/
Author: Камаев В.А. Воронин Ю.Ф.
Tags: металлургия обработка металлов сплавы монография литейное производство металлы и сплавы
Year: 2005
Text
ВОРОНИН Ю.Ф., КАМАЕВ В.А.
ПИТЕИНвдЯшшоЯ
В ЧЕ%НвГУ^Т
Ю.Ф. Воронин, В.А. Камаев
АТЛАС
ЛИТЕЙНЫХ
ДЕФЕКТОВ
Черные сплавы
Москва
«Машиностроение - 1»
2005
Введение
3
Один из авторов - Воронин Ю.Ф. будучи работником крупного исследовательского
института — НПО «ВНИИТМАШ», в течение 30 лет коллекционировал образцы дефек-
тов отливок черных металлов, с которыми он сталкивался на различных предприятиях СССР.
Собранная «коллекция» послужила основой для формирования в течение 1999—2004 го-
дов соответствующей базы данных и создания под руководством соавтора Камаева В.А. ряда
компьютерных систем:
• «Атлас литейных дефектов».
• «Интегрированная аналитическая система повышения качества чугунного литья»;
• «Экспертная система по определению вида дефекта, причин его возникновения
и способа ликвидации в стальном литье».
• «Моделирование условий снижения давления газа в форме для ликвидации газо-
вых раковин».
• «Моделирование объемного или направленного затвердевания стенок отливки для
снижения или ликвидации усадочных дефектов».
В процессе обсуждения созданных программных систем с работниками предприятий,
преподавателями ВУЗов и техникумов авторы поняли актуальность создания настольного
пособия, в котором пользователи (технолог, мастер, контролер литейного цеха; учащие-
ся) могли бы найти большинство ответов на вопросы повышения качества отливок. Это и
явилось побудительным мотивом создания настоящей книги «Атлас литейных дефектов»,
которая, конечно, менее энциклопедична, чем аналогичная компьютерная программа, од-
нако несравненно более доступна пользователю.
В рассматриваемый атлас вошли разработки авторов и обобщенные материалы веду-
щих ученых и специалистов литейной отрасли России.
В атласе исследуются наиболее часто встречаемые в литейной практике дефекты от-
ливок (37 дефектов). Большое внимание уделяется сложным видам дефектов. Газовые ра-
ковины представлены 8 разновидностями, трещины — 5, усадочные раковины — 3 и т.д. Для
сложных видов дефектов предлагается логическая последовательность их определения по
цвету, виду и шероховатости поверхности, расположению, форме и т.д. в виде классифи-
каторов дефектов. Это позволяет технологу безошибочно определять дефекты отливок на
площадке брака.
Несложные виды дефектов (обвал, обжим, задир, перекос и т.д.) представлены неболь-
шой, но конкретной информацией, позволяющей без затруднения ликвидировать рассмат-
риваемые пороки отливок.
Наряду с цветными фотографиями рассматриваемых дефектов, которые представлены
с описанием конкретных причин возникновения и способов ликвидации брака литья, в
атласе приводятся дополнительные расширенные материалы по основным причинам возник-
новения дефектов и способам их ликвидации. Освобождая читателя от сложных рассужде-
ний по определению дефектов, причин возникновения и способов ликвидации, авторы
попытались в полном объеме, доступным языком ввести технологов в режим быстрого ре-
агирования на возникающий дефект. При полном изучении атласа технолог может без труда
предупреждать возникновение дефектов уже на стадии разработки техпроцесса. Однако все
это может быть только при строгом выполнении техпроцесса на всех этапах производства
отливок.
Для использования знаний опытных литейщиков в составе атласа приведен раздел «Раз-
ное, или Советы бывалого». В нем описываются случаи из практики и рассуждения о по-
вышении качества литья.
Кстати, о случаях из практики.
4
введение
Трудности, с которыми встречаются литейщики при распознавании сложных дефек-
тов отливок, например, газовых раковин, перерастают иногда во взаимную неприязнь между
отдельными членами единого коллектива. Автору пришлось наблюдать за таким случаем.
Небольшая корпусная отливка имела раковину. Осмотр ее на площадке брака происхо-
дил уже после дробеструйной обработки, в результате которой поверхность раковины по-
лучила однотонную, светлую поверхность со следами воздействия дроби. ОТК предъяв-
лял начальнику плавильного отделения возникновение этого брака, как усадочную
раковину, в результате высокой температуры заливаемою металла. Начальник плавиль-
ного отделения не соглашался с такой формулировкой и давал определение дефекту, как
газовая раковина.
Такие разговоры на повышенных тонах были результатом отсутствия у обеих сторон
знаний по правильной классификации дефектов отливок. По просьбе обеих сторон авто-
ру пришлось на месте вскрыть причину дефекта и убелить в этом спорящие стороны.
При осмотре дефекта стало ясно, что он располагается в верхней части отливки, имеет
слегка приплюснутый вид. В центральной части раковины имелась «горошина», т.е. «фос-
фидный выпот», как результат образования фосфиднои эвтектики. Имея более низкую
температуру затвердевания, фосфидная эвтектика часто выдавливается при усадке метал-
ла в газовые раковины. По этим признакам удалось установить, что рассматриваемый де-
фект является газовой раковиной — «пузырь подкорковый». Обе стороны согласились с
установленной классификацией дефекта.
Специально для ликвидации подобных споров и быстроты определения рассматри-
ваемых дефектов был создан «Классификатор газовых раковин» [10, 11]. В нем описыва-
ются основные морфологические признаки газовых раковин (цвет поверхности ракови-
ны, ее структура, место расположения раковины, вид и др.), приводятся фотографии
дефектов, причины их возникновения и способы ликвидации.
Авторы заранее приносят извинения за возможно раздражающие воздействия на чи-
тателя достаточно многочисленных повторов в разных разделах книги. Эти повторы сде-
ланы умышленно, чтобы читателю не приходилось листать книгу ради извлечения неболь-
шой ссылки. С другой стороны, при необходимости обращения к большому массиву
информации в книге предусмотрены соответствующие ссылки, например (см. 2.3. § 5 ) —
означает обращение к § 5 главы 2.3.
Авторы выражают признательность Воронину Сергею Юрьевичу за участие в подбо-
ре материалов при составлении книги, Матохинои Анне Владимировне и Агееву Влади-
миру Константиновичу за участие в подготовке книги.
Авторы будут благодарны всем литейщикам за замечания и дополнения в предлагаемой
книге. Это будет бесценная помощь по созданию более насыщенного и эффективного посо-
бия специалистам литейного производства.
Классификация дефектов
5
В настоящем атласе рассматривается 37 видов дефектов.
Группа «Несоответствия по геометрии» содержит четыре вида дефектов: коробление,
механическое повреждение, искажение размера, смещение. Кроме коробления, которое
рассматривается довольно подробно, остальные дефекты из-за их несложного возникно-
вения и ликвидации рассматриваются в существенно меньшем объеме.
Группа «Неслитины и недоливы» представлена дефектами «Неспай» и «Недолив».
У этих дефектов очень много похожего, и они укладываются в одну схему: заливка формы
с возникновением на определенных этапах заполнения неблагоприятных условий.
Группа «Несплошности в теле отливки» относится к самому сложному разделу литейной
технологии. В ее состав входят:
— 8 разновидностей газовых раковин;
— 3 вида усадочных дефектов;
— 5 видов и 5 подвидов трещин;
— королек.
Этой группе дефектов уделено наибольшее внимание, разработаны «Классификато-
ры дефектов» по газовым раковинам и по трещинам. На основе глубокой проработки раздела
«Газовые раковины» авторами разработана автоматизированная система «Оптимизация
газового режима литейной формы», рассматривающая эффективные варианты ликвида-
ции газовых раковин в отливках.
Группа дефектов «Приливы» относится к несложной, но, тем не менее, ей уделено до-
статочно внимания. В состав группы входят дефекты: «Залив», «Распор», «Задир», «Раз-
мыв», «Обжим», «Обвал», «Подрыв».
Группа «Несоответствия по структуре металла» содержит дефекты «Ликвация» и «От-
бел». Значительное внимание здесь уделено ликвации как в чугуне, так и в стали.
Группа «Неметаллические включения» представлена шлаковыми включениями. Пес-
чаные раковины в данном атласе не рассматриваются, поскольку они являются следстви-
ем группы «Приливы».
Группа «Дефекты поверхности» содержит четыре дефекта: «Пригар», «Ужимины»,
«Складчатость», «Окисные плены». Эти дефекты по сложности относятся к непростым, и
им в атласе уделено достаточно внимания.
Раздел 1. Газовые раковины
Классификатор газовых раковин
Таблица I
Г руппы Классификация раковин Состояние поверх- ности Цвет поверх- ности Форма поверх- ности Располо- жение раковин
1 2 3 4 5 6
Светлая, рас» редоточрнная
Рис. 16
Рис. 1а
Гладкая
Мелкая, преиму- Г руппами, поражают
Блестя- щая, щест- венно чаще толстые
светлая сферичес- кая, 2-6 мм сечения и тепловые узлы отливки
Причины возникновения
Насыщение водородом, азотом, окисью
углерода извне (форма, стержень, смолы,
разливочные устройства), либо диффузия
в металле.
Способы ликвидации
Снижение или ликвидация влаги в форме,
разливочных устройствах, ликвидация ржа-
вой и влажной шихты, карбамидных смол и
добавок.
Светлая, локальная
Рис. 2а
Рис. 26
Блестя-
Гпадкая щая,
светлая
Сфери-
ческая
крупная,
от 6 мм до
больших
размеров
Внутрен-
няя или
поверх-
ностная
Причины возникновения
Влага формы (стержня), краски
недосушенных разливочных устройств
Способы ликвидации
Снижение влаги в форме и стержне. Ликви-
дировать влагу в краске, разливочных
устройствах. Выполнить хорошую
вентиляцию формы (стержня).
Лористость подкорковая
Рис. За
Ж
Рис. 36
Блестя-
Гладкая щая,
светлая
Сфери-
ческой
или
каплеоб-
разной
формы,
длиной
до 5 мм
У поверх-
ности
отливки
скоплени-
ями
Причины возник! ювения
Восстановление окислов металла с образо-
ванием газа, конденсат влаги на форме
(стержне), наличие азотсодержащих
материалов.
Способы ликвидации
Снизить простой собранных форм. Дегазиро-
вать металл в ковше. Ликвидировать излиш-
нюю смазку моделей, ржавую шихту, азотосо-
держащие основные и вспомогательные
материалы.
Г а з о в ы е
раковины
7
2
Сферическая, с цветами побежалости
Рис. 4а
3 4 5 6
Отдельно
Блестя- Сфери- или
Гладкая, щая, с ческая, Hi-бОЛЬ-
окислен- цветами размером шими
ная побежало- более группами
сти 3 мм внутри
отливки
Рис. 46
Причины возникновения
Растворение окиси углерода в металле,
местный источник газовыделения,
повышенная газотворность смеси.
Способы ликвидации
Ликвидация ржавой шихты и остатков алюми-
ния в шихте. Выполнение расчетной вентиля-
ции формы (стержня), ликвидация местных
источникое газовыделения.
Сферическая, окисленная
III
Рис. 5а
Рис 56
В различ-
Серо- Сфери- ных частях
Гладкая, синего ческая, отливки
окислен- цвета размером могут
ная недолитой отливки более 6 мм иметь неодина- ковую форму
Причины возникновения
Повышенное давление газа в стержне
(форме), местный источник газовыделения,
низкая температура металла и высокая
скорость заливки. Недостаточный напор
металла.
Способы ликвидации
Выполнение расчетной вентиляции формы
(стержня). Ликвидировать местный источник
газовыделения (рем. состав, выступающая
часть формы или стержня). Повысить темпе-
ратуру металла и снизить скорость заливки.
Пузыри подкорковые
ч
Рис. 6а
На гори-
зонта-
Гладкая, _ _ льных Блестя- Округлая окислен- поверхно-
ная.с Щая-сеР°- приплюс-
точечны- синего нутая’ отделена
мишеро- цвета РазмеР°м от поверх-
ховатыми недолитои /олее ности
отливки 5-10 мм тонкой местами iинкой
корочкой
металла
Причины возникновения
Повышенное давление газа в стержне
(форме). Неправильный подвод металла в
отливку. Недостаточный напор металла.
Низкая температура металла и высокая
скорость заливки.
Способы ликвидации
Выполнение расчетной вентиляции формы
(стержня) и подвода металла, устраняющего
противодавление газа в стержне (форме).
Понижение газотворности смеси и скорости
заливки. Повышение температуры заливае-
мого металла.
8
Раздел 1
IV
3 4 5 6
Местами гладкая, окислен- Синеватая, с желто- ватым Сфери- ческой Единично или неравно-
ная, налетом шлаковой мерными
местами пленки и или иной группами
налет в теле или
шлаково- го включе- ния частицей шлаково- го включе- ния формы у поверх- ности отливки
Причины возникновения Способы ликвидации
Контакт частиц шлака с расплавом металла Удаление шлака в ковше и улавливание в
или формы с выделением газа. Восстанов- литниковой системе раскисление металла.
ление окисленного металла с образованием
пузырей и захватом шлаковых частиц.
Матовая, окислен- ная. Закрьпые полости В местах подвода питате-
гладко- непра- лей, у
шерохова- Серо- вильной стержней
тая с более или синего цвета формы или с местным выделени-
менее выражен- недолитой отливки строчеч- ем газа в
ным ные с утолщен-
дендрит- узким ной части
ным устьем отливки и
рельефом Т.Д.
Причины возникновения
Местный перегрев формы или стержня в
месте скопления металла, локальное выде-
ление газа в массивную часть отливки.
Способы ликвидации
Правильный выбор места подвода питателей
(без разогрева формы или стержня), сниже-
ние газотворности смесей и особенно ремон-
тного состава.
Газовые раковины по морфологическому состоянию и расположению можно разде-
лить на 8 разновидностей. Если вы не владеете этой информацией, будет сложно опреде-
лить рассматриваемый дефект. В приводимом материале рассмотрены основные характе -
ристики газовых раковин. Представленная таблица 1 — «Классификатор газовых раковин»
позволяет, при детальном ознакомлении с ней, точно определить вид рассматриваемой на
практике газовой раковины. Например, если газовая раковина будет гладкая, с точечны-
ми шероховатыми местами, блестящая, серо-синего цвета недолитой отливки, округло-
приплюснутая, размером более 5—10 мм, располагающаяся на горизонтальных поверхно-
стях и отделена от поверхности тонкой коркой металла, то это точно будет газовая раковина
«Пузыри подкорковые». С этим дефектом можно ознакомиться по информации, представ-
ленной в главе 7. Другой пример: если газовая раковина будет гладкая блестящая, свет-
лая, ближе к каплеобразной форме, длиной до 5 мм, располагающаяся у поверхности от-
ливки скоплениями, то это будет «Пористость подкорковая».
Г а з о в ы е
раковины
9
Глава 1.1. Раковина гладкая, светлая, рассредоточенная,
сферической формы, мелкая (2-6 мм)
Рис. 1.1.1. Дефект — раковина гладкая, светлая,
рассредоточенная, сферической формы, мелкая (2-6 мм)
Описание дефекта
Небольшие полости с гладки-
ми стенками размером с головку
булавки или более. Дефект распола-
гается закрыто, обширными группа-
ми, наиболее часто встречающи-
мися в толстых сеченчях и тепловых
узлах отливки.
Формирование раковин
Описанный дефект может воз-
никнуть I результате следующих
причин:
• насыщение водородом ме-
талла в результате соприкосновения с сырой футеровкой печей, невысушенным
желобом и литейным ковшом, влажными стержнем и формой;
• образование окиси азота и углерода в результате контакта с мельчайшими окислен-
ными брызгами металла, со стержнями на основе карбамидной смолы и др.;
• диффузия водорода, азота и окиси углерода из внешних частей отливки к внутрен-
ним.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§ 1. Влажность стержня или формовочной смеси
Избыток влаги в форме или стержне неизбежно приведет к появлению раковин глад-
ких. светлых, блестящих, рассредоточенных по поверхности контакта стержня или фор-
мы с металлом. Раковины могут иметь сферическую или близкую к ней ферму.
Содержание влаги в стержне
Испарение влаги с поверхности стержней при их отверждении зависит от следующих
факторов:
1. Влажность газовой среды, окружающей стержень.
2. Температура этой среды.
3. Скорость движения газов над поверхностью стержня.
4. Барометрическое давление.
Чем ниже влажность, выше температура, больше скорость движения газов и меньше
давление, тем интенсивнее идет процесс испарения.
Диффузия влаги из глубинных слоев стержня зависит от зерновою состава смеси и
содержания влаги в исходном материале. Процесс сушки нельзя ускорить только улучше-
нием условий для испарения влаги с поверхности материала, так как влага из глубинных
слоев из-за незначительной скорости диффузии не успевает поступать к поверхности ис-
парения и может остаться в стержне.
10
Раздел 1
Необходимо контролировать качество сушки стержня путем взятия пробы на влаж-
ность из средней части стержня при нормальных условиях. Оптимальное содержание влаги —
0,2-0,4%.
Стержни, выдержанные во влажной форме более 1 часа, должны быть извлечены от-
туда для просушки или окончательной отбраковки (в зависимости от требований к проч-
ностным свойствам стержней, поскольку повторная сушка в ряде случаев приводит к по-
тере прочности). При подсушке противопригарного покрытия следует обращать внимание
на сушку вогнутых мест и поднутрений в стержне, где может быть скопление краски и не-
полное удаление влаги.
Содержание влаги в форме
Влажность является одним из важнейших факторов, определяющих свойства смеси
и качество полученных отливок. Прочность, плотность, газопроницаемость формы изме-
няется в зависимости от влажности, так как связующие материалы (глина, сульфитная барда,
жидкое стекло и др.) также изменяют свои свойства в зависимости от влажности.
Для каждого состава смеси существует оптимальная величина влажности. Ее приня-
то выбирать по максимуму прочности смеси во влажном состоянии. Диапазон изменения
влажности может меняться от 2 до 8% [4—6]. Отклонение влажности в большую или мень-
шую сторону сказывается на работе технологического оборудования. Повышенная влаж-
ность является причиной образования различных дефектов, в том числе и объемных газо-
вых раковин. При контакте с заливаемым в форму металлом излишняя влага способствует
интенсивному парообразованию. При парообразовании воды ее объем увеличивается при-
мерно в 1250 раз. Поэтому при увеличении содержания влаги в форме возможно появле-
ние газовых раковин. В ряде случаев возможен «вскип» формы с выбросом из нее залива-
емого металла.
Для снижения возможности образования газовых раковин рекомендуется:
1. Содержание влаги в формовочной смеси не должно превышать 4,5%.
2. Увеличить вентиляцию формы за счёт создания незаливаемой металлом вентиля-
ционной системы.
3. Уменьшить скорость заливки форм металлом.
4. Увеличить количество выпоров в форме.
5. Увеличить зернистость песка для улучшения газопроницаемости формы.
6. Выполнять наколы на верхней полуформе душником 5—7 мм в количестве не ме-
нее 4 шт. на 1 дм2.
7. Использовать подсушенные или сухие литейные формы.
Недоотвержденные стержни вызывают опасность возникновения газовых раковин. На
рисунке 1.1.2 представлен фрагмент отливки “Колесо” с гладкими, светлыми, рассредо-
точенными раковинами. Газовые раковины образовались в результате недосушенного стер-
жня из жидкостекольной смеси. Полная просушка оставшихся стержней ликвидировала
возникновение раковин.
Специально для проведения исследований, направленных на ликвидацию газовых ра-
ковин, авторами разработана компьютерная система «Оптимизация газового режима литейной
формы», информацию о которой можно получить по e-mail: castling@cad.vstu.ru
§ 2. Содержание водорода и азота в металле
Сталь
Водород попадает в сталь вследствие использования при плавке ржавого лома, насы-
щенных газом ферросплавов, использования влажных компонентов шихты и т.д.
Г а з о ы в
роковины
11
При расгворении водорода в жидкой стали газ не выделяется, что объясняется спо-
соб» >стью его давать пресыщенные растворы. При резком охлаждении стали в процессе
заливки в форму происходит резкое понижение растворимости водорода и его выделение
из пресыщенного раствора в виде газовых пузырьков, образующих впоследствии газовые
раковины. При дальнейшем воздействии переувлажненной литейной формы подкорковые
раковины переходят в сплошные газовые раковины, пронизывающие почти всю толщу
отливки [5, 24].
Нормальная газонасыщенность основной электростали составляет по расплавлении
твёрдой шихты 13-60, в конце периода окисления 23—65 и перед выпуском 5—14 см3 /100 г
металла. Обычное содержание водорода в электростали 0,004—0,005%
Понижение содержания водорода с 7—9 до 4—5 см3/100 г жидкой стали значительно
повышает пластичность литой стали и устраняет образование раковин и других дефектов.
Необходимо, чтобы шихтовые материалы не содержали ржавчину, состоящую из гидрата
окислов железа Fem (ОН)п; следует употреблять только сухую руду, прокаливать ферросплавы
перед присадкой в печь, в особенности ферросилиций, сушить ковши дном вверх. Не до-
пускать присадки извести, успевшей поглотить влагу и частично превратиться из СаО в
Са(ОН)2. Полезно присаживать известняк, прокаленный при 500—700° С, для сушки и уда-
ления конституционной влаги. В результате можно отметить, что водород — одна из са-
мых нежелательных примесей в стали, идущей на фасонные отливки. Один процент про-
дуктов коррозии стали в шихте вносит в сталеплавильную печь около 2,5 м3 водорода на
1 т стали.
Наибольшее влияние, которое оказывают газы на литейные и эксплуатационные свой-
ства стали, относится и к азоту. Сталь, выплавленная в электродуговых печах, содержит в
5—10 раз больше азота, чем мартеновская. Обычное содержание азота в стали, определяе-
мое по способу горячей экстракции в вакууме, колеблется от 0,002 -0,006%. Газовые ра-
ковины, вызванные наличием азота, можно исключить введением в сталь ферротитана перед
выпуском, чтобы связать азот в прочные нитриды титана.
Минимальное содержание газа в отливке можно, прежде всего, обеспечить деаэрацией
шихтовых материалов и расплава до начала заливки, а также задержкой выделения раство-
рённых газов во время кристаллизации в литейной форме.
К процессам получения стали, способствующим резкому снижению количества газов
в расплаве, можно отнести плавку и разливку в вакууме и др.
Повышенная скорость охлаждения в интервале кристаллизации задерживает выделение
газов из расплава до его перехода в твёрдое состояние и предотвращает образование си-
товидной пористости в стальных отливках.
На рисунке 1.1.3 представлена отливка «Фланец», на обработанной поверхности кото-
рой имеются газовые раковины светлые, гладкие, рассредоточенные, сферической формы,
мелкие. Раковины образовались в связи с повышенным содержанием в расплавленном металле
водорода, который возник в металле в результате использования ржавой и влажной шихты.
После тщательного отбора шихтовых материалов и их прос5 шки дефект не появлялся.
Чугун
Увеличенное содержание в металле водорода и азота приводит к появлению в отлив-
ке рассматриваемых газовых раковин. Для снижения возможности появления газовых ра-
ковин необходимо постоянно следить за выполнением ряда мероприятий.
1. Не применять ржавый лом. Одна тонна шихты с 1% ржавчины содержит 2,5 кг во-
дорода. При плавке водород выделяе гея в атомарном состоянии и активно раство-
ряется в металле.
12
Раздел 1
2. Не рекомендуется использовать литейный чугун, имеющий пористый излом. Ис-
точником образования газа могут быть и ферросплавы (см. таблицу 1.1.1). Фер-
росплавы необходимо высушивать перед введением их в печь.
Таблица 1.1.1. Ферросплавы
Ферросплавы Содержание газа, %
Н О N
75%-ный ферросилиций 0,00143 0,024 0,001-0,0105
90%-ный ферромарганец 0,0012 0,002 0,0014
силикокальций 0,0072 0,007 0,031
63%-ный феррохром 0,001 0,078 0,0427
37%-ный ферротитан 0,0041 0,155 0,0077
3. Применять вакуумную плавку, что позволит удалить до 70% растворенного водо-
рода, или продуть чугун в течение нескольких минут сухим инертным газом, на-
пример, азотом или аргоном.
4. В расплаве снизить содержание алюминия, титана, магния и марганца, которые
способствуют повышению концентрации водорода в жидком чугуне. В таблице 1.1.2
представлено содержание водорода в жидком чугуне от наличия составляющих в
расплаве.
Таблица 1.1.2. Концентрации водорода в жидком чугуне
Содержание составляющих, % Содержание водорода, %
Марганец Магний Алюминий
0,3 - - 0,2
0,5 - - 0,35
0,75 - - 0,5
1,0 - - 0,65
1,25 - - 0,8
1,5 - - 1,1
1,75 - - 1,5
- 0,02 - Г” 0,3
- 0,05 - 1,2
- 0,075 - .1,7
- 0,1 - 2,2
- 0,125 - 2,35
- 0,15 - 2,3
- - 0,02 Г~~ 0,9
- - 0,05 1,6
- - 0,075 1,75
- - 0,125 1,7
0,15 1,6
Г а з о в ы е
раковины
13
В чугуне должно быть меньше 0,01—0,02% алюминия и титана. Алюминий уско-
ряет разложение воды, т.е. увеличивает содержание растворенного в металле во-
дорода. Действие магния анатогично алюминию, если его остаточное количество
в чугуне превышает 0,09%. Марганец способствует растворению водорода в спла-
ве. Особенно вредно одновременное присутствие алюминия и магния.
5. Заменить ферросилиции с 1,75—2.25% алюминия на ферросилиции с 0,5—0,8% алю-
миния.
6. Использовать для изготовления отливок сухие или подсушенные формы
7. Вводить в сырые песчано-глинистые формовочные смеси не менее 4% каменно-
угольной пыли или древесного пека, битума, 3—5% мелкораздробленных окислов
железа.
Для уменьшения содержания азота в чугуне рекомендуется:
1. Исключить использование в шихте стали, выплавленной в электродуговых печах,
поскольку она содержит в 5—10 раз больше азота, чем мартеновская.
2. При выплавке чугуна в индукционной печи необходимо использовать науглеро-
живатели с содержанием азота до 0,5%.
3. При изготовлении ответственных отливок из серого чугуна следует проверить со-
держание азота в стальных отходах, особенно если сталь была выплавлена в элек-
тродуговой печи. Высокое содержание азота в стальн ых отходах приводит к появ-
лению газовой пористости.
4. Газовые раковины, вызванные наличием азота, можно исключить введением в ме-
талл титана, который образует устойчивые нитриды. Если требования к структу-
ре металла высоки, то содержание титана не должно превышаз ь 0,05%.
§ 3. Газопроницаемость формовочной смеси и стержня
Для улучшения удаления образующихся газов из стержней их газопроницаемость дол-
жна быть надостаточно высоком уровне. Стержни, отверждаемые в оснастке, должны иметь
газопроницаемость не менее 130 ед., а отверждаемые в тепловых сушилах — не менее 100 ед.
Для повышения газопроницаемости стержня рекомендуется [4]:
1. Вводить в смесь опилки или древесную муку.
2. Стержни массой более 30 кг, изготовленные по «горячей» или «холодной» оснас-
тке, необходимо подсушивать в сушиле.
3. Создавать полости в стержнях (оболочковые, опустошенные) 140, 41].
4. Использовать более крупные пески.
5. При исправлении стержней отломившиеся части следует приклеивать не по всей
поверхности излома, т. к. склет ающее вещество имеет плохую газопроницае-
мость, а по краям излома. Центральная часть должна обеспечивать свободный
отвод газов.
6. Увеличить количество газоотводяших каналов в стержне, прочистить каналы от крас-
ки, связать каналы с атмосферой. Крупные каналы закрыть пористой пробкой.
Снижение возможности образования ‘тазовых раковин” может быть достигнуто повыше-
нием газопроницаемости формовочной смеси до указанных выше пределов. Компенсировать
недостаточность газопроницаемости смеси можно за счет хороших вентиляционных каналов из
стержней, увеличенным количеством наколов на форме верха.
Уплотненная при повышенном удельном давлении форма обладает пониженной га-
зопроницаемостью.
Следует уменьшить длину пути фильтрации газа; уменьшить расстояние от отливки
до стенок и лада опок, предусмотреть вентиляционные каналы в форме и стержнях. Умень-
14
Раздел 1
шить содержание влаги до 4%, снизить количество глины, крепителя, молотого угля. Круп-
ные пески повышают газопроницаемость, поэтому надо чаще освежать смесь.
Частично взрывное действие выделяющихся газов может быть амортизировано повы-
шенной пористостью формы. Действие пористости положительно тем, что образование по-
верхностных газовых раковин происходит в начальные моменты соприкосновения жидко-
го металла с формой, когда пористость оказывается наиболее действенным фактором [9].
Газовые раковины в отливке «Цилиндр» (рис. 1.1.4) образовались в результате низ-
кой газопроницаемости формовочной смеси и стержня при отсутствии вентиляции, как в
форме, так и в стержне. При замене песков фракции 02 на фракцию 04, выполнении вен-
тиляционных наколов в форме и каналов в стержне дефекты не возникали.
§ 4. Вентиляционные наколы
Вентиляционные наколы в форме значительно сокращают длину пути фильтрации газа
и дают возможность снизить его давление. В первоначальный момент заполнения формы
металлом возникает обильное выделение газа от стержней и формы. Если давление газа
превысит 780 Н/м2 (8 г/см2), то возникает возможность образования газовых раковин в
отливке [35]. В этот момент должны работать вентиляционные каналы стержней и фор-
мы и снижать возникающее давление газа. Значительную роль в этом играют вентиляци-
онные каналы верхней полуформы, которая заполняется металлом в последнюю очередь.
Для снижения давления газа в верхней и нижней полуформе меньше критического выпол-
няю! наколы на глубину, не достигающую 1 см модели. При наличии на полуформе глу-
хих выпоров они должны быть сообщены наколом душника с атмосферой [33].
Указанное в таблице 1.1.3 число наколов при их выполнении на требуемую глубину
значительно снижает газовое давление в форме, предупреждая образование газовых раковин.
Таблица 1.1.3. Число и диаметр наколов на поверхности формы
Площадь опоки, м2 До 0,25 0,25-1,0 1-2 свыше 2
Диаметр душника, мм 3 5 7 10
|Количество наколов по 1 дм2 15 10 7 5
§ 5. Азотистые соединения
в составе формовочных и стержневых смесей
Азотистые соединения в составе формовочных и стержневых смесей склонны к раз-
ложению при контакте с металлом и насыщению его газами. Для ликвидации этого явле-
ния рекомендуется:
1. Снизить содержание мочевины в композиции с фенолоспиртом до 6—8%. При этом
несколько снизится прочность смеси (на 5—10%), будет острее проявляться вы-
деление формальдегида (на запах), однако выделение азота в металл заметно по-
низится или полностью прекратится.
2. Уменьшить долю карбамидной смолы в смеси. В случае использования компози-
ции фенолоспирта и карбамидной смолы снижение последней приведет к пони-
жению скорости отверждения смеси на 10—30%.
3. Заменить карбамидную смолу на другую партию этой же смолы.
Пример. На химическом заводе приготовили карбамидную смолу: а) свежую смолу слили в тару со следами
другой смолы или вещества; б) пропустили смесь по трубопроводам с остатками другой смо-
Газовые раковины -------------------------------------------------------- 15
лы или вещества или допустили случайное совмещение приготовленной смолы с другим ве-
ществом. В результате использования стержней с этой смолой на отливке появились поверх-
ностные рассредоточенные раковины. Замена используемой смолы на такую же смолу дру-
гой партии позволила полностью исключить возникновение газовых раковин.
4. Уменьшить или ликвидировать азотосодержашие добавки в стержневой смеси или
противопригарной краске.
5. Ликвидировать добавки, выделяющие обильное количество аммиака или другого
газа, или вводить эти добавки в строгом соответствии с технологическими требо-
ваниями.
Пример. Для улучшения технологических свойств в стержневую смесь вводился аммоний фосфорно-
кислый, трехзамещенный в тонкоизмельченном состоянии с величиной зерна не более 0,2 мм.
Газовых раковин на отливке не обнаруживалось. При нарушении технологии приготовления
добавки, т. е. увеличении дисперсности зерен до 0,4 мм, отливки были поражены мельчайши-
ми газовыми раковинами, такими же, как в описываемом дефекте.
6. Использовать для приготовления стержней смолы с содержанием азота не более 8%.
7. Стержни покрывать противопригарной краской.
8. Вводить в состав смеси 2—5% окиси железа, окиси хрома или других веществ,
способствующих интенсивному теплоотводу и быстрому образованию корки ме-
талла [12].
Для лучшего отверждения стержней в состав смеси иногда вводят аммониевые соеди-
нения. Однако, если фракция аммониевого соединения будет более 0,1 мм, то при контак-
те с жидким металлом может возникнуть образование газа с появлением раковин. На ри-
сунке 1.1.5 показана отливка и её фрагмент с рассматриваемой газовой раковиной. На рисунке
виден цепочечный след раковин от выделения газа из стержня в заливаемый металл.
§ 6. Насыщение металла газом при плавке и заливке
Сталь
К обычным печным газам, окружающим металл в процессе его расплавления, рафи-
нирования или разливки, относится азот, кислород, водяные пары, продукты горения —
окись углерода, углекислый газ, сернистый газ и др. [25].
Растворимость элементарных газов и газообразных химических соединений зависит
от температуры и давления. Чем выше температура металла, тем больше растворимость газов.
При затвердевании растворимость газонасыщенного сплава понижается и атомы раство-
рённого газа, соединяясь в молекулы, уходят из металла или остаются в нём в виде пузырь-
ков, делая его ноздреватым.
Сталь, предназначенную для отли„ ж, нужно хорошо раскислять. Алюминий — в обыч-
ных плавках самый сильный раскислитель — может довести содержание свободной заки-
си железа в стали до 0,002% При недостаточном раскислении стали в момент её охлажде-
ния начинает выделяться газ. образуя в отливках раковины.
Для борьбы с 1азовыми раковинами и усадочной пористостью выполняются следую-
щие мероприятия:
• полное раскисление стали;
• повышение содержания кремния в углеродистой и низколегированной стали до
максимально допустимого;
• присадка алюминия при заливке сухих форм до 0,8—1,0 кг/т, чтобы получить ос-
таточное содержание алюминия в пределах 0,035—0,04%;
• прокачивание разливочных ковшей после ремонта:
16
Раздел I
• поддержание энергичного кипения жидкого металла в печах с целью удаления газа
и примесей;
• не загружать в печь во время кипения ванны влажную руду и другие отсыревшие
присадки и добавки.
Дефект отливки «Корпус» (рис. 1.1.6) представляет собой мелкие, гладкие, светлые,
рассредоточенные, преимущественно сферической формы газовые раковины. Дефект об-
разовался в результате неполного раскисления стали. В результате этого растворенный в
металле газ при охлаждении сгруппировался в видимые на рисунке газовые раковины. При
полном раскислении стали алюминием дефекты не повторялись.
Чугун
1. Источником образования газовых раковин и усадочной пористости может быть
водород, образующийся из сырой футеровки печей, невысушенного желоба и ли-
тейного ковша, из непрокаленных и влажных ферросплавов, вводимых в металл,
и др. Футеровку ковшей следует подогревать до красного цвета, ферросплавы следует
хранить в сухом помещении и перед использованием прокаливать.
2. Чем длительней контакт расплавленного металла с газовой атмосферой, тем больше
водорода растворяется в металле. Следовательно, процесс плавки надо вести бы-
стрее. Покровные флюсы понижают растворение газа в металле.
3. При небрежной сортировке чугунных отходов от двигателей внутреннего сгора-
ния возможно попадание алюминия в шихту.
4. При использовании деревянных моделей для разжигания вагранки следует стро-
го контролировать извлечение всех алюминиевых частей.
5. Эффективным способом является сокращение пути движения жидкого металла в
форме за счет уменьшения длины элементов литниковой системы.
6. Вытекающая из ковша струя металла должна быть компактной. Перерывы в за-
ливке недопустимы.
7. Высота носка ковша над уровнем чаши должна быть минимальной. Приемную чашу
следует располагать у края опоки.
§ 7. Газотворные разделительные покрытия
При изготовлении форм и стержней литейщик сталкивается с проблемой прилипа-
ния формовочной и стержневой смеси к модельной или стержневой оснастке. Для пре-
дотвращения этой проблемы используются противоадгезионные покрытия, по характеру
исходных компонентов весьма разнообразные [46].
Разделительные покрытия могут состоять из одного или нескольких ниже перечис-
ленных материалов: керосин, вода, крахмал, спирт, канифоль, каучук, кремнийорганическая
эмульсия. ПВС и др. Некоторые из этих веществ имеют повышенную газотворную спо-
собность.
При нанесении разделительного покрытия на модель или стержневой ящик в углуб-
лениях оснастки могут оставаться излишки покрытия. При заполнении смеси излишки
покрытия могут впитываться формовочной или стержневой смесью и вызывать газовыде-
ления при контакте с заливаемым металлом.
Для предупреждения образования газовых раковин по этой причине разделительный
состав следует наносить тонким слоем, но чаше. При наличии заполнения углублений раз-
делительным составом необходимо провести его удаление при помощи ветоши, сжатого
воздуха или другим способом.
Г а з о в ы в
раковины
17
§ 8. Влага непросушенного слоя краски
Противопригарные покрытия разделяются на водные, сухие или на основе растворите-
ля. Продолжительность высыхания слоя краски зависит от концентрации паров растворите-
ля в воздухе над окрашенной поверхностью. На открытых поверхностях формы благодаря сво-
бодной конвекции воздуха краска высыхает быстрее, чем в углублениях формы, где пары
растворителя удаляются преимущественно путем диффузии. Поэтому продолжительность вы-
сыхания краски надо контролировать по времени, необходимому для полного отверждения
слоев в условиях, имитирующих сложные поверхности форм и стержней с различными за-
глублениями. Контролю на продолжительность высыхания подвергают быстросохнущие
(испаряющиеся) и химически твердеющие краски [46].
Покрытия на основе водных красок сушат тепловым способом в камерах или проходных
сушилах, под сильными отражательными лампами и т.д. По отработанной технологии за
критерий оценки тепловой сушки следует считать время, необходимое для полного отвер-
ждения слоя краски в углублениях литейной формы.
Для предупреждения возникновения газовых раковин необходимо:
1. Исключить заливы краски толщиной более 0,5 мм в углубленных горизонтальных
местах полуформы.
2. Осуществлять входной контроль составляющих противопригарной краски, в осо-
бенности, газотворных.
3. Увеличить технологическое время подсушки формы, либо повысить интенсивность
подсушки, создав, таким образом, гарантию качества.
4. Применять эффективные составы покрытий: сухие по типу фирмы «FOSECO» (Ан-
глия), самоотвердевающие, быстровысыхающие. Использовать подвяливание по-
крытия горячим воздухом, светоизлучением от ламп накаливания, газовыми па-
нелями.
Гладкие, светлые, рассредоточенные раковины отливки «Кольцо опорное» (рис. 1.1.7)
образовались из-за невысушенного слоя противопригарной краски, который подсушивался
пламенем горелки. После тщательного контроля за качеством сушки дефект не появлялся.
