендовать следующие технологические мероприятия для устранения или уменьшения пригара:
- уменьшить размеры зерен огнеупорного наполнителя
- производить заливку при оптимальной температуре жидкого металла, избегая ее превышения;
- проектировать технологический процесс формовки и заливки таким образом, чтобы уменьшить металлостатическое давление;
- использовать противопригарные покрытия на основе высокоогнеупорных и химически инертных к жидкому металлу и его оксидов материалов типа (цирконового концентрата, электрокорунда, маршалита и др.)
- при изготовлении крупных отливок ответственного назначения применять формовочные смеси с высокой теплоак-кумулирующей способностью;
- (циркона, хромистого железняка и т. д.);
- обеспечивать высокое уплотнение формовочной смеси при изготовлении форм для крупных отливок и при применении крупнозернистого песка;
- вводить в песчано-глинистую смесь газотворные добавки, создающие в порах формы избыточное газовое давление, препятствующее, наряду с капиллярными силами, проникновению жидкого металла в поры формы.добавлять окислительные добавки для получения легкоотделимого пригара.