Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
012345678
Время, с
Рис. 3.18. Кинетика давления и величины зазора 8: 1,2 — экспериментальные давления Р$; 1а, 2а — расчетные Рф; 16, 26 — расчетная величина зазора 5
142
Глава IV
ФОРМИРОВАНИЕ ОТЛИВКИ ПРИ ЛГМ
Формирование поверхности отливки, ее геометрической точности и физико-механических свойств при ЛГМ происходит в результате сложных процессов тепломассопереноса в системе модель—металл—форма. Наличие газифицируемой модели в форме, которая дестругируется под действием расплавленного металла и постепенно замещается им, меняет сложившиеся представления о процессе формирования отливки, т. к. продукты термической деструкции непосредственно взаимодействуют с металлом как в процессе заливки формы, так и при кристаллизации и последующем охлаждении отливки.
Определяющим фактором процесса формирования отливки является газовый режим литейной формы, который следует разделить на два периода. Первый период определяется временем заливки формы металлом. Он характеризуется термодеструкцией пенополистирола в узком зазоре между металлом и моделью с образованием жидкой, парогазообразной и твердой фаз. Парогазообразная фаза формирует давление в зазоре, которое, с одной стороны, оказывает противодавление гидростатическому напору металла, с другой — определяет скорость фильтрации парогазовой фазы во внутренние слои формы. Содержащиеся в газовой фазе углерод и водород непосредственно взаимодействуют с жидким металлом и в зависимости от термодинамических условий системы газ—металл растворяются в расплаве, оказывая влияние на структуру и механические свойства отливки. Жидкая фаза, перемещаясь на границу металл—форма, создает замкнутые зоны вторичной термодеструкции жидкой фазы с образованием парогазовой и твердой фаз, которые оказывают воздействие на формирование поверхности отливки и на свойства металла в прилегающих слоях. Твердая фаза отфильтровывается в поверхностных слоях формы и становится источником диффузионного насыщения поверхностного слоя отливок из низкоуглеродистых
143
сплавов. Второй период газового режима начинается после заливки формы металлом; он характеризуется продолжением процесса термодеструкции жидкой фазы на границе металл—форма и сконденсированной паровой фазы в близлежащих слоях формы по мере ее прогрева тепловым потоком от охлаждающейся отливки. В этот период протекают процессы, оказывающие непосредственное влияние на формирование поверхности отливки.
4.1. Заполняемость литейной формы металлом
При ЛГМ ухудшается заполняемость формы при ее заливке металлом (рис. 4.1), что объясняется двумя факторами: частичным снятием теплоты перегрева расплава, которая расходуется на термодеструкцию модели, и противодавлением газообразных продуктов термодеструкции в зазоре б гидростатическому напору металла. Заполняемость — это комплекс технологических факторов, характеризующих заполнение формы при ее заливке металлом; ее не следует отождествлять с жидкотекучестью. Заполняемость формы возрастает при ее вакуумировании (рис. 4.2) [25].
1480 1530 1580 1630 900 1000 1100 1200
Температура, °С Температура, °С
Рис. 4.1. Заполняемость форм при заливке стали (а) и бронзы (б): 1 — формы с газифицируемой моделью; 2 — полые формы
144
800
700
600
§ 500
со го
400
300
200
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
Величина разрежения, МПа
Рис. 4.2. Заполняемость формы при заливке алюминиевых сплавов (температура 750 °С)
Заполняемость литейной формы определяется уравнением [23]
(4.1)
где Л — жидкотекучесть; Я — гидравлический радиус; / — перегрев металла над точкой ликвидуса; А и В — постоянные для данного сплава; Н — расчетный гидростатический напор; — сумма местных сопротивлений истечению металла.
Уравнение (4.1) указывает на связь между жидкотекучестью сплава и характерным размером отливки. Поэтому жидкотекучесть является составной частью технологического комплекса, определяющего заполняемость формы металлом. При ЛГМ заполняе-
145
мость литейной формы снижается из-за потери тепловой энергии металла на термодеструкциию модели. Используя уравнение Г.Ф. Баландина для определения заполняемости узких каналов металлом с учетом потери тепла на термодеструкцию, можно определить величину этих потерь, найдя величину заполняемости узкого канала формы по уравнению (4.1) [25, 26]:
2b3vR
ciPi(v^-von)-^,Pi+(1-?)x
xfv —v )
v л оп /
сіРї-тс2р2 | Lp2 ^
-а
т + \
v -V
(4.2)
где / — длина залитой пробы, м; R0 — приведенный радиус отливки, м; Uq — средняя скорость течения расплава, м/с; Ьъ — коэффициент тепловой аккумуляции формы, Дж/(м2 • К • с/г); с\ — удельная теплоемкость расплава, Дж/(кг • К); pi — плотность расплава, кг/м3; узал — избыточная температура заливки, К; von — избыточная температура остановки потока, К; q — удельная теплота термодеструкции модели, Дж/кг; у — относительное количество твердой фазы в затвердевшем сплаве; ул — избыточная температура ликвидуса, К; т — коэффициент затвердевания; сг — удельная теплоемкость металла отливки, Дж/(кг • К); р2 — плотность отливки, кг/м ; L — удельная теплота кристаллизации, Дж/(кг • К); ve — избыточная температура солидуса, К.