§ 9. Подготовка разливочных ковшей
Для разливки стали по формам обычно применяют стопорные ковши, позволяющие
полностью исключить попадание шлака в формы. При разливке марганцевой стали, а также
при разливке небольших порций металла применяют чайниковые ковши, имеющие пере-
городку для задержания шлака [48]. •
На рис. 1.1.8 представлены различные варианты шлакоулавливающих перегородок и
устройств.
Для заливки форм с небольшой металлоёмкостью применяют комбинированный
способ. Он состоит в том, что металл из печи выпускается в большой ковш (стопор-
ный или чайниковый), а оттуда выдаётся в небольшие ковши, применяемые для раз-
ливки металла.
Стопоры и стаканы для разливки стали изготовляются из высокоогнеупорного мате-
риала — шамота или графита. Все ковши перед заполнением их металлом сушат. Для по-
лучения доброкачественных отливок очень важно хорошо просушить ковши после футе-
ровки. Недостаточная просушка ковшей, когда в футеровке ещё остаётся влага, вызывает:
1. Быстрое остывание металла ввиду расхода части тепла на досушку футеровки.
2. Кипение металла в ковше, приводящее к разбрызгиванию, а иногда и выплёски-
ванию металла. В этот момент происходит насыщение металла водородом.
18
Раздел 1
Рис. 1.1.2а
Фрагмент отливки «Колесо»
с газовой раковиной
Рис. 1.1.26
Фрагмент отливки
(увеличено)
Рис. 1.1.4. Отливка «Цилиндр»
с газовыми раковинами
Рис. 1.1.3а
Отливка «Фланец» с
раковиной светлой, гладкой,
рассредоточенной
Рис. 1.1.36
Фрагмент отливки «Фланец»
с увеличенным дефектным
местом
Рис. 1.1.6. Отливка «Корпус»
с газовыми раковинами
Рис. 1.1.56
Фрагмент отливки
(увеличено)
Рис. 1.1.5а
Отливка «Колесо рабочее»
с газовыми раковинами
Рис. 1.1.7. Фрагмент отливки
«Кольцо опорное» со светлыми
газовыми раковинами
Г а з о в ы е
раковины
19
Рисунок 1.1.8. Шлакоулавливающие перегородки чайниковых ковшей:
а — монолитная с козырьком, набитым на металлический каркас;
б —то же, но с каналом из огнеупорной трубки; в — монолитная с каналом из шамотной трубки;
г — перегородка в монорельсовом ковше из монолитного состава, нанесенного на металлический каркас;
д - выполненная из кирпича; е — в носке ковша
Для сушки ковшей малой ёмкости используют камерные или небольшие шахтные печи;
ковши большей ёмкости сушат газовыми или мазутными горелками. Для полного удале-
ния свободной и связанной воды футеровку прогревают докрасна (750—800°С) и выдер-
живают при этой температуре 1,5—2 часа.
§ 10. Простановка горячих стержней
в холодную форму или холодных стержней в горячую форму
Установка холодных стержней в горячую форму
При установке стержней в горячую форму возникает конденсация влаги на холодной
поверхности стержня. При соприкосновении жидкого чугуна с влажной поверхностью стер-
жня вода разлагается и выделяется атомарный водород, адсорбирующийся на поверхно-
сти металла. При последующем охлаждении металла водород переходит в молекулярную
форму, группируясь в поверхностном слое отливки. Из-за большой вязкости металла во-
дород не может выделиться и образует газовые раковины. Следовательно, необходимо ка-
тегорически запретить использование горячей и теплой формовочной смеси при приго-
товлении форм [4, 25].
20
Раздел I
Для снижения вредного влияния горячей формы необходимо:
• увеличить газопроницаемость формовочной и стержневой смесей, форм и стерж-
ней за счет использования более крупного песка (фракции 0315 и более);
• выполнить газоотводящие каналы в стержнях для свободного удаления газа через
стержневые знаки;
• привести влажность формы к уровню не более 4%;
• исключить попадание воды в готовую форму (дождь, неисправность трубопрово-
дов);
• следить за точной дозировкой воды при приготовлении формовочной смеси.
Установка горячих стержней в холодную форму
Контроль процесса отверждения стержней и степени достигнутого испарения влаги
имеет большое значение. Недосушенные стержни не только приводят к явному литейно-
му браку (обвалам, местным вскипам, неспаям, раковинам, подутиям и др.), но могут вызвать
скрытые пороки, обнаруживаемые при обработке.
Опасным является простановка горячих стержней в холодную форму. При таком со-
четании происходит конденсация влаги в местах контакта стержней с формой и, впослед-
ствии, увлажнение всей поверхности покрашенного слоя стержня. При соприкосновении
жидкого металла с влажной поверхностью стержня вода разлагается и через ряд превра-
щений образовавшийся водород не может выделиться и образует газовые раковины. Сле-
довательно, при простановке стержней необходимо строго контролировать их температу-
ру, которая должна быть не выше 35° С.
§ 11. Разное, или Советы бывалого
1. В результате плохого перемешивания в формовочной смеси могут остаться комья
глины с повышенной влажностью. В процессе контакта с металлом возникнут га-
зовые раковины, причём они могут быть беспорядочно разбросаны.
2. Для поверхностно подсушенных форм характерна излишняя проницаемость, спо-
собствующая выделению влаги перед заливкой. Приповерхностный слой формы
будет содержать повышенную концентрацию влаги, что станет причиной появле-
ния газовых раковин. Для ликвидации причины возникновения раковин следует
уменьшать время простоя просушенных форм перед заливкой.
3. Средние и крупные стержни из смеси с жидким стеклом после тепловой сушки
могут содержать в середине неотверждённую смесь. Это часто вызвано экономи-
ей тепла или сокращением цикла отверждения. После вылежки стержней влага из
недоотверждённой смеси перераспределяется по массе стержня и при заливке ме-
таллом вызовет появление большого количества мелких газовых раковин со свет-
лым, блестящим оттенком. При этом конфигурация газовых раковин может быть
самой разнообразной — от классического определения до неописуемой.
4. Недоотверждённые стержни, изготавливаемые по нагреваемым или холодным ящи-
кам, с применением фурановой смолы, фурфурилового спирта и др., будут иметь
недоотверждённую сердцевину и выделять излишек газа. При использовании таких
стержней могут возникать мелкие газовые раковины от поверхности стержня. Та-
кие стержни требуют дополнительного доотверждения в печи при температуре 120°С.
Г а з о в ы в
раковины
21
Глава 1.2. Раковина гладкая, светлая, локальная,
более 6 мм (известна также как «вскип»)
Описание дефекта
На рисунке 1.2.1 представлен
дефект отливки с газовой ракови-
ной, полости которой имеют глад-
кие стенки, в основном сферои-
дальные, иногда сообщающиеся с
поверхностью. Внутренние стенки
раковины блестящие. Цвет поверх-
ности газовых раковин свидетель-
ствует о природе их возникновения.
Газовые раковины светлые, без сле-
дов окисления говорят об их обра-
зовании в связи с выделением во-
дорода, азота или углеводорода.
Дефект располагается во внутрен-
них частях отливки, но может быть
и на поверхности [281.
Рис. 1.2.1. Дефект отливки: раковина гладкая, светлая,
локальная, более 6 мм, известна также как «вскип»
Формирование раковин
Описанный дефект может возникнуть в результате следующих причин:
• Механическое проникновение газа в жидкий расплав, если газы выделяются из влаж-
ного стержня или переувлажненной формы.
• Эффект кипения расплава или выброс его из формы (вскип).
• Соприкосновение жидкого металла с влажной поверхностью заливочного ковша (на-
пример, свежеотремон гированнын заливочный носок), формы, стержня.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§ 1. Влажность стержня или формовочной смеси
Повышенная влажность стержня или формовочной смеси ока >ывает прямое влияние
на образование светлых, локальных газовых раковин (см. 1.1. §1).
Для снижения возможности образования объемных газовых раковин рекомендуется:
1. Снизить содержание влаги до уровня 4%.
2. Использовать подсушку форм после окраски.
3. Увеличить вентиляцию формы и стержня.
4. Уменьшить скорость заливки формы.
5. Увеличить количество выпоров в форме.
6. Увеличить зернистость песка для повышения газопроницаемости формы.
7. Исключить попадание воды в готовую форму (дождь, неисправность трубопроводов
и др.).
На рисунке 1.2.2 представлен редкий экземпляр гладкой, светлой, локальной газовой
раковины. Стержень был изготовлен по половинкам, одна из которых прошла неполный
22
Раздел 1
цикл подсушки, в результате чего произошел «вскип» металла со стороны недосушенно-
го стержня. Часть металла была выдавлена по разъему стержня, после чего во фланце об-
разовался дефект «утяжина». На наличие избыточной влаги в стержне указывает светлая
поверхность «утяжины», образовавшаяся в результате разложения паров воды на водород
и кислород.
На рисунке 1.2.3 представлена корпусная отливка с большим, ярко выраженным дефектом
— раковина гладкая, светлая, локальная («вскип»). Образованию раковины способствовала
влажная поверхность стержня.
§ 2. Газопроницаемость формовочной смеси и стержня
Для улучшения удаления образующихся газов из стержней их газопроницаемость дол-
жна быть на достаточно высоком уровне.
Стержни, отверждаемые в оснастке, должны иметь газопроницаемость не менее
130 ед., а отверждаемые в тепловых сушилах не менее 100 ед. (см.1.1. § 3).
На рисунке 1.2.4 представлена отливка «Маховик вентиля», имеющая раковину свет-
лую, блестящего вида, размером более 10 мм, гладкую. Формовочная смесь имела газо-
проницаемость 60 ед. и влажность 5,4%. Наколы на поверхности формы отсутствовали.
В результате газообразования влажной смеси при наличии указанных недостатков в от-
ливке образовалась рассматриваемая раковина.
§ 3. Вентиляционные наколы
Вентиляционные наколы в форме значительно сокращают длину пути фильтрации газа
и дают возможность снижения его давления. В первоначальный момент заполнения фор-
мы металлом возникает обильное выделение газа от стержней и формы (см. 1.1. §4).
На рисунке 1.2.5 представлена газовая раковина светлого вида, блестящая. Её об-
разованию способствовали повышенная влажность формовочной смеси и отсутствие вен-
тиляции для выхода продуктов газообразования. После выполнения вентиляционных на-
колов (не менее 4 шт. на один дм2) на поверхности формы и снижения влажности
формовочной смеси дефект не возникал.
§ 4. Длительность выдержки собранных форм
При выдержке собранных форм со стержнями на конвейере более 30 минут происхо-
дит увлажнение стержней, начиная от знаков и на всю окрашенную поверхность. Процессу
переноса влаги на стержень сопутствует повышенная гигроскопичность краски.
При соприкосновении в процессе заливки расплава металла с влажной поверхностью
стержня происходит разложение воды с выделением атомарного водорода, адсорбирующе-
гося на поверхности металла. При последующем охлаждении металла водород переходит в
молекулярную форму, группируясь в поверхностном слое отливки. Из-за большой вязкос-
ти металла водород не может выделиться и образует газовые раковины. В случае повышен-
ного содержания влаги и обильного газообразования водород не успевает внедриться в ме-
талл и образует на поверхности отливки раковины средних и крупных размеров.
Форма отливки «Колесо насоса» в собранном со стержнями состоянии простояла более
шести часов. Крупные обкладные стержни из жидкостекольной смеси были просушены
не полностью. В результате выстоя влага распределилась по объему стержня и при залив-
ке формы металлом произошел «вскип». Дефект отчетливо просматривается в верхней части
отливки (рисунок 1.2.6) и имеет светлую, блестящую поверхность с волнами застывшего
металла.
Г а з о в ы е
раковины
23
§ 5. Газотворные разделительные покрытия
При изготовлении форм и стержней литейщик сталкивается с проблемой прилипа-
ния формовочной и стержневой смеси к модельной или стержневой оснастке. Для пре-
дотвращения этой проблемы используются противоадгезионные покрытия, по характеру
исходных компонентов весьма разнообразные (см. 1 1. §7).
На рисунке 1.2.7 представлена часть фланца отливки «Корпус», имеющая гладкую,
светлую раковину с «фосфидным выпотом». Дефект образовался по причине неполного
удаления разделительного покрытия из углубления модельной оснастки при изготовлении
формы. В результате контакта заливаемого металла с остатками разделительного покры-
тия произошло газообразование с возникновением дефекта. В образовавшуюся раковину
при кристаллизации металла была выдавлена «фосфидная эвтектика» в виде «горошины».
§ 6. Влага непросушенного слоя краски
Противопригарные покрытия разделяются на водные, сухие или на основе раствори-
теля. Продолжительность высыхания слоя краски зависит от концентрации паров раство-
рителя в воздухе над окрашенной поверхностью. На открытых поверхностях формы бла-
годаря свободной конвекции воздуха краска высыхает быстрее, чем в углублениях формы,
где пары растворителя удаляются преимущественно путем диффузии (см. 1.1. §8).
Пример дефекта, образовавшегося по причине непросушенного слоя краски, пока-
зан на рисунке 1.2.8. Стержень отливки «Корпус вентиля» изготавливался по половинкам,
склеивался с последующей окраской. В связи с недостаточной температурой в печи, краска
и клей не были полностью просушены. После сборки формы и заливки металлом произошло
газообразование из недосушенного слоя краски. В результате верхние части фланцев от-
ливки поражены газовой раковиной. Поверхность раковины имела светлый, блестящий вид,
что говорит о влиянии влаги или растворителя на образование дефекта.
§ 7. Температура заливаемого металла
Сталь
Температура заливаемого металла оказывает влияние на возможность образования
горячих трещин, газовых раковин, пригара, неспая, недолива и других дефектов отли-
вок [16].
Определение температуры заливки сводится к выбору необходимого перегрева ста-
ли, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовлении отливок из
углеродистой и низколегированной стали разных марок чаше всего достаточно иметь пе-
регрев стали на 30—60°С, чтобы обеспечить удовлетворительную заполняемость литейных
форм (см. таблицу 1.2.1). При изготовлении тонкостенных отливок и отливок с повышен-
ными требованиями к неровности поверхности допускается наибольший перегрев стали
на 50—100°С. Это относится и к отливкам, когда возможно возникновение недоливов, не-
спаев. газовых «пузырей подкорковых» и т.д.
Таблица 1.2 1. Интервалы температуры заливки углеродистой стали
Содержание углерода, % 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Интервалы температуры 1560- 1550- 1540- 1530- 1525- 1520- 1510-
заливки, °C 1590 1580 1570 1560 1555 1550 1540
24
Раздел 1
Таблица 1.2.2. Исходные данные для определения температуры заливки легированной стали
Сталь Средняя температура начала затвердевания, °C кж Температура заливки °C, при линейной скорости подъема уровня стали в форме, мм/с
менее 8 8-12 свыше 12
20ГСЛ 1500 0,9 1560-1590 1550-1571) 1540-1560
ЗОГСЛ 1493 0,9 1550-1580 1540-1560 1530-1550
40Г2Л 1490 0,9 1550-1580 1540-1560 1530^-1550
110Г13Л 1370 0,8 1420-1430 1410-1420 1400-1420
ЗОХМЛ 1498 1 1550-1570 1540-1560 1530-1550
ЗОХГСЛ 1495 0,9 1560-1590 1550-1570 1540-1560
15Х1М1ФЛ 1505 1 1560-1580 1550-1570 1540-1560
70ХЛ 1470 0,9 1530-1560 1520-1540 1510-1530
20X1ЗЛ 1490 0,9 1590-1620 1580-1600 1570-1590
0Х12НДЛ 1500 - 1590-1610 1580-1590 1570-1580
20X1ЗИЛ 1495 - 1570-1600 1560-1580 1550-1570
1ОХ18Н9ТЛ 1440 1 1590- 16Ю 1580-1610 1580-1610
ЛА-1 1410 - - 1540-1560 1540-1550
В таблице 1.2.1 [7] приведены рекомендуемые температуры заливки углеродистой стали,
способствующие снижению возможности возникновения газовых раковин. В таблице 1.2.2
приведены исходные данные д ля определения температуры заливки некоторых легированных
сталей с учетом снижения возможности образования газовых раковин В обычных случа-
ях предусматривается выполнение вентиляционной системы с выходом газа в атмосферу.
Чугун
Одним из важнейших факторов возникновения газовой раковины является недоста-
точная температура и высокая скорость заливаемого металла.
Температура чугуна зависит от его состава, средней толщины стенки отливки и наи-
большего пути прохождения металла по горизонтали от питателей до противоположного
края отливки. Для ликвидации газовых раковин по указанным выше причинам рекомен-
дуется:
1. Для обеспечения требуемой температуры заливки в ковш набирают металл, име-
ющий температуру на 50—70°С большую, чем надо для заливки.
2. Температура расплава в любом месте формы в процессе заливки должна быть выше
температуры нулевой жидкотекучести, при которой поток металла может остано-
виться. Рекомендуемая температура заливки тонкостенных (до 10 мм) конструк-
ционных отливок должна быть на уровне 1380 градусов. Скорость заливки в ряде
случаев следует принимать на 2—3 кг/с ниже нормальной.
3. По возможности следует сократить путь движения металла от питателей подво-
дом расплава с двух противоположных сторон отливки.
§ 8. Металлостатическое давление
Под металлостатическим давлением (Н) расплава понимают давление столба метал-
ла равное высоте от уровня его в чаше до места подвода питателей в отливку. Напор за-
висит от способа заливки, типа литниковой системы, положения отливки в форме и дру-
гих факторов. Для определения напора при заливке через литниковую чашу необходимо
Г а з о в ы е
раковины
25
учитывать уровень металла в чаше, а при заливке через воронку — уровень металла в ков-
ше [33].
Для случая подвода металла по разъему, очень распространенного в литейном про-
водстве, Н можно рассчитать по формуле:
Н=Н0- Р2/2С,
где: Но — первоначальный максимальным напор, см;
Р — расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода, см;
С — высота отливки (по положению при заливке), см.
При заливке металла из поворотного ковша часть формы, расположенная ниже уровня
подвода металла, заполняется при постоянном напоре Но, а часть формы, расположенная
выше уровня подвода металла, при переменном напоре, изменяющемся от Но до Но Р
Поэтому в формулу вводят средний напор.
При повышении металлостатического напора создаются благоприятные условия по
снижению образования газовых раковин в отливках, улучшенному заполнению полости
формы, особенно в удаленных от места подвода металла частях отливки, и т.д. Однако при
этом возникает опасность повышения пригара, размыва литейной формы, образования
корольков и т.д.
Поэтому при определении металлоста гического напора необходимо в первую очередь
обращать внимание на склонность отливки к возникновению того или иного дефекта.
Для предупреждения механического проникновения газов в отливку необходимо по-
вышать напор металла, увеличивая высоту верхних опок, литниковых чаш, выпоров и при-
былей.
На рисунках 1.2.9а, б представлена отливка «Задвижка печи» с газовой, светлой рако-
виной. Отливка имеет высоту 8 см и высоту металлостатического напора 15 см. При увели-
чении напора металла до 25 см и контроля за влажностью смеси подобные газовые ракови-
ны не возобновились.
§ 9. Вентиляция формы и стержня
При заливке металлом начинается интенсивная газификация горючих составляющих
формы и стержня. В форме и стержне создается избыточное давление газа, который дол-
жен выходить через выпора, наколы на верхней полуформе и газоотводы из стержней и
формы. Задача газоотводящих каналов состоит в том, чтобы они обеспечили снижение
давления газа в форме. При таких условиях давление металлостатического напора будет
больше суммарного давления газов от стержня и формы, и газ не пойдет в металл [34].
Вентиляционные каналы для удаления из стержней и форм газов, выделяющихся в
процессе зал ивки,* должны выполняться в стержнях с таким расчетом, чтобы образующие-
ся газы удалялись не через рабочую полость литейной формы, а через торцы знаков. Бо-
лее подробная информация о вентиляции литейной формы приведена в разделах: Длина
пути фильтрации газа (1.4. §1) и Направленность потока заливаемого металла (1.4. §2).
Вентиляция стержней осуществляется следующими способами:
1) установкой душников (или железных прутьев) с последующим их удалением из
стержней, выполнением вентиляционных каналов при изготовлении стержней по
половинкам;
2) накалыванием стержней душником, сверлением отверстии в знаках по оси стержня
3) установкой трубных каркасов с отверстиями;
4) изготовлением стержней с внутренней полостью, заполненной опорным матери-
алом (крупнозернистым) или не заполненной;
5) изготовлением стержней оболочковыми [20, 41].
Раздел 1
26 ----------------------------------------------------*---------
Повышение скорост и отвода и снижение хавления газа достигаются уменьшением длины
пути фильтрации газов [14]. Для этого необходимо уменьшить расстояние от отливки до стенок
и лада опок, предусматривать не заливаемые металлом вентиляционные каналы в форме и
стержне. Особенно это важно для форм, уплотняемых при повышенном удельном давлении.
На рисунке 1.2.10 представлена литейная форма в сборе. В заливаемой форме стержень и
две полуформы выполнены без вентиляционных каналов. В процессе заливки наблюдается
повышенное давление газа в стержне с образованием газовых раковин в отливке.
Для получения отливок без газовых раковин необходимо выполнить расчет вентиля-
ционной системы в форме и стержне. Далее рассчитать газовое давление, возникающее в
них после заливки металла - расчет газовою давления литейной формы целесообразно про-
водить в автоматизированной системе «Оптимизация газового режима литейной формы»,
разработанной авторами [13,14], информацию о которой можно получить по
e-mail:castling@cad.vstu.ru) и убедиться в отсутствии возможности образования газовых ра-
ковин в отливке.
На рисунке 1.2.11 представлена форма в сборе с выполненными вентиляционными
каналами, имитацией заливки металла, изменением давления газа и выхода его в венти-
ляционные каналы. Изменяя длину пути фильтрации газа, газопроницаемость и газотвор-
ность смеси, площадь поверхности вентиляционных каналов и др., можно в значительной
степени снизить газовое давление в форме до уровня безопасного.
В процессе проведения расчетов устанавливаются оптимальные значения вентиляци-
онных каналов и наколов, газопроницаемость стержней и формы и т.д. Используя полу-
ченные оптимальные параметры, определяется оптимальное давление образующегося газа
в форме и стержне. В результате резко снижается газовое давление в форме и стержне,
позволяющее получить отливки без газовых раковин.
Для улучшения вентиляции стержня необходимо:
1) увеличить количество газоотводящих каналов в стержне, обращая внимание на
снижение длины пути фильтрации газа;
2) прочистить вентиляционные каналы от краски;
3) вентиляционн ые каналы большого диаметра закрыть пористой пробкой;
4) проверить, связаны ли вентиляционные каналы с атмосферой;
5) вентиляционные каналы следует выводить через менее нагретые места стержня и
формы;
6) подтверждением хорошей вентиляции является горение факелов на выходе вен-
тиляционных кана юв. Давление газа на границе металл-стержень (форма) при этом
должно быть не более 780 н/м2 (критическое давление газа равно 1000... 1200 н/м2);
7) выпоры в верхней полуформе необходимо сообщать с атмосферой накалыванием;
8) при консольном стержне подвод металла выполнять г конец консоли (см. 1.4. §1).
Вентиляционные каналы в стержнях, склеиваемых из двух половинок, выполняются про-
резкой на плоскости разъёма в одной половинке стержня. При массовом производстве стер-
жней каналы в них делают при помощи специальных плит, в которых укреплены неподвиж-
ные вентиляционные штыри и каналы, как показано на рисунках (см. 1.2.12,1.2.13) [52].
В стержнях сложной конфигурации при единичном изготовлении вентиляционные
каналы получают, укладывая при помощи формовочного инструмента в стержень воско-
вые фитили, которые выплавляются при сушке или заформовывают витую стальную стружку
и жгуты из соломы [1].
Вентиляция массивных стержней осуществляется устройством вентиляционных ко-
лодцев или укладкой труб, а также заполнением сердцевины стержня коксовой мелочью
или гарью.
Г а з о в ы в
раковины
27
В ряде случаев при изготовлении стержней в нагреваемой или холодной оснастке вен-
тиляционные каналы выполняются сверлением (опыт ряда иностранных и российских
фирм).
На рисунке 1.2.14 представлена отливка «Корпус вентиля» со светлой газовой рако-
виной, размером 9 мм, овальной формы, расположенной в верхней части фланца. При-
чиной возникновения раковины послужило отсутствие вентиляционных каналов в стер-
жне и наличие повышенной влажности формовочной смеси. После выполнения сквозного
вентиляционного отверстия по основной оси стержня с выходом в атмосферу и снижения
содержания влаги в смеси, газовые раковины в отливке не появлялись.
§ 10. Простановка горячих стержней в холодную форму
или холодных стержней в горячую форму
Установка холодных стержней в горячую форму
При установке стержней в горячую форму возникает конденсация влаги на холодной
поверхности стержня, При соприкосновении жидкого чугуна с незначительной влажной
поверхностью стержня вода разлагается и выделяется атомарный водород, адсорбирующийся
на поверхности металла. При последующем охлаждении металла водород переходит в мо-
лекулярную форму, группируясь в поверхностном слое отливки. Из-за большой вязкости
металла водород не может выделиться и образует газовые раковины незначительных раз-
меров. При увеличении содержания конденсата возникают более крупные раковины. Сле-
довательно, необходимо категорически запретить использование горячей и теплой фор-
мовочной смеси при приготовлении форм (см. 1.1. §10).
§ 11. Разное, или Советы бывалого (см. 1.1. §11)
На рисунке 1.2.15 представлена отливка «Фланец», имеющая гладкую, светлую ра-
ковину. Дефект образовался из-за увеличенного конденсата влаги на поверхности горя-
чего стержня. Вблизи от крупной раковины заметны более мелкие раковины аналогичной
природы возникновения При использовании в процессе изготовления отливок холодных
стержней подобные дефекты не появлялись.
Рис. 1.2.2. Отливка «Фланец» Рис. 1.2.3. Отливка «Корпус»
с газовой раковиной, совместно с «утяжиной» с газовой раковиной («вскип»)
28
Раздел I
Рис. 1.2.4. Фрагмент отливки «Маховик вентиля»
со светлой газовой раковиной
Рис. 1.2.5. Фрагмент отливки
«Маховичок» с газовой раковиной
(увеличено)
Рис. 1.2.6. Отливка «Колесо насоса»
с газовой раковиной
Рис. 1.2.7. Фрагмент отливки
«Корпус» с газовой раковиной
светлого вида
Рис. 1.2.8. Отливка «Корпус вентиля»
Рис. 1.2.96
Фрагмент отливки
с дефектом
(увеличено)
Рис. 1.2.9а
Отливка «Задвижка печи»
со светлой газовой
раковиной
Г а з о в ы е
раковины
29
Рис. 1.2.10. Литейная форма в сборе без
выполненной системы вентиляции форм и стержне
Рис. 1.2.1I. Литейная форма в сборе
с выполненными вентиляционными каналами
Рис. 1.2.12. Плита с вентиляционными иглами:
1 - вентиляционные иглы; 2 — стержневой ящик;
3 - направляющая втулка со штырем;
4 - вентиляционные каналы;
5 — вентиляционная плита; 6 — ушко
Рис. 1.2.13. Схема установки вентиляционных
прутков в металлических стержневых ящиках:
I — штырь; 2 -вентиляционный пруток;
3 — стержневой ящик; 4 — гайка;
5 - ручка; 6 - подставка
Рис. 1.2.14. Отливка «Корпус вентиля»
со светлой газовой раковиной
Рис. 1.2.15
Фрагмент отливки «Фланец»
30
Раздел 1
Глава 1.3. Раковина «Пористость подкорковая»
(ситовидная пористость), светлая,
размером от 2 до 5 мм
Описание дефекта
Поверхностные сотовые рако-
вины типа «булавочных наколов»
округлой, но не сферической, ско-
рее каплеобразной формы с ярко
выраженным устьем, направленным
к поверхности отливки [2г<]. Диа-
метр их около 2 мм. а длина дости-
гает 5 мм. Иногда, рядом с булавоч-
ными, могут быть раковины и
другой формы
Расположение дефекта
Раковины располагаются не-
посредственно под тонкой поверх-
ностной коркой, однако чрезвычай-
но тонкое устье раковины позволяет
их обнаружить либо при заточке,
либо при отжиге отливок после от-
слоения окалины.
Рис. 1.3.1. Фрагмент отливки «Колесо рабочее» с дефектом
«Пористость подкорковая»
Формирование раковин
Механизм образования рассматриваемых раковин окончательно не установлен, однь ко
на основании опубликованных источников можно изложить некоторые причины образо-
вания этого дефекта
Описанный дефект может возникнуть в результате следующих причин:
• наличие зародышевых пузырьков СО, образованных в результате присутствия в чугуне
относительно легко восстанавливающихся окислов, главным образом пленкооб-
разных. Они возникают при реакциях магния с кислородом в чугуне с шаровид-
ным графитом, при избирательном окислении поверхностны^ слоев, а также при
окислении поверхности расплава графитом;
• при контакте сырых форм с чугуном, содержащим 0,01—0,1 алюминия или 0,01—0,05
титана, из паров воды выделяется водород, которыи проникает в поверхностные
слои отливок и в полость образовавшихся газовых зародышевых раковин, где его
концентрация может быть постепенно увеличена;
• при проникновении азота из азотосодержащих связующих или добавок размеры ра-
ковин могут быть увеличены до 3 мм;
• в результате сжимания газов затвердевшим чугуном возникает прорыв поверхнос-
тного слоя металла, образуется типичный «булавочный укол».
Пористость поражает не отдельные участки, а целые поверхности отливок, не обяза-
тельно верхних при заливке. Чаше всею такого типа раковины имеют неокисленную бле-
стящую поверхность, благодаря чему они очень отчетливо выделяются на изломах дефек-
тных отливок.
Г о з о ы е
рокозины
31
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Содержание водорода и азота в металле
Повышенное содержание водорода и азота в металле способствует появлению газо-
вых раковин — ситовидной пористости. Для ликвидации этого необходимо:
1) не применять ржавый лом. Одна тонна шихты с 1% ржавчины содержит 2,5 кг во-
дорода. При плавке водород выделяется в атомарном состоянии и активно раство-
ряется в металле;
2) не рекомендуется использовать литейный чугун, имеющий пористый излом. Ис-
точником образования газа могут быть и ферросплавы. Ферросплавы необходи-
мо высушивать перед введением их в печь;
3) применять вакуумную плавку, что позволит удалить до 70% растворенного водо-
рода или продуть чугун в течение нескольких минут сухим инертным газом, на-
пример, азотом или аргоном;
4) в расплаве снизить содержание алюминия, титана, магния и марганца, которые
способствуют повышению концентрации водорода в жидком чугуне.
Более подробную информацию можно увидеть в 1.1. §2.
§2 . Влажность стержня или формовочной смеси
Избыток влаги в форме или стержне неизбежно приведет к появлению раковин глад-
ких, светлых и блестящих, рассредоточенных по поверхности контакта стержня или формы
с поверхностью металла. Раковины могут иметь сферическую или близкую к ней форму.
Для снижения возможности образования рассредоточенных газовых раковин рекомен-
дуется:
1) снизить содержание влаги до уровня 4%:
2) использовать подсушку форм после окраски;
3) увеличить вентиляцию формы;
4) уменьшить скорость заливки формы;
5) увеличить зернистость песка для улучшения газопроницаемости формы;
6) исключить попадание воды в готовую форму (дождь, неисправность трубопрово-
дов и др.).
Подкорковая пористость, представленная на фрагменте отливки (рис. 1.3.2), вызвана
избытком влаги в формовочной смеси с одновременной пониженной газопроницаемостью.
§3 . Насыщение металла газом при плавке и заливке
Газы могут растворяться в жидком сплаве или давать с ним химические соединения.
При охлаждении менее газонасыщенного сплава предел растворимости наступает тогда,
когда кристаллизация подходит к концу. Газовые пузырьки в этом случае становятся мел-
кими, едва видимыми простым глазом, и образуют почти губчатую массу. Этот дефект ли-
того металла называют газовой пористостью, или рыхлостью металла газового происхож-
дения. Газовая пористость резко понижает механические свойства отливок, является
причиной частых внезапных поломок деталей машин, способствует образованию течи и
др. (см. 1.1. §6).
На рисунке 1.3.3 представлена отливка «Корпус подшипника», пораженная подкор-
ковой газовой пористостью. Металл был раскислен алюминием, остаточное содержание
которого в чугуне составляло 0,042%.
32
Раздел 1
§4 . Температура заливаемого металла
Одной из важных причин возникновения дефекта является заливка в формы остыв-
шего металла.
Холодный металл и его низкая текучесть могут указывать на наличие окиси железа или
захват окисей из огнеупоров, наличие не выделившегося растворенного водорода и т.д.
Нагрев металла до высокой температуры способствует диффузии растворенных газов в поток
пузырьков, поднимающихся к поверхности. В первую очередь диффундирует водород, затем
остальные газы по порядку своей диффузионной способности. Небольшая выдержка на-
гретого металла в ковше способствует завершению диффузионных процессов.
Для снижения возможности образования газовых раковин рекомендуемая темпера-
тура заливаемого чугуна 1360—1390°С. Перед заливкой металл необходимо выдержать в ковше
для всплытия пузырьков газа.
Для снижения возможности образования газовых раковин для стального литья ре-
комендуется повышение температуры на 20—25 градусов от рекомендуемой [35].
При повышении температуры уменьшается опасность образования объемных газовых
раковин и увеличивается опасность образования поверхностных раковин. Наибольшей
опасности подвергаются места с напряженными тепловыми потоками, как, например, во
внутренних узлах отливок. Наименее подвержены образованию поверхностных раковин
тонкостенные места отливки. Для удаления газовых пузырей из жидкого металла наибо-
лее эффективно повышение температуры заливаемого металла. Во-первых, уменьшается
его вязкость, а время до образования корки увеличивается. Во-вторых, увеличение тем-
пературы металла в этом интервале незначительно увеличивает скорость газообразования
и повышение давления газа в форме.
Таким образом, при повышенной температуре заливки чугуна увеличивается время,
в течение которого возможно удаление пузырей газа из отливки. С другой стороны, при
повышении температуры заливки возможно увеличение количества усадочных или дру-
гих дефектов [19]. Поэтому для отливок каждого типа температуру заливки следует уста-
навливать с учетом всех факторов, влияющих на качество литья (см. 1.2. §7).
Часто дефект возникает по металлургическим причинам, в частности загрязненным
скрапом, используемым в шихте и содержащим более 0,035% алюминия. Образованию по-
ристости способствует пониженная температура заливки, что в большинстве случаев яв-
ляется основной причиной.
На рисунке 1.3.4 представлены образцы для механических испытаний. Две первые
заготовки отлиты с добавлением в разливочный ковш Fell с целью повысить марочные
свойства чугуна, две следующие отлиты без Fell. Введение добавки FeTi ликвидировало
действие остаточного алюминия.
§5 . Простановка горячих стержней в холодную форму
или холодных стержней в горячую форму
Установка холодных стержней в горячую форму
При установке стержней в горячую форму возникает конденсация влаги на холодной
поверхности стержня. При соприкосновении жидкого чугуна с влажной поверхностью стер-
жня вода разлагается и выделяется атомарный водород, адсорбирующийся на поверхнос-
ти металла. При последующем охлаждении металла водород переходит в молекулярную
форму, группируясь в поверхностном слое отливки. Из-за большой вязкости металла во-
дород не может выделиться и образует газовые раковины. Рекомендации по снижению
вредного влияния горячей формы см. 1.2. §10.
Г а э о ы е
раковины
33
Установка горячих стержней в холодную форму
Контроль процесса отверждения стержней и степени достигнутого испарения влаги
имеет большое значение. Недосушенные стержни не только приводят к явному литейно-
му браку (обвалам, местным вскипам, неспаям, раковинам, подутиям и др.), но могут вызвать
скрытые пороки, обнаруживаемые при обработке.
Опасным является простановка горячих стержней в холодную форму (см. 1.2. §10).
На рисунке 1.3.5 представлена отливка «Корпус», пораженная со стороны стержня
газовыми ситовидными раковинами. Дефект вызван простановкой холодного стержня в
горячую форму.
§6 . Азотистые соединения
в составе формовочных и стержневых смесей
Азотистые соединения в составе формовочных и стержневых смесей склонны к раз-
ложению при контакте с металлом и насыщению его газами. Рекомендации по ликвида-
ции этого явления изложены в 1.1. §5.
§7 . Подготовка разливочных ковшей
Для разливки стали по формам обычно применяют стопорные ковши, позволяющие
полностью исключить попадание шлака в формы. При разливке марганцевой стали, а также
для разливки небольших порций применяют чайниковые ковши, имеющие перегородку
для задержания шлака (см. 1.1. §9).
§8 . Влияние водорода на ситовидную пористость
Из-за присутствия водорода в металле возможно образование ситовидной пористос-
ти. Для образования газового пузыря необходим зародыш, в который будет проникать мо-
лекулярный водород и увеличивать пузырь до значительных размеров. Одновременно во-
дород может реагировать с FeO с образованием мелких раковин. Для того, чтобы эта реакция
не могла произойти, даже при повышенном содержании водорода, необходимо, чтобы FeO
в стали было менее 0,0001%.
Иногда этот дефект поражает целые плавки. Полученные раковины вскрываются при
снятии зубилом небольшой стружки с поверхности отливки. Для предупреждения сито-
видной пористости необходимо снизить содержание Н2 и FeO в стали. Низкое содержа-
ние FeO достигается правильным ведением плавки и дополнительным раскислением ста-
ли алюминием. Часто при одинаковых формах и одинаковых условиях плавки
обнаруживается, что все отливки данной плавки поражены такими раковинами. Это про-
исходит потому, что алюминий неаккуратно вводится в сталь, он сгорает наверху ковша и
получается не раскисленная алюминием сталь.
Источниками водорода в стали могут быть:
1) сырая, ржавая или покрытая маслом шихта;
2) влага воздуха, необходимого для горения топлива;
3) водород и влага топлива, мазута с высоким содержанием воды;
4) влажные флюсующие материалы и руда;
5) атмосфера печи, в особенности при длительном пребывании металла в печи пос-
ле раскисления;
6) влажные или содержащие большое количество водорода легирующие материалы
(катодная медь, электролитический никель и др.).
Удаление водорода при плавке стали происходит в процессе кипения с поднимающимися
34
Раздел I
пузырьками окиси углерода, в которые водород диффундирует из окружающего металла.
Активное кипение в течение окислительного периода является полезным. Насыщение стали
водородом может происходить при слабом кипении ванны, а также при выпуске и разливке,
если не предусмотреть хорошую просушку желоба и ковша; ферросилиций в ковш для рас-
кисления стали следует вводить в прокаленном виде.
§9. Разное, или Советы бывалого
1. В результате плохого перемешивания в формовочной смеси могут остаться комья
глины с повышенной влажностью. В результате контакта с металлом возникнут
газовые раковины, причём они могут быть беспорядочно разбросаны (см. 1.1. §11).
2. При плавке стали большое внимание уделяется вопросам дегазации. Однако при
заливке большие поверхности металла соприкасаются с газотворными стержня-
ми и формой. В результате, особенно при сырой формовке или при малопрони-
цаемой форме на органических связующих, происходит значительное насыщение
металла газами, приводящее иногда к ситовидной газовой пористости. Опыт по-
казал, что происходит резкое повышение содержания газов в металле при пере-
ходе от керамической формы к сухой, а затем к сырой Следовательно, затраты сил
и средств на дегазацию металла во время плавки становятся малоэффективными,
вследствие высокой газотворной способности форм и стержней.
