Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
Вторым источником газообразования является окислительная деструкция бензола, стирола и толуола, пары которых поступают за счет диффузии из зоны конденсации парообразной фазы в зону высоких температур. В зоне конденсации окислительная термодеструкция невозможна в связи с низкой температурой на данном участке формы. Окислительная термодеструкция, наряду с радикально-цепными реакциями высокотемпературного пиролиза паровой фазы, приводит к появлению в газовой фазе атмосферы формы водорода, метана и этана. В табл. 4.10 дан состав газовой фазы на границе металл—форма через определенные промежутки времени после заливки формы сталью при температуре металла 1550 °С.
Таблица 4.10
Содержание газа (об. %) на границе металл—форма после заливки формы сталью при температуре 1550 °С
Составляющие газовой атмосферы Время после заливки, мин
ОД 2 5 10 15 20
н2 42,0 57,8 51,7 47,1 27,8 41,0
о2 2,85 2Д 1,7 2,3 7,4 2,7
N2 12,1 10,1 11,4 17,9 42,0 31,0
СО 39,5 28,1 31,8 29,3 18,3 21,5
С02 1,29 0,6 0,5 0,6 0,9 1,2
сн4 2,05 0,8 2,1 2,1 3,2 2,3
С2Н4 0,81 0,3 0,8 0,6 0,4 0,3
Температура, °С 840 1105 1170 1060 970 880
176
Если не учитывать этан, парциальное давление которого составляет тысячные доли атмосферы, и азот, который в данных условиях не вступает в реакции, то окислительно-восстановительный потенциал газовой атмосферы в форме будет определяться следующим составом газа:
СО - С02 - Н2- СН4- 02 (4.29)
Углеродный потенциал газовой атмосферы определяется уравнением
Р Р
пс=2ЯТ]пас=КТ\п-^-^-ЯТ\пКр^ (4.30)
где Рсо-, ^со2' ^со4 и ^н2— парциальное давление компонентов газовой атмосферы; КР — суммарная константа равновесия реакций (4.28) и реакции диссоциации метана: С + 2Н2^^= СН4. Константа равновесия определяется по формуле
1п*„ =-^. (4.31)
Для анализа диффузионных процессов углерода из газовой фазы в металл удобно использовать понятие термодинамической активности углерода; ее для газовой фазы можно определить по формуле
Р Р
* со сн„
2 - (4-32)
Р Р К
Результаты расчета по уравнению (4.32) представлены в виде графика на рис. 4.22, в.
177
Рис. 4.22. Кинетика состава газовой атмосферы в форме после заливки: а) температура на границе металл—форма; б) состав газовой атмосферы; в) активность углерода в газовой фазе и металле; г) изменение кислородного потенциала
Кислородный потенциал к0 определяется по парциальному давлению его в газовой фазе:
710 = Д71п/>о2. (4.33)
Результаты расчета кислородного потенциала по уравнению (4.33) и данным табл. 4.10 представлены на рис. 4.22, г.
На этом же рисунке приведена зависимость отношения Рсо1РСОг
от времени, которая характеризует направление реакции (4.28, г) и окислительно-восстановительные свойства газовой фазы.
Формирование газовой фазы на границе металл—форма при кристаллизации и охлаждении отливки происходит в результате: окислительно-восстановительных реакций, обусловленных наличием продуктов термической деструкции пенополистирола в виде твердой, паровой и жидкой фаз, расположенных в близлежащих к отливке слоях формы; конвективного массопереноса газообразных продуктов и воздуха, возникающего из-за высокого температурного градиента между отливкой и формой; диффузионного массопереноса парообразных продуктов под действием концентрационного градиента. При получении отливок из углеродистых сплавов формирование их поверхности в процессе кристаллизации и охлаждения зависит от термодинамического потенциала углерода в сплаве, который определяется уравнением [10]
2105 лгп^е 317 г\Гг , г\Гс ,,„4ч
\ъас =--0,6735 +--— + Ы-—, (4.34)
Т Т 1-г\Гс 1-5г\Гс
где N0 — мольная доля углерода в сплаве; Т — температура сплава, К.
На рис. 4.22, в приведены графики изменения термодинамической активности углерода в сталях 45Л и ЮЛ, рассчитанных по уравнению (4.34). Из графиков, приведенных на рис. 4.22, в и 4.22, г, следует, что в начале процесса охлаждения отливки происходит интенсивный рост термодинамической активности углерода в газовой фазе, величина которого значительно превосходит активность углерода в сталях 45Л и ЮЛ. В результате происходят поверхностное науглероживание отливок и, как следствие, рост приращения углерода Спр в сплавах, однако уже через 8 мин имеют место резкое падение активности углерода в газовой фазе и рост
179
кислородного потенциала тс0, что приводит к процессу обезуглероживания поверхности отливки из стали 45Л. Активность углерода в сплаве ЮЛ остается ниже активности углерода в газовой фазе, поэтому в данном случае возможны процессы как обезуглероживания, так и науглероживания, что зависит от температуры (толщины стенки отливки). Начиная с 12 мин происходит незначительный рост активности углерода в газовой фазе, что приводит к повторному процессу науглероживания поверхностного слоя отливок, однако он будет постепенно затухать по мере снижения температуры на границе металл—форма. Тонкостенные стальные отливки с содержанием углерода более 0,3 % будут иметь обезугле-роженный поверхностный слой (рис. 4.23, а) и переходную перлитную зону с повышенным содержанием углерода (до 0,8 %).
