Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
0,002 0,001 0
И, % 0,0014
40 мм
: ¦ III 10 ----40
-40
- """У2
-¦-40 ^7-10,
^—40
-1-1........ 1 1 ^-.-40 10 мм
100
200 300 К, см4/(г • мин)
Рис. 4.10. Растворимость N2, Н2, 02 в чугуне в зависимости от газопроницаемости формы и толщины стенки отливки: 1 — контрольный образец, 2 — газифицируемая модель
166
Рис. 4.11. Растворимость N2, Н2, 02 в стали ЗОЛ в зависимости от газопроницаемости формы при скорости подъема металла в полости формы 1,6 и 6,0 см/с: / — контрольный образец; 2 — газифицируемая модель с покрытием; 3 — газифицируемая модель без покрытия
Растворимость Н2, N2 и 02 в стали ЗОЛ в зависимости от газопроницаемости формы и наличия противопригарного покрытия представлена на рис. 4.11, где видно, что растворимость азота с ростом газопроницаемости снижается до уровня контрольной отливки.
Как и следовало ожидать, применение противопригарного покрытия повышает растворимость азота в металле. Значительно снижается растворимость водорода по сравнению с контрольной отливкой, что связано с наличием повышенной концентрации углерода в головной части потока металла. Отсутствие кислорода в газовой атмосфере практически не изменяет его содержание в опытной отливке. С увеличением скорости подъема металла в полости литейной формы уменьшается количество растворенных газов в отливках, т. к. сокращается время взаимодействия газовой атмосферы с расплавом. Однако применение противопригарных покрытий на модели приводит к росту парциального давления газов в полости литейной формы и повышению растворимости водорода (рис. 4.12).
При высокой газопроницаемости формы с увеличением скорости заливки ее металлом повышается растворимость кислорода и водорода и снижается растворимость азота в отливке, что объясняется возрастающей долей конвективного массопереноса в общем процессе диффузионного растворения газов (рис. 4.13).
0 200 400
К, см4/(г • мин)
167
0,0006
0,0002 [О], % 0,01
Рис. 4.12. Растворимость N2, Н2, СЬ в стали ЗОЛ
в зависимости от скорости подъема металла в полости формы: В — верхняя часть отливки; Н — нижняя часть отливки
Применение противопригарного покрытия повышает растворимость водорода и кислорода и снижает растворимость азота в связи с ростом на поверхности расплава адсорбированного углерода. При высокой газопроницаемости формы увеличение скорости заливки ее металлом повышает растворимость кислорода и водорода и снижает растворимость азота в отливке, что объясняется возрастающей долей конвективного массопереноса в общем процессе диффузионного растворения газов (рис. 4.13).
[N1, %
Г \^
Рис. 4.13. Растворимость N2, Н2, Ог в стали ЗОЛ в зависимости от скорости подъема металла в полости формы при ее газопроницаемости 300 единиц: 1 — верх отливки с покрытием противопригарной краской; 2 — верх отливки без покрытия; 3 — низ отливки с покрытием противопригарной краской; 4 — низ отливки без покрытия
168
4.4. Взаимодействие продуктов термодеструкции с отливкой при ее затвердевании и охлаждении
После заливки формы металлом процесс взаимодействия продуктов термодеструкции получает свое дальнейшее развитие на границе металл—форма. Во время заливки формы металлом образующаяся жидкая фаза деструкции модели, перемещаясь с зеркала жидкого металла на границу металл—форма, продолжает дестру-гировать с выделением паро- и газообразной, а также твердой фаз (рис. 4.14).
Рис. 4.14. Фрагмент литейной формы: / — жидкая фаза; 2 — парогазовая фаза; 3 — углерод; 4 — конденсат; 5 — кварцевый песок; 6 — покрытие на модели
Углерод термодеструкции при заливке формы металлом адсорбируется на зернах кварцевого песка в близлежащих к отливке слоях формы. Паровая фаза, состоящая в основном из стирола, толуола и бензола, конденсируется в холодных слоях формы и по мере их нагрева тепловым потоком от отливки перемещается в более глубокие слои формы. Газообразная фаза, фильтруясь через поры песчаной формы, вытесняет воздух и частично удаляется за пределы формы в атмосферу цеха.
169
Выход газовой фазы
Направление снижения объема жидкой фазы в процессе ее деструкции
Жидкая фаза
Жидкая фаза
Выход газовой фазы
кристаллизации ^Зазор_
Металл — |
Рис. 4.15. Разложение жидкой фазы на границе металл—форма
На рис. 4.15 представлена схема процесса деструкции жидкой фазы на границе металл—форма и диффузия углерода в поверхностный слой отливки.
Процесс растворения углерода протекает в локальной области, его можно рассматривать как одномерную нестационарную диффузию:
—- = В—-йх (к
Решение уравнения (4.26) при граничных условиях С(х, х)х= о = Сн; С(х, т)х->оо = Со г X ,»
(4.26)
имеет вид
С -С,
С -С,
°- = \-ег/
(4.27)
где С — исходная концентрация углерода в металле; Сн — концентрация предельного насыщения; т — время.
170
Уравнение (4.27) позволяет экспериментально определить коэффициент диффузии углерода в поверхностный слой отливки при ее кристаллизации и последующем охлаждении. Для стали ЮЛ было получено значение коэффициента диффузии углерода И= 16- Ю-6 см2/с [5].
В толстостенных отливках получает развитие капиллярный массоперенос углерода в жидкий металл при его кристаллизации, схема которого представлена на рис. 4.16.