Рис. 1.3.2. Фрагмент отливки «Корпус»
Рис. 1.3.3. Отливка «Корпус подшипника»
с подкорковой пористостью
Рис. 1.3.4. Образцы для механических испытаний
Рис. 1.3.5. Отливка «Корпус»
Г а з о в ы е
раковины
35
Глава 1.4. Раковина окисленная, внутренняя или
поверхностная, сферической формы,
более 2-3 мм
Описание дефекта
Внутренние полости раковин
преимущественно сферической
формы с гладкими стенками Разме-
ры их обычно бывают более 2 или
3 мм. Цвет поверхности раковин
идентичен, благодаря наличию тол-
стой окисной пленки, цвету повер-
хности с недоливом. Образование
газовых раковин обусловлено нару-
шением направленности газового
потока из формы или стержня в
атмосферу, минуя отливку.
Дефект располагается в разных
частях отливки и может иметь не-
одинаковую форму.
Рис. 1.4.1. Дефект отливки, «Раковина окисленная», внутренняя
или поверхностная, сферической формы, более 2-3 мм
Формирование раковин
Описанный дефект может возникнуть в результате следующих причин:
• местного переуплотнения смеси, тем более опасного, чем ближе оно расположено
к поверхности раздетгз форма-отливка;
• местного сопротивления в виде постороннего газонепроницаемого включения;
• местного источника газа:
• недостаточным газоотводом через знаки стержня или поверхности формы.
При заливке формы металлом начинает интенсивно прогреваться поверхность фор-
мы и стержня, создавая при этом мощный газовый поток, выходящий по разъему формы в
выпора, наколы в форме, газоотводы.
После заполнения формы металлом в форме и стержне создается давление газов, вы-
деляющихся от выгорания газотворных составляющих смесей. Если давление в форме или
стержне будет больше, чем суммарное давление металлостатического напора и сопротив-
ление проходу газов из формы или стержня в металл, то газ из формы или стержня пои
дет в металл, где образуется газовая раковина.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Направленность потока заливаемого металла
Газовые раковины могут появиться в случае неправильного подвода металла к отливке,
в результате чего возникает противоток требуемому движению газа. На рисунке 1.4.2а
представлен подвод металла в отливку, примерно на уровне середины консольного стер-
жня с одним выходом газа в одну сторону. В этом случае интенсивно разогревается сере-
36
Раздел 1
дина консольного стержня и газ стремится в противоположные его стороны от места ра-
зогрева, т.е. создается противоток. Опасной зоной является конец консоли, где образуются
газовые пузыри, всплывающие в верхнюю часть конуса. При подводе металла в конец кон-
сольного стержня (рисунок 1.4.26) создается направленный поток газа, который выходит
через вентиляционный канал в верхней части формы [15].
На рисунке 1.4.3 представлен фрагмент отливки «Опора» с окисленной газовой ра-
ковиной овальной формы, размером около 8 мм. Рядом имеются раковины меньших раз-
меров. Питатели отливки были направлены против движения газа из стержня, что созда-
ло повышенное давление газа в стержне и он нашёл выход через металл. После изменения
направления подвода металла по ходу движения газа дефект отливки не повторялся.
На появление газовых раковин может влиять и положение отливки в форме [30]. На
рисунке 1.4.4а положение отливки вызывает появление газовых раковин в верхней ее
части. По схеме на рисунке 1.4.46 отливка получена без газовых дефектов, но в этом
случае усложняется ее изготовление. Однако отливку на рисунке 1.4.4а можно получить
без газовой раковины, если по оси стержня выполнить вентиляционный канал диаметром
10—15 мм, соединить его с атмосферой через верхний и нижний знак стержня, как пока-
зано на рисунке 1.4.4в. При этом газопроницаемость стержневой смеси должна быть не
менее 100 ед., газотворная способность не более 12 см3/г смеси и в большом знаке стерж-
ня выполнены вентиляционные наколы душником диаметром 4—7 мм.
При разработке технологии важно первоначально, до изготовления модельной оснаст-
ки, определить возможность получения отливки без газовых раковин. Для этого надо опре-
делить опасные места с точки зрения скопления выделяемого газа. На рисунке 1.4.5 пред-
ставлена схема изготовления отливки, где опасной зоной является область, отмеченная О-О.
Здесь стержни с двух сторон не имеют знаков для выхода газа. Именно в эти места подве-
ден металл для создания одностороннего направления движения образующегося газа. Для
снижения газового давления в стержне по его оси выполнен вентиляционный канал диа-
метром 15 мм.
На рисунке 1.4.6 представлена модель отливки «Запорная арматура» (массой 85 кг) с
боковыми и центральной прибылью для подпитки усадочных раковин. Стержень отлив-
ки изготавливается по холодной оснастке с продувкой газообразным катализатором. Вен-
тиляционные отверстия в стержне отсутствуют. При заливке данной формы металлом стер-
жень испытывает большую тепловую нагрузку как в центральной части, так и в области
стержневых знаков из-за тепла от увеличенных боковых прибылей. Таким образом, создается
противодавление газов. С одной стороны, газ из центральной части стержня движется в
сторону стержневых знаков, а с другой стороны, под воздействием тепла от прибылей на
стержневые знаки поток газа движется навстречу потоку, идущему от центра. В результа-
те в стержне значительно увеличивается давление газа, и он вынужден проникать в ме-
талл через тепловой узел над центральной прибылью. Создавшееся давление газа можно
ликвидировать выполнением сплошного вентиляционного канала в стержне с выводом газа
в атмосферу.
§2 . Длина пути фильтрации газа
Важным фактором для снижения возможности образования газовых раковин является
уменьшение давления газа в форме в процессе заполнения ее металлом [34]. Одним из на-
правлений снижения давления газа можно считать уменьшение длины пути фильтрации газа
L [35] (см.рисунок 1.4.7). На рисунке 1.4.7а—д представлены эскизы стержней, имеющих
различную длину пути фильтрации газа и различное построение вентиляционных каналов.
Эффективность удаления газа возрастает от рисунка «а» к рисунку «д» 110, 15].
Г а э о ы в
раковины
37
При уменьшении L газовое давление в форме и стержне может уменьшиться в десят-
ки и даже сотни раз. По значимости, влияние L на снижение давления газа превалирует
над газопроницаемостью, газотворностью и рядом других технологических параметров [14].
На рисунке 1.4.8 представлена отливка «Крышка» с окисленными газовыми ракови-
нами овальной формы. При заливке металла и заполнении верхней части формы создаёт-
ся повышенное давление газа в центральной, овальной части отливки. В результате газ дол-
жен уходить в нижнюю часть формы, что препятствует свободной фильтрации газа и это
способствует образованию газовых раковин.
Для ликвидации дефекта можно воспользоваться следующими схемами заливки:
1) залить крышку дефектным местом вниз. Движение газа будет по направлению
подъёма металла (вверх), и он свободно выйдет через вентиляционные отверстия;
2) при невозможности изменения положения отливки в форме следует сделать вен-
тиляцию в центральной части формы с выводом вентиляционных каналов в ниж-
нюю полуформу. При этом центральные каналы не должны заливаться металлом
и должны свободно сообщаться с атмосферой. Максимальная длина пути фильт-
рации газа должна быть не более 5—8 см (см. рисунок 1.4.7).
§3 . Металлостатическое давление
Под металлостатическим напором (Н) Жидкого металла понимают давление столба
металла, равное высоте от уровня металла в чаше до места подвода питателей в отливку.
Напор зависит от способа заливки, типа литниковой системы, положения отливки в фор-
ме и других факторов. Для определения напора при заливке через литниковую чашу не-
обходимо учитывать уровень металла в чаше, а при заливке через воронку — уровень ме-
талла в ковше (см. 1.2. §8).
Для предупреждения возникновения окисленных газовых раковин необходимо про-
анализировать возможные причины их образования:
• выделение газа из стержня или формы. Если на оси стержня есть вентиляцион-
ный канал и максимальная длина пути фильтрации газа не превышает 5 см, мож-
но не тревожиться за выход газа из стержня. Если максимальная длина пути филь-
трации из формы более 10 мм, есть основание перейти к следующим причинам;
• недостаточное металлостатическое давление. В этом случае следует выполнить рас-
чет литниковой системы при увеличенной высоте стояка;
• захват воздуха заливаемым металлом. Если литниковая система рассчитана, вы-
полнена правильно и заливщик аккуратно произвёл заполнение формы, воздух не
должен попасть в отливку.
На рисунке 1.4.9а и (увеличено) на рисунке 1.4.96 представлена отливка «Коллектор» с
окисленной газовой раковиной, в которой из-за наличия фосфора выделился фосфидный выпот.
При увеличении давления заливаемого металла дефект отливки не возникал.
§4 . Газотворность стержня и формовочной смеси
Газотворность стержня
Для снижения газотворности рекомендуется:
1) установить оптимальный состав стержневой смеси с газотворностью не более
10 см3 на грамм смеси. Высокие требования к газотворности вызваны слож-
ностью удаления газа из стержней в процессе заливки. Однако созданием хоро-
ших незаливаемых металлом газоотводов из стержня через знаки в атмосферу можно
компенсировать повышенную газотворность стержней;
38
Раздел 1
2) смесь должна содержать минимальное количество газотворных материалов (воды,
органических связующих, противопригарных добавок, глины и др.);
3) стержни в форму необходимо ставить полностью остывшими (с температурой не
более 35 градусов);
4) формы неодходимо заливать сразу после сборки. Выдержка стержней более 30 минут
приводит к насыщению их влагой и повышенному газовыделению;
5) крупные стержни, массой более 20 кг, изготовленные по горячей и холодной ос-
настке, после изготовления необходимо подсушивать в сушиле;
6) контролировать газотворность стержней, изготовленных в ночное время, так как
возможно излишнее введение связующего для получения большой прочности стер-
жней. Такие приемы используются при повышенном браке стержней по слому,
ошибочно объясняемым недостатком связующего;
7) проверить длительность хранения стержней перед использованием. Во влажное
время года хранение стержней рекомендуется не более трех суток;
8) проверить стержни на остаточную влажность после отвердевания. Наличие
неотвердевшей смеси в центральной части стержня не допускается.
Газотворность формовочной смеси
Для снижения газотворности рекомендуется:
1) формовочная смесь должна содержать минимальное количество газотворных ма-
териалов — воды, органических связующих, противопригарных добавок, глины и
др. Наиболее газотворна вода, поэтому содержание ее в смеси должно быть огра-
ничено;
2) установить оптимальный состав формовочной смеси с газотворностью не более
16—18 см3/г смеси;
3) в нижней части полуформы не должно наблюдаться скопления (затеков) проти-
вопригарной краски, содержащей газотворные составляющие;
4) исключить местное насыщение формы противоадгезионными покрытиями (ке-
росин и др.), наносимыми в избытке на модельные плиты.
На рисунке 1.4.10 представлен фрагмент отливки «Поворотный рычаг» с окисленной
газовой раковиной. В составе формовочной смеси для снижения пригара присут-
ствовал мазут, являющийся газотворной составляющей. Одновременно отсутство-
вали вентиляционные наколы на верхней полуформе и твёрдость формы состав-
ляла 85 ед. Это явилось провокацией для возникновения газовых раковин. После
снижения твёрдости до 75 ед. и выполнения наколов'на верхней полуформе дефект
не повторялся;
5) исключить использование горячей формовочной смеси;
6) радикальным способом снижения газовыделения является подсушка, высушива-
ние или прокаливание форм. При этом почти полностью удаляется вода, частич-
но удаляются летучие продукты из составляющих смеси.
§5 . Газопроницаемость стержня и формовочной смеси
Газопроницаемость стержня
Для улучшения удаления образующихся газов из стержней их газопроницаемость дол-
жна быть на достаточно высоком уровне. Стержни, отверждаемые в оснастке, должны иметь
газопроницаемость не менее 130 ед., а отверждаемые в тепловых сушилах не менее 100 ед.
Рекомендации по повышению газопроницаемости стержня изложены в. 1.1. §3.
Г а з о ы е
ракоаины
39
канал
Рис. 1.4.2. Подвод металла в отливку
гис. 1.4.3. Фрагмент отливки «Опора»
с окисленными газовыми раковинами
Рис. 1.4.5. Схема изготовления отливки
Рис. 1.4.4в
40
Раздел 1
Рис. 1.4.6. Модель отливки «Запорная арматура»
Рис. 1.4.76
Рис. 1.4.8. Отливка «Крышка»
с окисленной газовой раковиной
Lmox
Рис. 1.4.7b
Рис. 1.4.7д
Г а з о ы в
раковины
41
Газопроницаемость формы
При контакте залитого металла с формой возникает горение или испарение состав-
ляющих смесей, в ре }ультате чего возникает давление газа в порах смеси. Газопроницае-
мость и плотность набивки смеси оказывают влияние на давление газа в форме.
На рисунке 1.4.11а [25] сравнивается давление в нижней части открытой формы на
расстоянии 8—10 мм от поверхности отливки в условиях плотной набивки и повышенной
влажности (газопроницаемость 28 ед., твердости формы 80—85 ед., влажность 6,8%) — кри-
вая 1 и обычной плотности и влажности (газопроницаемость 38 ед., твердость 74 — 80 ед.,
влажность 4,3%) — кривая 2. В первом случае давление поднялось свыше 3000 Н/м2;
очевидно, на поверхности формы оно было еще больше, в металле наблюдалось кипение
и отливка имела газовые раковины. Во втором случае раковины в отливке отсутствовали.
На рисунке 1 4.116 сравнивается давление на расстоянии 10 мм от поверхности (кри-
вая 1) и в канале, открытом в полость формы (кривая 2). Обе кривые регистрируют повы-
шенное давление газа.
На рисунке 1.4.11в представлена кривая изменения давления газа на расстоянии
25 мм от поверхности стальной отливки толщиной 100 мм в условиях закрытой формы без
прибылей и выпоров.
На рисунке 1.4.11г сравнивается давление в верхней половине формы в переуплот-
ненной и недоувлажненной части (кривая 1) и в нормально набитой части (кривая 2).
В обоих случаях наблюдается незначительное повышение давления, обеспечивающее по-
лучение качественных отливок.
Представленные кривые показывают, что в связи с изменением газопроницаемости
(плотность набивки, влажность и др.) давление газа в поверхностном слое формы может
составлять 500—3500 Н/м2.
Рекомендуемое давление газа в форме или стержне не должно быть более 780 Н/м2.
На рисунке 1.4.12 представлена отливка «Маховичок» с дефектом газовая раковина
окисленная и фосфидным «выпотом». В результате сильного уплотнения формовочной смеси
газопроницаемость формы снизилась до 40 ед. Отсутствие вентиляционных наколов при-
вело отливку к образованию раковины. Повышение газопроницаемости формы до 70 ед.
с выполнением наколов способствовало ликвидации дефекта.
§6 . Вентиляционные наколы
Вентиляционные наколы в форме значительно сокращают длину пути фильтрации газа
и дают возможность снижения его давления. В первоначальный момент заполнения фор-
мы металлом возникает обильное выделение газа от стержней и формы. Если давление газа
превысит 780 Н/м2 (8 г/см2) [34], то может возникнуть реальная опасность образования
газовых раковин в отливке (см. 1.1. §4).
На рисунке 1.4.13 представлена отливка «Корпус шестерни» с открытой газовой ра-
ковиной в верхней части. Отсутствие вентиляционных наколов при повышенной газотворной
способности смеси (более 20 см3 /г смеси) способствовало возникновению дефекта. Вы-
полнение требуемых вентиляционных наколов на поверхности формы и снижение газо-
творности смеси до 14 см3 /г смеси способствовало ликвидации дефекта.
На рисунке 1.4.14 представлена отливка «Гиря» с открытой газовой раковиной в вер-
хней части. Как и в предыдущем случае (рис 1.4.13), отсутствие вентиляционных нако-
лов при повышенной газотворной способности смеси способствовало возникновению де-
фекта. Выполнение требуемых вентиляционных наколов на поверхности формы и снижение
газотворности смеси до 14 см3 /г смеси способствовало ликвидации дефекта.
42
Раздел 1
§7 . Вентиляция формы и стержня
При заливке металла начинается интенсивная газификация горючих составляющих
формы и стержня. В форме и стержне создается избыточное давление газа, который
должен выходить через выпора, наколы на верхней полуформе и газоотводы из стерж-
ней и формы. Задача газоотводящих каналов состоит в том, чтобы они обеспечили сни-
жение давления газа в форме. При таких условиях давление металлостатического напо-
ра будет больше суммарного давления газов от стержня и формы, и газ не пойдет в металл
(см. 1.2. §9).
Вентиляция стержней играет решающую роль в ликвидации газовых раковин. На ри-
сунке 1.4.15 представлена отливка «Корпус раздаточный», в которой со стороны стержня
имеется газовая раковина цвета недолитой отливки, сферической формы, размером 7 мм
по наибольшему измерению. Дефект образовался в результате отсутствия вентиляцион-
ного канала в стержне. После выполнения операций, приведенных в тексте к рисунку 1.2.11,
дефект не возникал. Понижение давления газа в стержне осуществилось за счет уменьше-
ния максимальной длины пути фильтрации газа.
§8 . Захват воздуха
Для исключения захвата воздуха струей заливаемого металла рекомендуется:
1) понизить высоту падения струи металла при заливке форм;
2) струя металла должна быть правильной формы — круглая. Разбрызгиваемая, не-
правильной формы струя металла увлекает большое количество воздуха;
3) литниковая чаша, по возможности, должна быть большего размера для всплыва-
ния захваченных пузырей воздуха;
4) исключить возможность образования вихревого закручивания металла в литни-
ковой чаше или воронке, что появляется при низком уровне металла во время
заливки;
5) исключить острые углы стояков и питателей, создающих условия сужения струи
металла и подсоса воздуха из формы, особенно при увеличенном диаметре стояка;
6) выполнить шлаковик увеличенной протяженности и достаточной высоты;
7) уменьшить скорость заливки металла;
8) повысить газопроницаемость верхней полуформы: увеличить фракцию песка до
04, понизить плотность набивки, увеличить количество наколов в местах образо-
вания газовых раковин, уменьшить толщину наносимого противопригарного по-
крытия. '
На рисунке 1.4.16 представлена увеличенная часть отливки «Гильза» с окисленной
газовой раковиной. При заливке формы с большей высоты турбулентный поток металла
захватил воздух, вовлек его в литниковую систему и далее в отливку. Газовый пузырь под-
нялся в верхнюю часть отливки и задержался в термическом узле. Здесь в газовую рако-
вину выдавился фосфидный выпот — расплав легкоплавкой эвтектики. При соблюдении
режима заливки газовые раковины в этой отливке значительно снизились.
§9 . Заливка форм металлом
Время заливки стали
Время заливки зависит от размеров и особенностей конструкции отливки, литейных
свойств определённой стали, теплоаккумулирующих свойств материала формы и др. Для
Г а з о а ы е
раковины
43
получения тонкостенных отливок, имеющих развитую поверхность стенок, требуется умень-
шение времени заливки, чтобы не допустить образования недоливов и спаев. При изго-
товлении же отливок, склонных к образованию подкорковых газовых пузырей, требуется
увеличение времени заливки для свободного удаления газа из полости формы.
Продолжительность заливки определяется по следующей формуле [7]:
Т = , в секундах,
где: s — коэффициент времени, зависящий от технологической сложности отлив-
ки, её массы, расчётной толщины стенок отливки и типа стали;
80— расчётная толщина стенок отливки, зависящая от её конструкции, протя-
жённости плоских поверхностей, высоты отливки и др. (определяется по таб-
лице 1.4.1);
G — масса жидкой стали, кг, расходуемая на заливку форм, равная
G=GO+G1+AG1),
где: Go — масса отливки, кг; Gn — масса жидкой стали, расходуемой на литниковую
систему, кг; AGn — масса жидкой стали, расходуемой на заполнение прибылей
до уровня АНп, кг.
Пример: для отливок массой 500-1000 кг в формах из жидкостекольных смесей s имеем следующие
значения:
рГолщина стенок отливки, мм 15 25 40 50 60
Коэффициент s 1,3 1,2 1,1 1,05 1,0
Для отливок, склонных к образованию внутренних напряжений, трещин и усадочных
раковин, коэффициент s желательно увеличить на 0,1—0,2. Отливки, изготовляемые в ме-
таллических или песчаных формах с большим числом холодильников, следует заливать
быстрее и значение s для них уменьшить на 0,1—0,2.
Найденное время рекомендуется проверять соотношением:
где: и — скорость подъёма расплава в форме, см/с;
Н — высота отливки по положению при заливке, см.
При толщине стенок 7—10 мм скорость подъёма и должна быть не менее 20 мм/с;
при 10—40 мм и>10 мм/с; при толщине более 40 мм — >8 мм/с.
Если и окажется недостаточным, то нужно уменьшить время заливки или же изме-
нить положение отливки в форме.
44
Раздел I
Таблица 1.4.1. Пример определения расчетной толщины стенки 60
Отливки ( Зхема формы бо
Равносторонние с развитой поверхностью стенок В-' р.м.0 <г .U. Л а б0= а
'нТ t 1
Типа плит В' р.м.0 Д-| а J 1 1 *- т 1 1 бо = а при b/а < 2
н,, 1 1 1 _ . . Л 1 _id 1 - —\
Типа балки, бруса, бандажа G>> f ! б0=(а+Ь)/4 при b/а > 4
Типа втулок и цилиндров В р.м.0 Н \1 \ 1 \ / 1 1 с 1 * 1 ' 1 1 L—- ' о > г б0= а при Ь/а >4 б0= 0,75 а при b/а = 2^4 бо=(а+Ь)/4 при Ь/а < 2
Типа зубчатых колес и (7? 1 1 жВ р.М.0 ”Н жВ р.М.0 ”Н При подводе питателей: 1) только в ступицу или обод - бо= а при отношении Ь:а>8, бо= 1,25 а при отношении Ь:а<8 2) в обод и ступицу - бо= 1,25 а при отношении Ь:а>8; бо= 1,5 а при отношении Ь:а<8;
• Н’
о| 1
- -Т- / 1 У - L _ ' 1 г*—^1
t ь }
Г □ з о в ы е
раковины
45
Рис. 1.4.9а. Отливка «Коллектор»
с окисленной газовой раковиной
Рис. 1.4.96. Дефект отливки
«Коллектор» (увеличено)
Рис. 1.4.11. Давление в порах стенок формы: а - чугунная отливка, открытая форма:
1-10 мм от поверхности, плотная набивка, высокая влажность; 2 — тоже слабая набивка, низкая влажность;
б — чугунная отливка, закрытая форма: 1 — 10 мм от поверхности; 2 — открытый вентиляционный канал;
в — стальная отливка, закрытая форма 25 мм от поверхности;
г — чугунная отливка, закрытая форма: 1 — плотно набитая с низкой влажностью; 2 — слабо набитая форма
Рис. 1.4.10. Отливка «Поворотный рычаг» Рис. 1.4.12. Отливка «Маховичок» с окисленной
с окисленной газовой раковиной газовой раковиной
46
Раздел 1
Рис. 1.4.13. Отливка «Корпус шестерни»
с окисленной газовой раковиной
Рис. 1.4.14. Отливка «Гиря»
Рис. 1.4.15. Отливка «Корпус раздаточный»
с окисленной газовой раковиной
Рис. 1.4.16. Фрагмент отливки «Гильза»
с газовой раковиной
Рис. 1 4.18. Отливка «Опора»
с газовой раковиной
Рис. 1.4.17. Корпусная отливка
с окисленной газовой раковиной
Г а з о в ы е
раковины
Скорость заливки чугуна
Для получения качественного литья очень важными являются температура заливае-
мого чугуна и весовая скорость заливки. Это продиктовано конструкцией отливок и тех-
нологией их изготовления. Если учесть, что одни отливки подвержены газовым ракови-
нам, другие — усадочным, третьи — трещинам, четвертые — комбинации из перечисленных
и т.д., то становится очевидным индивидуальный подход по температуре и скорости за-
ливки металла. Например, для ликвидации раковин газовых окисленных требуется повы-
шенная температура чугуна и пониженная скорость заливки, а для ликвидации газоуса-
дочных раковин — пониженная температура и повышенная скорость заливки (в среднем
на 10—15% от расчетной).
При расчете литниковой системы необходимо правильно определить начальные па-
раметры расчета и учитывать следующие требования:
• форма должна заполняться металлом за оптимальное время с определенной ско-
ростью;
• сечения литниковой системы должны обеспечивать поступление жидкого метал-
ла в самые удаленные от заливки участки формы с сохранением требуемой жид-
котекучести чугуна;
• при расчетной продолжительности заливки скорость металла, вытекающего из пи-
тателей, должна быть небольшой для сохранения формы от перегрева и размыва;
• расчетные формулы должны учитывать конструктивную и технологическую осо-
бенности отливки, её склонность к конкретной дефектности.
Высокая скорость заливки способствует возникновению газовых раковин. На рисун-
ках 1.4.17 и 1.4.18 представлены отливки с газовой раковиной синего цвета. Повышенная
скорость заливки, неудовлетворительная вентиляция и недостаточная температура зали-
ваемого металла привели к возникновению дефекта.
§10 . Сифонный способ заливки
Сифонная заливка стали применяется в ряде случаев для средних и крупных отливок
(от 100 кг и выше) при значительной толщине стенок развитой поверхности, сравнитель-
но невысоких. Такой способ заливки создаёт следующие преимущества [49]:
• минимальные условия размыва формы и образования засоров;
• получение качественной поверхности в нижних частях отливок;
• направленный выход воздуха и газа через верхнюю часть формы.
Для улучшения выхода газа в верхней части формы следует выполнить открытые
(в ряде случаев карандашные) выпоры и прибыли. Через карандашные выпоры проходит
воздух, но металл в них не проникает, так как сечения выпоров малы и жидкотекучесть
стали при проходе по ним близка к нулю [1].
Для формирования направленного затвердевания отливки рекомендуется подача первых
порций стали сифоном, а последующих под затопленный уровень.
§11 . Разное, или Советы бывалого
1. Заделка дефектов стержней и форм ремонтным составом. Ремонтный состав содер-
жит вещества (лигносульфонат, декстрин, жидкое стекло, вода и др.), обладающие
повышенной газотворностью и гигроскопичностью. В связи с этим ремонту под-
вергаются забоины площадью до 4 см2 и глубиной до 1 см. Отремонтированная часть
стержня должна быть просушена на всю глубину.
2. Раковины по линии разъёма. Возникновение таких раковин является результатом
48
Раздел 1
скопления газа между верхней и нижней полуформой и затруднённое удаление газа
через линию разъёма. Это возникает :
• при расположении утолщённой части отливки вблизи разделительной линии;
• в случае изготовления в одной опоке увеличенного количества отливок с вен-
тиляцией одних через другие.
Рассмотренная проблема решается выполнением наколов на поверхности формы
для улучшения вентиляции.
3. Близкое расположение элементов литниковой системы, стенок или шпон опоки к по-
верхности отливки. Если указанные элементы находятся слишком близко к повер-
хности формы, то вентиляция формы в этом месте будут недостаточной и возникнет
возможность образования газовых раковин.
4. Переуплотнение отдельных мест формы. При чрезмерном переуплотнении формы
возникают плотные участки с затруднённой фильтрацией газа. В основном это
бывает над выступающими местами моделей, где в связи с затруднённой фильт-
рацией возникают газовые раковины. Нанесение на поверхности формы наколов,
не доходящих до отливки на 1 см, решит проблему возникновения раковин.
5. Посторонние материалы. Наличие в формовочной смеси шпилек, окалин, гвоздей,
брызг металла, комьев глины, злаковых, кокса и др. создает возможность образо-
вания газовых раковин. Перед изготовлением смеси песок просеивается, а изго-
товленная смесь должна подвергаться магнитной сепарации.
6. Некоторые предложения по отливке головки блока цилиндров. При подходе к лик-
видации газовых раковин зачастую начинают борьбу не с причиной, а со следствием
образования газовых раковин, т.е. стремятся вывести газовые пузыри из расплав-
ленного металла. Примером этого могут служить безуспешные приёмы вывода газа
из отливок головок блока цилиндров, в частности, установкой щелевых выпоров,
изменением температуры заливаемого металла и времени заливки, мест подвода
металла и т.д. В действительности надо бороться с причиной возникновения —
не допускать проникновения газа из ленточных стержней в расплав металла. Дей-
ственным является реальное обеспечение вывода газа через знаковые части стер-
жня, не заливаемые металлом. При этом знаковые части должны сообщаться с ат-
мосферой сплошным вентиляционным отверстием. Этим значительно понижается
газовое давление в стержне, поскольку резко уменьшается длина пути фильтра-
ции газа. Оставшееся давление газа в стержне не в состоянии преодолеть поверх-
ностное натяжение металла в форме. Моделирование условий понижения давле-
ния газа можно произвести на автоматизированной системе «Моделирование
газового режима литейной формы» [13], которая позволит в короткий срок решить
проблему ликвидации газовых раковин [14].
Г а з о в ы в
раковины
49
Глава 1.5. Раковина сферической формы, поверхность
с цветами побежалости
Описание дефекта
Внутренние полости преимущественно
сферической формы с гладкими блестящи-
ми стенками, отдельные или расположен-
ные небольшими группами. Размеры их
бывают обычно больше 2 или 3 мм и в раз-
ных отливках неодинаковы. Цвет поверхно-
сти раковин резко отличается от светлых и
от окисленных наличием радужной, очень
тонкой пленки окислов. чаще всего розова-
то-фиолетовой. Дефект представлен внут-
ренними полостями, отдельными или не-
большими группами [28].
Формирование раковин
Описанный дефект может возникнуть
в результате следующих причин:
• взаимодействие частиц шлака с ме-
таллом в форме, в результате чего
выделяются газы;
• реакции окисления в ванне плавиль-
Рис. 1.5.1. Отливка «Фланец»
с раковиной сферической формы,
поверхность раковины имеет цвета побежалости
ной печи жидкого металла вызывает появление жидких или твердых окисей, а за-
тем, в результате их восстановления углеродом, газовых пузырей;
• реакции жидкого металла и его окислов с огнеупорными материалами плавильных
печей, ковшей или материалами формы;
• недостаточно эффективное удержание шлаков в литниковой системе;
• повышенное содержание элементов, имеющих высокое сродство к кислороду: та-
ких, как титан, алюминий, кальций, содержащихся в модификаторах.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1. Газотворность стержня и формовочной смеси
Повышенная газотворность формы приводит к возникновению газовых раковин. Для
снижения этой опасности рекомендуется:
Стержневая смесь
Необходимо установить оптимальный состав стержневой смеси с газотворностью не
более 10 куб. см на грамм смеси (см. 1.4. §4).
Формовочная смесь
Формовочная смесь должна содержать минимальное количество газотворных ма-
териалов — воды, органических связующих, противопригарных добавок, глины и др.
50
Раздел 1
Наиболее газотворна вода, поэтому содержание ее в смеси должно быть ограничено (см.
1.4. §4).
Формовочная смесь при изготовлении отливки «Фланец» (рисунок 1.5.1) имела по-
вышенную газотворную способность. При механической обработке отливки были обна-
ружены раковины с цветами побежалости.
§2 . Ремонтный состав стержней
В качестве информации о газотворности ремонтных составов стержней рекомедуется:
1. Ремонтные составы содержат вещества (лигносульфанат, декстрин, жидкое стек-
ло, вода и др.), обладающие повышенной газотворностью и гигроскопичностью.
2. В связи с повышенной газотворностью ремонтного состава и неотверждения его
при коротком цикле подсушки отремонтированных стержней, необходимо запретить
ремонт стержней с дефектом, размеры которого превышают требования техноло-
гического процесса.
3. Рекомендуемый размер дефектов, подлежащих ремонту: площадь — до 4 см2; глу-
бина — до 1см.
Стержень фрагмента отливки «Лапа» (рис 1.5.2) имел забоину площадью 6 см2 и
глубиной 2 см. Для заделки забоины использовался ремонтный состав на основе
лигносульфата, обладающего повышенной газотворностью. Локальное выделение
газа поразило отливку раковинами, в том числе и с цветами побежалости.
§3 . Заливка форм металлом
Время заливки стали
Время заливки зависит от размеров и особенностей конструкции отливки, литейных
свойств определённой стали, теплоаккумулирующих свойств материала формы и др. Для
получения тонкостенных отливок, имеющих развитую поверхность стенок, требуется умень-
шение времени заливки, чтобы не допустить образование недоливов и спаев. При изго-
товлении же отливок, склонных к образованию подкорковых газовых пузырей, требуется
увеличение времени заливки для свободного удаления газа из полости формы (см. 1.4. §9).
Скорость заливки чугуна
Для получения качественного литья очень важными являются температура заливае-
мого чугуна и весовая скорость заливки. Это продиктовано конструкцией отливок и тех-
нологией их изготовления. Если учесть, что одни отливки подвержены газовым ракови-
нам, другие — усадочным, третьи — трещинам, четвертые — комбинации из перечисленных
и т.д., то становится очевидным индивидуальный подход по температуре и скорости за-
ливки металла (см. 1.4. §9).
§4 . Газопроницаемость стержней и формовочной смеси
Газопроницаемость стержня
Для улучшения удаления образующихся газов из стержней их газопроницаемость дол-
жна быть на достаточно высоком уровне. Стержни, отверждаемые в оснастке, должны иметь
газопроницаемость не менее 130 ед., а отверждаемые в тепловых сушилах — не менее 100 ед.
Рекомендации по повышению газопроницаемости стержня изложены в 1.1. §3.
Газопроницаемость формы
Снижение возможности образования газовых раковин может быть достигнуто повы-
Г а з о а ы в
роковины
51
шением газопроницаемости формовочной смеси до 80 ед. Компенсировать недостаточность
газопроницаемости смеси можно за счет хороших вентиляционных каналов из стержней
и увеличенным количеством наколов на форме верха (см. 1.1. §3).
§5 . Насыщение металла газом при плавке и заливке
Сталь
К обычным печным газам, окружающим металл в процессе его расплавления, рафи-
нирования или разливки, относятся азот, кислород, водяные пары, продукты горения —
окись углерода, углекислый газ, сернистый газ и др. (см. 1.1. §6).
Чугун
1. При плавке чугуна в вагранке его окисление связано со следующими причинами:
• большой расход воздуха при недостаточном количестве кокса;
• зависание шихты при использовании крупных металлических отходов;
• низко расположенные или сильно наклоненные фурмы;
• применение мелкой и ржавой шихты, марганцевой руды, боя изложниц;
• использование крупных и плотных стальных отходов, плавящихся в окислитель-
ной зоне вагранки.
2. При плавке чугуна в индукционной печи необходимо ограничить использование
листовых стальных отходов.
3. Выдержка жидкого чугуна в тигле индукционной печи должна проводиться при
температуре не менее 1350°С, поскольку в этом случае окисляющая способность
меньше.
4. Необходимо исключить попадание в отливку шлаковых включений, содержащих
закись железа и сульфид марганца.
5. Нельзя допускать разницу между содержанием кремния и марганца меньше 0,5%.
С уменьшением содержания кремния раковины от окиси углерода увеличиваются.
Экспериментальная отливка (рис. 1.5.3) была поражена газовой раковиной с по-
верхностью синевато-розового цвета и с фосфидным «выпотом», имеющим такой
же цвет. Металл был сильно загрязнен окислами железа от окисленной чугунной
стружки.
6. Для уменьшения окисления металла его зеркало следует засыпать древесным уг-
лем. Ковши должны быть очищены от шлака. Литниковая система должна быть
спроектирована с хорошими шлакоуловителями (см. 1.1. §6).
Формовочная смесь отливки «Фланец» (рис. 1.5.4) имела примесь молотой ока-
лины. Механическая обработка отливки вскрыла газовые раковины, в том числе
и с цветами побежалости.
§6 . Температура заливаемого металла
Одной из важных причин возникновения дефекта является заливка в формы остыв-
шего металла.
Холодный металл и его низкая текучесть могут указывать на наличие окиси железа
или захват окисей из огнеупоров, наличие невыделившегося растворенного водорода и т.д.
Нагрев металла до высокой температуры способствует диффузии растворенных газов в поток
пузырьков, поднимающихся к поверхности. В первую очередь диффундирует водород, затем
остальные газы по порядку своей диффузионной способности. Небольшая выдержка на-
гретого металла в ковше способствует завершению диффузионных процессов.
52
Раздел 1
Для снижения возможности образования газовых раковин рекомендуемая темпера-
тура заливаемого чугуна 1360- 1390°С. Перед заливкой металл необходимо выдержать в ковше
для всплытия пузырьков газа.
Для снижения возможности образования газовых раковин в стальном литье рекомен-
дуется повышение температуры стали на 10—15 градусов от принятой по заводскому
регламенту.
При повышении температуры уменьшается опасность образования объемных газовых
раковин и увеличивается опасность образования поверхностных раковин. Наибольшей
опасности подвергаются места с напряженными тепловыми потоками как например, во
внутренних узлах отливок. Наименее подвержены образованию поверхностных раковин
тонкостенные места отливки. Для удаления газовых пузырей из жидкого металла наибо-
лее эффективно повышение температуры заливаемого металла. Во-первых, уменьшается
вязкость металла, а время до образования корки металла увеличивается. Во-вторых, уве-
личение температуры металла в этом интервале незначительно увеличивает скорость га-
зообразования и повышение давления газа в форме. Таким образом, при повышенной тем-
пературе заливки металла увеличивается время, в течение которого возможно удаление
пузырей газа из отливки. С другой стороны, при повышении температуры заливки воз-
можно увеличение количества усадочных или других дефектов. Поэтому для отливок каждого
типа температуру заливки следует устанавливать с учетом всех факторов, влияющих на
качество литья.
§7 . Вентиляция формы и стержня
При заливке металлом начинается интенсивная газификация горючих составляющих
формы и стержня. В форме и стержне создается избыточное давление газа, который дол-
жен выходить через выпоры, наколы на верхней полуформе и газоотводы из стержней и фор-
мы. Задача газоотводящих каналов состоит в том, чтобы они обеспечили снижение давле-
ния газа в форме. При таких условиях давление металлостатического напора будет больше
суммарного давления газов от стержня и формы и газ не пойдет в металл (см. 1.4. §9).
Более подробная информация о вентиляции литейной формы приведена в разделах «Длина
пути фильтрации газа* и «Направленность потока заливаемого металла» в 1.4. §1 и §2.
§8 . Разное, или Советы бывалого
1. При использовании формовочной смеси следует проводить тщательный контроль
и удаление случайных посторонних предметов из её массы (окалина, кокс, брыз-
ги металла, комья глины, куски лигатуры и др.). Эти предметы могут вызвать по-
явление газовых раковин при их контакте с заливаемым металлом.
2. При плохом перемешивании формовочной смеси возможно появление участков
с повышенной газотворной способностью, хотя запись в журнале испытаний смеси
может показывать нормальное состояние газотворности. Оператор должен стро-
го соблюдать время перемешивания по часам. Изношенные или поднятые сверх
нормы отвальные скребки смесителя, плохо вращающиеся или неподвижные да-
вящие катки также отрицательно влияют на качество смеси.
