Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 4.5
Сравнительные данные по плотности стальных отливок
Марка стали Плотность конуса, г/см3
общая в нижней части
Ст.35Л 8,013 7,608 8,097 7,820
154
Окончание табл. 4.5
Марка стали Плотность конуса, г/см3
общая в нижней части
Ст.20Л 7,664 6,771 7,765 6,418
Ст. ЮЛ 8,123 6,716 7,854 7,154
Примечание. Верхняя строка — отливка получена по газифицируемым моде-
лям, нижняя — по извлекаемым моделям.
Таблица 4.6
Плотность чугунных отливок
Марка чугуна Плотность, г/см3
общая
низа отливки малого конуса
7,186 7,167 7,187
СЧ 21-40
7,183 6,960 7,110
7,178 7,215 7,012
СЧ 24-44
7,187 7,164 6,906
Примечание. Верхняя строка — отливка получена по газифицируемым моде-
лям, нижняя — по извлекаемым моделям.
Таблица 4.7
Состояние углерода в чугуне
№ опыта Извлекаемые модели Газифицируемые модели
Углерод, % Графит, Углерод, % Графит,
общий связан. % общий связан. %
1 3,17 0,32 2,85 3,20 0,51 2,69
2 3,17 0,55 2,62 3,19 0,31 2,85
3 3,20 0,42 2,78 3,24 0,40 2,84
Среднее 3,18 0,43 2,75 3,21 0,42 2,79
155
4.3. Взаимодействие жидкого металла с продуктами термодеструкции модели из пенополистирола
Наиболее активными компонентами газовой фазы термодеструкции пенополистирола в процессе заливки формы металлом являются углерод и водород. Углерод образуется в результате радикально-цепных реакций бензола, ацетилена и метана. Установлено [7], что углерод в газовой фазе может состоять в виде атомов и многоатомных частиц, причем с возрастанием числа атомов в частице углерода энергия отрыва связи их возрастает, т. е. диссоциация их затруднена. В условиях литейной формы при ЛГМ в газовой фазе содержится углерод в атомарном виде, однако с повышением температуры заливаемого металла увеличивается количество трехатомных частиц. В общем случае переход атомарного углерода из газовой фазы в раствор жидкого металла имеет три стадии:
• образование атомарного углерода в газовой фазе в результате термической деструкции полистирола;
• адсорбция углерода на поверхности расплава (если молекулярный углерод, то диссоциация его на поверхности металла);
• диффузия атомарного углерода в расплав.
В зависимости от скорости этих процессов лимитирующим звеном может быть каждая из вышеуказанных стадий перехода углерода в жидкий металл.
Скорость выделения углерода при термической деструкции полистирола можно описать уравнением химической реакции первого порядка:
^ = К(в0-Сх), (4.12)
где Со — максимальное количество выделившегося углерода при данной температуре; Ох — текущее значение весовой концентрации углерода в газовой фазе; К — константа скорости реакции, которая определяется по формуле
Е
К = Аект. (4.13)
156
С учетом (4.13) уравнение (4.12) можно записать так:
ах
(4.14)
Энергия активации е = 22,3, а коэффициент А = 230 [10], поэтому уравнение (4.14) примет окончательный вид:
сЮ
22 300
дх
X _
= К(О0-вх) = 230е *т (а0-б>). (4.15)
После интегрирования уравнения (4.15) количество выделившегося углерода в зависимости от времени протекания реакции определяется по формуле
1-ехр
22 300 Л
-230е ш х
V
)
(4.16)
Анализ уравнений (4.15) и (4.16) показывает, что выделение углерода при термодеструкции пенополистирола идет с высокой скоростью. Коэффициент диффузии углерода в железоуглеродистых сплавах определяется по уравнению [9]
/) = 5-10"2 ехр
( 1Ъ\
(4.17)
Из анализа уравнений (4.17) и (4.15) следует, что константа скорости образования углерода при термодеструкции полистирола на порядок выше скорости его диффузии и, следовательно, стадия выделения углерода из газовой фазы не является лимитирующим звеном растворения углерода в жидком металле.
Скорость перехода углерода из газовой фазы на поверхность расплава описывается суммарным процессом адсорбции углерода и десорбции его с поверхности сплава:
К=*1-С(1-е)-*2(в),
(4.18)
где К} и К2 — константы адсорбции и десорбции; 9 — поверхность раздела системы металл—газ, занятая атомарным углеродом.
157
Если предположить, что скорости адсорбции и десорбции равны, то
Хс
9 = ——, (4.19, а)
\ + Хс
где X = —---коэффициент адсорбции или
К2
=0
Х = Аект, (4.19,6)
где (2 — теплота адсорбции.
В сплавах железо-углерод на процессы адсорбции углерода оказывают сильное влияние поверхностно-активные элементы, такие как кислород, сера, фосфор и азот, которые уменьшают свободную поверхность расплава, снижая тем самым скорость адсорбции углерода.
При ЛГМ в газовой фазе практически отсутствует свободный кислород, количество азота ограниченно, поэтому на адсорбцию углерода могут оказывать влияние в основном растворенные в сплаве поверхностно-активные элементы.
Учитывая высокую скорость выделения атомарного углерода в процессе термической деструкции, можно считать, что адсорбционная стадия не будет являться лимитирующим звеном в процессе растворения углерода [10].
Процесс растворения углерода термодеструкции в металле следует рассматривать как молекулярную диффузию атомарного углерода с поверхности металла в процессе его заливки в форму и последующего выравнивания концентрации углерода по объему кристаллизующего расплава за счет развития конвективного теп-ломассопереноса. Скорость растворения углерода в железоуглеродистом сплаве подчиняется первому закону Фика и определяется уравнением [14]
