Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 4.23. Структура поверхностного слоя отливки из стали ЗОЛ при толщине стенки: а) 10 мм; б) 20 мм
При толщине стенки отливки более 10 мм второй этап роста активности углерода в газовой фазе при сохранении высокой температуры на границе металл—форма приведет к вторичному науглероживанию обезутлероженного слоя и дальнейшему росту содержания углерода в поверхностном слое отливки (рост Сп) (рис. 4.23, б).
Сталь с содержанием менее 0,3 % углерода может иметь обез-утлероженный слой только в тонких сечениях отливки. Так как
180
фасонные стальные отливки имеют стенки различной толщины и процесс их охлаждения неодинаков, то и степень науглероживания их будет различна. На процесс поверхностного науглероживания отливок из стали существенное влияние оказывают технологические параметры процесса литья. Повышение газопроницаемости формы, увеличение скорости заливки металлом, повышение его температуры непосредственно влияют на интенсивность массопе-реноса и формирование окислительно-восстановительного потенциала атмосферы в форме (рис. 4.6-4.9 — с индексом П).
Устранение или уменьшение зоны поверхностного науглероживания может осуществляться двумя способами: изменением термодинамического потенциала углерода в газовой фазе или термической обработкой отливки. В первом случае в противопригарное покрытие вводятся компоненты, которые при заливке формы металлом диссоциируют с образованием углекислого газа и кислорода и связывают углерод, уменьшая таким образом углеродный потенциал газовой атмосферы в форме. В качестве таких компонентов рекомендуются СаС03 и смесь, состоящая из 50 % М^СОз и 50 % маршалита [22]. Изменение термодинамического потенциала углерода и кислорода газовой атмосферы в форме возможно за счет непосредственного воздействия путем подачи в форму воздуха или С02 после ее заливки металлом для окисления углерода термодеструкции в прилегающих к отливке слоях формы и удаления из нее продуктов реакции:
С02 + С -> 2СО и С + 02 -> С02
Однако необходимо управлять процессом окисления углерода таким образом, чтобы не допустить обезуглероживания поверхности отливки. Заливка металла в вакуумируемые формы при ЛГМ значительно уменьшает как поверхностное, так и объемное науглероживание отливок из углеродистых сталей, а также растворимость в них водорода.
Во втором случае устранение поверхностного науглероживания отливок достигается диффузионным отжигом 1-го рода, при котором стальные отливки нагреваются до температуры 1000-1100 °С с последующим медленным охлаждением их совместно с печью.
Следует заметить, что поверхностное науглероживание имеет существенное значение только для тонкостенных мелких отливок. При получении крупных отливок массой более 500 кг эта проблема не возникает, т. к. при нормализации поверхностное науглероживание практически устраняется.
181
При заливке чугуна формирование газовой фазы в форме и ее взаимодействие с отливкой происходят иначе, чем при заливке стали. Высокая термодинамическая активность углерода в чугуне практически предотвращает диффузию как первичного, так и вторичного углерода, выделяющегося из газовой фазы в процессе охлаждения отливки. Более низкий градиент температур в форме изменяет картину массопереноса.
Таблица 4.11
Содержание газа (об. %) на границе металл—форма после заливки формы чугуном при температуре 1350 °С
Состав газовой фазы в форме на границе металл—форма Время после заливки, мин
од 5,0 20,0
н2 47,97 43,32 28,21
11,01 11,19 20,35
о2 2,29 1,72 2,42
СО 23,89 31,69 37,47
С02 4,42 4,16 5,05
СН4 5,12 5,61 4,74
С2Н4 5,36 3,20 1,75
Температура, °С 640 1095 870
В составе газовой фазы (табл. 4.11) увеличено содержание этана, метана и водорода — продуктов вторичной термодеструкции сконденсированной фазы. Отсутствие процесса диффузии углерода первичной термодеструкции в поверхностные слои отливки на границе металл—форма, постоянное выделение углерода вторичной термодеструкции приводят к избытку свободного углерода на границе металл—форма. При температуре в указанной зоне выше 900 °С на границе металл—форма происходит конденсирование углерода с образованием пироуглерода, который формируется слоями параллельно подложке. Он обладает большой анизотропностью свойств вдоль осей С и А. По мере увеличения толщины пленки пироуглерода происходит падение температуры его по двум причинам: снижение температуры металла за счет теплоаккумуля-ции тепла формой и теплового сопротивления самого пироуглерода в связи с низким коэффициентом теплопроводности его в направлении, перпендикулярном поверхности отливки (ось С). При достижении определенной толщины пленки пироуглерода температура
182
его поверхности, противоположной поверхности отливки, становится ниже 900 °С. Это приводит к накоплению на поверхности пироуглерода атомарного углерода, который выделяется из газовой фазы, и образованию рыхлого сажеобразного аморфного углерода.
Продукты термической деструкции модели, образующиеся как на стадии заливки формы металлом, так и в период кристаллизации и охлаждения отливки, являются причиной не только структурных изменений в поверхностном слое отливки, но и формирования поверхностных дефектов на отливке. Особенно подвержена дефектообразованию поверхность чугунных отливок, что объясняется наличием высокого содержания жидкой фазы в продуктах термодеструкции модели. Характерными дефектами поверхности чугунных отливок являются волнистость, углеродистые раковины, выпот, металлические плены и газовые раковины.