3. Продолжительное кипение в печи металла удалит растворённые в нём газы вслед-
ствие диффузии их в поток пузырьков СО и СО2 , поднимающихся к поверхнос-
ти. Водород поднимается быстрее остальных, затем остальные газы в порядке своей
скорости диффузии. Раскисление металла должно заканчиваться в ковше. Резуль-
татом неправильной дегазации стали может быть образование мелких газовых ра-
ковин.
Газовые
раковины
53
4. Прерываемая заливка и заливка с
большой высоты над формой способ-
ствуют введению в форму растворён-
ных газов. Медленная заливка или
заливка остывающего металла оказы-
вают такое же влияние, как и преры-
вистая.
Рис. 1.5.2. Фрагмент отливки «Лапа»
с газовой раковиной
Рис. 1.5.3 Экспериментальная отливка
с газовой раковиной
Рис. 1.5.4. Отливка «Фланец» с газовой раковиной
Раздел 1
Глава 1.6. Раковина шлакогазовая, сферической формы,
окисленная, возможен желтоватый налет
Описание дефекта
Чаше всего такой дефект представля-
ет сочетание газовом раковины со шлако-
вым включением. где шлаковое включение
по объему меньше окружающей его рако-
вины Подобного рода дефекты единичны
или расположены неравномерными груп-
пами Стенки раковин никогда не бывают
светлыми, неокисленными. Чаще всего на
поверхности шлакогазовой раковины име-
ется желтоватый налет шлаковой пленки.
Раковина может не иметь сферической
формы Дефект обычно наблюдается в вер-
хней части отливки.
Рис. 1.6.1. Раковина шлакогазовая, сферической
формы, окисленная, возможен желтоватый налет
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Выдержка металла для всплытия шлака
Шлак попадает в расплав при механическом перемешивании его в процессе плавки
и при переливе из плавильного агрегата в ковш. Вместе со шлаком в металл попадают окис-
лы, пузырьки растворенного газа, частицы оплавившемся кладки вагранки, печи и др.
В процессе выстоя металла в ковше происходит всплытие частиц шлака на поверх-
ность металла вследствие их меньшего удельного веса. При этом чем будет выше темпе-
ратура металла и меньше вязкость шлака, гем интенсивней будет происходить процесс
всплытия шлака.
Одновременно со всплытием шлака будут удаляться пузырьки растворенного в металле
газа, по пути захватывая более мелкие пузырьки газа и частицы инородных включении, в
том числе и окислов.
Скопившийся на зеркале металла шаак счищают скребком до полного удаления его
с поверхности.
При выдержке металла в ковше происходит снижение его температуры следующим
образом:
Емкость конических ковшей Снижение температуры, °C в минуту
Чугун Сталь
до 100 кг 20-30 30-60
250 - 400 кг 10-20 18-40
630 - 1000 кг ДО 10 15-20
1 - 5 т ДО 5 до 12-15
Г а з о в ы е
раковины
55
Конические ковши теряют темпера-
туру металла примерно в 2 раза быстрее,
чем барабанные, за счет теплоизлучения
с зеркала металла.
Для уменьшения теплопотерь стали
рекомендуется применять крышки с тер-
моизоляцией, для чугуна — зеркало метал-
ла рекомендуется покрывать слоем кокса
и применять крышки с термоизоляцией.
Шлакоулавливающие перегородки
чайниковых ковшей приведены в 1.1. §9.
Рис. 1.6.2. Отливка «Гильза»
со шлакогазовыми раковинами
При взаимодействии попавшего в отливку шлака с формой возникли шлакогазовые
раковины, в ряде случаев, с тёмной блестящей шлаковой плёнкой. Дефект отливки (ри-
сунок 1.6.2) устраняется выдержкой металла в ковше после сфероидизирующего модифи-
цирования.
§2 . Разливочные ковши для удерживания шлака
Одной из основных функций ковшей является удержание шлака, который снимается
с поверхности чугуна после заполнения ковша и перед заливкой металла в форму. При за-
ливке чугуна из крупных ковшей шлак следует снимать и в процессе заливки. Для удер-
жания и предотвращения попадания шлака из ковшей в форму в конических ковшах пре-
дусматриваются специальные перегородки [51], представленные на рисунке 1.6.3.
Выполняются шлакоуловители в виде перегородки внутри корпуса ковшей, в носке (для
крупных ковшей) или в виде сифонного канала. Изготовляются они из шамотных кирпи-
чей. Футерование носка крупных ковшей или перегородки мелких и средних ковшей про-
изводится составом на жидком стекле.
При заливке из ковша со шлакоотделителем последний должен быть заглублен в жидкий
металл, препятствуя тем самым попаданию шлака в струю. В случае заливки из одного ковша
нескольких форм ковш при переходе на следующие формы не поворачивается в исходное
положение, а поворачивается настолько, чтобы исключить вытекание чугуна из носка. При
наборе металла в ковши со шлакоотделителями струя металла не должна попадать на шла-
коотделитель и создавать настыли на нем.
§3 . Шлакоулавливающая литниковая система
Для изготовления мелких и средних отливок металл заливают обычно через носок
ковша, поэтому велика опасность попадания шлака в отливку (рисунок 1.6.46). На рисунке
1.6.4а представлена заливка металла в литниковую чашу, где струя металла попадает
вначале в полость М, в результате чего снижается напор металла и создаются условия для
частичного отделения шлаковых включений [51].
На практике применяют системы, которые обеспечивают лучшее улавливание шла-
ка. С этой целью устанавливают литниковые чаши с перегородками, различного рода филь-
трующие и шлакоулавливающие устройства.
Для того чтобы частицы шлака не попали в отливку, они должны иметь возможность
всплыть на поверхность и остаться в шлакоуловителе. При изготовлении средних по мас-
се и крупных отливок литниковые чаши часто выполняют в отдельных надставках, как
показано на рисунке 1.6.5. При закрытой пробке чашу наполняют металлом, шлак всплывает
на поверхность металла и после поднятия пробки чистый металл заполняет форму.
56
Раздел 1
Рис. 1.6.3. Чайниковый ковш:
I — кожух ковша; 2 — огнеупорная перегородка,
задерживающая шлак при заливке;
3 - огнеупорная футеровка; 4 — подвеска ковша;
5 — крюк подъемного крана
Рис. 1.6.4. Заливка металла в литниковую чашу
Рис. 1.6.5.
Шлакоулавливающие литниковые чаши:
I — опока литниковой чаши; 2 — шлакоотделяющая перегородка;
3 — огнеупорная вст< ка; 4 — формовочная смесь;
5 — участок заливки металла и шлакоулавливания;
6 — участок окончательного отделения шлака от металла;
7 - участок заливки металла в форму; 8 — пробка для задержки
поступления металла в форму; 9 — шлак на поверхности металла:
а) имеет перегородку, обеспечивающую лучшее задержание шлака; чаша на рисунке б) обеспечивает
лучшее всплытие и задержание шлака приданием расплаву центробежного вращения; особенностью
мерной чаши рисунка в) является то, что объем ее соответствует металлоемкости литейной формы
Г а з о в ы в
раковины
57
2
в)
На практике чаще применяют прямые
шлакоуловители трапециевидного сечения, в
которых движение частицы шлака определя-
ется скоростью ее движения в горизонталь-
ном и вертикальном (всплытии) направлени-
ях (рис. 1.6.6а,б). Чем больше отношение
вертикального перемещения к горизонталь-
ному, тем быстрее частица шлака достигнет
потолка шлакоуловителя и не будет увлече-
на в отливку [32, 42].
Увеличение эффекта шлакоулавливания
достигается:
• увеличением площади поперечного
сечения шлакоуловителя, его высо-
ты или длины;
• установкой дросселя, фильтров, пе-
регородок перед шлакоуловителями;
• повышением температуры заливае-
мого чугуна.
Центробежные шлакоуловители ис-
пользуют для ответственных отливок. Такие
шлакоуловители представляют собой цилин-
дрические полости, в которые металл вво-
дится по касательной (рис. 1.6.6в). При вра-
щении металла легкие шлаковые частицы
под действием центробежной силы собира-
ются в центре шлакоуловителя и не попада-
ют в питатель.
Литниковая система для стали должна
быть построена таким образом, чтобы час-
тицы шлака, попадающие вместе с металлом
из ковша, были задержаны и не попали в по-
Рис. 1.6.6. Схемы литниковых систем
со шлакоулавливанием:
а) - тормозящая; б) — дроссельная;
в) —с центробежным шлакоуловителем;
1 — литниковая чаша; 2 - стояк; 3 — шлакоуловитель;
4 - питатели; 5 — отливка; 6 — дроссель
58
Раздел 1
лость формы. Задержка шлака производит-
ся в шлакоуловителях различных видов.
Шлаковые частицы, находяшиеся в тур-
булентном потоке металла, наряду с всплы-
ванием участвуют в движении самого потока.
Для того, чтобы шлаковая частица могла
всплыть в шлакоуловитель, он должен быть
определённой расчётной длины и величины.
Длительна>1 практика серийного произ-
водства рекомендует применять на стальных
Рис. 1.6.7. Конфигурация шлакоуловителя.
1ш — расчетная минимальная длина шлакоуловителя
и чугунных отливках шлакоуловители со
сборниками, имеющими конфигурацию,
представленную на рисунке 16 7 [251.
Как видно из рисунка 1.6.7, практика
привела к отношению плошадей сборника и
литника, равному 3,5, и отношению длины
к высоте, равному 4,5.
Частица, всплывшая в шлакоуловителе
на поверхность металлического потока дей-
ствительно будет задержана на нём только
при условии, что шлакоуловитель заполнен
и литниковая система замкнута.
Внедрение шлака в отливку «гильза ци-
линдров» (рисунок 1.6.8) произошло из-за
плохой шлакоулавливаюшей системы разли-
вочного ковша и литниковой системы в
форме. Шлакогазовые раковины — две шаро-
образные полости с неблестящими поверхно-
стями, содержащие внутри частицы шлака.
Дефект образовался вследствие взаимодей-
ствия шлакового включения с углеродом чу-
гуна. Обе раковины соединены частицей
шлака.
§4 . Вагранка с копильником
Рис. 1.6.8. Отливка «Гильза цилиндров»
со шлаковой раковиной
В вагранках с копильником жидкий
чугун с лещади через переходную летку не-
прерывно перетекает в копильник, представ-
ляющий собой цилиндрический сосуд, футе-
рованный шамотным кирпичом с набивной
Рис. 1.6.9. Фрагмент отливки
со шлаковыми раковинами
лещадью и двумя летками для выпуска чугуна
и шлака [51]. В копильнике накапливается
необходимый запас чугуна, происходит его
выравнивание по хим. составу и температуре, а также отстаивание от шлака. По мере на-
копления шлака в копильнике его скачивают через шлаковую летку. Отстоянный от шла-
ка чугун через летку переливают в ковш. Для непрерывного выпуска металла и шлака при-
меняются различные сифонные устройства. Вагранки длительного действия снабжаются
в большинстве случаев двумя компрессионными шлакоотделителями, имеющими метал-
Г а з о в ы е
раковины
59
лический и шлаковый сифоны. Эти шлакоотделители работают попеременно и обеспечи-
вают удаление всего чугуна и шлака из горна вагранки, благодаря чему исключается воз-
действие жидких компонентов на футеровку горна.
При отсутствии копильника на вагранке и чайникового ковша при разливке чугуна
возможно попадание частиц шлака в отливку На отливке (рисунок 1.6.9) видны шлакога-
зовые раковины, образованные при взаимодействии частицы шлака с углеродом металла.
§5 . Состав шлака с пониженной вязкостью
Сталь
Для свободного всплытия на поверхность стали шлак должен иметь пониженную вяз-
кость, т.е. быть жидкотекучим и содержать минимальное количество окислов [49].
Для уменьшения содержания окислов в шлаке кислого процесса шлак удаляют через
выпускное отверстие. После скачивания шлака наводят новый, вводя в печь смесь квар-
цевого песка с известью и шамотным боем, молотый 75%-ный ферросилиций и молотый
кокс. Шлак перед выпуском содержит (в %): 20—25 СаО; 3—5 FeO; 3—5 МпО; 3—5 А12О3 и
65—68 SiO2. Жидкотекучесть в этот период высокая.
Для раскисления стали в металле после слива шлака вводят ферромарганец и
45%-ный ферросилиций в количестве 5 кг на 1 т жидкой стали. В ковше сталь раскисляют
алюминием в количестве 1—1,1кг на 1т. Особенностью кислой стали является её меньшая
газонасышенность и высокая жидкотекучесть.
При выплавке стали в основных печах для отливок чаще всего используют вариант
плавки под белым шлаком с раскислением стали ферросплавами в начале восстановитель-
ного периода.
Состав белого шлака, %: 60—65 СаО; 14—16 SiO2; 10—12 МпО; 5—10 CaF2; 2,5—4 AL2O3
и до 1,5 FeO.
Белый шлак наводят следующим образом: после скачивания окислительного шлака
в сталь вводят ферромарганец до требуемого содержания, затем на зеркало расплава за-
гружают смесь из 80% извести и 20%-плавикового шпата в количестве 1,5—3% массы ме-
талла. После образования жидкого шлака наводят белый шлак из извести, плавикового шпата
и пылевидного кокса в соотношении 8:2:1. Как только шлак станет светлым, в смесь, по-
даваемую в печь, добавляют порошок ферросилиция, а количество кокса уменьшают. До
конца плавки белый шлак поддерживают подачей в печь восстановительной смеси из из-
вести, молотого ферросилиция, кокса и плавикового шпата.
Способствуя удалению серы и фосфора, основные шлаки в основной печи обладают
меньшей вязкостью, что способствует их более свободному всплыванию на поверхность
стали.
Чугун
Для образования шлака пониженной вязкости в вагранку подается известняк. При раз-
ложении и последующем расплавлении известняк соединяется с посторонними продукта-
ми, поступающими вместе с шихтой, оплавившейся футеровкой, золой кокса, продуктами
окисления шихты. Из-за уменьшения той или другой доли составляющих шлака изменяет-
ся его температура плавления, вязкость и основность. Наиболее тугоплавкими являются
окислы кремния, кальция и алюминия. Образование двойных и тройных соединений этих
окислов, особенно эвтектического состава, понижает температуру плавления шлака.
Например, эвтектика, состоящая из 62% SiO2, 14,75% А12О3 и 23,75% СаО, имеет тем-
пературу плавления П55°С.
60
Раздел 1
В таблице 1.6.1 представлены составы шлаков для чугунного литья. Наиболее подвиж-
ными являются шлаки состава: 45—50% СаО ; 35—40% SiO3, 10—25% А13О3. Уменьшение со-
держания СаО до 35% незначительно сказывается на вязкости шлака, а увеличение его
содержания свыше 50% приводит к резкому ее повышению; окислы FeO, MnO, MgO в обыч-
ных концентрациях, наоборот, значительно снижают вязкость шлака. Введение в состав
шлака вместо 1/3 части известняка плавикового шпата уменьшает вязкость шлака, массо-
вая доля FeO и МпО в шлаке резко снижается.
Таблица 1.6.1. Характерный состав шлаков
Процесс Мольная доля составных частей, % Основность
SiO2 СаО А12О3 МдО FeO + Fe2O3 MnO Р2О3 S СаО + МдО SiO2
Кислый 40-60 20-35 5-20 1-5 1-10 1-5 0,1-0,5 0,05-0,3 0,4-0,9
Основной 25-35 40-50 5-20 1-5 0,5-3,0 1-3 0,5-1,0 0,5-1,0 1,2-2,0
Количество шлака при кислом процессе составляет 5—8%, а при основном 8—10% от
массы чугуна.
§6 . Температура заливаемого металла
Температура заливаемого металла и его выдержка в ковше для всплытия неметалли-
ческих включений оказывает влияние на возможность образования шлакогазовых рако-
вин.
Сталь
Определение температуры заливки сводится к выбору необходимого перегрева ста-
ли, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовлении отливок из
углеродистой и низколегированной стали разных марок чаще всего достаточно иметь пе-
регрев стали на 60—90°С, чтобы обеспечить удовлетворительное отделение неметалличес-
ких включений до заполнения литейных форм. При изготовлении тонкостенных отливок
и отливок с повышенными требованиями к неровности поверхности допускается наиболь-
ший перегрев стали на 80—100°С. Это относится и к отливкам, когда возможно возникно-
вение шлакогазовых раковин.
В таблице 1.2.1 приведены интервалы температуры заливки углеродистой стали с учетом
использования шлакоулавливающей литниковой системы (см. 1.2. §7).
Чугун
Рассматриваемый дефект имеет металлургическое происхождение и может быть
вызван:
• занесением частиц шлака в отливку с последующим окислением и образованием
газовой оболочки;
• появлением в ванне жидкого металла жидких или твердых окисей, а затем, в ре-
зультате их восстановления углеродом, образуются газовые пузыри;
• повышенным содержанием титана, алюминия, кальция, содержащихся в модифи-
каторах.
Г а з о а ы в
раковины
61
Одним из мероприятий, снижающих вероятность появления рассматриваемого дефекта,
является удаление из металла вышеперечисленных составляющих. Это достигается повы-
шением температуры металла и его выдержки в ковше для всплытия частиц шлака, окис-
лов, растворенного газа и др. Перед заливкой шлак счищают с поверхности жидкого ме-
талла. Заливка рекомендуется из чайникового ковша или ковша с перегородкой для
удержания шлака.
Если при обычных условиях вагранка выдает чугун с температурой около 1350°С, то
существует ряд приемов повышения температуры чугуна:
• повышение расхода воздуха с 80—100 до 130—150 м3/м2 мм при 12—15%-ном рас-
ходе кокса дает увеличение температуры чугуна на 10—15%;
• использование трехрядной системы фурм позволяет повысить температуру чугу-
на на 15—20%;
• вдувание в вагранку подогретого воздуха позволяет получить чугун с повышени-
ем температуры на 70—100°С;
• обогащение дутьевого воздуха кислородом дает возможность увеличения темпе-
ратуры выпускаемого чугуна до 1440—1450°С;
• обработка чугуна кислородом в копильнике, на желобе, в конверторе или в ков-
ше позволяет повысить температуру жидкого металла на 80—100°С.
Отливка «Фланец» (рисунок 1.6.10) имеет шлакогазовую раковину, вызванную нали-
чием в расплавленном металле частицы шлака и возможностью образования газовой ра-
ковины из-за захвата воздуха заливаемым металлом. На рисунке 1.6.106 видно, что шлак,
находясь в жидком состоянии, покрыл часть поверхности раковины желтоватым налетом
с дополнительным образованием газа. Такой дефект был устранен повышением темпера-
туры металла и усовершенствованием литниковой системы, исключающей подсос возду-
ха заливаемым металлом.
§7. Снижение содержания шлака в стали
В ванну плавильной печи вместе с металлической шихтой попадают всевозможные
неметаллические вещества (ржавчина, формовочная смесь и др.). Печь, жёлоб, ковши и
литейная форма выкладываются из неметаллических огнеупорных материалов. В процес-
се плавки железо и его примеси частично выгорают и вместе с футеровкой образуют мно-
жество неметаллических продуктов [24].
Для устранения влияния на качество отливок неметаллических включений, к кото-
рым относится и шлак, необходимо проводить следующие мероприятия.
1. Использовать чистые или тщательно очищенные шихтовые материалы от ржав-
чины, остатков формовочных материалов, грязи и др.
2. Использовать для выкладки печей, жёлоба, ковшей более термостойкие шлако-
устойчивые материалы (шамотные, хромитовые, циркониевые, карборундовые, ди-
насовые, магнезитовые и др.).
3. Заправку подины, откосов и стен печей или ковшей проводить более тщательно
для предотвращения отрыва футеровки и попадания ее в жидкий металл.
4. Для лучшего всплывания неметаллических включений в шлак целесообразно про-
водить комплексное раскисление стали силикомарганцем, силикокальцием, си-
ликоалюминием или сплавом магния с кремнием и т.д. Это позволяет разным окис-
лам соединяться друг с другом, образуя крепкую каплю, которой легче всплывать
на поверхность металла, чем мелкой.
62
Раздел 1
Рис. 1.6.10а. Отливка «Фланец»
со шлакогазовой раковиной
Рис. 1.6.106. Дефект отливки (увеличено)
Глава 1.7. Раковина приплюснутой формы
(пузыри подкорковые), окисленная,
серо-синего цвета, блестящая
Описание дефекта
Внутренние полости округлой,
несколько приплюснутой формы с
гладкими стенками. Обычно диа-
метр их превышает 5—10 мм, при-
чем раковины, расположенные в
разных частях одной и той же от-
ливки, могут значительно отличать-
ся по размерам [36|.
Расположение дефекта
Дефект располагается только в
верхней по заливке части, поражая
в основном горизонтально располо-
женные участки, и никогда не воз-
никает на вертикальных или на на-
клонных плоскостях. Полость
раковины обычно отделяется от
поверхности гонкой (менее 1 мм)
Рис. 1.7.1. Отливки «Корпус передачи» с дефектом:
раковина приплюснутой формы (пузыри подкорковые),
окисленная, серо-синего цвета, блестящая
коркой металла, стенки раковины блестящие, цвет аналогичен цвету недолитой отливки,
т. е. серо-синий. Часто дефект выходит на поверхность отливки, на внутренней поверх-
ности таких подкорковых пузырен имеются точечные шероховатые места.
Механизм образования газовых раковин
Механизм образования газовых раковин можно представить следующим образом. При
заливке форм металюм начинает интенсивно прогреваться поверхностг формы и стерж-
Г а з о в ы е
раковины
63
ня, создавая при этом мощный газовый поток, выходящим в выпоры, газовыводящие ка-
налы, наколы в форме, по разъему формы. Если заливка формы металлом будет происхо-
дить медленно, то значительная часть образующихся газов будет уходить в атмосферу и
вероятность образования газовых раковин резко уменьшится.
После заполнения полости формы металлом в форме и стержне создается давление
газов, выделяющихся от выгорания газотворных составляющих смесей. В этом случае, если
газовыводящие каналы не залиты металлом и сообщаются с атмосферой, то через них будет
выходить выделяющийся газ, не проникая в жидкий металл. Если давление в форме или
в стержне будет больше, чем суммарное давление металлостатического напора и сопро-
тивление проходу газов из формы или стержня в металл, то газ из стержня или формы пойдет
в металл. Если металл еще жидкий и место выхода газа находится недалеко от поверхнос-
ти отливки, то газ скапливается на поверхности металла под его отвердевшей корочкой,
образуя плоские газовые «пузыри подкорковые». Чаше эти раковины образуются в отливках
с плохими газоотводами из форм и стержней, при большой скорости заливки даже про-
стых форм, не имеющих газоотвода с противоположной стороны от заливки и т.д.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Длина пути фильтрации газа
Важным фактором для снижения возможности образования газовых раковин являет-
ся уменьшение давления газа в форме в процессе заполнения ее металлом [17]. Одним из
направлений снижения давления газа можно считать уменьшение длины пути его фильт-
рации газа (см. 1.4. §2).
На рисунке 1.7.2а представлена отливка «Корпус задвижки» с дефектом «пузыри под-
корковые», на рисунке 1.7.26 — увеличенный фрагмент дефектной отливки с отличитель-
ными признаками дефекта. Раковина возникла из-за отсутствия вентиляционных каналов
в стержне, т.е. большой длины пути фильтрации газа. Кроме этого, на линии разъема стержня
было увеличенное количество клея и неполная его просушка. После выполнения шомполь-
ного отверстия по оси стержня для выхода газа в знаки стержня длина пути фильтрации L
уменьшилась в 4 раза. Подсушкой склеенного стержня добились снижения газовыделения.
В результате отливка получилась годной.
На рисунке 1.7.3 представлен фрагмент отливки «Головка блока цилиндров» с газо-
выми раковинами «Пузыри подкорковые», расположенными в верхней части отливки.
Форма отливки представляет сложное соединение тонких ленточных стержней со стерж-
нями всасывающих и выхлопных каналов. Для ликвидации дефекта требуется вывод газа
из ленточных стержней, в которых, в большинстве случаев, отсутствуют вентиляционные
каналы с выводом газа в атмосферу.
§2 . Направленность потока заливаемого металла
Газовые раковины могут появиться в случае неправильного подвода металла к отливке,
в результате чего возникает противоток требуемому движению газа (см. 1.4. §1) [14].
На рисунке 1.7.4 представлена отливка «Конус» с газовым пузырем в верхней части.
Дефект вызван подводом металла в середину консольной части стержня (рисунок 1.4.2а).
Для ликвидации газовой раковины металл подводился в конец отливки (рисунок 1.4.26),
а между отливками от стержня выполнялся газоотвод. Изготовленные по такой техноло-
гии отливки не имели газовой раковины.
64
Раздел I
§3 . Металлостатическое давление залитого металла
Под металлостатическим напором (Н) жидкого чугуна понимают давление столба
металла, равное высоте от уровня металла в чаше до места подвода питателей в отливку.
Напор зависит от способа заливки, типа литниковой системы, положения отливки в фор-
ме и других факторов. Для определения напора при заливке через литниковую чашу не-
обходимо учитывать уровень металла в чаше, а при заливке через воронку — уровень ме-
талла в ковше (см. 1.2. §8).
На рисунке 1.7.5 представлена отливка «Маховик» с дефектом «Пузыри подкорковые».
Верхняя опока была низкой, что вызвало недостаточный металлостатический напор и про-
никновение газа в металл. Отсутствовала вентиляция формы. Увеличение высоты верхней
полуформы и выполнение вентиляционных наколов в верхней полуформе позволило лик-
видировать рассматриваемый дефект.
В формах со сложными стержнями (головка блока цилиндров, блок цилиндров,
станины, детали компрессоров и т.п.), в которых газовое давление может достигать
3000—5000 Н/м2, высота столба металла над верхней плоскостью стержня должна состав-
лять 30—40 см при хорошей вентиляции стержней. Одновременно длина пути фильтрации
газа не должна превышать 5 см.
§4 . Вентиляционные наколы
Вентиляционные наколы в форме значительно сокращают длину пути фильтрации газа
и дают возможность снижения его давления. В первоначальный момент заполнения фор-
мы металлом возникает обильное выделение газа от стержней и формы. Если давление газа
превысит 780 Н/м2 (8 г/см2), то возникает реальная опасность образования газовых рако-
вин в отливке (см. 1.1. §4).
На рисунке 1.7.6а представлена отливка «Кронштейн», которая имеет подкорковые
пузыри (а), а на рисунке 1.7.66 — увеличенный дефект отливки. Причиной образования
дефекта явилось полное отсутствие вентиляции и недостаточный металлостатический на-
пор.
§5 . Вентиляция формы и стержня
При заливке металлом начинается интенсивная газификация горючих составляю-
щих формы и стержня. В форме и стержне создается избыточное давление газа, кото-
рый должен выходить через выпоры, наколы на верхней полуформе и газоотводы из стерж-
ней и формы. Задача газоотводящих каналов состоит в том, чтобы они обеспечили
снижение давления газа в форме. При таких условиях давление металлостатического на-
пора будет больше суммарного давления газа от стержня и формы и газ не пойдет в ме-
талл (см. 1.2. §9).
На рисунке 1.7.1 представлена отливка «Корпус передач» с газовыми пузырями в вер-
хней части. В раковине виден «выпот» легкоплавкой эвтектики, выжатой в полость дав-
лением кристаллизующегося расплава. Обычно «выпот» обогащен фосфором, серой и уг-
леродом и обделен кремнием. В литейной практике он именуется фосфидным выпотом.
Пузыри подкорковые образовались из-за отсутствия требуемой вентиляции, залива стер-
жневых знаков, что хорошо видно на рисунке. Выполнение вентиляционных каналов по
разъему стержней решает рассматриваемую проблему.
Вентиляционные каналы для удаления из стержней и форм газа, выделяющегося в
процессе заливки, должны выполняться в стержнях с таким расчетом, чтобы образующие-
ся газы удалялись через торцы знаков и наколы в форме.
Г а з о в ы в
раковины
65
Рис. 1.7.7. Отливка «Корпус
трансмиссии» с газовой раковиной и
неспаем
Рис. 1.7.2а. Отливка «Корпус задвижки»
с газовой раковиной
Рис. 1.7.26. Фрагмент отливки с дефектом
(увеличено)
Рис. 1.7.5. Отливка «Маховик»
с газовой раковиной
Рис. 1.7.6а. Отливка
«Кронштейн» с газовой
Рис. 1.7.66. Дефект отливки
(увеличено)
раковиной
Рис. 1.7.3. Отливка «Головка блока двигателя»
с газовыми раковинами
Рис. 1.7.4. Отливка «Конус»
66 --------------------------------------------------------- Раздел?
§6 . Температура заливаемого металла
Сталь
Температура заливаемого металла оказывает влияние на возможность образования
горячих трещин, газовых раковин, пригара, неспая, недолива и других дефектов отливок.
Определение температуры заливки сводится к выбору необходимого перегрева ста-
ли, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовлении отливок из
углеродистой и низколегированной стали разных марок чаще всего достаточно иметь пе-
регрев стали на 30—60°С, чтобы обеспечить удовлетворительную заполняемость литейных
форм. При изготовлении тонкостенных отливок и отливок с повышенными требования-
ми к неровности поверхности допускается наибольший перегрев стали на 50—100°С. Это
относится и к отливкам, когда возможно возникновение недоливов, неспаев, газовых «пу-
зырей подкорковых» и т.д. (см. 1.2. §7).
Чугун
Для снижения возможности образования газовых раковин рекомендуемая темпера-
тура заливаемого чугуна 1360— 1390°С. Перед заливкой металл необходимо выдержать в ковше
для всплытия пузырьков газа.
При повышении температуры уменьшается опасность образования объемных газовых
раковин и увеличивается опасность образования поверхностных раковин. Наибольшей
опасности подвергаются места с напряженными тепловыми потоками, как, например, во
внутренних узлах отливок. Наименее подвержены образованию поверхностных раковин
тонкостенные места отливки. Для удаления газовых пузырей из жидкого металла наибо-
лее эффективно повышение температуры заливаемого металла. Во-первых, уменьшается
вязкость чугуна, а время до образования корки чугуна увеличивается. Во-вторых, увели-
чение температуры чугуна в этом интервале незначительно увеличивает скорость газооб-
разования и повышение давления газа в форме. Таким образом, при повышенной темпе-
ратуре заливки чугуна увеличивается время, в течение которого возможно удаление пузырей
газа из отливки. С другой стороны, при повышении температуры заливки возможно уве-
личение количества усадочных или других дефектов. Поэтому для отливок каждого типа
температуру заливки следует устанавливать с учетом всех факторов, влияющих на каче-
ство литья.
На рисунке 1.7.7 отливка «Корпус трансмиссии» имеет поверхностный дефект, вы-
званный недостаточной температурой заливаемого металла и неудовлетворительной ра-
ботой системы вентиляции стержней и формы. При повышении температуры заливки чу-
гуна и выполнении незаливаемых газовыводящих каналов из стержней и формы данный
дефект не будет повторяться.
§7 . Заливка формы металлом
Время заливки стали
Время заливки зависит от размеров и особенностей конструкции отливки, литейных
свойств определённой стали, теплоаккумулирующих свойств материала, формы и др. Для
получения тонкостенных отливок, имеющих развитую поверхность стенок, требуется умень-
шение времени заливки, чтобы не допустить образование недоливов и спаев. При изго-
товлении же отливок, склонных к образованию подкорковых газовых пузырей, требуется
увеличение времени заливки для свободного удаления газа из полости формы (см. 1.4. §9).
Газовые
раковины
67
Рис. 1.7.8. Фрагмент отливки «Колесо маховое»
с газовой раковиной
Рис. 1.7.9. Фрагмент отливки «Корпус
трансмиссии» с газовой раковиной
Рис. 1.7.11. Фрагмент отливки
«Корпус коробки передач» с газовой раковиной
Рис. 1.7.10а. Отливка «Наконечник»
с литниковой системой
Рис. 1.7.106. Отливка «Наконечник»
с газовой раковиной
Рис. 1.7.12а. Отливка «Переходник» с газовым
«пузырем подкорковым»
Рис. 1.7.126. Фрагмент отливки с дефектом
(увеличено)
68
Раздел 1
Скорость заливки чугуна
Для получения качественного литья очень важными являются температура заливае-
мого чугуна и весовая скорость заливки. Это продиктовано конструкцией отливок и тех-
нологией их изготовления. Если учесть, что одни отливки подвержены газовым ракови-
нам, другие — усадочным, третьи — трещинам, четвертые — комбинации из перечисленных
и т.д., то становится очевидным индивидуальный подход по определению температуры и
скорости заливки металла. Например, для ликвидации раковин газовых окисленных тре-
буется повышенная температура чугуна и пониженная скорость заливки, а для ликвида-
ции недолива — повышенная температура и повышенная скорость заливки (в среднем на
10—15% от расчетной) (см. 1.4. §9).
На рисунке 1.7.8 представлен фрагмент отливки «Колесо маховое» с пузырем под-
корковым. Дефект появился в результате высокой скорости заливки из-за чего газ и воз-
дух в полости формы не успели удалиться через ее поры. Выполнение сквозных наколов
для выхода воздуха способствовало ликвидации дефекта.
§8 . Газотворность стержня и формовочной смеси
Газотворность стержня
Необходимо установить оптимальный состав стержневой смеси с газотворностью не
более 10 куб. см на грамм смеси. Высокие требования к газотворности вызваны сложнос-
тью удаления газа из стержней в процессе заливки. Однако созданием хороших не зали-
ваемых металлом газоотводов из стержня через знаки в атмосферу можно компенсировать
повышенную газотворность стержней (см. 1.4. §4).
Газотворность формовочной смеси
Формовочная смесь должна содержать минимальное количество газотворных мате-
риалов — воды, органических связующих, противопригарных добавок, глины и др. Наи-
большей газотворностью (паровыделением) обладает вода, поэтому содержание ее в сме-
си должно быть ограничено (см. 1.4. §4).
Представленная на рисунке 1.7.9 отливка «Корпус трансмиссии» имеет окисленную
газовую раковину, возникшую из-за повышенной (более 20 см3/г смеси) газотворности
формовочной смеси и не выполненным газоотводом с противоположной стороны от за-
ливки. Снижение газотворности формовочной смеси до 14 см3/г, выполнение наколов на
верхней полуформе является залогом ликвидации данного дефекта.
На рисунке 1.7.10 представлен куст отливок «Наконечник» с литниковой системой.
Несмотря на правильные расположения питателей, большинство отливок имеют газовые
раковины. Причина заключалась в высокой газотворной способности стержневой смеси,
равной 22—24 см3/г. Снижение газотворной способности смеси до 14 см3/г, выполнение
сквозных наколов через верхнюю опоку на знак стержня ликвидировало рассматривае-
мый дефект.
§9 . Газопроницаемость формовочной смеси и стержня
Газопроницаемость стержня
Для улучшения удаления образующихся газов из стержней их газопроницаемость дол-
жна быть на достаточно высоком уровне. Стержни, отверждаемые в оснастке, должны иметь
газопроницаемость не менее 130 ед., а отверждаемые в тепловых сушилах не менее 100 ед.
Рекомендации по повышению газопроницаемости стержня изложены в 1.1. §3.
Г азолы»
раковины
69
Газопроницаемость формовочной смеси
Следует уменьшить длину пути фильтрации газа; уменьшить расстояние от отливки
до стенок и лада опок, предусмотреть вентиляционные каналы в форме и стержнях.
Уменьшить содержание влаги до 4,5%, снизить количество отработанных компонен-
тов смеси (глины и крепителя, молотого угля).
Крупные пески повышают газопроницаемость, поэтому надо чаще освежать смесь
(см.1.4. §5, 1.1. §3).
На отливке «Корпус коробки передач» (рисунок 1.7.11) верхний фланец поражен га-
зовыми раковинами. Вызвано это увеличенным давлением газа в форме и стержнях, пре-
вышающим рекомендуемый предел в 780 Н/м2 (8 г/см2). Увеличение давления связано с
большим объемом стержней, плохим газоотводом, частично заливаемыми стержневыми
знаками, низкой газопроницаемостью стержней. После создания не заливаемых металлом
и сообщающихся с атмосферой вентиляционных каналов стержней и формы, повышения
газопроницаемости стержня до ПО ед. поверхностные газовые раковины исчезают.
§10 . Вентиляция формы через открытые выпоры и прибыли
Источниками образования газовых «подкорковых пузырей» может быть:
• воздух, заполняющий полость литейной формы и подсасываемый литниковой си-
стемой в процессе заливки металла;
• газообразные продукты горения органических связующих и испарение или воз-
гонка веществ, присутствующих в стержневой и формовочной смеси.
Наиболее обильно газообразные вещества выделяются перед окончанием заливки и
в течение 10—20 секунд после заливки формы металлом. Затем выделение снижается и после
образования корки металла становится безопасным. Минимальное критическое давление,
при котором газ проникает в тело затвердевающей отливки, составляет 1000—1200 Н/м2.
Если сопротивление выходу газов во внешнюю атмосферу окажется более критического,
то в отливке могут образовываться газовые раковины.
Значительную роль в снижении газовых пузырей подкорковых играет одновременное
действие нескольких технологических факторог
• наличие открытых выпоров и прибылей, установленных на наиболее высоких ча-
стях отливки;
• создание минимальной длины пути фильтрации газа;
• увеличенное время заливки жидкого металла.
При замедленной скорости заливки (в пределах допустимого) образующийся в пер-
вые секунды газ свободно удаляется через открытые выпоры и прибыли, что способству-
ет снижению критического давления газов в полости формы. В дальнейшем, при запол-
нении формы металлом, активную роль в удалении газа из формы играет газопроницаемость
стержней и формы совместно с вентиляционными каналами.
Для исключения захвата воздуха струей заливаемого металла можно воспользоваться
следующими рекомендациями.
1. Понижать высоту падения струи металла при заливке форм.
2. Струя металла должна быть правильной формы — круглая. Разбрызгиваемая, не-
правильной формы струя металла увлекает большое количество воздуха.
3. Литниковая чаша, по возможное!и, должна быть большего размера для всплыва-
ния захваченных пузырей воздуха.
4. Исключить возможность образования вихревого закручивания металла в литни-
ковой чаше или воронке, что появляется при низком уровне металла во время за-
ливки.
70
Раздел I
5. Исключить острые углы стояков и питателей, создающих условия сужения струи
металла и подсоса воздуха из формы, особенно при увеличенном диаметре стояка.
6. Выполнить шлаковик увеличенной протяженности и достаточной высоты.
7. Уменьшить скорость заливки металла.
8. Повысить газопроницаемость верхней полуформы: увеличить фракцию песка до
04, понизить плотность набивки, увеличить количество наколов в местах образо-
вания газовых раковин, уменьшить толщину наносимого противопригарного по-
крытия.
9. Выполнить эффективную вентиляцию стержней с созданием максимальной дли-
ны пути фильтрации газа в пределах 5—6 см, что гарантирует свободное удаление
газа из стержней.
Дефект (рисунок 1.7.12) образовался в результате отсутствия открытых выпоров на
верхних частях фланцев и недостаточной вентиляции стержня. После выполнения по оси
стержня шомпольного отверстия и установки открытых выпоров на полную толщину фланца
дефект не появлялся.
§11 . Сифонный способ заливки
Сифонная заливка стали применяется в ряде случаев для средних и крупных отливок
(от 100 кг и выше) при значительной толщине стенок, развитой поверхности, сравнительно
невысоких. Такой способ заливки создаёт следующие преимущества:
• исключение размыва формы и образование засоров при соблюдении требуемых по
технологии параметров;
• получение качественной поверхности в нижних частях отливок;
• направленный выход воздуха и газа через верхнюю часть формы.
Для улучшения выхода газа в верхней части формы следует выполнить открытые
(в ряде случаев карандашные) выпоры и прибыли Через карандашные выпоры проходит
воздух, но металл в них не проникает, так как сечения выпоров малы и жидкотекучесть
стали при проходе по ним близка к нулю.
Для формирования направленного затвердевания отливки рекомендуется подача первых
порций стали сифоном, а последующих под затопленный уровень в верхней части отливки.
§12 . Толщина корки затвердевшей стали
Быстрое формирование корки затвердевшего металла в форме в большинстве случа-
ев оказывает влияние на возникновение газовых раковин (при наличии хорошей венти-
ляции формы и стержня можно избежать возникновения в отливке газовых раковин, даже
при условии быстрого формирования корки). В то же время медленное образование кор-
ки металла способствует появлению газовых дефектов. Поэтому представляет интерес
ознакомиться с условиями формирования корки металла при его движении в форме. На
рисунке 1.7.13 представлено влияние темпера! vpbi металла и времени его течения на тол-
щину затвердевшей корки [25].
В случае заливки стали при температуре, близкой к точке кристаллизации (1510°С),
процесс затвердевания происходит одинаково на различных расстояниях от начала пита-
ния. Затвердевание начинается сразу же после соприкосновения металла со стенками фор-
мы. В случае заливки стали при более высокой температуре — 1550°С затвердевание проис-
ходит тем медленнее, чем ближе к питателю расположен соответствующий участок. В случае
заливки стали при высокой температуре — 1600°С кривые затвердевания для участков, близких
к началу потока, еще более деформируются. На первых 100—200 мм от места подвода пита-
теля затвердевание металла начинается только через некоторый промежуток времени
Г а з о в ы в
раковины
71
после его соприкосновения с поверхностью формы. На больших расстояниях от начала
потока, где перегрев ликвидируется, различие в скоростях затвердевания на различных рас-
стояниях перестает сказываться.
Следовательно, температура заливки и снятие перегрева по длине потока оказывают
решающее влияние на начало затвердевания и характер нарастания корки в начальной стадии
затвердевания.
Рис. 1.7.13. Кривые затвердевания стали в песчаной форме в движущемся потоке
для различных температур заливки:
1 — начальный участок потока; 2 - на расстоянии 60-120 мм от начала канала;
3 -на расстоянии 120-180 мм; 4-на расстоянии 180-240 мм;
5 — на расстоянии 420—480 мм; 6 — на расстоянии 480-540 мм
§13 . Разное, или Советы бывалого
1. Заделка дефектов стержней и форм ремонтным составом. Ремонтный состав содер-
жит вещества (лигносульфонат, декстрин, жидкое стекло, вода и др.), обладающие
повышенной газотворностью и гигроскопичностью. С полной информацией можно
ознакомиться в 1.4. § 11.
72
Раздел I
Глава 1.8. Раковина газоусадочная, матовая, окисленная,
неправильной формы, гладко-шероховатая
Рис. 1.8.1. Раковина газоусадочная, матовая, окисленная,
неправильной формы, гладко-шероховатая
Описание дефекта
Дефект представляет собой
закрытые приповерхностные поло-
сти неправильной формы, возмож-
но строчечные с узким устьем. Рас-
полагаются в нагретых большими
питателями частях отливки, либо в
её термических узлах, где устье ра-
ковины открывается к перегретой
поверхности ф< »рмы. а большая ось
раковины направлена к термичес-
кому узлу. Дефект, образуемый ме-
стным перегревом части формы или
стержня, в поперечном сечении
имеет форму раковины (ближе к газовой, чем к усадочной).
Поверхность раковины гладкошероховатая, местами гладкая, как у газовой ракови-
ны. ( трочечная раковина в поперечном сечении может иметь вид небольшой раскрытой
горячей трешины, но обязате!ьно с гладкой частью раковины
Формирование раковин
Крупная газоусадочная раковина образуется в местах интенсивного разогрева формы
или стержня подводимым металлом В момент интенсивного разогрева из формы и стер-
жня выделяется газ, которыи внедряется в жидкий металл разозретого объёма отливки. При
прекращении подачи в форму металла происходит его охлаждение с усадкой. В это время
газ из формы или стержня заполняет объём усадки, округляя при этом полость раковины.
Строчечная раковина образуется на ранних стадиях затвердевания, в основном, в тер-
мических узлах отливок, сопряженных с газотворными стержнями, сырой формой или
формоз и отсыревшими стержнями, которые подвергаются сильному местному перегре-
ву. При наличии в центральной части термического узла жидкой фазы и поступления к
нему новых порций металла усадка на отдельных участках кристаллизующегося слоя бу-
дет компенсироваться этим поступлением.
При прекращении поступления металла продолжающаяся усадка будет создавать ус-
ловия разрежения в термическом узле. Если в это время из стержня, формы или металла
будет выделяться обильное количество газа, то он будет стремиться заполнить разрежен-
ные части отливки, металл в которых находится в жидко-тестообразном состоянии В ре-
зультате усадочные пустоты будут принимать более округлую форму, поверхность рако-
вины может быть более или менее гладкой или шероховато! в зависимости от степени
разряжения термического узла и давления образующегося газа. В зависимости от состава
газов, выделяющихся в результате местного пере1рева формовочной или стержневой сме-
си, а также от степени развития кристаллизации на момент прорыва газов через тонкую
корку в металл сгенки раковины могут иметь разный цвет и более или менее выраженный
дендритный рельеф.
Г а з о е ы е
раковины
73
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Место подвода питателей
Чугун
Выбор места подвода металла и конструкции литниковой системы играют важную роль
при формировании отливки.
Для сокращения усадочных явлений в сером чугуне необходимо при разработке тех-
нологии заливки каждой детали стремиться к тому, чтобы температура металла по всем
сечениям выравнивалась. Для этого существуют различные приемы, одним из которых
является подвод металла в тонкие места отливки. Этим ликвидируется разогрев массив-
ных частей отливок и достигается выравнивание температурного режима отливки При
необходимости у массивной части отливки устанавливается холодильник. Питатели необ-
ходимо располагать таким образом и в том количестве, чтобы истекающий из них металл
не мог интенсивно разогреть стенку формы, горизонтальные поверхности формы быстро
покрывались металлом, уровень его в форме при заливке изменялся равномерно (струя
металла в процессе заливки формы не должна прерываться). Рекомендации при выборе
места подвода металла в форму:
• подвод металла в тонкое место отливки способствует выравниванию скорости
охлаждения тонкой и более массивной частей отливки, уменьшению напряжений
и усадочных раковин;
• при расположении питателей желательно, чтобы струя не ударяла в стенку фор-
мы или стержня, горизонтальные поверхности формы быстро покрывались метал-
лом;
• уровень металла в форме в процессе заливки не должен иметь продолжительных
остановок;
• части стержней с вентиляционными каналами не должны перегреваться потоком
подводящего металла;
• для чугунных отливок целесообразна система запертого типа (способствующая за-
держанию шлака), сужающаяся (быстрое заполнение металлом с положительным
давлением);
• для уменьшения скорости потока чугуна в каналах используются тормозящие лит-
никовые системы. Их отличие — использование местного сопротивления — дрос-
селя (например, в виде сетки, щели, внезапного сужения канала и последующего
расширения и т.д.).
Сталь. Заполняемость формы металлом
Заполняемость формы является важным моментом при ликвидации ряда дефектов
отливки.
Заполняемость повышается при увеличении сечения стояка и литникового хода и
уменьшения их длины, так как это позволяет сохранить более высокую температуру ме-
талла при его поступлении в форму. Увеличение скорости заполнения (без разрушения
формы) увеличивает заполняемость.
На рис. 1.8.2 представлены результаты заливки литниковых систем сталью с различной
температурой [25]. Достаточно перегретый металл способствует лучшему заполнению лит-
никовых каналов (рис. 1.8.2а). Питатели, присоединенные вблизи места сопряжения сто-
74
Раздел 1
яка и литникового хода, а также в конце литникового хода, имели пониженную заполняе-
мость. При малом перегреве наилучшая заполняемость достигалась у питателей, располо-
женных вблизи стояка. В случае заливки при высоких температурах определяющим являет-
ся гидравлический фактор, а в случае заливки при низких температурах — тепловой.
Если на пути металла в тонкой стенке имеется утолщение или установлена прибыль
(рис. 1.8.26), движение в этом месте замедляется и заполняемость стенки после утолще-
ния сокращается по сравнению с тем случаем, когда заливается стенка тех же размеров,
но без утолщения.
Заполняемость тонкой стенки улучшается при рассредоточении подвода металла.
Подвод металла несколькими питателями увеличенной толщины дает лучшие резуль-
таты, чем подвод щелевым питателем меньшей толщины, но равной площади сечения.
Заполняемость вертикальных стенок выше, чем горизонтальных, что демонстрируется
на рисунке 1.8.2в. Заполнение вертикальных стенок при подводе металла сверху вниз выше,
чем при подводе снизу (рисунок 1.8.2г). Например, подвод металла сверху обеспечивает
заполняемость всей пластины при температуре 1550°С; при подводе снизу при этой тем-
пературе заполняемость составила 34% высоты, а при температуре 1600°С — 83%.
Температура
заливки 1590
Температура
заливки 1500
Рис. 1.8.2. Заполняемость тонкостенных стальных отливок при различных условиях подвод металла:
а - влияние длины пути металла в литниковом ходе; б - влияние утолщения стенки по ходу течения металла;
в - влияние положения стенки отливки (горизонтально и на ребро);
г - влияние места подвода металла (сверху и снизу)
Г о з о в ы е
раковины
75
Отливка «Тормозной барабан» (рис. 1.8.3) имела увеличенный питатель, что способ-
ствовало интенсивному разогреву формы. В результате, в конце заливки, обильные газы
формы проникли в жидкий металл отливки в районе питателя. В процессе охлаждения и
усадки металла образовалась газоусадочная раковина.
Рис. 1.8.3а. Отливка «Тормозной барабан»
с газоусадочной раковиной
Рис. 1.8.36. Фрагмент отливки с дефектом
(увеличено)
§2 . Газотворность стержней и формовочной смеси
Газотворность стержней
Необходимо установить оптимальный состав стержневой смеси с газотворностью не
более 10 куб. см на грамм смеси.
Смесь должна содержать минимальное количество газотворных материалов (воды,
органических связующих, противопригарных добавок, глины и др. (см. 1.4. §4).
Газотворность формовочной смеси
Для предупреждения механического проникновения газа в отливку из формовочной
смеси необходимо:
— повысить напор металла, увеличивая высоту верхних опок, литниковых чаш, вы-
поров и прибылен;
— снизить температуру заливки металла;
— в формовочную смесь добавить каменноугольную пыль, которая создает изоли-
рующий газообразный слой между формой и отливкой и ликвидирует прямой кон-
такт водорода с металлом (образование водорода возможно, например, при кон-
такте алюминия с влагой формы);
— увеличить скорость заливки;
— покрывая форму материалом, улучшающим смачиваемость поверхности (см. 1.4. §4).
Формовочная смесь отливки «Фланец» (рис. 1.8.4) имела повышенную газотворную
способность (до 25 см3/гсмеси). При заливке металлом raj из формы сконцентрировался
в области теплового узла — в месте подвода металла. Усадочное явление металла совмест-
но с газом из формовочной смеси сформировали газоусадочную раковину. Выполнение
рассредоточенного подвода металла с одновременной вентиляцией верха формы позволило
ликвидировать рассматриваемый дефект.
76
Раздел 1
Рис. 1.8.4. Отливка «Фланец»
с газоусадочной раковиной
Рис. 1.8.5. Отливки «Колесо насоса»
с газоусадочной раковиной
§3 . Ремонтный состав стержней
В качестве информации о газогворности ремонтных составов стержней рекомендуется:
1. Ремонтные составы содержат вещества (лигносульфанат. декстрин, жидкое стек-
ло, вода и др.), обладающие повышенной газотворностью и гигроскопичностью.
2. В связи с повышенной газотворностью ремонтного состава и неотверждения его
при коротком цикле подсушки отремонтированных стержней необходимо запретить
ремонт стержней с дефектом, размеры которого превышают требования техноло-
гического процесса.
3. Рекомендуемый размер дефектов, подлежащих ремонту: плошадь — до 4 см ; глу-
бина — до 1 см.
§4 . Длительность выдержки собранных форм
При выдержке собранных форм со стержнями на конвейере более 30 минул происхо-
дит увлажнение стержней, начиная от знаков и на всю окрашенную поверхность. Процессу
переноса влаги на стержень сопутствует повышенная гигроскопичность краски (см 1 2. §4)
Собранная форма отливки «Колесо насоса» в течение 5 часов находтась в незали-
том состоянии. В результате поверхность стержня покрылась конденсатом влаги. При за-
ливке металла в утолщённые места отливки попал продукт разложения воды (водород), где
при охлаждении металла образовалась газоусадочная раковина. На образование водорода
указывает светлый цвет раковины.
§5 . Вентиляция формы и стержня
Вентиляционные каналы для удаления из стержней и форм газов, выделяющихся в
процессе заливки, должны выполняться в стержнях с таким расчетом, чтобы образующие-
ся газы удалялись не через рабочую полость литейной формы, а через горцы знаков.
Вентиляция стержней осуществляется следующими основными способами:
• установкой душников (или железных прутьев) с последующим их удалением из
стержней, выполнением вентиляционных каналов при изготовлении стержней по
половинкам;
• накалыванием стержней душником, сверлением отвержденных стержней по цент-
ральной оси:
• установкой трубных каркасов с отверстиями;
Г а з о в ы е
раковины
77
• изготовлением стержней с внутренней полостью, заполненной опорным матери-
алом (крупнозернистым) или не заполненной;
• изготовлением стержней оболочковыми (см. 1.2. §9).
§6 . Температура заливаемого металла
Сталь
Температура заливаемого металла оказывает влияние на возможность образования
усадочных явлений в стальных отливках.
Определение температуры заливки сводится к выбору необходимого понижения тем-
пературы стали, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовле-
нии отливок, склонных к усадочным проявлениям (толстостенные, с местными скопле-
ниями металла и др.), допускается минимальный перегрев стали на 10—40°С и ниже. Это
относится к отливкам, на которых возможно возникновение газоусадочных раковин,
открытых и закрытых усадочных раковин, усадочной пористости.
В таблице приведены интервалы температуры заливки углеродистой стали (см. 1.2. §7).
Содержание углерода, % 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 07
Интервалы температуры 1540- 1530- 1520- 1510- 1505- 1500- 1490-
заливки, °C 1570 1560 1550 1540 1535 1530 1520
Чугун
Общеизвестным фактором является уменьшение объёма залитого в форму чугуна при
последующем его охлаждении. В результате снижения объёма в верхних тепловых узлах
возможно появление открытых усадочных раковин. Чем выше температура заливаемого в
форму металла, тем больше будет проявляться эффект усадки и увеличиваться размер уса-
дочной раковины. В ряде случаев для снижения усадочной раковины производят заливку
охлаждённого чугуна. Это оправдано при изготовлении простых отливок, но недопусти-
мо при производстве сложного, фасонного литья. Как известно, для снижения возмож-
ности образования газовых раковин и некоторых других дефектов используют чугун с тем-
пературой до 1380°С. Поэтому при изготовлении отливок необходимо определять
температуру заливаемого металла, исходя из конструктивных особенностей заливаемого
литья и его склонности к образованию различных дефектов.
Для сокращения усадочных раковин необхоцимо при разработке технологии заливки
каждой детали стремиться к тому, чтобы температура металла отливки по мере прибли-
жения к прибыли увеличивалась; в прибыль должен попадать наиболее горячий металл.
Для получения литья повышенного качества можно пользоваться и комбинирован-
ными приёмами снижения дефектности отливок. К примеру, заливаемая отливка склон-
на к появлению газовых и усадочных раковин. По отношению к температуре заливаемого
металла рассматриваемые дефекты имеют противоположное направ. гение, о чём отмече-
но выше. Тем не менее, есть резерв снижения температуры заливаемого металла. Для этого
надо выполнить вентиляцию стержней и формы с условием получения максимальной длины
пути фильтрации газа в пределах 3—4 см. При хорошей вентиляции допустимо снижение
температуры заливаемого металла до 40°С и более. Этот интервал температуры окажет по-
ложительное влияние на снижение усадочных раковин. Другой пример — создание направ-
ленного локального отверждения теплового узла использованием холодильника или за-
холаживающей смеси (хромитовые или хромомагнезитовые смеси, кирпичи на их основе
и т.д.). Холодильник или облицовочную смесь помещают под тепловой узел (заформовы-
78
Раздел 1
вают в стержень или форму). При заливке металла происходит интенсивный отток тепла
в сторону холодильника, что способствует направленной кристаллизации металла и зна-
чительному снижению или полной ликвидации усадочной раковины.
§7 . Простановка горячих стержней в холодную форму
или холодных стержней в горячую форму
Установка холодных стержней в горячую форму
При установке холодных стержней в горячую форму влага конденсируется на холод-
ной поверхности стержня. При соприкосновении жидкого металла с влажной поверхнос-
тью стержня вода разлагается и выделяется атомарный водород, адсорбирующийся на по-
верхности металла. С дальнейшей информацией по данному вопросу можно ознакомиться
в 1.1. §10.
§8 . Заливка формы металлом
Скорость заливки чугуна
Для получения качественного литья очень важными являются температура заливае-
мого чугуна и весовая скорость отливки. Это продиктовано конструкцией отливок и тех-
нологией их изготовления. Если учесть, что одни отливки подвержены газовым ракови-
нам, другие — усадочным, третьи — трещинам, четвертые — комбинации из перечисленных
и т.д., то становится очевидным индивидуальный подход по температуре и скорости за-
ливки металла. Например, для ликвидации раковин газовых окисленных требуется повы-
шенная температура чугуна и пониженная скорость заливки, а для ликвидации газоуса-
дочных раковин — пониженная температура и повышенная скорость заливки (в среднем
на 10—15% от расчетной) (см. 1.4. §9).
Время заливки стали
Время заливки зависит от размеров и особенностей конструкции отливки, литейных
свойств определённой стали, теплоаккумулирующих свойств материала, формы и др. Для
получения тонкостенных отливок, имеющих развитую поверхность стенок, требуется умень-
шение времени заливки, чтобы не допустить образование недоливов и неспаев. При из-
готовлении же отливок, склонных к образованию усадочных явлений, требуется увеличе-
ние времени заливки дтя поступления более охлажденных порций стали в места образования
усадки (см. 1.4. §9).
§9 . Длина пути фильтрации газа
Одним из факторов снижения возможности образования газоусадочных раковин яв-
ляется уменьшение давления газа в форме в процессе заполнения ее металлом [34]. Эф-
фективным направлением снижения давления газа можно считать уменьшение длины пути
фильтрации газа L [35] (см. рисунок 1.4.7). На рисунке 1.4.7а—д представлены эскизы
стержней, имеющих различную длину пути фильтрации газа и различное построение вен- .
гиляционных каналов. Эффективность удаления газа возрастает от рисунка «а» к рисунку
«д» [Ю, 15].
С более подробной информацией можно ознакомиться в 1.4. §2.
Г а з о в ы е
раковины
79
§10 . Расположение газоусадочных раковин
вблизи выступающих частей стержня или формы
Газоусадочные раковины могут образовываться в различных местах скопления металла
при наличии интенсивно разогретого стержня или формы. Это могут быть различного рода
сочленения стенок, бонки, приливы при наличии рядом с ними выступающих частей стер-
жня или формы. Бывают случаи образования газоусадочной раковины и на ровной мас-
сивной поверхности отливки, но при наличии повышенного газового давления в форме
или стержне.
Для снижения возможности образования газоусадочных раковин от выступающих
частей формы или стержня рекомендуется:
• выступающие части стержней и форм изготавливать из облицовочных захолажи-
вающих смесей, в состав которых может входить один из перечисленных матери-
алов — хромомагнезит, хромит, магнезит, либо из смесей с добавлением металли-
ческой дроби или стружки;
• выполнять газоотводные каналы, уменьшить газопроницаемость поверхностной
части узких болванов путём применения мелких песков, плотной набивки, покрытия
плотным слоем противопригарной краски;
• применять наружные холодильники на выступающих частях формы или стержня,
где образуются газоусадочные раковины.
При выборе массы холодильника следует учитывать ёмкость теплового узла и длитель-
ность течения стали вдоль холодильника. В ряде случаев холодильники изгибают из проката
по конфигурации стержневого ящика, штампуют или отливают из стали, применяют холо-
дильники в виде гвоздей, головки которых располагаются в стержне со стороны тела отливки.
§11. Использование наружных холодильников
Сталь
Применение наружных холодильников позволяет обеспечить направленность затвер-
девания стали и предупредить образование усадочных явлений и трешин в различных со-
членениях стенок и местах скопления металла.
Влияние наружных холодильников на толщину отвержденного слоя стали марки 35Л
в зависимости от времени охлаждения можно проследить на рис. 1.8.6 [25].
Нижняя кривая соответствует затвердеванию в обычной песчаной форме без холодиль-
ника; верхняя — затвердеванию в обычной металлической форме; промежуточные соот-
ветствуют холодильникам различной толщины.
На рис 1.8.7 в относительных координатах представлена зависимость размера твер-
дого слоя в утолщении от сечения холодильника. Исследования показывают, что при утол-
щении, составляющем более 50% от толщины основной стенки, выровнять время затвер-
девания при помощи стального или чугунного холодильника в обычной песчаной форме
невозможно. Минимальные размеры плоских холодильников, служащих для ликвидации
обособления жидкого металла при затвердевании утолщений, приведены в табл. 1.8.1.
Наиболее благоприятной формой сечения холодильника является трапеция. При этом
его охлаждающее действие к краям постепенно снижается и не вызывает резких перепа-
дов температуры в сопряжении поверхностей холодильника и песчаной стенки.
Наружные холодильники могут быть прямолинейные круглого, квадратного или иного
профиля; криволинейные постоянного профиля и фасонные переменного профиля. Хо-
лодильники из проката используются для толстостенных отливок, чугунные — при про-
изводстве тонкостенных стальных отливок. Холодильники могут контактировать непо-
80
Раздел 1
средственно с отливкои (через изолирующим слой краски) или через слои формовочной
смеси. При этом холодильники могут быть с регулируемым отбором тепла при помощи
прохождения в них воздуха, воды, пара и т.д.
Наряду с металлическими холодильниками используют захолаживающие смеси, ко-
торые формируют выступающие части стержней или форм, подверженных интенсивному
нагреву заливаемой сталью. В состав смеси входят хромомагнезит, хромит, магнезит, чу-
гунная дробь, металлическая стружка и др.
Время, сек
Рис. 1.8.6. Кривые затвердевания стали 35Л в форме с холодильниками различной толщины:
1 — песчаная форма без холодильника, К= 1,3; 2 — холодильник толщиной 10 мм, К=2,0;
3 — холодильник толщиной 30 мм, К=2,3, 4 — холодильник толщиной 45 мм, К=2,4;
5 — металлическая стенка, К=2,5; где К — коэффициент затвердевания см/мин 0,5
Рис. 1.8.7. Зависимость скорости затвердевания стали 35Л от толщины холодильника
Г а з о а ы •
раковины
81
Для стальных отливок Б. Б. Гуляев рекомендует определять размеры наружных холо-
дильников из чугуна на основе отношений из таблицы 1.8.1.
Таблица 1.8.1. Размеры плоских холодильников
Толщина основной стенки, мм Высота утолщения в % от толщины основной стенки
25 37,5 50
Толщина холодильников, мм
10 3 8 15
20 5 15 30
30 8 23 45
40 10 30 60
50 13 38 75
Для внутренних холодильников рекомендуются следующие отношения.
Тип сопряжения стенок отливки L-образный Т-образный Х-образный
Диаметр внутреннего холодильника относительно толщины основной стенки, % 27 50 70
Если в течение всего процесса заливки формы место расположения наружного холо-
дильника промывается жидким металлом, то в подобных случаях снижается эффективность
действия холодильника. На рисунке 1.8.8 приведены примеры использования внешних
холодильников для ликвидации ряда дефектов.
Рис. 1.8.8. Применение внешних холодильников
На рисунках «а - г» показаны примеры использования внешних холодильников
для ликвидации газоусадочных раковин и других дефектов усадочного характера
82
Раздал 1
Чугун
Регулирование скорости охлаждения тепловых узлов отливки производится с помо-
щью внутренних и наружных холодильников. Установка холодильников ускоряет охлаж-
дение тепловых узлов, что необходимо для обеспечения направленного или объемного за-
твердевания отливки. Ускоряя охлаждение узла, холодильник предотвращает образование
в нем усадочной раковины, так как теперь узел успевает пропитаться за счет позднее за-
твердевающих частей отливки. Ускорение охлаждения массивных сечений отливок холо-
дильниками, способствуя выравниванию скорости охлаждения, может привести к умень-
шению внутренних напряжений, снижению коробления отливки и опасности образования
трещин.
Наружные холодильники делаются чаще всего из стали, а фасонные отливаются из
чугуна. Максимальная толщина плоских наружных холодильников обычно не превышает
70 мм, наибольший диаметр крупных наружных холодильников из прутка — 40—45 мм.
При использовании холодильников рекомендуется:
• площадь наружных холодильников должна быть меньше площади охлаждаемого
теплового узла во избежание преждевременного затвердевания прилегающих к
тепловому узлу частей отливки, через который поступает жидкий металл от при-
были;
• в качестве наружных холодильников можно использовать введение воды в необ-
ходимые места верхней полуформы после образования корки затвердевшего ме-
талла;
• наружные холодильники должны быть не сплошными, а в виде отдельных плиток,
брусков и т. д. Зазоры между отдельными холодильниками необходимо тщатель-
но заделывать во избежание появления заливов;
• масса внутренних холодильников не должна превышать 4...4,5% массы охлаждае-
мого узла отливки, иначе не произойдет их прочное соединение со сплавом от-
ливки.
Расчет различных холодильников (плоских, угловых, внутренних, наружных) для
различных сталей и чугунов может выполняться в составе автоматизированной системы
«Моделирование объемного и направленного отверждения», созданной авторами
(e-mail: castling@cad.vstu.ru).
Раздел 2. Трещины
83
Классификация трещин
Группы Классификация трещин Состояние поверх- ности Располо- жение трещин Форма поверх- ности Цвет поверхности
1 2 3 4 5 6
Холодная трещина
светло-
серый,
образован-
ный при
температу-
ре менее
190°С
Рис. 2.1. Фрагмент отливки
«Колесо» с трещиной
1
Еле
заметная
Рис. 2 2. Фрагмент отливки
«Корпус» с трещиной
Волосо-
видной
формы,
изломан-
ная
Одна, две
в строго
опреде-
ленном
месте
сине-
фиолето-
вый,
образован-
ный при
темпе-
ратуре
320-370°С
соломен-
ный,
образован-
ный при
темпе-
ратуре
190-220°С
Рис. 2.3
Отливка «Блок-картера»
и ее фрагмент с трещиной
темно-
серый,
образован-
ный при
темпе-
ратуре
400-580°С
темно-серый с коричневым
налетом, образованный при
температуре 600-750° С
Причины образования
Низкая температура металла, неправильное
питание отливки, недостаточная прочность
металла, нетехнологичность конструкции
отливки, низкая податливость стержней и
формы, отсутствие низкотемпературного
отжига.
Способы ликвидации
Повысить температуру металла, изменить
место подвода металла, провести модифици-
рование сплава, проработать конструкцию
отливки на технологичность, повысить подат-
ливость формы и стержней, провести низко-
___________температурный отжиг.___________
84
Р а з д е л 2
1 2 3 4 5 6
Трещина термическая
Темно-
серый до
черного,
иногда с
коричне-
вым
налетом
Одна-две
Заметная Имеет в зоне
невоору- острые концент-
женным края рации
глазом напря- жений
Причины образования
Неравномерный нагрев, резкий нагрев или
охлаждение, значительный перепад темпе-
ратур между тонкими и массивными стенка-
ми. нетехнологичность конструкции отливки.
Способы ликвидации
Обеспечить равномерный нагрев отливок,
проработать отливку на технологичность
конструкции, соблюдать режимы термообра-
ботки отливок, отделять прибыли от отливки
до термообработки.
Трещина «Разрыв холодный»
Хорошо
заметная
Пересе-
кает всю
отливку
изломан-
ной
линией
В наибо-
лее напря-
женных и
низких по
прочности
участках
Светло-
серый
Причины образования
Нетехнологичность конструкции отливки,
низкие прочность и пластичность металла,
отсутствие регулируемого охлаждения,
нарушения при выбивке и транспортировке
отливок.
Способы ликвидации
Проработать конструкцию отливки на техно-
логичность, провести модифицирование
металла, использовать режим регулируемого
охлаждения, соблюдать правила выбивки и
транспортировки отливок.
Горячая трещина
Внутрен-
няя, на
поверх-
ность
выходит
редко.
Дендрит-
ная струк-
тура,
чаще
мелкая
Более или
менее
глубокие
межкрис-
талличес-
кие тре-
щины
На участ-
ках,
затверде- „
Серо-синии
вающих
послед-
ними
Трещины
85
1 2 3 4 5 6
Горячий излом
Поверх-
ностная
или по
всему
телу
отливки.
Дендрит-
ная струк-
тура,
чаще
мелкая
Более или
менее
глубокий
межкрис-
талличес-
кий излом
На участ-
ках,
затверде-
вающих
послед-
ними
Темно-
синий
Причины образования
Нетехнологичность конструкции отливки,
нарушение режимов термообработки, раз-
ность температур между стенками и терми-
ческими узлами, недостаточная прочность
или пластичность металла, несоблюдение
режимов транспортировки отливок.
Способы ликвидации
Проработка конструкции отливки на техноло-
гичность, соблюдение режимов термообра-
ботки, провести модифицирование металла
при соблюдении содержания основных эле-
ментов, соблюдать правильные режимы
транспортировки отливок.
5
Глава 2.1. Холодная трещина
Описание дефекта
Дефект представляет разрыв
сплошности, часто еле заметный,
так как обычно отливка не разделя-
ется на несколько кусков. Геометрия
отливки дает основания предполо-
жить, что имеет место эффект на-
пряжения при охлаждении. Цвет
излома светло-серый.
Формирование трещин
При охлаждении отливок ниже
интервала температур 400..500 гра-
дусов в их материале преобладают
упругие свойства. Трещины, Образу- Дефект отливки «Холодная трещина»
ющиеся в отливках в период преобладания в их материале упругих свойств, называются
холодными.
Холодные трещины образуются в зоне растягивающих напряжений и располагаются
преимущественно в острых углах и других местах концентрации напряжений. Причиной
образования холодных трещин являются остаточные напряжения, возникающие в отлив-
ке при ее охлаждении. Кроме того, на образование холодных трещин влияют и времен-
ные напряжения.
86
Раздал?
Холодные трещины, вызываемые остаточными напряжениями, появляются при экс-
плуатации отливок под воздействием нагрузок значительно меньших, чем расчетные. Прак-
тически они могут возникнуть даже без воздействия внешних сил — при очистке, транс-
портировке или механической обработке. Вероятность образования трещин тем больше,
чем меньше прочность или пластичность металла.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Температура заливаемого металла
Сталь
Температура заливаемого металла оказывает влияние на возможность образования
горячих и холодных трещин, газовых раковин, пригара, неспая, недолива и других дефек-
тов отливок.
Определение температуры заливки сводится к выбору необходимого першрева ста-
ли, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовлении отливок из
углеродистой и низколегированной стали разных марок чаще всего достаточно иметь пе-
регрев стали на 30—60°С, чтобы обеспечить удовлетворительную заполняемость литейных
форм. При изготовлении тонкостенных отливок и отливок с повышенными требования-
ми к неровности поверхности допускается наибольший перегрев стали на 50—100°С (см.
1-2. §7).
Чугун
Повышение температуры заливаемого чугуна на 20—
30°С относительно установленной в регламенте пред-
приятия, играет определенную положительную роль в
снижении напряженного состояния отливок. При кон-
такте такого чугуна с формой и стержнем происходит
интенсивное выгорание и разупрочнение связующих ма-
териалов. Это способствует улучшению податливости
формы и стержня и, как следствие, более свободной
усадке металла и снижению внутренних напряжений в
отливке.
Заливка формы более горячим металлом и длитель-
ная выдержка отливки в коме нагретой формовочной
смеси способствует снижению остаточных напряжений
в отливке и значительно снижает опасность возникно-
вения трещин [18].
Трещины от напряжения в отливках блок-картер
располагаются в основном в нижних гильзовых поясках
средних цилиндров со стороны окон механизма гидро-
распределения и не возникает в крайних. На рисунке
2.1.2а, б показана отливка «Блок цилиндров» одноряд-
ного двигателя с трещиной в гильзовом пояске (отме-
чено стрелкой). Дефект отливок был устранён повыше-
нием температуры заливки на 10—15°С, оптимизацией
Рис. 2.1,2a. Отливка «Блок
цилиндров» с холодной трещиной
Рис. 2.1.26. Фрагмент отливки
с дефектом (по стрелке увеличено)
Трещины
87
состава чугуна (см. раздел 2.1.4), устранением из состава шихты боя изложниц, тормоз-
ных колодок, сокращения доли передельных чугунов до 15—20% от металлозавалки и ус-
корением процесса охлаждения отливки в месте возникновения трещин.
§2 . Место подвода питателей
Сталь
После определения типа литниковой системы должно быть выбрано число (таблица
2.1.3) и место подвода питателей к отливке. Для этого рекомендуется:
1. Рассредоточенный подвод металла большим количеством питателей снижает воз-
можность местных разогревов, способствует уменьшению усадки, пористости, го-
рячих и холодных трещин, пригара в районе подвода.
2. Чрезмерное уменьшение сечения питателей увеличивает торможение металла, может
вызвать замедленное заполнение формы и сократить полезный эффект от рассре-
доточенного подвода.
3. Для обеспечения плотности и повышения механических свойств стальных отли-
вок питатели необходимо подводить под прибыль или в массивные части отливок,
питаемые прибылью.
4. Подвод металла в вертикально расположенные элементы отливок обеспечивает бо-
лее высокую плотность, чем в расположенные горизонтально.
5. Для обеспечения заполнения тонкостенных отливок целесообразно подводить ме-
талл сверху и располагать особо тонкие стенки вертикально.
6. Количество металла, проходящего через тонкую стенку, число поворотов на пути
металла и длина пути в тонкой стенке должны быть минимальными.
7. Не допускать расположения литниковой системы в непосредственной близости от
стержневого знака для ликвидации противодавления газа.
8. Избегать расположения питателей около холодильников и жеребеек.
9. Осуществлять одностороннее движение металла в форме.
10. При изготовлении тонкостенных стальных отливок больших габаритных размеров,
металл необходимо подавать к тонким стенкам с помощью большого числа пита-
телей.
таблица 2.1.3. Выбор числа питателей для стальных отливок [1]
Вес отливки, в кг Преобладающая толщина стенок, в мм
15 15-50 50
Рекомендуемое число питателей
<=10 1 - -
10-100 2-5 1-2 1
100-1000 2-8 2-6 1-2
1000 - 3-10 2-6
Для отливок с небольшими толщинами стенок можно пользоваться следующими дан-
ными:
Толщина стенки отливки, в мм 5-8 8-12 12-18
Наибольшее количество металла, протекающего через один питатель, в кг 5 15 35
88
Р а з д е л 2
Чугун
При выборе места подвода металла стремятся обеспечить объемное или направлен-
ное затвердевание различных частей отливки. Большая часть отливок имеет значительную
разницу в скорости охлаждения отдельных частей, что вызывает опасность появления на-
пряжений, трещин, короблений. Для снижения разницы в скоростях охлаждения расплав
металла следует подводить в менее массивные части отливок.
Одновременное и равномерное затвердевание и охлаждение отливки достигается не
только подводом чугуна в тонкие части отливки, но и соответствующим расположением
питателей, обеспечивающим симметричное и равномерное заполнение формы. Подобный
подвод чугуна применяют при изготовлении отливок большой протяженности со стенка-
ми различной толщины.
Для легкого отделения от отливки питатель должен иметь пережим поблизости от тела
отливки. Толщина питателя должна быть не более 0,8 толщины стенки отливки.
Рис. 2.1.3. Разновидности прибылей.*
а - открытая верхняя; б — открытая боковая (отводная);
в — закрытая боковая (питающая бобышка);
г — закрытая полусферическая прибыль с атмосферным давлением;
д — закрытая прибыль с газовым давлением;
е — закрытая легкоотделяемая прибыль с газовым давлением;
ж — обогреваемая верхняя открытая прибыль;
1 — массивная (питаемая) часть отливки; 2 — прибыль;
3 — песчаный стержень с каналом для подвода атмосферного давления в среднюю часть прибыли;
4 — керамический патрон с зарядом газоотводного вещества (например, мела);
5 — керамическая или стержневая разделительная пластина между прибылью и массивной частью отливки;
6 — песчаная втулка с термореактивной смесью (экзотермической),
оформляющая прибыль и обеспечивающая подогрев в ней металла
Трещины
89
Прибыли служат для питания термических узлов стальных и чугунных отливок и рас-
полагаются сверху, сбоку или в нижней части отливки (см. таблицу 2.1.3). При установке
прибылей надо руководствоваться следующими правилами:
• продолжительность затвердевания прибыли должна превышать продолжительность
затвердевания питаемой части отливки;
• если термические узлы располагаются через стенку отливки то у каждого узла дол-
жна быть своя прибыль;
• прибыль должна затвердевать последней, обеспечивая постоянную подпитку от-
ливки
• объем прибыли должен быть таким, чтобы усадочная раковина не достигала шей-
ки прибыли;
• шейка должна быть, по возможности, короткой и иметь скругленное сечение. При
подсоединении к плоским отливкам толщина шейки принимается равной 0,6—0,8
толщины отливки; очень эффективно облицевать шейку прибыли материалом с
низким коэффициентом теплоаккумуляции (примерно равным 150—180 вт * с0-5/
м2*град);
• следует учесть, что самый горячий металл должен быть в прибыли, поэтому её надо
утеплять и подавать в нее, по возможности, горячий металл;
• наиболее эффективная работа прибыли обеспечивается принципом направленного
затвердевания. Для этого прибыль надо обогревать, а отдаленные от прибыли ча-
сти отливки охлаждать [38].
Трещина от напряжения в ободе отлив-
ки представлена на рисунке 2.1.4. Дефект яв-
ляется следствием нерациональной конструк-
ции литниковой системы, вызывающей
неравномерный разогрев и последующее ох-
лаждение обода, пониженной (менее 1320°С)
температуры заливки. Трещина обнаружива-
ется при дробеметной очистке или галтовке.
Дефект устраняется рассредоточением пита-
телей, повышением температуры заливки и
снижением в чугуне содержания Сг, Мп и Si
при одновременном увеличении содержания
углерода. В отдельных случаях ликвидировать
светлые трещины от напряжений можно
только введением операции искусственного
Рис. 2.1 .Л. Отливка «Маховик»
с трещиной на ободе
старения.
§3. Наружные и внутренние холодильники
Регулирование скорости охлаждения тепловых узлов отливки производится с помо-
щью внутренних и наружных холодильников. Установка холодильников ускоряет охлаж-
дение тепловых узлов, что часто бывает необходимо для обеспечения направленного или
одновременного затвердевания отливки. Ускоряя охлаждение узла, холодильник предот-
вращает образование в нем усадочной раковины, так как узел успевает пропитаться за
счет позднее затвердевающих частей отливки. Использование холодильников в массив-
ных сечениях отливок для выравнивания скорости охлаждения, может привести к умень-
шению внутренних напряжений, снижению коробления отливки и опасности образова-
ния трещин.
90
Раздал?
Внутренние холодильники устанавли-
вают в форму при ее сборке. Они разва-
риваются или расплавляются и остаются
в теле отливки. По своему химическому
составу внутренние холодильники долж-
ны соответствовать составу отливки.
На рисунке 2.1.5 представлены зави-
симости диаметров внутренних холодиль-
ников от толщины стенок для Х-, Т- и L-
образных сопряжений, построенных путем
расчета. Расчетные показатели проверя-
лись [25] серий исследований на стальных
отливках с различными толщинами сте-
нок, имевших Х-, Т- и L-образных сопря-
жений.
На рис. 2.1.6 представлены фотогра-
Толщина стенки, мм
Рис. 2.1.5. Зависимость диаметров
внутренних холодильников от толщины стенок
Х-, Т- и L- образных сопряжений
фии рентгенограмм отливок Х-образных сопряжений при толщине стенки 10 мм, с холо-
дильниками различных размеров. Кривые рис. 2.1.5 показывают, что в этих условиях дос-
таточен холодильник диаметром 7,5 мм. Как видно из рентгенограмм (рис. 2.1.6в), отливка
с таким холодильником не имеет раковин, узел совершенно плотный. В другой отливке
(рис. 2.1.6г) установленный холодильник слишком велик; он не сварился и даже вызвал
образование усадочных дефектов в стенках, не питаемых прибылью, благодаря их преж-
девременному обособлению.
Рис. 2.1.6. Рентгенограммы темплетов из X- образных сопряжений стальных отливок
толщиной стенок 10 мм:
а - без холодильников; б — диаметр холодильников 4,2 мм;
в - диаметр холодильников 7,9 мм; г - диаметр холодильников 10,0 мм
Трещины
91
Внутренние холодильники изготавливают только из прокатанной стали и устанавли-
вают в форму при ее сборке, что можно посмотреть на рис. 2.1.7. Они развариваются или
расплавляются и остаются в теле отливки. По своему химическому составу внутренние
холодильники должны соответствовать составу отливки.
в — спиральных холодильников 1, с прутками-сердечниками 2;
г — холодильника, высверленного при механической обработке отливки
Влияние наружных
холодильников на тол-
щину отвержденного
слоя стали марки 35Л в
зависимости от времени
охлаждения можно про-
следить в разделе 1.8. §11.
Наружные холодиль-
ники делаются чаще все-
го из стали, а фасонные —
отливаются из чугуна (см.
рис. 2.1.8). Наибольшая
применяемая толщина
плоских наружных холо-
дильников обычно не пре-
вышает 70 мм, наиболь-
ший диаметр крупных
наружных холодильников
из прутка — 40—45 мм [7].
Рис. 2.1.8. Пример применения местных наружных холодильников:
а, б — плоского прямоугольного; в — плоского со срезом;
г — плоского ромбического; д - цилиндрического; е — фасонных
92
Р о з д е л 2
При использовании холодильников рекомендуется:
• поверхность холодильников, жеребеек, арматуры следует очищать от ржавчины,
масла и других газотворных веществ, подвергать лужению или гальваническому
покрытию;
• толщина полуды должна быть минимальной так как избыток олова может при-
вести к образованию пористости;
• предварительно очищенные холодильники, используемые для получения отверстия,
следует покрывать малогазотворным огнеупорным материалом (например, краской:
92% молотого ферросилиция, 8% буры с мелассой или цирконовой краской);
• не использовать многократно одни и те же холодильники;
• время до заливки форм с установленными холодильниками должно быть мини-
мальным (не более 30 минут), так как на холодильниках конденсируется влага;
• для лучшей свариваемости жеребеек возможен их подогрев перед простановкой в
форму;
• площадь наружных холодильников должна быть меньше площади охлаждаемого теп-
лового узла во избежание преждевременного затвердевания прилегающих к тепло-
вому узлу частей отливки, через который поступает жидкий металл от прибыли;
• в качестве наружных холодильников можно использовать введение воды в необхо-
димые места верхней полуформы после образования корки затвердевшего металла;
• наружные холодильники должны быть не сплошными, а в виде отдельных плиток,
брусков и т. д. Зазоры между отдельными холодильниками необходимо тщатель-
но заделывать во избежание появления заливов;
• масса внутренних холодильников не должна превышать 4..4,5% массы отливки, ина-
че не произойдет их прочное соединение со сплавом отливки.
Непроваренное соединение внутреннего холодильника с отливкой можно увидеть на
рисунке 2.1.9. Расплавление холодильника заливаемым металлом не произошло в резуль-
тате некачественной обработки поверхности холодильника и его увеличенного размера
(расчет объема холодильника не выполнялся).
На рис. 2.1.10 представлены примеры охлаждения термических узлов отливок внут-
ренними холодильниками. Примеры использования внешних холодильников можно по-
смотреть на рис. 1.8.8 в 1.8. §11.
§4. Легирование чугуна
Холодные трещины образуются в отливках в тех случаях, когда напряжения, разви-
ваемые в интервале упругих деформаций, достигнут величины предела прочности мате-
риала. Чем больше напряжения и чем меньше прочность и пластичность материала, тем
большая вероятность образования холодных трещин.
Для повышения прочности чугунов проводят их легирование различными элементами.
В данном случае интерес представляют элементы, которые способствуют графитизации чугу-
на и в то же время повышают его прочностные свойства и усредняют свойства металла в тон-
ких и толстых сечениях. К ним можно отнести никель, медь и др., являющиеся графитизиру-
ющими элементами В то же время никель и медь задерживают распад эвтектоидных карбидов,
тем самым стабилизируют перлит и способствуют повышению его дисперсности.
Влияние, оказываемое легирующими элементами на кристаллизацию чугуна, долж-
но обеспечивать повышение механических свойств. Никель и медь при одновременном
способствовании графитизации, также увеличивают прочность. Но их основная роль связана
с одновременным повышением дисперсности перлита и выравниванием свойств в тонких
и толстых сечениях отливки.
Трещины
93
Рис. 2.1.9. Фрагмент отливки с непроверенным
внутренним холодильником
Рис. 2.1.10. Примеры
охлаждения бобышек
внутренними холодильниками:
а) гвоздями; б) проволочной
спиралью; в) прутком
К наиболее активному элементу, спо-
собствующему графитизации и одновре-
менно активно участвующему в образова-
нии карбидов, нитридов, окислов, следует
отнести титан. Тугоплавкие включения,
образующиеся еще в жидком расплаве,
могут служить центрами кристаллизации
графита.
Проведенные под руководством док-
тора технических наук Ильинского В А.
исследования показали [28]. что обычный
серый чугун с пластинчатым графитом обладает наилучшей
трещиноустойчивостью при содержании углерода 3,4—3.6%
и кремния в пределах 1,8—2,1%. Однако прочностные свойства
такого чугуна невысоки. Комплексным легированием этого
чугуна никелем, мелью и титаном в количестве 0,3; 0,3 и 0,12%
соответственно, удалось повысить прочностные свойства с
170—180 МПа до 220—250 МПа и получить низколегированный
чугун, максимально противостоящий разрушению от действия
остаточных напряжений.
Состав чугуна в % массы: углерод 3,3—3,6; кремний
1,75—2,1; марганец 0,65—0,80; никель > 0,1; хром менее 0,15;
медь 0,25—0,4; титан 0,06—0,12.
§5. Заливка форм металлом
Время заливки формы сталью
Время заливки зависит от размеров и особенностей кон-
струкции отливки, литеиных свойств определённой стали, геп-
лоаккумулирующих свойств материала формы и др. Для полу-
чения тонкостенных отливок, имеющих сочленения различных
по толщине стенок, необходимо уменьшить время заливки,
чтобы не допустить образование трещин. При изготовлении же
отливок, склонных к образованию подкорковых газовых пузы-
рей, требуется увеличить время заливки для свободного уда-
ления газа из полости формы (см. 1.4. §9).
Скорость заливки чугуна
Для получения качественного литья очень важными яв-
ляются температура заливаемого чугуна и весовая скорость за-
ливки. Это продиктовано конструкцией отливок и технологией
их изготовления (см. 1.4. §9).
§6. Обычное и регулируемое охлаждение отливок
Сталь
При неравномерном остывании отливки в форме темпе-
ратура не может быть одинаковой в различных местах её объёма.
Чем больше разница в толщинах стенок одной и той же отливки,
94
Р о з д в л 2
тем больше перепад температур и тем больше величины напряжений. Длительность охлаж-
дения отливок определяется температурой нагрева стали, теплоаккумуляииеи формовоч-
ных материалов, конструкцией отливки и её склонностью к образованию трещин и т.д. Чем
тоньше средняя толщина стенки отливки или её приведённая толщина, тем скорее она
остынет и тем раньше её можно выбивать из формы Но чем больше толщина отливки, тем
дольше время остывания и тем позже можно начинать выбивку [22].
Главной причиной осторожного выбора температуры извлечения стальных отливок
является предотвращение образования холодных трещин. Безопасная температура извле-
чения отливок неответственного назначения может быть доведена до 900°С (светло-крас-
ное каление). К ним относятся копровые бойки, настильные плиты, гру 5Ы для опок и др.
Наоборот, детали тонкостенные, с резким переходом от тонких сечений к утолщениям, из-
влекают при более низкой температуре, не выше 100'С. К ним относятся венцы зубча-
тых шестерней, детали колёсного типа, ребристые панели и др.
На температуру извлечения оказывают влияние следующие факторы:
1) чем больше неравномерность охлаждения отливок ответственного назначения, тем
ниже должна быть температура извлечения их из форм;
2) повышенные температуры извлечения можно применять для отливок с простой
конфигурацией, не склонных к холодным трещинам или короблению.
Для сокращения продолжительности охлаждения отливок иногда используют мето-
ды принудительного охлаждения Например, формы, залитые на конвейере, охлаждают
обдувкой их воздухом в специальных тоннелях; крупные отливки охлаждают установкой
в форму змеевиков или сруб, по которым пропускают воздух или паровоздушную смесь;
использованием холодильников и захолаживающих смесей.
Чугун
После затвердевания отливку выдерживают в форме для охлаждения до температуры
выбивки. Высокая температура выбивки нежелательна из-за опасности разрушения отливки,
образования дефектов или ухудшения её ка-
чества. Ранняя выбивка может привести к об-
разованию трешин. короблению и возникно-
вению в отливке высоких остаточных
напряжений. Однако с экономической точ-
и зрения выбивку стремятся провести при
максимально допустимой высокой темпера-
туре [37].
Опыт работы литейных цехов показыва-
ет, что без ущерба для качества чугунные от-
ливки можно извлекать из формы при сле-
дующих температурах:
• 700—800°С — мелкие отливки;
• 400—500°С — средние отливки;
• 300—400°С — крупные массивные;
• 200—300°С — сложные отливки,
склонные к образованию грещин.
Продолжительность выдержки отливки в форме определяется толщиной её стенки,
свойствами залитого сплава и литейной формы, температурой выбивки.
Для сокращения продолжительности охлаждения отливок из чугуна, используются те
же методы принудительного охлаж тения, что и для стали.
Рис. 2. J. 11. Фрагмент отливки «Корпус насоса»
с трещиной
Трещины
95
Рекомендации при регулируемом охлаждении:
1. Для снижения напряжения при помощи регулируемого охлаждения отливок в форме
необходимо руководствоваться следующими правилами:
• во время первого охлаждения, в диапазоне пластических деформаций, охлаж-
дение толстых стенок отливки должно происходить быстрее, чем тонких;
• при переходе в область упругих деформаций, обычно при температурах между
700—750 градусов, скорость охлаждения толстых стенок нужно резко снизить.
При прохождении этого диапазона и ниже его, температурные различия между
толстыми и тонкими стенками должны быть доведены до минимума;
• при температуре ниже 400 градусов целесообразно ускорить охлаждение одно-
временно толстых и тонких стенок отливки.
2. Внешние стенки отливки, склонные к образованию остаточных напряжений, дол-
жны быть толще внутренних. По этим же соображениям целесообразно кромки
стенок с большой площадью поверхности утолщать буртом. То же относится к краям
больших проемов в стенках отливок.
3. С целью выравнивания скоростей охлаждения различных участков отливки при-
меняют подогрев формы или специальные низкотеплопроводные и экзотермические
формовочные смеси для облицовки тонких стенок отливки [23].
4. Резкое охлаждение толстых стенок отливки в области упругих деформаций можно
выполнить введением порций воды, паровоздушной смеси в специальные полости
формы или облицовкой смесями с высоким коэффициентом теплоаккумуляции [3].
Ранняя выбивка отливок может привести к образованию трещин или возникновению
в отливке высоких остаточных напряжений. На рисунке 2.1.11 представлен фрагмент от-
ливки «Корпус насоса» с окисленной трещиной со стороны стержня. Для ускорения про-
изводственного цикла отливки были извлечены из формы при температуре металла око-
ло 700°С. В результате соударения с другими отливками при загрузке в тару, образовалась
рассматриваемая трещина.
§7 . Низкотемпературный отжиг чугуна
Важным мероприятием является стабилизация внутренних напряжений в отливке, что
достигается процессом, называемым старением. Различают естественное и искусственное
старение [45]. Естественное старение состоит в длительном вылеживании отливок на от-
крытом воздухе с чередованием частичной механической обработки. Искусственное ста-
рение, называемое низкотемпературным отжигом являет ся наиболее распространенным.
Низкотемпературный отжиг отливок из серого чугуна состоит из их нагрева, выдержки при
температуре 400—600 градусов и медленного охлаждения вместе с печью. Загрузка отли-
вок производится как в холодную, так и в нагретую до 200—300 градусов печь. Скорость
повышения температуры в печи — 50—150 градусов в час до достижения температуры вы-
держки. Чем выше температура и больше продолжительность выдержки отливок в печи,
тем меньше величина остаточных напряжений. Оптимальная температура нагрева отли-
вок из серого чугуна 520—570 градусов с выдержкой в течение 2—3 часов и охлаждением
со скоростью 10—30 градусов в час вместе с печью до 350 градусов. Далее скорость охлаж-
дения можно увеличить до 60 градусов в час. Выгрузку отливок из печи следует произво-
дить при температуре не выше 100—150 градусов.
• назначение отжига — снятие внутренних напряжений, повышение вязкости, ста-
билизация размеров детали, снижение деформации;
• исходная структура основной массы до отжига — П-ФЕ; П. Конечная структура
не изменяется;
96
Раздел?
• скорость нагрева отливок — 70... 100
градусов в час;
• температура нагрева — 500—600 гра-
дусов, легированных чугунов — до
630 градусов;
• продолжительность выдержки в
печи, в зависимости от конфигура-
ции детали и габаритных размеров
отливки — 2...8 часов;
• охлаждение — медленное, с печью,
20...50 градусов в час до 250 граду-
сов.
Брак по трещинам в отливках «Блок-
картер» на одном из литейных заводов вы-
являлся, в основном, в литейном цехе после
финишной обработки, ещё до операции ис-
Рис. 2.1.12. Фрагмент отливки «Блок-картер»
кусственного старения (низкотемпературный отжиг). Если трещина образовалась после тер-
мообработки в процессе механической обработки, то можно говорить либо о нарушении
режима термообработки, либо о её отсутствии у данной детали. На рисунке 2.1.12 пред-
ставлен фрагмент такой отливки с трещиной от напряжения в гильзовом пояске.
§8 . Упрочняющие и охлаждающие рёбра
При конструировании отливок необходимо стремиться к получению равномерной
толщины их стенок во избежание образования тепловых узлов, способствующих возник-
новению усадочных раковин и трещин.
Рис. 2.1.13. Упрочнение и охлаждение термического узла отливки:
а — горячая трещина в остром углу; б — закругления; в — тонкие ребра и наружный холодильник
На рис. 2.1.13 представлен ряд угловых соединений стенок [32]. На рис. 2.1.13а пока-
зана горячая трещина в месте соединения стенок (в термическом узле).
Для ликвидации этого дефекта предлагается ряд приемов:
— скругление наружного угла соединения стенок галтелью для разрядки термичес-
кого узла — (б);
— установка ребер для охлаждения термического узла и повышения его жесткости
- (в);
— использование наружного холодильника — (в).
Трещины
97
Рис. 2.1.14. Упрочнение и
охлаждение термического
узла отливки:
1 — внешние ребра;
2 — внутренние ребра
Особое значение имеет сочленение ребер жесткости, пред-
назначенных для увеличения прочности и предотвращения об-
разования трещин деталей, с поверхностью отливок 143]. В ме-
сте стыка ребер со стенкой отливки часто появляется усадочная
рыхлость, ослабляющая отливку. Толщина ребер жесткости (см.
рис. 2.1.14) не должна превышать 0,8 наименьшей толщины сте-
нок, с которыми ребра сопрягаются. Толщину ребер, располо-
женных внутри отливки, где охлаждение протекает значитель-
но медленнее, можно принимать до 0,6 от толщины основного
тела. Во время затвердевания, охлаждаясь в первую очередь,
ребро жесткости затрудняет процесс образования трещин и спо-
собствует повышению конструктивной прочности отливки.
Холодная трещина от
напряжения во фланцевой
части отливки представлена
на рисунке 2.1.15. Дефект яв-
ляется следствием неэффек-
тивной конструкции отливки, создающей в Т-образном
сечении термический узел. При температуре в районе
500°С произошла релаксация возникшего напряжения
в термическом узле с образованием трещины. На тем-
пературный режим образования трещины указывает
темно-серый цвет её поверхности.
Рис. 2.1.15. Фрагмент отливки
«Ступица» с трещиной
§9. Цвет поверхности холодных трещин в чугуне
В процессе исследования трещин замечено, что поверхность их бывает разных цве-
тов: от серого через соломенно-желтый, сине-фиолетовый, темно-серый и темно-серый с
коричневые налетом [28]. Установлено, что цвет поверхности излома зависит от темпера-
туры возникновения трещины на определенных этапах охлаждения. Иногда поверхность
трещины может иметь несколько оттенков, от сине-фиолетового до темно-серого, от со-
ломенно-желтого до сине-фиолетового и т.д. Серый цвет излома обычно получается при
низкой температуре на участке очистки и т.д. Появление отливок с другой цветовой гам-
мой излома происходит в процессе охлаждения, выбивки
или соударения в горячем состоянии. По цвету повер-
хности и температуре технолог может без особых зат-
руднений определить место возникновения трещины в
технологической цепочке изготовления отливки и при-
нять меры по ее ликвидации.
Особые признаки «трещины холодной»,
образованной при температуре
менее 190 градусов
При охлаждении чугунных отливок ниже темпера-
туры 190 градусов в их материале преобладают упругие
свойства. Трещины, образующиеся в отливках в
период преобладания в их материале упругих свойств,
называются холодными. Цвет излома светло-серый
(рис. 2.1.16).
Рис. 2.1.16. Фрагмент поверхности
трещины светло-серого цвета
98
Раздел?
Особые признаки «трещины холодной»,
образованной при температуре
190-200 градусов
Поверхность излома покрыта окислами, имеющими
соломенно-желтый цвет вследствие образования разрыва
в нагретом состоянии. В первом приближении цвет тре-
щин надежно характеризует температурный интервал
разрушения отливок. Он. как правило, находится в пре-
делах 190—220 градусов. В связи с недостатком в фор-
ме кислорода и плотно сжатыми краями трещины, фак-
тическая температура разрушения оказывается всегда
несколько выше (рис. 2.1.17).
Особые признаки «трещины холодной»,
образованной при температуре
320-370 градусов
Поверхность излома покрыта окислами, имеющими
сине-фиолетовый цвет вследствие образования разры-
ва в нагретом состоянии. В первом приближении цвет
трещин надежно характеризует температурный интер-
вал разрушения отливок. Он. как правило, находится в
пределах 320—370 градусов (рис. 2.1.18).
Особые признаки «трещины холодной»,
образованной при температуре
400-580 градусов
Поверхность излома покрыта окислами, имеющими
темно-серый цвет вследствие образования разрыва в
горячем состоянии. В первом приближении цвет трещин
надежно характеризует температурный интервал разру-
шения отливок. Он, как правило, находится в пределах
400—580 градусов (рис. 2.1.19).
Особые признаки «трещины холодной»,
образованной при температуре
600-750 градусов
Поверхность излома покрыта окислами, имеющими
темно-серый цвет с коричневым налетом вследствие
образования разрыва в горячем состоянии при темпе-
ратуре 600—750 градусов (рис. 2.1.20).
Рис. 2.1.17. Фрагмент поверхности
трещины соломенно-желтого цвета
Рис. 2.1.18. Фрагмент поверхности
трещины сине-фиолетового цвета
Рис. 2.1.19. Фрагмент поверхности
трещин темно-серого цвета
Рис. 2.1.20. Фрагмент поверхности трещин
темно-серого цвета с коричневым налетом
Трещины
99
§10. Податливость формовочных смесей и стержней
Для уменьшения остаточных напряжений, обусловленных механическим сопротив-
лением отдельных участков формы и стержней, необходимо стремиться к увеличению их
податливости. Некоторые рекомендации
1. Податливыми должны быть части формы и стержни, образующие внутренние по-
лости отливки.
2. Увеличения податливости формы и стержней можно достигнуть:
• заменой сухих форм и стержней сырыми;
• максимальным понижением прочности смесей при высоких температурах;
• уменьшением толщины слоя плотно набитой смеси;
• введением в состав смеси древесных опилок или муки, вермикулита и других
разрыхляющих добавок;
• разрушение смеси должно происходить, по возможности, при более низких тем-
пературах и в максимально короткий срок.
3. Снизить содержание глины в смесях до уровня возможного.
4. В крупных стержнях предусмотреть
полости, которые при необходимости
можно засыпать песком, формовочной
смесью и другими материалами.
5. При изготовлении крупных отливок
проводить местное разрыхление сме-
си вокруг опасных (с точки зрения
образования трещин) участков.
При большой степени уплотнения фор
мовочной смеси возникают значительные на-
пряжения в отливке. В процессе выбивки,
очистки или транспортировки таких отливок
возможно появление трещин. На рисунке
2 1.21 представлена отливка «Корпус печной
дверцы» с трещиной от плотной набивки
болвана.
Рис. 2.1.21. Отливка «Корпус печной дверцы»
с холодной трещиной
§11. Технологичность отливок
Разница в толщинах стенок
Образование трещин связано с возникновением напряженного состояния в стенках
отливок. Ес ти отливка имеет сопряжение разных по толщине стенок, то возникает опас-
ность создания значительного напряжения, вызывающего, в ряде случаев, образование хо-
лодной трещины.
При конструировании отливки надо стремиться к получению минимальной разницы
толщин сопрягаемых стенок. Если по конструктивным соображениям избежать этого нельзя,
то следует выполнить правильный переход от толстых к массивным частям, как показано
на рис. 2.1.22 [53], и при литье использовать холодильники
Все угловые сопряжения стенок выполняют с помощью внешних и внутренних ради
усов закруглений.
При различной толщине сопрягаемых стенок, если соотношение их толщин меньше
1,75, переходы выполняются радиусом закруглений из разных центров. Наружный радиус
принимают равным 1/2 суммы толщин сопрягаемых стенок, а внутренний радиус — 1/4
100
Р а з д е п 2
h>4(C-a)
А + а
h > 4(0,6 А - а)
Н >6(0,6А-а)
при соотношении толщин стенок: а — А/а < 1,75;б — А! а >1,75 ;
(С « 0,6 Л; г ~ + ~ ^+Q) ; 1 - холодильник
4 2
суммы толщин сопрягаемых стенок. Если соотношение толщин сопрягаемых стенок бо-
лее 1,75, то переход рекомендуется выполнять с помощью сочетания клина с галтелью.
Припуски на обработку должны включаться в толщину стенок.
Сопряжение стенок под острым углом
Конструктивная прочность отливок, в значительной мере, зависит от радиусов закруг-
ления и концентрации напряжений, что особенно важно при работе отливок на ударную
нагрузку. Неудачное сочленение стенок и оформление углов часто приводят к образова-
Трещины
101
нию местных скоплений металла, сопро-
вождающихся образованием раковин и
рыхл от.
Практикой установлено, что при со-
членении стенок неудачным является об-
разование между ними острых углов. Если
в местах сочленения получается скопление
металла, то в сечении основной отливки
делают впадину. Сочленение стенок с раз-
личными толщинами и с оформлением
углов рекомендуется делать так, как это
показано на рисунке 2.1.23 [39].
При конструировании отливок следу-
ет избегать острых внутренних углов, так
как скорость их затвердевания, вследствие
Рис. 2.1.23. Примеры сочленения стенок отливки:
а — правильно; б — неправильно
слабого отвода тепла через внутренние стенки формы, очень мала. Поэтому, в вершине
внутреннего угла толщина стенки может быть на 20-25% меньше, чем толщина сочленяе-
мых стенок.
Термические узлы
Для ликвидации трещин важным является обеспечение условий одновременного зат-
вердевания и остывания стенок отливок при отсутствии на их пересечении термических
узлов.
Таблица 2.1 .А
102
Раздел?
Чем больше толщина стенок отливки и
больше разница толщин отдельных ее частей,
тем больше напряжение при прочих равных
условиях. Следует стремиться к сокращению
количества термических узлов, расположен-
ных под острым углом стыков, сопряжений
стенок и т. д.
Узловые места отливки нужно, по воз-
можности, конструировать таким образом,
чтобы толщина их приближалась к толщинам
стенок.
В таблице 2.1.4 приведены конструктив-
ные решения по разрядке термических узлов
[32]. Эти и вышеописанные конструктивные
решения целесообразно использовать при
разработке технологии изготовления отлив-
ки в период отработки чертежного варианта
Рис. 2.1.24. Отливка «Колесо КЦ»
с холодной трещиной
детали.
Холодная трещина от напряжения ступицы колеса представлена на рисунке 2.1.24.
Дефект может быть устранён изменением конструкции отливки, а именно поворотом спиц
ступицы вокруг своей оси на 90°.
§12. Разное, или Советы бывалого
1. Чем больше степень уплотнения формовочной смеси, тем больше напряжение в
отливке и тем меньше деформация смеси. Увеличение податливости формовоч-
ной смеси является эффективным средством понижения напряжении и уменьшения
опасности появления трещин в отливках. Сырая форма более податлива, чем су-
хая, и обуславливает более низкие напряжения в отливке, чем сухая.
2. При возрастании длины отливки наблюдается значительный рост напряжении и
небольшое увеличение деформации формы. Следовательно, уменьшение длины
отливки путём расчленения её на части, является эффективным мероприятием по
борьбе с трещинами.
3. Чем больше габариты отливки, тем равномернее надо обогревать стенки формы,
например, вводом металла через большое число питателей. Сосредоточение теп-
ла вблизи одного питателя увеличивает перепад температур между объёмом отливки
вблизи питателя и соседними тонкими частями и служит причиной образования
холодных трещин.
4. Чем выше пластические свойства металла, тем ниже возможность образования хо-
лодных трещин. Целесообразно легирование серого чугуна осуществлять малыми
добавками Си и N1 и осуществлять контроль за тем, чтобы содержание хрома в
металле не превышало допустимые по ТУ пределы [28].
Трещины
103
Глава 2.2. Трещина термическая
Описание дефекта
Разрыв сплошности в виде трещины,
заметной невооруженным глазом Трещина
имеет острые края и может быть поверхнос-
тной или проходить по всему поперечному
сечению. Стенки трещины, вследствие окис-
ления при на1реве. окрашены.
Формирование трещины
При термической обработке различных
видов, в том числе и отжиге, в отливке мо-
гут возникнуть временные температурные
напряжения.
Увеличению этих напряжений способ-
ствует:
• неравномерный нагрев отливки;
• резкий нагрев или охлаждение от-
Рис. 2.2.1. Фрагмент отливки «Колесо»
с термической трещиной
и внутренними зонами, остаточными на-
ливки;
возникновение разницы температур
между стенками малого сечения и
более массивными, между наружными
пряжениями в отливке. Если величина суммарных напряжений превысит предель-
ные значения прочности или пластичности материала отливки, в ней могут обра-
зоваться трещины.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1. Напряжения в отливке
В процессе выполнения термической обработки в отливке могут возникнуть времен-
ные температурные напряжения, обусловленные нагревом разных участков отливки с разной
скоростью. При достижении температурных напряжений уровня критических для конк-
ретного металла, в нём могут возникнуть термические трещины. Одновременно на это
влияют геометрия самой отливки и структура металла в тонких и толстых стенках, увели-
чивая или уменьшая опасность трещинообразования [45].
Для снижения напряжённого состояния в отливке при термообработке необходимо
вести нагрев с меньшей скоростью и с выдержкой для выравнивания температур. Холод-
ные отливки следует укладывать в горячую печь. Плотная укладка отливок приводит к
интенсивному разогреву наружных частей отливок и медленному нагреву внутренних, что
способствует возникновению дополнительных напряжении Следовательно, отливки нельзя
укладывать очень плотно. Конструкция печи и уклатка отливок должны обеспечивать сво-
бодную циркуляцию газов между различными частями всех отливок.
Отжиг в течение 6 часов при температуре 550°С уменьшает остаточные напряжения
на 90%. Для снятия напряжений важнее повышение температуры отжига, чем увеличение
104
Р а з д е л 2
его длительности, однако при этом возмож-
но снижение механических свойств.
Внутренняя термическая трещина, обна-
руженная после механической обработки на-
правляющей станины, представлена в виде
фрагмента отливки на рисунке 2.2.2. Обра-
зование трещины могло произойти в резуль-
тате интенсивного нагрева отливки без вы-
держки для выравнивания температуры.
§2 . Очистка отливок от смеси
Причиной возникновения термических
напряжений в отливках, при остывании их
после заливки металла в формы, является
отставание охлаждения одних частей объёма
Рис. 2.2.2. Фрагмент отливки
«Направляющая станины» с термической трещиной
относительно других. Напряжения возникают в результате перепада температур между
любыми частями объёма. Следовательно, если в термическую печь поместить отливку, не
полностью очищенную от остатков формовочной или стержневой смеси, то при нагреве
части отливки, свободные от смеси, будут иметь большую скорость нагрева, чем части,
покрытые смесью. В результате возникают термические напряжения, следствием которых
могут быть появления термических трещин.
§3 . Термообработка отливок с массивными прибылями
Градиент температур, возникающий при термообработке в печи отливки с массив-
ными прибылями, приведет к термическим напряжениям, вызывающим различные неже-
лательные последствия. Если величина местного напряжения превысит предел прочнос-
ти металла, то в отливке могут возникнуть термические трещины.
Предупредить образование такого рода трещин можно отрезкой массивных прибы-
лей до проведения термообработки отливок. Для обрезки или обрубки заливов, прибылей,
выпоров и литников используют механическую обработку, огневую резку и другие спосо-
бы отделения.
Для снижение возможности образования трещин в отливке при отрезке прибылей
предусматривается — предварительный отжиг отливки; отрезка прибылей; термообработка.
Такой порядок операций особенно важен при обработке отливок, в которых при огневой
резке без предварительного отжига могут возникнуть трещины.
Отливки небольших сечений и простой конфигурации можно загружать в печь, на-
гретую до температуры отжига и нагревать с наибольшей возможной скоростью. Сложные
по конфигурации массивные отливки, имеющие значительные внутренние напряжения,
во избежании возникновения трещин необходимо нагревать медленно, со скоростью около
100°С/ч до 350—400°С, после чего скорость нагрева может быть увеличена. Время нагрева
определяется из расчёта 1—2 минуты на I мм наибольшего сечения отливки, время выдержки
составляет 25% времени нагрева.
Охлаждение отливок при отжиге производится вместе с печью до 300—400°С, а затем
на воздухе. После отжига значительно повышается пластичность отливок, структура из-
мельчается.
Термическая трещина на корпусе фрагмента отливки представлена на рисунке 2.2.3.
Трещина образовалась в результате провисания части отливки, которая находилась под
частичным воздействием факела газовой горелки. Влияние интенсивного разогрева отливки
Трещины
105
и провисание под собственным весом значительно уве-
личило термическое напряжение и привело к образова-
нию дефекта.
§4 . Режимы поверхностной и изотерми-
ческой закалки
Закалка
1. Назначение закалки — повышение твердости до
НВ 500, повышение прочности, износостойкости.
2. Исходная структура основной массы — П;
П+ФЕ. Конечная структура — продукты распада
переохлажденного аустенита: мартенсит, трос-
тит, сорбит, остаточный аустенит. В процессе
Рис. 2.2.3. Фрагмент отливки «Корпус
горелки» с термической трещиной
закалки происходит превращение переохлажденного аустенита.
3. Скорость нагрева — медленная до 550 градусов для сложных отливок.
4. Температура нагрева — 850—930 градусов.
5. Продолжительность выдержки — достаточная для насыщения аустенита углеродом
(0,5...3 часа).
6. Охлаждение — вода, масло.
Изотермическая закалка
1. Назначение изотермической закалки — повышение твердости до НВ 500, прочности,
резкое увеличение износостойкости.
2. Исходная структура основной массы — П; П+ФЕ. Конечная структура — продук-
ты изотермического превращения аустенита: бейнит, тростит, сорбит, остаточный
аустенит.
3. Скорость нагрева: простые детали — ускоренно; сложные — до 550 градусов.
4. Температура нагрева — 830—950 градусов.
5. Продолжительность выдержки — достаточная для прогрева (0,2 ... 1,5 часа).
6. Охлаждение — закалочная среда с температурой 250...600 градусов.
Поверхностная закалка
1. Назначение поверхностной закалки — повышение поверхностной твердости до
HRC 55, резкое увеличение износостойкости. .
2. Исходная структура основной массы — П (более или равно 0,6% С СВ), конечная
структура — в поверхностном слое продукты превращения переохлажденного аус-
тенита.
3. Скорость нагрева — быстрый нагрев поверхностного слоя ТВЧ, газовым пламенем,
в электроплите.
4. Температура нагрева — 840...950 градусов.
5. Продолжительность выдержки — достаточная для прогрева заданного слоя (10 се-
кунд).
6. Охлаждение — в воде, масле и других средах.
§5 . Углерод в подприбыльной части отливки
В стальных отливках часто под усадочной раковиной образуется ликвапионное пят-
но, в котором наблюдается резко повышенное содержание ликвирующих примесей. Мно-
гочисленные исследования показывают, что в нижней части отливки происходит обедне-
106
Р а э д в л 2
ние металла примесями, имеющими большую величину коэффициента распределения.
Очевидно, что это явление связано с возникновением объёмов металла, обогащённых при-
месями и всплывающими в верхнюю часть отливки. Всплывание примесей может проис-
ходить без образования примесями самостоятельных фаз — для этого достаточно развития
концентрированных потоков.
Различные марки стали имеют различную склонность к развитию дефектов, связан-
ных с химической неоднородностью. Степень развития ликвации увеличивается при воз-
растании содержания в стали углерода, являющегося наряду с серой и фосфором сильно
ликвирующим элементом.
В качестве основных методов воздействия на процессы образования зональной лик-
вации можно считать введение модифицирующих добавок в сплав и выбор режима охлаж-
дения отливок.
Уменьшить ликвацию углерода, и, как следствие, образование термических трещин,
можно последовательной кристаллизацией отливки. В толстостенных стальных отливках
ликвационную неоднородность можно уменьшить, но нельзя совсем устранить, что обус-
ловлено характером процесса усадки. Уменьшить ликвацию углерода в стали возможно путём
доливания в прибыль металла с низким содержанием углерода при одновременном пере-
греве стали до высокой температуры.
Важным является правильный выбор конструкции отливки, эффективное расположение
питателей, деаэрация жидкого металла.
Задерживая затвердевание больших стальных отливок, можно создать условия, при
которых все всплывающие ликваты сконцентрируются в прибыли.
При разработке технологии литья сложных фасонных отливок необходимо выбирать
сплавы, которые имеют меньшую склонность к ликвации, например, низкоуглеродистые.
§6 . Режим отпуска и нормализации отливок
Отпуск
1. Назначение отпуска — снятие закалочных напряжений, распад твердых растворов,
повышение вязкости, пластичности и предела выносливости.
2. Исходная структура основной массы — М, ТР, ^статочный аустенит; конечная струк-
тура — мартенсит, троостит, сорбит отпуска. В процессе закалки происходит пре-
вращение остаточного аустенита, мартенсита, укрупнение карбидной фазы.
3. Скорость нагрева — сложные детали замедленно.
4. Температура нагрева — 200...700 градусов в зависимости от требуемой твердости.
5. Продолжительность выдержки — достаточная для образования стабильных структур
(1—3 часа).
6. Охлаждение — на воздухе.
7. До тех пор, пока температура отливок находится в области упругих деформаций,
нагрев нужно вести особенно медленно.
8. Нелегированные чугуны следует нагревать до 535—550 градусов со скоростью ме-
нее 100 градусов в час, охлаждать до 250 градусов со скоростью не более 50 граду-
сов в час.
9. Опытные данные по оптимальной продолжительности выдержки при отжиге раз-
личных по толщинам стенок отливок нелегированного чугуна:
• толщина стенки 8 мм, — нагрев до 535 градусов за 7 часов, выдержка в течение
1 часа, охлаждение до 250 градусов за 8,5 часов, далее охлаждение на воздухе;
• толщина стенок 30 мм (компактные отливки, не склонные к образованию тре-
Трещины
107
щин), — нагрев до 535 градусов за 7 часов, выдержка в течение 2-х часов,
охлаждение до 250 градусов за 9 часов, далее охлаждение на воздухе;
• сложные отливки, склонные к образованию трешин и остаточных напряжений. —
нагрев до 535 градусов за И часов, выдержка 3 часа, охлаждение до 250 граду-
сов за 9 часов, далее охлаждение на воздухе.
§7. Нагрев отливок перед резкой или сваркой
Перед выполнением огневых работ на отливке, в особенности, изготовленной из леги-
рованной стали, необходимо провести её подогрев. Чем больше остаточных напряжений в
отливке, тем с меньшей скоростью следует вести нагрев. После отрезки прибылей или про-
ведения сварочных работ, необходимо медленное охлаждение мест резки и заварки.
Отделение прибылей от отливки проводят и другими способами, в частности, используя
тепло заливаемого металла. Около 2/3 времени полной выдержки отливок до выбивки, их
форму стараются оставлять в покое, за исключением отламывания прибылей, пока они не
успели остыть. Эту операцию следует вести достаточно организованно, чтобы не испор-
тить всей отливки.
Температура отламываемых прибылей с разделительными диафрагмами должна быть
около 1100—1200°С. При красном калении прибыли отламываются значительно труднее.
§8. Режимы процессов отжига отливок
Важным мероприятием является стабилизация внутренних напряжений в отливке, что
достигается процессом, называемым старением. Различают естественное и искусственное
старение. Естественное старение состоит в длительной выдержке отливок на открытом
воздухе с чередованием частичной механической обработки. Искусственное старение, на-
зываемое низкотемпературным отжигом, является наиболее распространенным. Низкотем-
пературный отжиг отливок из серого чугуна состоит из их нагрева, выдержки при темпе-
ратуре 400—600 градусов и медленного охлаждения вместе с печью. Загрузка отливок
производится как в холодную, так и в нагретую до 200—300 градусов печь. Скорость по-
вышения температуры печи 50—150 градусов в час до достижения температуры выдерж-
ки. Чем выше температура и больше продолжительность выдержки отливок в печи, тем
меньше величина остаточных напряжений. Оптимальная температура нагрева отливок из
серого чугуна 520—570 градусов с выдержкой в течение 2—3 часов и охлаждением вместе
с печью до 350 градусов со скоростью 10—30 градусов в час. Далее скорость охлаждения
можно увеличить до 60 градусов в час. Выгрузку отливок из печи следует производить при
температуре не выше 100—150 градусов.
Технологические параметры отжига
Назначение отжига — снятие внутренних напряжений, повышение вязкости, стаби-
лизация размеров детали, снижение деформации:
• исходная структура основной массы до отжига — П-ФЕ; П. Конечная структура
не изменяется;
• скорость нагрева отливок — 70... 100 градусов в час;
• температура нагрева — 500—600 градусов, легированных чугунов — до 630 граду-
сов;
• продолжительность выдержки в печи, в зависимости от конфигурации детали и
габаритных размеров отливки — 2...8 часов;
• охлаждение — медленное, с печью, 20...50 градусов в час до 250 градусов.
108
Р а з д е л 2
Низкотемпературный отжиг
1. Назначение отжига — снятие внут-
ренних напряжений, повышение
вязкости, стабилизация размеров
детали, снижение деформации.
2. Исходная структура основной массы
до отжига — П-ФЕ: П Конечная
структура не изменяется.
3. Скорость нагрева отливок — 70—100
градусов в час.
4. Температура нагрева — 500—600 гра-
дусов, легированных чугунов — до
630 градусов.
5. Продолжительность выдержки в
печи, в зависимости от конфигура-
ции детали и габаритных размеров
отливки — 1...И час.
6. Охлаждение — медленное, с печью,
20...50 градусов в час до 250 градусов.
Рис. 2.2.4. Отливка «Крышка» с окалиной
и мелкими термическими трещинами
от повышенной температуры нагрева печи
Отливка «Крышка», представленная на рисунке 2.2.4, подвергалась низкотемпера-
турному отжигу для снятия напряжения. В процессе цикла отжига произошло повышение
температуры в печи, высокий нагрев и окисление отливок с образованием окалины и мелких
термических трешин.
Низкотемпературный графитизирующий отжиг
1. Назначение низкотемпературного отжига — снижение твердости, улучшение об-
рабатываемости, повышение пластичности.
2. Исходная структура основной массы — П, П+ФЕ. Конечная структура -^Е^П
В процессе отжига осуществляется распад цементита, перлита.
3. Температура нагрева — 680—750 градусов.
4. Продолжительность выдержки в печи — в зависимости от требуемой конечной струк-
туры 1 ...4 часа.
5. Охлаждение — медленное, до 250 градусов для сложных детален
Высокотемпературный графитизирующий отжиг
1. Назначение высокотемпературного отжига — уменьшение твердости, улучшение
обрабатываемости, повышение пластичности.
2. Исходная структура основной массы до отжига — П-ФЕ; Ф В процессе отжига про-
исходит частично или полностью распад цементита, перлита.
3. Температура нагрева — 850—950 градусов.
4. Продолжительность выдержки — достаточная для полного распада цементита, пер-
лита (0,5...5 часов).
5. Охлаждение — медленное, с печью.
§9. Условия термообработки стальных отливок
Термообработка стальных отливок выполняется в камерных печах периодического
действия, в печах с выдвижным подом, со съёмным сводом, в печах направленного дей-
ствия и т.д. При неправичьной загрузив отливок в печь с их последующим нагревом, воз-
можно возникновение дополнительных напряжений с образованием термических трешин.
Трещины
109
Отливки весом до 25 кг загружают на под или на отдельную плиту с последующей по-
дачей на тележку высотой не более 1 метра. Высота загрузки тележки должна быть не более
1 метра, расстояние от верхнего слоя отливок до свода печи должно быть не менее 1 метра.
Отливки весом более 25 кг загружают на специальные подставки высотой 250—300 мм.
Отливки весом более 100 кг укладывают на тележку внизу с боков а отливки весом от 25
до 100 кг — внизу в середине и наверху.
Если отжигают вместе мелкие, средние
и крупные отливки, то на тележке их распо-
лагают так:
• отливки весом более 100 кг — по бокам;
• от 25 до 100 кг — в середине;
• менее 25 кг — наверху в середине.
Отливки сложной формы склонны к
короблению и образованию трещин, поэто-
му их укладывают в один ряд на под со спе-
циальными подставками, так, чтобы не было
провисания отливок под действием собственного веса.
Рис. 2.2.5. Отливка «Кольцо» с деформацией и
оплавлением отливки при термообработке
При загрузке отливки укладывают с зазором между ними не менее 50 мм для прохода
газов. Для мелких отливок зазоры выполняют при помощи прокладок или кирпичей. Рас-
стояние от стенок печи до отливок должно быть не менее 200 мм.
При газовом нагреве печи открытый факел пламени не должен касаться отливок.
Для более точного контроля за распределением температуры по массе загруженного
литья в отжигательных печах устанавливают по одной термопаре в передней и задней ча-
стях на высоте 300—350 мм от пода; термопары желательно пропускать возможно глубже
между отливками, нагруженными на под печи. Одну термопару следует подводить сверху,
её конец должен упираться в отливки.
Отливка «Кольцо», представленная на рисунке 2.2.5, подвергалась высокотемператур-
ному графитизирующему отжигу для уменьшения твердости. Из-за чрезмерного завышения
температуры нагрева пламенем горелки отливки подверглись частичному оплавлению.
§10. Разное, или Советы бывалого
1. Для отливок со стенками переменного сечения требуется осторожность на участ-
ке выбивки и при транспортировке в очистные отделения. Опасность возникно-
вения холодного разрыва осложняется пониженной прочностью металла отливки
до проведения термообработки.
2. Для упрочнения неправильной конструкции отливки, склонной к холодному раз-
рыву, используются рёбра жёсткости или распорные поперечины.
3. Развитая литниковая система способствует созданию напряжённого состояния в
отливке. В случае появления условий, инициирующих возникновение разрыва
(уменьшение углеродного эквивалента, наличие термических узлов, разностенность
отливки и др.), резко увеличивается вероятность появления дефекта.
4. Использование в стержнях или форме слишком крупной арматуры или её непра-
вильное размещение создаёт трудность удаления арматуры из отливки. В резуль-
тате механической нагрузки при удалении арматуры из стержня возможен разрыв
отливки.
5. Недостаточная разрушаемость стержня или формовочной смеси от горячего ме-
талла вызывает деформацию отливки при охлаждении и может привести к разру-
шению отливки в холодном состоянии.
110
Раздел?
Глава 2.3. Трещина «Разрыв холодный»
Описание дефекта
Разрыв сплошности в виде за-
метной трещины постоянной шири-
ны с острыми углами, которая
обычно пересекает всю отливку,
зерно в месте разрыва имеет обыч-
ный вид зерна при холодном изло-
ме. Дефект встречается на участках,
подвергающихся растяжению, т.е. в
тех частях отливки, которые затвер-
девают последними, в то время как
части отливки затвердевающие пер-
выми, подвергаются сжатию.
Рис. 2.3.1. Отливка «Крышка» с дефектом «Разрыв холодный»
Формирование дефекта
При охлаждении чугунных отливок ниже интервала температур 400..500 градусов, в
их материале преобладают упругие свойства. Трещины, образующиеся в отливках в пери-
од преобладания в их материале упругих свойств, называются холодными.
Холодные трещины образуются в зоне растягивающих напряжений и располагаются
преимущественно в острых углах и других местах концентрации напряжений.
Причиной образования холодных трешин являются остаточные напряжения, возни-
кающие в отливке при ее охлаждении. Кроме того, на образование холодных трещин вли-
яют и временные напряжения.
Холодные трещины, вызываемые остаточными напряжениями, появляются при экс-
плуатации отливок под воздействием нагрузок значительно меньше расчетных. Практи-
чески, они могут возникнуть даже без воздействия внешних сил — при очистке, транспор-
тировке или механической обработке. Вероятность образования трещин тем больше, чем
меньше прочность или пластичность металла.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Технологичность отливки
Разница в толщинах стенок
Образование «разрыла холодного» связано с конструкцией отливки, вызывающей воз-
никновение значительных внутренних напряжений.
Конструированием отливки надо стремиться к получению минимальной разницы тол-
щин сопрягаемых стенок. Если по конструктивным соображениям избежать этого нельзя, то
следует выполнить правильный переход от тонких стенок к массивным частям (см. 2.1. §11).
§2 . Регулируемое охлаждение отливок
1. Для снижения напряжений при помощи регулируемого охлаждения отливок в
форме, необходимо руководствоваться следующими правилами:
Трещины
111
• во время первого охлаждения, в диапазоне пластических деформаций, охлаж-
дение толстых стенок отливки должно происходить быстрее, чем тонких;
• при переходе в область упругих деформации, обычно при температурах между
700—750 градусов, скорость охлаждения толстых стенок нужно резко повысить.
При прохождении этого диапазона и ниже его, температурные различия меж-
ду толстыми и тонкими стенками должны быть сведены до минимума;
• при температуре ниже 400 градусов целесообразно ускорить охлаждение одно-
временно толстых и тонких стенок отливки.
2. Внешние стенки отливки, склонные к образованию остаточных напряжений, дол-
жны быть толще внутренних. По этим же соображениям кромки стенок с боль-
шой площадью поверхности целесообразно утолщать буртом. То же относится к
краям больших проемов в стенках отливок
3. С целью выравнивания скоростей охлаждения различных участков отливки приме-
няют облицовочные смеси с высоким коэффициентом теплоаккумуляции для ох-
лаждения толстых стенок, подогрев формы или специальные низкотеплопроводные
и экзотермические формовочные смеси для облицовки тонких стенок отливки [ 1].
4. Резкое охлаждение толстых стенок отливки в области упругих деформаций мож-
но выполнить введением порции воды или паровоздушной смеси в специальные
полости формы.
§3 . Стабилизирующая термообработка
Важным мероприятием является стаби-
лизация внутренних напряжении в отливке,
что достигается процессом, называемым ста-
рением. Различают естественное и искусст-
венное старение. Естественное старение со-
стоит в длительной выдержке отливок на
открытом воздухе с чередованием частичной
механической обработки (см.2.2. §8).
Разрыв холодный на корпусной отливке
можно увидеть на рисунке 2.3.2. Отливка не
проходила операцию стабилизирующей тер-
мообработки, при которой значительно уве-
личивается пластичность металла с уменьше-
нием напряжённого состояния отливки. В
результате перевалочных операции при транс-
портировке отливок появилась трещина.
Рис. 2.3.2. Фрагмент корпусной отливки с трещиной
§4 . Охлаждение отливки
После затвердевания отливку выдерживают в форме для охлаждения до температуры
выбивки. Высокая температура выбивки нежелательна из-за опасности разрушения отливки,
образования дефектов или ухудшения её качества. Ранняя выбивка может привести к об-
разованию трещин, короблению и возникновению в отливке высоких остаточных напря-
жении. Однако, с экономической точки зрения, выбивку стремятся провести при макси-
мально допустимой высокой температуре (см.2.1. §6 Чугун).
Разрыв холодный на плите печной представлен на рисунке 2.3.3. В результате ран-
ней выбивки форм, образовался значительный перепад температур в узкой и широкой
112
Р о з д е л 2
Рис. 2.3.3. Фрагмент отливки «Плита печная»
с дефектом «Разрыв холодный»
частях отливок. При работе выбивнои ре-
шётки, возникшие от перепада температур
напряжения в стенках отливки, реализова-
лись в трешину.
§5 . Углерод и кремний в чугуне
Углерод и кремний являются графити-
зирующими элементами, оказывающими
наибольшее влияние на структуру и свойства
нелегированного чугуна. Кремний, уменьшая
растворимость углерода в жидком и твердом
растворах, способствует графитообразова-
нию. Эти элементы определяют также поло-
жение чугуна по отношению к эвтектике, но в этом отношении влияние фосфора анало-
гично влиянию кремния, как это видно из уравнения для определения углеродного
эквивалента Сэ:
C3=C+0.3*(Si+P),
где: С — содержание углерода, %;
Si — содержание кремния, %;
Р — содержание фосфора, %.
Углерод и кремний воздействуют и на дисперсность структурных составляющих. Уве-
личение углеродного эквивалента Сэ способствует:
• увеличению количества графита;
• снижению количества перлита;
• увеличению длины графитовых включений;
• уменьшению дисперсности перлита.
Увеличение углеродного эквивалента до 4—4,2% способствует значительному умень-
шению усадочных явлений, снижению возможности возникновения напряженного состо-
яния отливки, а значит, и снижению причин для возникновения холодных трещин (обра-
зующихся при температуре ниже 550’С).
Для предупреждения возникновения холодных трещин рекомендуется:
• повышение содержания углерода до 3,4—3,6%;
• снижение содержания кремния до 1,7—1,9%;
• снижение содержания хрома менее 0,15%.
§6. Легирование чугуна
Холодные трещины образуются в отливках в тех случаях, когда напряжения, разви-
ваемые в интервале упругих деформаций, достигнут величины предела прочности мате-
риала. Чем больше напряжения и чем меньше прочность и пластичность материала, тем
большая вероятность образования холодных трещин
Для повышения прочности чугунов проводят их легирование различными элемента-
ми. В данном случае интерес представляют элементы, которые способствуют графитиза-
ции чугуна, повышают его прочностные свойства и усредняют свойства металла в тонких
и толстых сечениях. К ним можно отнести никель, медь и др., являющиеся графитизиру-
ющими элементами. В то же время никель и медь задерживают распад эвтектоидных
карбидов, тем самым стабилизируют перлит и способствуют повышению его дисперснос-
ти (см. 2.1. §4).
Трещины
1 13
§7. Выбивка и транспортировка отливок
На позициях выбивки и транспортировки отливок их разрушение по вине выбивно-
го и транспортного оборудования происходит не очень часто. Разрушение происходит,
в основном, от повышения напряженного состояния из-за процессов, заложенных техно-
логией изготовления или от грубых нарушений существующих технологий выбивки и транс-
портировки.
Некоторые из причин возникновения условий для боя отливок
Отливки переменного сечения со стенками до 5 мм не могут быть загружены нава-
лом в транспортную тару. Категорически запрещается бросать отливки (после выбивки) с
эпрона с высоты более 1 метра.
Возникновение внутренних напряжений от несоблюдения технологии изготовления,
небрежной транспортировке и выбивке отливок приводит к бою литья.
Основные нарушения технологии изготовления отливок:
• пониженная прочность металла;
• наличие нетехнологичных мест отливки (острые углы, сопряжения толстых и тонких
стенок и др.) и отсутствие упрочняющих элементов в несовершенной конструк-
ции (ребра жесткости, распорные поперечины и др.);
• близкое расположение ребер жесткости опоки от литника или стояка препятствует
нормальной усадке отливки;
• несоблюдение правил направленного затвердевания отливок;
• высокая прочность формовочной смеси, вызывающая деформацию отливки при
охлаждении;
• недостаточное разупрочнение стержней;
• неправильное использование холодильников, создающих дополнительное напря-
жение в отливке;
• ошибочный химсостав металла, приводящий к большой усадке сплава или к вы-
соким напряжениям в отливке;
• использование чрезмерного количества стабилизаторов карбида;
• недостаточная температура заливки, создающая низкую скорость разупрочнения
формы и стержня.
На рисунке 2.3.1 представлена отливка «Крышка» с дефектом «Разрыв холодный».
Разрыв произошёл в результате соударения крышки с корпусной отливкой при загрузке
их в коробчатую тару для транспортировки. При анализе химсостава отливки установле-
но пониженное содержание углерода, что способствовало повышению напряжённого со-
стояния отливки.
§8. Разное, или Советы бывалого
Для отливок со стенками переменного сечения требуется осторожность на участке
выбивки и при транспортировке в очистные отделения. Опасность возникновения холод-
ного разрыва осложняется пониженной прочностью металла отливки до проведения тер-
мообработки (см. 1.2. §10).
114
Р а з Д е л 2
Глава 2.4. Горячая трещина
Описание дефекта
Более или менее глубокие меж-
кристаллические трещины. Излом
иногда имеет мелкую дендритную
структуру и окисленны! вид. Де-
фект чаще всего появляется на уча-
стках, затвердевающих последними,
где возникают напряжения (напри-
мер, изменения плошали попереч-
ного сечения, выступающие углы).
Формирование дефекта
Процесс формирования горя-
чей трещины в отливке можно пред-
ставить следующим образом. Пер-
воначально корка приобретает Рис. 2.4.1. Отливка «Рабочее колесо»
прочность и жесткость на плоских с дефектом «Горячая трещина»
или цилиндрических поверхностях и внешних углах сопряжения стенок отливок. Несколько
позднее приобретает прочность и жесткость корка во внутренних углах. Возникновение
напряжения в корке, связаного с торможением усадки со стороны формы, становится воз-
можным после того, как вся корка на основных стенках, выступающих частях и в углах
будет связана в одно жесткое целое. С течением времени толщина корки увеличивается,
удельная прочность металла при ее охлаждении возрастает и общая прочность корки рас-
тет еще интенсивнее. С течением времени формовочная смесь расширяется, спекается и
оказывает возрастающее сопротивление усадке, что вызывает рост напряжения в твердой
корке. Если напряжения в «слабом месте» корки достигают предела прочности металла,
образуется трещина, охватывающая все толщину твердого слоя. За счет образования тре-
щины, напряжения разряжаются.
С момента образования на поверхности отливки твердой корки, в дальнейшем появ-
ляются разрывы сплошности в виде трещины, заметной невооруженным глазом. Трещи-
на имеет острые края и может быть поверхностной или проходить по всему поперечному
сечению. Стенки трещины, вследствие окисления при на! реве, окрашены [28].
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Податливость стержня и формы
Горячие трешины, образующиеся в процессе затвердевания отливки, могут быть выз-
ваны торможением усадки формой- стержнем или частями отливки. Чем больше степень
уплотнения формовочной смеси, тем больше напряжения в отливке и тем меньше дефор-
мация смеси. Увеличение податливости формовочной смеси и стержня является эффек-
тивным средством понижения напряжений и уменьшения опасности образования трешин
в отливках [25,43].
Трещины
115
Сырая форма более податлива, чем сухая, и обуславливает более низкие напряжения
в отливке. Наиболее податливыми являются стержни, изготавливаемые с отверждением в
оснастке, с опустошением внутренней части [40, 41].
При возрастании длины отливки деформация формы уменьшается, а напряжения в от-
ливке увеличиваются. Следовательно, уменьшение длины отливки путём расчленения её на
части также является эффективным мероприятием по борьбе с горячими трещинами.
Податливость смеси
Высокое содержание глины в составе смеси способ-
ствует образованию горячих трещин. На рис 2.4.2 пред-
ставлены кривые изменения прочности глинистых сме-
сей в зависимости от температуры. Из кривых следует,
что наилучшей податливостью обладают смеси с мини-
мальным содержанием глинистых веществ. Наилучшие
показатели могут дать смеси с использованием активи-
рованного бентонита. При обычной температуре эта
смесь имеет высокую прочность, а при контакте с ме-
таллом удовлетворительную разупрочняемость.
Для уменьшения остаточных напряжений, обуслов-
ленных механическим сопротивлением отдельных уча-
стков формы и стержней, рекомендуется рассмотреть
материал в 2.1. §10 [47, 21, 8].
§2 . Содержание в чугуне фосфора
На образование трещин в чугунных отливках, воз-
никающих при температуре выше 500 градусов, оказы-
вает влияние высокое содержание фосфора. Фосфор, по-
добно кремнию, уменьшает растворимость углерода в
Температура в °C
Рис. 2.4.2. Кривые изменения
прочности глинистых смесей
в зависимости от температуры:
1 — смесь из кварцевого песка,
15% огнеупорной глины и 6% воды;
2 — смесь из песка, 10% глины и
4% воды; 3 - смесь из песка,
3,3% бентонита и 1,5% воды
жидком чугуне и одновременно снижает температуру эвтектического превращения. Из-
быточное количество фосфора выделяется в виде тройной фосфидной эвтектики, плавив-
шейся при 953 градусах. При затвердевании эвтектика уменьшается в объеме, образуя уса-
дочные раковины [33].
При литье в податливые формы чугуна с повышенным содержанием фосфора, уве-
личивается предусадочное расширение чугуна, что связано, по-видимому, с малой проч-
ностью затвердевшей корки, которая длительное время находится в твердо-жидком состо-
янии. При дальнейшем отверждении чугуна, содержащего легкоплавкую эвтектику с
пониженной прочностью, возможно появление трешин. Отрицательное влияние фосфо-
ра в нелегированном сером чугуне становится заметным уже начиная с 0,12%.
Для получения малофосфористого чугуна в вагранке с кислым шлаком, необходимо
подбирать чистую по фосфору шихту. При введении в вагранку в качестве флюса извест-
няка в количестве 7% от веса металла и железной руды в количестве 1% от веса металла,
степень обесфосфоривания чугуна достигает 30%. Лучшие результаты получаются при
выплавке чугуна с температурой 1300—1350 градусов; при повышении температуры чугу-
на до 1400—1450 градусов степень обесфосфоривания уменьшается.
Следует заметить, что процессы обесфосфоривания и обессеривания одновременно про-
текать не могут. Для лучшего обессеривания надо добиваться снижения FeO в шлаке и мак-
симального повышения температуры. Для лучшего обесфосфоривания надо добиваться по-
вышения содержания FeO в шлаке, не допуская повышения температуры выше оптимальной.
116
Р а з д е л 2
§3 . Температура заливаемого металла
Сталь
Условия образования горячих трещин во многом зависят от
температуры стали при заливке форм. С повышением темпера-
туры заливки возрастает продолжительность затвердевания отлив-
ки. В процессе её охлаждения тепловые узлы длительное время
пребывают в критическом интервале температур образования
горячих трещин. Поэтому, в случаях вынужденной заливки форм
при повышенной температуре (например, при перегреве стали на
100—150°С сверх температуры ликвидуса), когда требуется избе-
жать возможности получения окисных плен, необходимо прове-
дение мер предупреждающих появление горячих трещин Такие
меры описаны в литературе по рассматриваемому дефекту [22, 25].
Ниже приводятся некоторые рекомендации по выбору оптималь-
ной температуры заливки.
Температура заливаемого металла оказывает влияние на воз-
можность образования горячих трещин в стальных отливках.
Практически, оптимальная температура металла находится в ин-
тервале между нижним пределом, при котором образуются вол-
нистая поверхность, спаи или недоливы, и верхним пределом, при
котором возникает пригар, горячие трещины и усадочная рых-
лота [22]. На рис. 2.4.3 показаны фитинги из стали с 0,40% угле-
рода, отлитые при температурах выше оптимальной, оптималь-
ной и ниже оптимальной. Фитинг, отлитый из стали с
температурой выше оптимальной, имеет на поверхности пригар
(в горячих углах и внутри), заливы (из-за растрескивания фор-
мы) и горячие трещины (в массивных частях). У фитинга, зали-
того при температуре ниже оптимальной, не долиты углы, а по-
Рис 2.4.3. Фитинги
из стали с 0,40% С:
а — отлиты при 1660 °C;
Ь — отлиты при 1550 °C;
с — отлиты при 1500 °C
верхность покрыта спаями и волнистостью. Только фитинг, залитый при оптимальной
температуре стали не имеет таких пороков. Выход годного в этом случае наибольший.
Естественно, что невозможно рекомендовать вполне определенные интервалы тем-
пературы при заливки без проведения дополнительных исследовательских мероприятий.
Тем не менее, ниже приводятся ориентировочные температуры заливки сталей различных
марок (табл. 2.4.1). Определение температуры заливки сводится к выбору необходимого
перегрева стали, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовле-
нии отливок, склонных к горячим трещинам (толстостенные с местными скоплениями ме-
талла и др.) допускается минимальный перегрев стали на 10—40°С.
Таблица 2.4.1
Исходные данные для определения температуры заливки углеродистой стали
Содержание углерода, % 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Интервалы температуры 1550- 1540- 1530- Г1525- Г1515- 1505- 1495-
заливки, °C 1580 1570 1560 1555 1545 1533 1525
Это относится к отливкам, на которых возможно возникновение усадочных раковин
и горячих трешин. Дополнительную информацию по температуре заливаемого металла
можно посмотреть в 1.2. §7.
Трещины
1 17
Чугун
Повышение температуры заливаемого чугуна способствует образованию горячих тре-
шин в массивных частях отливки.
При заливке горячего чугуна происходит интенсивный разогрев формы и стержня,
снижается теплоотвод от них и тепловые узлы отливки длительное время находятся при
повышенной температуре. С одной стороны, это способствует улучшению податливости
формы и стержня и, как следствие, более свободной усадке металла и снижению внутренних
напряжений в отливке. С другой стороны, при наличии повышенного содержания серы и
фосфора создаются условия для возникновения горячих трешин.
Заливка формы менее горячим металлом (не более 1320°С) значительно снижает опас-
ность возникновения горячих трещин. Снижение температуры заливаемого металла в ком-
плексе с анализом других причин возникновения дефекта, неизбежно приведет к ликви-
дации горячей трещины.
Горячая трешина в утолщенном месте отливки «Корпус насоса» представлена на ри-
сунке 2.4.1. Дефект образовался из-за повышенной температуры заливки металла, вызванной
отсутствием контроля за металлом при заливке.
§4 . Направленное отверждение отливки
Направленное затвердевание применяется для получения плотной отливки без уса-
дочных раковин, пористости, горячих трещин и т.д. Характер направленности затверде-
вания зависит от свойств материала и конфигурации отливки, от положения отливки в
пространстве, от места расположения прибылей и питателей, от термофизических свойств
формы и холодильников [8].
При конструировании отливки нужные
для направленного затвердевания массы ме-
талла в сечении отливки контролируются по
известному методу «вписанных окружностей»
А. Геверса. Он заключается в том, что окруж-
ность, вписанная в самую тонкую часть се-
чения отливки, должна беспрепятственно
выкатываться по направлению к прибыли
(рис. 2.4.4). Следуя ему, диаметры окружно-
стей, вписанных в сечение отливки, должны
последовательно увеличиваться от нижних
сечений к верхним, так как каждая верхняя
часть отливки является прибылью для ниж-
ней. Например, расположение стенки отлив-
ки, показанной на рис. 2.4.4а,б. обеспечивает
направленное затвердевание и питание стен-
ки отливки. Конструкция стенки отливки,
представленная на рис. 2.4.4в, не обеспечит
направленного затвердевания в связи с её
Рис. 2.4.4. Конструкции стенок отливок:
а, б — обеспечивающие направленное
затвердевание; в - не обеспечивающая
направленного затвердевания
утолщением в средней части, где возможно
образование усадочной раковины или пори-
стости.
Прибыли, установленные в верхних ча-
стях стенок (рис. а, б), рекомендуется рассчитывать по выражению:
118
Ра з д в л 2
25(4Р+1) / S = Р*Д / (E*W) - 1,275 / Д2,
где:
Р — отношение высоты прибыли к ее диаметру:
S и W — соответственно, площадь поверхности и объем части отливки, питаемой при-
былью;
Д — диаметр прибыли;
Е — относительная объемная усадка металла, величину которой можно определить
из соотношений с углеродным эквивалентом по таблице 2.4.3.
Таблица 2.4.3
Соотношение относительной объемной усадки металла с углеродным эквивалентом
Углеродный эквивалент Е
3,5 0,03
3,86 0,024
4,13 0,015
При конструировании прибылей надо руководствоваться следующими правилами:
1) прибыли следует присоединять к тепловому узлу отливки;
2) если в отливке имеется несколько тепловых узлов, разделенных тонкими стенка-
ми, то у каждого надо устанавливать отдельную прибыль;
3) прибыль должна застывать позже отливки, содержать достаточное количество расплава
для питания отливки и иметь минимально возможную поверхность охлаждения;
4) усадочная раковина в прибыли не должна достигать шейки, которая, как и при-
быль, должна застывать позже отливки;
5) шейка должна быть возможно короткой и круглой, желательно облицевать ее смесью
с низким коэффициентом теплоаккумуляции;
6) для эффективного действия прибыли не-
обходимо обеспечить принцип направ-
ленного затвердевания, то есть в начале
отливка, затем шейка и прибыль.
Как рассматривалось выше, возможность
направленного затвердевания отливки проверяют
по чертежу методом вписанных окружностей.
Отношение диаметра вписанной в прибыль й в
стенку отливки (Д4/Д1) окружности зависит от
толщины и высоты (длины) стенки и типа спла-
вай обычно равно 1,05—1,2. Направленное затвер-
девание может быть достигнуто путем ускорения
охлаждения соответствующего узла отливки и за-
медления охлаждения прибыльной части.
На практике часто встречаются отливки, име-
ющие по высоте неоднократное изменение толщи-
Рис. 2.4.5. Сечение
эскиза отливки
«Корпус клапана»
Рис. 2.4.6
Формирование
стенки отливки
без направленного
затвердевания
ны стенки, что значительно затрудняет получение такой отливки гидроплотной. Кроме этого,
не исключено образование в средней части отливки горячих трещин. На рисунке 2.4.5 пред-
ставлен эскиз сечения отливки «Корпус клапана» (масса отливки около 1 тонны), а на ри-
сунке 2.4.6 представлено сечение наиболее сложной стенки данной отливки.
Трещины
119
При использовании традиционной заливки с верхними и боковыми прибылями в
нижней части стенки образуются усадочные раковины, переходящие в пористость по мере
подъёма металла по конусной части стенки.
Описанная отливка была проанализирована на разработанной авторами компьютер-
ной системе, позволяющей рассчитывать и моделировать объёмное или направленное зат-
вердевание сложных по конфигурации отливок.
Исследования и выданные компьютером рекомендации показали следующее:
• нижнюю часть отливки следует охлаждать холодильником (облицованный полу-
кокиль);
• коническую часть надо облицевать хромомагнезитовой (или другой, при близком
коэффициенте теплоаккумуляции) смесью;
• для термического узла в средней части отливки можно использовать отводную при-
быль или холодильник;
• в верхней части отливки необходимо использовать прибыль, изолированную стер-
жнем с низким коэффициентом теплоаккумуляции.
В результате будет сформировано направленное отверждение
отливки с инициированием охлаждения в нижней части.
На рис. 2.4.7 представлена схема стенки отливки с направленным
затвердеванием.
По изотермическим линиям видно, что нижняя и боковая части
отливок имеют более интенсивное отверждение и завершающийся про-
цесс формирования структуры идёт по заложенному принципу. Остаю-
щаяся усадочная пористость в некоторых местах центральной части от-
ливки (показана на рисунке белыми участками) не оказывает влияния
на ее гидроплотность. Рассматриваемая стенка может выдерживать боль-
шое давление находящейся внутри «Корпуса клапана» газовой или жид-
кой среды. После выполнения направленной кристаллизации отливки
исчезли условия возникновения горячих трещин.
Рис. 2.4.7
Стенка отливки
с направленным
затвердеванием
§5. Содержание серы в металле
Сталь
Отрицательное влияние серы на трещиноустойчивость стали проявляется уже при её
содержании сверх 0,015%. Предельная растворимость серы в железе составляет 0,06% при
1365°С и 0,012% при 988°С. При содержании серы, превышающим (" 012%, она может вы-
деляться из раствора в виде жидкой фазы даже при температуре, несколько превышаю-
щей 988°С, формируясь на границе зёрен. Механические свойства стали при этой темпе-
ратуре незначительны, поэтому ослабление пограничных связей зёрен облегчает
возможность образования горячих трещин в местах концентрации напряжений [7].
Снижение содержания серы в стали до 0,01—0,012% при одновременном раскислении
комплексными раскислителями и использовании в завалке шихты отходов прокатного про-
изводства даёт наилучшие результаты по ликвидации горячих трещин.
При увеличении содержания серы сверх 0,01%, в стали, при повышенной температу-
ре (1420—1460°С), заметно понижаются предел прочности, относительное удлинение и по-
вышается линейная усадка. Это говорит о влиянии увеличенного содержания серы на сни-
жение трещиноустойчивости стали.
120
Раздел?
Описанное можно проследить по графикам, представленным на рис. 2.4.8. Именно
эти свойства стали и, особенно, относительное удлинение, количественно характеризуют
трещиноустойчив ость стали.
Отмеченное ограничение содержания серы должно быть эффективным и в примене-
нии к массивным отливкам для предупреждения возможности образования внутренних,
в том числе «залеченных», трещин. Положительное влияние на снижение образования го-
рячих трещин оказывает ограничение содержания серы до 0,012—0,0%. Влияние содержа-
ния серы и углерода в стали на ее прочность в области температур образования горячих
Углерод, %
б)
s 32
о
Ж
*24
О
О
X
016
с
с
ф
S 8
о.
с
1430°
• 1460’
...
0 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150
Сера, %
Рис. 2.4.8. Предел прочности (7В, относительное
удлинение S и линейная усадка Л стали 15Х1М1ФЛ
в зависимости от содержания серы:
1 - 0,005%; 2-0,012%; 3-0,017%;
4-0,025%; 5-0,055%
Рис. 2.4.9. Влияние содержания углерода (а)
и серы (6) на предел прочности стали
вблизи температуры кристаллизации
Трещины
121
трещин, можно проследить на рис. 2.4.9 [25]. Наибольшей прочностью обладает сталь,
содержащая 0,18% углерода, имеющая наименьший интервал кристаллизации. При умень-
шении содержания углерода и, особенно, при его увеличении, предел прочности падает.
Между кривой изменения предела прочности и диаграммой состояния железо-углерод
наблюдается определенное соответствие. В сплавах с максимальным пределом прочности
пластичность достигает минимума. В среднеуглеродистой стали с увеличением содержа-
ния серы предел прочности снижается. Чем выше температура, тем резче происходит па-
дение прочности.
Чугун
При наличии повышенного содержания серы в чугуне (более 0,1%) снижаются его
механические свойства из-за образования на границе зерен хрупкой эвтектики. При ус-
ловии напряженного состояния отливки и высокой температуры металла возможно обра-
зование горячих трещин. Для снижения возможности образования трещин рекомендует-
ся [33]:
• уменьшить десульфурацией содержание серы в чугуне до 0,05%;
• ликвидировать примеси, способствующие появлению легкоплавких соединений.
Сера попадает в вагранку с топливом, флюсами и металлом (особенно с россыпной
стружкой). Для уменьшения серы следует увеличить расход известняка (35—50% от веса
кокса), несколько увеличить содержание в чугуне Мп, в шлаке МпО, применением в шихте
зеркального чугуна, а в числе флюсов — марганцевой руды, и плавку следует вести горя-
чо. Чем горячее чугун, тем меньше в нем будет серы.
Резкое снижение серы достигается переходом на основной процесс или при обработке
чугуна кальцинированной содой в ковше или копильнике. Степень обессеривания увели-
чивается, если вместе с содой добавлять ферросилиций для раскисления (из расчета 0,3%
кремния к весу металла) и если обработка содой ведется в ковше с основной футеровкой.
Расход соды составляет 5—10 кг на 1 т жидкого чугуна. Соду дают на дно ковша под струю
металла. Образующийся при этом жидкий шлак сгущают дробленым известняком. При
содержании серы в чугуне 0,12—0,15% и при присадке 5 кг соды на 1 т чугуна, содержание
серы в нем падает до 0,06—0,08%.
Следует заметить, что процессы обессеривания и обесфосфоривания одновременно
протекать не могут. Для лучшего обессеривания надо добиваться снижения FeO в шлаке
и максимального повышения температуры. Для лучшего обесфосфоривания надо добиваться
повышения содержания FeO в шлаке, не допуская повышения температуры выше опти-
мальной.
§6 . Регулируемое охлаждение отливки
Регулирование скорости охлаждения тепловых узлов отливки для снижения возмож-
ности образования горячей трещины производится с помощью внутренних и наружных хо-
лодильников. Установка холодильников ускоряет охлаждение тепловых узлов, что часто
бывает необходимо для обеспечения направленного или одновременного затвердевания
отливки. Ускоряя охлаждение узла, холодильник предотвращает образование в нем уса-
дочной раковины или горячей трещины, так как теперь узел успевает пропитаться за счет
позднее затвердевающих частей отливки. Ускорение охлаждения массивных сечений от-
ливок холодильниками, способствуя выравниванию скорости охлаждения, может приве-
сти к уменьшению внутренних напряжений, снижению коробления отливки и опасности
образования трещин (см.1.8. §11; 2.1. §3).
122
Раздел?
§7 . Содержание углерода и кремния в чугуне
Углерод и кремний являются графитизирующими элементами, оказывающими наи-
большее влияние на структуру и свойства нелегированного чугуна. Кремний, уменьшая
растворимость углерода в жидком и твердом растворах, способствует графитообразованию.
Эти элементы определяют также положение чугуна по отношению к эвтектике, но в этом
отношении влияние фосфора аналогично влиянию кремния (см. 2.3. §4) [33].
§8 . Препятствие усадке со стороны литниковой системы
Применение рациональных способов подвода металла к стенкам отливки способствует
снижению возможности образования горячих трещин. Неравномерность температурного
поля отливки, способствующая образованию горячих трещин, увеличивается при подво-
де металла непосредственно к тепловым узлам, к местам сочленения смежных стенок от-
ливки, а также при сосредоточении подачи узкого потока металла в полость формы через
тонкостенную часть крупногабаритной отливки. В последнем случае, именно в зоне про-
хождения основных потоков металла, развитые тонкостенные части отливки часто пора-
жаются сквозными горячими трещинами. Использование разветвленной литниковой си-
стемы в виде жесткой конструкции с большой протяженностью подводящих каналов и малой
длиной питателей также нерационально, так как литниковые каналы способствуют тор-
можению усадки затвердевающей отливки. Целесообразно применение компактной лит-
никовой системы, т.е. с малой протяженностью каналов, с подводом питателей, способ-
ствующим созданию условий направленного затвердевания отливки при максимально
возможном сокращении пути продвижения к прибылям основных потоков стали. Идеальным
является подвод металла в прибыль, когда отливку изготовляют методом поворота литей-
ной формы.
Для разветвленной литниковой системы, например, многоярусной, при заливке круп-
ной формы необходимо уменьшать жесткость конструкции всей системы путем создания
условий для деформации (изгиба) ветвей литниковых ходов и питателей под действием
усадки отливки. Концентраторами опасных напряжений могут явиться не только сочле-
нения стенок и резкие переходы, но и местные спаи, особенно вызванные слиянием встреч-
ных потоков стали, на поверхности которых наблюдается вторичное окисление алюминия,
титана, хрома, содержащихся в стали.
§9 . Технологичность отливок
Конструкция отливки оказывает серьезное влияние на ее горячую трещиноустойчи-
вость. Для предупреждения образования горячих трещин требуется улучшение техноло-
гичности литых деталей.
При образовании трещины разрушение начинается в «слабом» месте, т.е. на участке,
где твердая корка имеет наименьшую толщину. Такими слабыми местами обычно явля-
ются внутренние углы сопряжений стенок и районы подвода питателя. Для непосредствен-
ной оценки влияния радиуса галтели на прочность сопряжения, можно воспользоваться
опытными данными по разрыву образцов диаметром 15—30 мм с фланцами, имевшими в
сопряжении различные радиусы закругления.
Разрыв образцов происходил после затвердевания цилиндрической части [25]. Резуль-
таты испытаний представлены на рис. 2.4.10 в виде зависимости прочности образцов с со-
пряжением, выраженной в процентах, от прочности образцов, не имеющих сопряжений
(пересчитанной с цилиндрических образцов на плоские стенки), от радиуса галтелей в
сопряжениях. С увеличением радиуса галтелей прочность сопряжения растет, асимптоти-
Трещины
123
чески приближаясь к прочности стенки без
сопряжения. Чем больше толщина стенки,
тем сильнее снижает сопряжение ее проч-
ность.
С целью оценки влияния различных
мероприятий по усилению «слабых мест» на
прочность сопряжения, можно использовать
результаты опытов, представленных на рис.
2.4.11. И з диаграммы видно, что наибольшую
прочность имеет Т-образный узел; узел с дву-
мя Т-образными сопряжениями имеет мень-
шую прочность и узлы с Х-образными сопря-
жениями — еще меньшую. Следовательно, с
точки зрения борьбы с горячими трещинами,
единственным приемлемым типом сопряже-
ния является Т-образное. Кроме этого, из ди-
аграммы следует, что применение ребер же-
Рис. 2.4.10. Зависимость прочности
образца с фланцем от радиуса закругления
внутреннего угла сопряжения:
1 — толщина образца 15 мм;
2 — толщина образца 30 мм
сткости, наружных и внутренних холодильников заметно повышает прочность сопряжения.
Наилучшие результаты даёт применение наружных холодильников.
Рис. 2.4.11. Зависимость предела прочности стальных образцов
с различными «слабыми местами» от времени после заливки:
1 - узел с одним Т-образным сопряжением; 2 — узел с Х-образным сопряжением;
3 — узел с двумя Т-образными сопряжениями;
4 - узел с Т-образным сопряжением и одним наружным холодильником;
5 — узел с Т-образным сопряжением и тремя наружными холодильниками;
6 — узел с Т-образным сопряжением и внутренним холодильником
124
Р а з д е л 2
Фактором, заметно влияющим на прочность корки, особенно в сопряжении, являет-
ся температура перегрева стали при заливке. Например, при перегреве стали 35Л на 50°С
(температура заливки повышена с 1530 до 1580°С) прочность образцов, выдержанных после
заливки 15 с, снизилась на 30%. Это можно объяснить уменьшением толщины корки в
опасный период, при заливке более горячем металлом (см. 2.1. §11).
§10 . Усадочные рёбра
Правильно применённая система рёбер в напряжённом месте отливки принимает на
себя значительную часть напряжения, что значительно снижает опасность возникновения
горячих трещин (см. 2.1. §8).
Эффективность применения рёбер проявляется при использовании их в отливках из
стали с пониженной трещиноустойчивостью. К такой стали можно отнести легированную
большим количеством марганца (марганцовистую), имеющую значительный интервал кри-
сталлизации. Достаточно незначительного коробления, вызванного затвердеванием более
тонких литников, как в отливках из этой стали возникают горячие трешины.
§11 . Место подвода питателей
Сталь
После установления типа литниковой системы должно быть выбрано число и место
подвода питателей к отливке, что изложено в 2.1. §2.
Чугун
Ниже приводятся традиционные рекомендации по подводу металла к отливке, в том
числе и позволяющие уменьшить возможность образования горячих трещин:
1) подвод металла в тонкое место отливки способствует выравниванию скорости ох-
лаждения тонкой и более массивной частей отливки, уменьшению напряжений и
возникновению трещин;
2) при расположении питателей желательно, чтобы струя не ударяла в стенку формы
или стержня, горизонтальные поверхности формы быстро покрывались металлом;
3) уровень металла в форме в процессе заливки не должен иметь продолжительных
остановок;
4) части стержней с вентиляционными каналами не должны перегреваться потоком
подводящего металла;
5) для чугунных отливок целесообразна система запертого типа (способствующая
задержанию шлака), сужающаяся (быстрое заполнение металлом с положитель-
ным давлением);
6) для уменьшения скорости потока чугуна в каналах используются тормозящие лит-
никовые системы. Их отличие — использование местного сопротивления — дрос-
селя (например, в виде сетки, щели, внезапного сужения канала и последующего
расширения и т.д.);
7) рассредоточенный подвод металла несколькими питателями к протяженным от-
ливкам сокращает возможность местных разогревов, способствует уменьшению
усадки и, тем самым, приводит к снижению брака по горячим трещинам.
§12 . Трещиноустойчивость стали
Образование горячих трещин зависит одновременно от комплекса свойств литой стали:
• температурного интервала кристаллизации;
Трещины
125
• линейной усадки;
• прочности и пластичности в области высоких температур.
Эти свойства комплексно характеризуются трешиноустойчивостью, т.е. способностью
стали принятого химического состава противостоять действию растягивающих напряже-
ний [22].
Перед разработкой техпроцесса необходимо знать хотя бы ориентировочно уровень
трещиноустойчивости выбранной стали в сопоставлении с известными сталями. Для не-
которых сталей коэффициент трещиноустойчивости имеет вид:
Марка стали Коэфф, трещиноустойчивости
ЗОЛ, 35Л, ЗОГСЛ, 10Х18Н9ТЛ 1.0
10Х25Н2Л, 15Х1М1ФЛ 0,9
45Л, ЗОХМЛ 0,8
70Л, ЗОХГСЛ 0,6-0,7
Если оценивать трещи неустойчивость по химсоставу стали, то наибольшее влияние
оказывает содержание углерода и серы даже в пределах заданного марочного состава. Оп-
тимальным является содержание углерода в количестве 0,2% Изменения в сторону умень-
шения или увеличения повышают образование горячих трещин.
Высокой трешиноустойчивостью обладают стали 25Л, Х24Н12СЛ, 10Х18Н9Т, отли-
чающиеся высоким уровнем пластических
свойств.
На рис. 2.4.12 представлен график вли-
яния температуры заливки перлитной стали
марок 25Л, 25ХМЛ, 25ХМФЛ на трещино-
устойчивость. Данные графика показывают
положительное влияние молибдена в хромо-
молибденовых сталях на снижение образова-
ния горячих трещин. При содержании молиб-
дена 0,6% трешиноустойчивость стали
25ХМФЛ, по сравнению со сталью 25Л, воз-
растает вдвое, в то время, как 0,2% молибдена
в стали 25ХМЛ повышает трещиноустойчи-
вость лишь на 13%.
Из рассмотренного следует, что в интер-
вале температур заливки сталей (от 1515 до
1600°С) трешиноустойчивость рассмотрен-
ных марок сталей с понижением температу-
ры заливки возрастает.
На рис. 2.4.13 и 2.4.14 представлены ди-
аграммы зависимости трещиноустойчивости
железной основы от температуры заливаемой
стали и содержания легирующих элементов.
Повышение содержания хрома до 5%, нике-
ля до 20%, титана от 0,4%, кобальта в преде-
лах от 5 до 30%, молибдена в пределах от 3
до 10% и вольфрама в пределах от 1 до 6%
Температура,"С
О-сталь 25Л; Д-сталь 25 ХМЛ;
□ -сталь 25 ХМФЛ;
* И -усредненные данные нескольких опытов
Рис. 2.4.12. Влияние температуры стали при
заливке на трещиноустойчивость перлитной стали
126
Раздел?
Рис. 2.4.13. Влияние температуры стали
при заливке и легировании хромом, титаном,
молибденом и вольфрамом
на трещиноустойчивость железной основы:
кружок - 1550°С; квадрат- 1600°С;
треугольник — 1650°С
Рис. 2.4.15. Трещиноустойчивость
хромоникелевых сплавов на железной основе
в зависимости от температуры заливки:
1 - сталь Х25Н5; 2 - сталь Х25Н20;
3 - сталь 1Х15Н15КЗТ; 4 - сталь Х288;
5 — сталь 1Х18Н9Т; 6 — сталь 15Л
Рис. 2.4.14. Зависимость трещиноустойчивости
от перитектических превращений в стали,
легированной никелем и кобальтом:
кружок— 1550°С; квадрат— 1600°С;
треугольник — 1650°С
способствует снижению трещиноустойчиво-
сти стальных отливок.
На рис. 2.4.15 представлено изменение
трещиноустройчивости наиболее вероятных
сочетаний хрома, никеля, титана и кобаль-
та в литых конструкционных сталях. Стали
этих композиций значительно менее трещи-
ноустойчивы, чем железная основа, причем
высоколегированные хромированные спла-
вы без титана особенно нетехнологичны в
этом отношении.
Анализируя представленные рисунки,
можно проследить повышение трещиноус-
тойчивости стали при снижении температу-
ры заливки. Следует отметить, что в цехах с термически мощными плавильными агрега-
тами (например, электропечи), где заливку производят, главным образом, при высокой
температуре, во избежание горячих трещин стремятся лить «холодно». Если же заливка будет
Трещины
127
идти «горячо», то, благодаря увеличению
продолжительности затвердевания, неизбеж-
но увеличивается межкристаллитная сегре-
гация серы и фосфора, усиливаются ликва-
ционные явления.
§13 . Горячие трещины в отлив-
ках из марганцовистых аустенит-
ных сталей
Неравномерная усадка отдельных частей
отливки приводит к образованию горячих тре-
щин. Это часто встречается на отливках из вы-
сокомарганцевых аустенитных сталей |44].
На рис. 2.4.16а показаны схема отливки
двух деталей из марганцовистой аустенитной
стали и места расположения трешин. В этом
случае трещины образовались из-за того, что
литниковая система охлаждается быстрее и
изгибает отливки. Меры борьбы с такими
трещинами:
1. Заливка формы при низкой темпера-
туре металла.
2. Установка ложных ребер.
3. Установка ребер «в» (рис.а), ужесто-
чающих литниковую систему и
уменьшающих изгиб отливки.
4. Установка холодильников «б» (рис.а)
в местах образования трещин.
5. Тщательное раскис-
ление металла.
В других случаях удает-
ся избежать образования
трешин заменой конструк-
ции или месторасположения
литниковой системы. На
рис. 2.4.166 приведена схема
отливки решетки из марган-
цовистой аустенитной стали.
Старая литниковая система,
вызывающая образование
трещин, показана пунктир-
ными линиями.
При повышении темпе-
ратуры заливаемой стали
Г13Л происходит переход
мелкозернистой равномер-
ной структуры в столбчатую.
Как известно |22], крупные
б)
Рис. 2.4. J 6. Схемы использования различных
литниковых систем для изготовления отливок
из марганцовистой аустенитной стали:
а — быстроохлаждающаяся литниковая система;
способствующая образованию трещин;
б — схема литниковой системы с минимальным
охлаждением, не вызывающая увеличенного
изгиба отливки
Рис. 2.4.17. Вид излома образца стали ПЗЛ в зависимости
от температуры ее при заливке (перегрев в печи 1650 °C):
а- 1585°С; б- 1520°С; в-1480°С; г-1430 °C
128
Р а з д е л 2
равноосные кристаллы и, особенно, столбчатость, ухудшают износостойкость и снижают
плотность металла. При такой (рис 2.4.17) структуре общая поверхность межкристаллит-
ных связей уменьшается, а толщина неметаллических прослоек увеличивается. Это спо-
собствует межкристаллитному разрушению, горячая трещиноустойчивость снижается и
повышается опасность образования горячих трещин.
§14 . Условия наименьшей склонности металлов к горячим трещинам
При изготовлении отливок с отбеленным поверхностным слоем (колеса с отбеленным
ободом, чугунные прокатные валки, бегуны размалывающих мельниц) возникает большая
трудность в предупреждении трещин в отбеленных участках. С целью уменьшения твер-
дой усадки отбеленной части в интервале температур ликвидус — солидус в состав чугуна
отбеленных отливок вводится 0,30—0,4% фосфора. Образование фосфидной эвтектики
(Fe3P+-Fe) происходит с увеличением объема и тем самым снижает общую усадку. Как из-
вестно, повышение степени легированности стали хромом, марганцем, молибденом и др.
увеличивает объемную усадку затвердевания, что способствует большей склонности леги-
рованных сталей к образованию трещин [25, 22].
Необходимо стремиться к повышению механической прочности сплава в период твер-
дой усадки в интервале температур затвердевания. Чем прочнее сталь в этот период, тем
меньше вероятность образования трещин.
Содержание кремния д % Содержание фосфора 6 °/о Содержание фосфора в °/с
Рис. 2.4.1 В. Зависимость прочности углеродистой стали
от содержания основных элементов при температуре заливки выше ликвидуса на 50 °C:
1 - сера; 2 - марганец; 3 - серы и марганца; 4 - кремния; 5 - фосфора; 6 - фосфора, серы и марганца
Трещины
129
На рис. 2.4.18 приведены кривые зависимости прочности стали от содержания основных
элементов при образовании трешин.
Трещины обычно образуются в слабых местах отливки. Такими являются те места,
которые в интервале затвердевания охлаждаются медленнее и, следовательно, в каждый
данный момент имеют больший процент жидкой фазы. Следовательно, отливки с резким
переменным сечением более склонны к трещинам, чем отливки с равномерной толщиной.
Тонкостенные отливки с большим перепадом температур по сечению при литье в сухие
формы желательно заливать в подогретые формы.
При прочих равных условиях трещины на отливках могут появляться в зависимости
от плавки.
Склонность к образованию трешин стали, выплавленной в кислой печи, больше, чем
стали, выплавленной в основной печи: сталь из кислой дуговой электропечи более склонна
к трещинам, чем из основной. Большая склонность кислой стали к трещинам объясняет-
ся наличием железосиликатных включений, которые являются легкоплавкими и расши-
ряют критическую область образования трешин. С другой стороны кислая сталь менее га-
зонасышена и более полно раскислена, поэтому она дает большую усадку при затвердевании,
что приводит к образованию горячих трешин.
§15 . Температурный интервал образования трещин
На появление горячих трещин решающее влияние оказывают величина усадки, сте-
пень красноломкости металла отливки и сопротивлении усадке. Чем больше усадка ме-
талла, тем вероятнее образование горячих трешин, а при низких температурах, — и холод-
ных трешин. Чем меньше расстояние от линии солидуса до линии максимальных температур,
при которых возникает достаточно прочная связь между первичными кристаллами, тем
менее склонен сплав к образованию горячих трешин. В этом случае будет меньше абсо-
лютная усадка сплава в этом интервале. Все примеси, расширяющие этот интервал, будут
способствовать образованию горячих трещин.
Образование зональных ликвапионных полос происходит в том же интервале тем-
ператур, при котором образуются и горячие трещины. Можно заключить, что появ-
ление внутренних трещин и надрывов происходит по схеме образования зональной
ликвации.
Температурное поле отливки
Причиной образования горячих трещин в большинстве случаев является высокая тем-
пература заливки стали. Знание о температурном поле отливки поможет технологу в вы-
боре мероприятий по сокращению брака, улучшению конструкции отливок, эффективному
расположению питателей, рациональному регулированию скорости заливки, правильно-
му расположению холодильников, подбору смесей с требуемыми коэффициентами тепло-
аккумуляции и т.д. Например, медленным подводом горячей стали в тонкую часть отлив-
ки можно сильнее прогреть форму в этом месте и снизить температуру металла,
поступающего в термический узел. С другой стороны, если подвод металла в массивную
часть неизбежен, горячую сталь желательно заливать с большой скоростью, так как при
этом меньше прогревается форма в термическом узле и в тонкую часть попадает менее ос-
туженный металл. Эти мероприятия позволят отладить температурное поле в отливке при
затвердевании. Регулируя скорость заполнения формы и расстановку питателей, можно
сократить вероятность возникновения горячих трещин в отливке при высокой темпера-
туре заливаемой стали. Применение холодильников или захолаживающих смесей должно
сглаживать температурное поле отливки.
130
Раздел?
Поперечные трещины в отливке вызы-
ваются неравномерностью температурного
поля в вертикальной плоскости [22].
Продольные трещины вызываются, в
основном, неравномерностью температурно-
го поля в горизонтальной плоскости. При
заливке снизу это может быть вызвано откло-
нением струи заливаемого металла в сторо-
ну. Аналогичное явление может произойти и
при заливке сверху, разогревая один из уча-
стков внутренней поверхности формы. При
кристаллизации тепловых узлов, затвердева-
ние и упрочнение металла в этом месте за-
медляется. Благодаря более раннему затвер-
деванию и усадке металла в других местах,
растягивается и разрушается металл у прогре-
того участка формы. В результате возника-
Рис. 2.4.19. Влияние температуры при заливке на
общую длину горячих трещин (по оси ординат) в
корпусах двигателя, отлитых из углеродистой стали:
1 - Mn/S = 9:10; 2 - Mn/S = 12 :13
(отношение содержания марганца к сере)
ют горячие трещины.
На рис. 2.4.19 приведена зависимость обшей длины обнаруженных на корпусах горя-
чих трешин от температуры стали при заливке. Увеличение температуры сопровождается
увеличением общей длины трещин, т.е. снижением трещиноустойчивости.
Таблица 2.4.4
Длина горячих трещин на литых корпусах электродвигателя
в зависимости от температуры перегрева стали в печи и при заливке форм
Температура стали при выпуске, °C Температура стали при заливке, °C Общая длина горячих трещин, мм
1650 1505 800
1515 1630
1675 1505 935
1525 1290
1730 1550 1550
1570 2450
В табл. 2.4.4 приведена длина трещин на корпусах двигателя, попарно отлитых из стали
одной плавки. Здесь уравнивались такие факторы, как шихтовые материалы, технология
выплавки, температура при выпуске и состав стали. Во всех плавках более высокая тем-
пература стали при заливке неизменно вызывала больше трещин.
Влияние содержания серы, как вредного элемента, и марганца, как нейтрализующей
составляющей, отражено на рис. 2.4.19 двумя кривыми: верхней — для отливок из стали с
соотношением марганца к сере, равным 9:10, и нижнеи — с соотношением, равным 12:13.
Это подтверждает низкую трещиноустойчивость сернистых сталей.
§16 . Разное, или Советы бывалого
1. Химически состав металла оказывает важное влияние на возникновение горячих
трещин. Даже если по технологии назначена требуемая марка металла, то нет уве-
ренности в том, что фактически используется назначенное. Неправильный хим-
состав металла может быть следствием:
Трещины
131
• небрежной загрузки шихты;
• неточного ее взвешивания;
• использования чушковых чугунов, лигатур других марок и т.д.
2. При плавке чёрных металлов с использованием модифицирования в ковше или ле-
гирования, имеется опасность чрезмерной стабилизации карбида. Небрежное ле-
гирование или чрезмерный перегрев металла, отсутствие контроля за уменьшением
размера зёрен приводят к возникновению в отливке значительных напряжений, а
зачастую и горячих трещин.
3. Заливку форм желательно проводить при возможно низкой температуре, обеспе-
чивая при этом заполняемость формы металлом и разупрочнение связующих формы
и стержня. Температуру металла можно повысить, если повышена термодеструк-
ция связующих материалов и есть уверенность в более надёжной конструкции от-
ливки. В ряде случаев возникают ситуации, когда требуется очень узкий диапа-
зон температуры заливки металла.
Перемещение литейного конвейера с толчками при слабой набивке форм может
вызвать образование горячих трещин в отливках.
4. Обратная ликвация, т.е. повышенное содержание в отливке ликвирующих примесей
по мере продвижения от центра к периферии — важное явление в кристаллизую-
щихся сплавах. Обратная ликвация есть результат двух факторов: наличие замет-
ного перепада температур и достаточно большого интервала затвердевания спла-
ва. В результате этих факторов возникают горячие трещины.
5. При производстве тонкостенного или крупногабаритного литья с весом до 3 тонн
из высоколегированной стали (10Х15Н15КЗТЛ) при недостаточной температуре за-
ливки заготовки имели дефекты по засорам и пленам. При повышении температу-
ры заливки наблюдалось увеличение пороков по горячим трещинам и пригару.
Влияние температуры при заливке на трещиноустойчивость данной стали приведе-
ны на рис. 2.4.20. Из рисунка следует, что заливка при температуре 1540—1560°С позво-
лила получить литье с минимальным количеством засоров, плен и горячих трещин. При
этом температура металла в печи перед выпуском была 1640— 1660°С. Падение температу-
ры вызвало остывание стали в ковше (5,5 град./мин) в течение 10 мин. потери при пере-
ливе из печи равны 45°С [22].
Ф I_ Iflll
I - пз S
га 5 •
га со j S- ф
О к га 60 cd Cl gio
.
2 m СЗ га CD J 40 X S
-D ф m o_
- •“ 20 2 X
oZ к L- Cl n
-g 2 1450 1500 1550 1600 1650
Температура стали при заливке,°C
Рис. 2.4.20. Зависимость трещиноустойчивости стали
к образованию горячих трещин от температуры при заливке:
сплошная линия - 10Х15Н15КЗТЛ; прерывистая линия - 25Л
132
Р а з д е л 2
Глава 2.5. Горячий излом
Описание дефекта
Более или менее глубокие меж-
кристаллические трещины. Излом
иногда имеет мелкую дендритную
структуру и окисленный вид. Де-
фект чаще всего появляется на уча-
стках, застывающих последними,
где возникают напряжения (напри-
мер, изменения площади попереч-
ного сечения, выступающие углы).
При термической обработке
различных видов, в том числе и от-
жиге, в отливке могут возникнуть
временные температурные напряже-
ния. Увеличению этих напряжений
способствует неравномерный нагрев
отливки, резкий нагрев или охлаж-
Рис. 2.5.1. Дефект отливки «Горячий излом»
дение отливки, возникновение разницы температур между стенками малого сечения и бо-
лее массивными. Если величина суммарных напряжений превысит предельные значения
прочности или пластичности материала отливки, в ней могут образоваться трещины.
Формирование дефекта
С момента образования на поверхности отливки твердой корки, в дальнейшем появ-
ляются разрывы сплошности в виде трещины, заметной невооруженным глазом. Трещи-
на имеет острые края и может быть поверхностной или проходить по всему поперечному
сечению. Стенки трещины, вследствие окисления при нагреве, окрашены.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Ранняя выбивка отливок
Отливка не может извлекаться из формы сразу же после окончания затвердевания
металла и должна некоторое время охлаждаться в ней. При преждевременной выбивке может
произойти горячий излом или разрушение отливки ввиду низкой прочности металла вблизи
точки кристаллизации.
Для устранения препятствий усадки, залитые формы рекомендуют после заливки тут
же разрыхлять. При этом обнажаются толстые части и оставляются закрытыми смесью
тонкие части.
Необходимая продолжительность охлаждения отливки в форме зависит от скорос-
ти охлаждения и температуры, при которой можно производить выбивку, не опасаясь
развития в ней дефектов. Большинство исследователей считают, что наиболее приемле-
мая температура выбивки отливок из углеродистой стали находится в пределах 600°С.
Однако, при охлаждении отливки в литейной форме нельзя получить одинаковое изме-
нение температуры всех её частей. Более массивные стенки охлаждаются медленнее ос-
Трещины
133
тальных и поэтому их температуру принимают за основу при определении температуры
выбивки.
§2 . Условия возникновения горячего излома
На образование в отливках горячего излома оказывает влияние ряд причин:
1. Залив металла на поверхность формы вследствие его вытекания через открытые
выпоры. Удалять залив нужно очень быстро до момента его затвердевания. Дру-
гой вариант ликвидации состоит в установке открытых прибылей, где будет воз-
можность наблюдать за изменением уровня стали в форме.
2. Использование конических открытых прибылей приводит к возникновению вер-
тикальных осевых напряжений с возможностью разрушения элементов отливки или
её части.
3. Слишком близкое расположение рёбер жёсткости (шпон) опоки от стояка, при-
были, литников мешает нормальному движению металла в литниковой системе (в
связи с захолаживающим воздействием). Стояк или прибыль в этом случае дей-
ствуют как рычаг, создавая деформацию отливки в различных её частях.
4. Неправильно выбранный или невыдержанный химсостав стали, склонный к крас-
ноломкости или повышенной усадке. Вызвано небрежной загрузкой и взвешива-
нием шихтовых материалов при отсутствии контроля.
§3 . Транспортировка горячих отливок
После затвердевания отливки выдерживают в форме для охлаждения до температуры
выбивки. Высокая температура выбивки нежелательна из-за опасности разрушения отливки
на некоторых этапах её перемещения. К месту разрушения отливок можно отнести выбивную
решётку, загруженную менее чем на 30%. В это время решётка увеличивает свою ампли-
туду колебаний и отливка подбрасывается на большую высоту с последующим интенсив-
ным ударом о решётку.
При транспортировке отливок с высокой температурой выбивки нежелательна пере-
броска отливок с выбивной решётки или с эпрона в тару. В результате соударений отли-
вок между собой или о тару возможно возникновение горячего излома.
§4 . Разное, или Советы бывалого
1. Разветвленная, массивная литниковая система замедляет нормальную усадку и вы-
зывает напряжения в отливке. Особенно это относится к углам, находящимся под
большими напряжениями. При извлечении отливки на участке выбивки возмож-
но возникновение горячего излома.
2. Плотно набитая влажная формовочная смесь создаёт условия для возникновения
трещин и лзлома. Особая опасность наступает при твёрдости формы от 90 единиц
и выше. Одновременно с твёрдой набивкой на возникновение горячего излома
оказывает влияние слабая набивка форм.
3. Большое влияние на возникновение напряжений и горячих изломов оказывает
транспортировка отливок после заливки. В это время происходит процесс охлаж-
дения и возникновения перепадов температур в опасных местах отливки, где име-
ются различные по толщине сечения стенок. Перемещение литейного конвейера
с толчками и ранняя выбивка неизбежно может привести к горячему излому от-
ливки.
Раздел 3. Усадочные раковины
Глава 3.1. Раковина усадочная открытая
Описание дефекта
Выходящая наружу раковина обычно
располагается в верхней массивной части от-
ливки и имеет форму воронки, продолжени-
ем которой могут являться изолированные
полости. Стенки этих полостей шероховатые,
чаще всего дендритные. Дефект может начи-
наться во входящих углах отливки, у питате-
лей и иметь цвет поверхности недолитой
отливки, т.е. серовато-синш Усадочные ра-
ковины обычно образуются в утолщенных
местах отливки, которые затвердевают в пос-
леднюю очередь.
Формирование раковин
Явление усадки вызвано сокращением
объема и линейных размеров отливки в фор-
ме в период застывания залитого металла.
После заливки в форму жидкий металл охлаждается и у поверхности контакта с фор-
мой образуется корка затвердевшего металла. При значительном уменьшении скорости
затвердевания металла в верхней части отливки, вызванном утолщением конструкции,
разогревом заливаемым металлом или другими способами корка металла в верхней части
не образуется и жидкий металл используется на подпитку нижних слоев металла, которые
в это время уменьшаются в объеме. В результате металл из верхней части отливки опус-
Рис.. 3.1.1. Отливка «Шестерня цепная»
с дефектом «Раковина усадочная открытая»
кается вниз и в верхнеи части образуется открытая воронка с явно выраженными денд-
ритными стенками, называемая открытой усадочной раковино •
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Технологичность отливки
Разница в толщинах стенок
При конструировании отливки надо стремиться к получению минимальной разницы
толщин сопрягаемых стенок для снижения возможности получения усадочных дефектов.
Если по конструктивным соображениям избежать этого нельзя, то следует выполнить пра-
вильный переход от тонких стенок к толстым или к массивным частям (см. 2.1. §11: со-
пряжения под острым углом и далее).
При повышенной склонности металла к образованию усадочных раковин, отливки
следует располагать так. чтобы массивные части были сверху или сбоку по разъему, что
позволяет удобно устанавливать прибыли. Массивные части отливок из серого чугуна следует
располагать в нижней полуформе, а при формовке в одной полуформе — внизу. Направ-
Усадочные раковины
135
ленная кристаллизация отливок при этом обеспечивается применением металлических
холодильников или смесей с повышенной теплопроводностью. Наиболее ответственные
части отливок также следует располагать в нижней части формы или, в крайнем случае,
вертикально, что уменьшает дефекты по неметаллическим включениям, усадочным и га-
зовым раковинам. Целесообразно рассмотреть возможность разрядки термического узла
отливки установкой песчаного или металлического стержня.
Технологичные отливки не только позволяют удешевить изготовление литья, но и
уменьшить опасность появления брака. При доработке конструкции отливки следует об-
ратить внимание на некоторые особенности литейной технологии:
• при наличии термических узлов, необходимость которых продиктована особенно-
стью конструкции, должно соблюдаться правило направленного затвердевания;
• для создания одинаковых условий охлаждения разных зон отливки, необходимо
соблюдать требования равностенности отливок. В ряде случаев следует даже утол-
щать периферийную зону отливки, так как наружная поверхность отливки имеет
большую скорость охлаждения по сравнению с внутренней;
• рассмотреть целесообразность разрядки термического узла отливки установкой пес-
чаного или металлического стержня;
• попытаться разрядить тепловой узел вписанием в него элементов формы или стер-
жня таким образом, чтобы не нарушить конструктивной жесткости или не лишить
данного места его смыслового значения.
На возникновение усадочных раковин оказывает влияние целый ряд причин. Иног-
да дефект возникает от влияния нескольких из них. На рисунке 3.1.2а представлена от-
ливка «Маховик» с усадочной раковиной. В формировании дефекта приняли участие три
причины: утолщённый питатель, высокая температура заливки, разогрев нижней части
формы. После устранения указанных причин дефект не появлялся.
§2 . Направленное затвердевание отливки
Направленное затвердевание применяется для получения плотной отливки без уса-
дочных раковин и пористости. Характер направленности затвердевания зависит от свойств
материала и конфигурации отливки, от положения отливки в форме, от места располо-
жения прибылей и питателей, от теплофизических свойств формы и холодильников (см.
2.4. §4).
§3 . Технологические припуски
Припуски на механическую обработку даются на всех обрабатываемых поверхнос-
тях отливки. Величина припуска зависит от положения поверхности при заливке, мето-
да формовки, величины отливки и самой обрабатываемой поверхности. Наибольшие
припуски предусматриваются для поверхностей, которые при заливке обращены вверх,
так как они больше всего подвержены образованию дефектов, в том числе и усадочным
явлениям.
Ряд дефектов отливок, в том числе и небольшую открытую усадочную раковину, можно
ликвидировать путем увеличения припуска в месте ее образования. Если поверхность об-
работки большая, припуск можно выполнять лишь на область усадки.
Верхняя поверхность отливки «Диск» (рисунок 3.1.3) имеет усадочную раковину на
небольшую глубину, входящую в рабочее тело отливки. При выполнении в области обра-
зования усадки местного увеличения тела отливки, усадочная раковина не повреждала
отливку.
136
Р а з д е л 3
Рис. 3.1,2а. Отливка «Маховик»
с открытой усадочной раковиной
Рис. 3.1.26. Фрагмент отливки «Маховик»
(увеличено)
Рис. 3.1.3. Отливка «Диск»
с открытой усадочной раковиной
Рис. 3.1.4а. Отливка «Штырь»
с усадкой
Рис. 3.1.46. Фрагмент отливки «Штырь»
с дефектом (увеличено)
Усадочны
раковины
137
§4 . Температура заливаемого металла
Сталь
Температура заливаемого металла оказывает влияние на возможность образования
усадочных дефектов в стальных отливках.
В таблице приведены интервалы температуры заливки углеродистой стали с учетом
снижения усадочных дефектов.
Содержание углерода, % 0,1 0.2 0,3 0.4 Р.5 Р.6 0,7
Интервалы температуры 1540- 1530- 1520- 1510- 1505- 1500- 1490-
заливки, °C 1570 11560 1550 1540 1535 1530 1520
Дополнительную информацию по температуре заливаемого металла можно посмот-
реть в 1.2. §7.
Определение температуры заливки сводится к выбору необходимого понижения тем-
пературы стали, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовле-
нии отливок, склонных к усадочным проявлениям (толстостенные с местными скоплениями
металла и др.), допускается минимальный перегрев стали на 10—40°С и ниже. Это отно-
сится к отливкам, на которых возможно возникновение газоусадочных раковин, откры-
тых и закрытых усадочных раковин, усадочной пористости.
Чугун
Общеизвестным фактом является уменьшение объёма залитого в форму чугуна при
последующем его охлаждении. В результате снижения объёма, в верхних тепловых узлах
возможно появление открытых усадочных раковин. Чем выше температура заливаемого в
форму металла, тем больше будет проявляться эффект усадки и увеличиваться размер уса-
дочной раковины. В ряде случаев, для снижения усадочной раковины производят залив-
ку охлаждённого чугуна. Это оправдано при изготовлении простых отливок, но недопус-
тимо при производстве сложного, фасонного литья. Как известно, для снижения
возможности образования газовых раковин и некоторых других дефектов, используют чугун
с температурой не ниже 1380°С. Поэтому, при изготовлении отливок, необходимо опре-
делять температуру заливаемого металла исходя из конструктивных особенностей изготов-
ляемого литья и его склонности к образованию различных дефектов.
Для предупреждения образования усадочных раковин необходимо при разработке тех-
нологии заливки каждой детали стремиться к тому, чтобы температура металла отливки
по мере приближения к прибыли увеличивалась, — в прибыль должен попадать наиболее
горячий металл.
Для получения литья повышенного качества можно пользоваться и комбинирован-
ными приёмами снижения дефектности отливок. К примеру, заливаемая отливка склон-
на к появлению газовых и усадочных раковин: следовательно, для снижения газовых ра-
ковин металл должен быть горячим, а для снижения усадочных раковин — холодным. Тем
не менее, есть компромиссное решение по снижению температуры заливаемого металла
без повышения опасности образования газовых раковин. Для этого надо выполнить вен-
тиляцию стержней и формы с условием получения максимальной длины пути фильтрации
газа в пределах 3—4 см. При хорошей вентиляции допустимо снижение температуры за-
ливаемого металла до 40°С и более. Такие условия снижения температуры окажут поло-
жительное влияние на сокращение возможности образования усадочных раковин.
Другой пример — создание направленного локального отверждения теплового узла
использованием холодильника или захолаживающей смеси (хромитовые или хромомагне-
138
Р а з д е л 3
зитовые смеси, кирпичи на их основе и т.д.). Холодильник или облицовочную смесь поме-
щают под тепловой узел (заформовывают в стержень или форму). При заливке металла
происходит интенсивный отбор тепла в сторону холодильника, что способствует направ-
ленной кристаллизации металла и значительному снижению или полной ликвидации уса-
дочной раковины.
Влияние высокой температуры на возникновение усадочных раковин можно увидеть
на рисунке 3.1.4, где представлена отливка «Штырь» с усадочной раковиной или «Утяжи-
ной». Чугун плавили в индукционных печах, температура заливаемого металла колебалась
от 1350 до 1420°С, постоянного замера температуры не проводилось. В результате дефект по-
являлся и исчезал. После установления контроля температуры дефект не появлялся.
§5 . Подвод металла к отливке
Сталь
После установления типа литниковой системы должно быть выбрано число и место
подвода питателей к отливке. Соответствующие рекомендации изложены в 2.1. §2.
Чугун
Ниже приводятся традиционные рекомендации подвода металла к отливке, в том числе
и позволяющие уменьшить усадку отдельных мест отливки:
1. Подвод металла в тонкое место отливки способствует выравниванию скорости ох-
лаждения тонкой и более массивной частей отливки, уменьшению напряжений и
усадочных раковин.
2. При расположении питателей желательно, чтобы струя не ударяла в стенку фор-
мы или стержня, горизонтальные поверхности формы быстро покрывались метал-
лом.
3. Уровень металла в форме в процессе заливки должен изменяться равномерно, пре-
рывание струи металла недопустимо.
4. Части стержней с вентиляционными каналами не должны перегреваться потоком
подводящего металла.
5. Для чугунных отливок целесообразна система запертого типа (способствующая за-
держанию шлака), сужающаяся (быстрое заполнение металлом с положитель-
ным давлением).
6. Для уменьшения скорости потока чугуна в каналах используются тормозящие лит-
никовые системы. Их отличие в использовании местного сопротивления — дрос-
селя (например, в виде сетки, шели, внезапного сужения канала и последующего
расширения и т. д.).
Влияние неправильного подвода металла в отливку, с образованием усадочного де-
фекта (утяжины), представлено на рисунке 3.1.5, где показан фрагмент отливки «Корпус
распределителя» с усадочной раковиной от поверхности стержня в нижнюю часть отлив-
ки. Именно в это место был осуществлён подвод металла с повышенной температурой. Вы-
полнение литниковой системы с рассредоточенными питателями и заливка металлом с
пониженной температурой позволило ликвидировать рассматриваемый дефект.
§6 . Толщина корки затвердевшей стали
Быстрое формирование корки затвердевшего металла в форме в большинстве случаев
оказывает влияние на снижение дефектов усадочного происхождения и др. В тоже время
медленное образование корки металла способствует увеличению количества дефектов уса-
Усадочные раковины
139
дочного происхождения. Поэтому интересно ознакомиться с условиями формирования корки
металла при его движении в форме. На рис. 3.1.6 представлено влияние температуры ме-
талла и времени его течения на толщину затвердевшей корки [25] (1.7. §12).
§7 . Содержание фосфора и хрома в металле
На образование усадочных раковин, особенно мелких, оказывает влияние высокое
содержание фосфора в металле. Образующаяся фосфидная эвтектика при затвердевании
уменьшается в объеме, в результате чего образуются поры. При литье металла в податли-
вые формы с повышенным содержанием фосфора, увеличивается его предусадочное рас-
ширение, что связано, по-видимому, с малой прочностью затвердевающей корки, кото-
рая при наличии фосфора длительное время находится в твердожидком состоянии [9].
Отрицательное влияние фосфора в нелегированном сером чугуне становится замет-
ным уже начиная с 0,12...0,18%.
Для получения малофосфористого чугуна в вагранке с кислым шлаком, необходимо
отбирать чистую по фосфору шихту. При введении в вагранку в качестве флюса известня-
ка в количестве 7% от веса металла и железной руды в количестве 1% от веса металла, сте-
пень обесфосфоривания чугуна достигает 30%. Лучшие результаты получаются при вып-
лавке чугуна с температурой 1300—1350 градусов, при повышении температуры чугуна до
1400—1450 градусов степень обесфосфоривания уменьшается.
Следует заметить, что процессы обесфосфоривания и обессеривания одновременно
протекать не могут. Для лучшего обессеривания надо добиваться снижения FeO в шлаке
и максимального повышения температуры. Для лучшего обесфосфоривания надо добиваться
повышения содержания FeO в шлаке, не допуская повышения температуры выше опти-
мальной.
Для повышения прочности чугуна проводят его легирование различными элемента-
ми. Чаще всего для этой цели применяют хром, молибден, ванадий и др. Эти элементы
образуют растворы замещения преимущественно с цементитом, например (Fe, Cr)3C-(Fe,
Mo)3C-(Fe, V3)C. При превышении определенной концентрации эти элементы образуют
специальные фазы — карбиды (например, Сг7С3 и V4C3) и тем самым тормозят графитиза-
цию, вызывают размельчение графитовых включений и упрочнение металлической мат-
рицы.
Таблица 3.1.3. Влиянии хрома и других элементов на усадочные дефекты
Массовая доля элементов, % Характеристика дефектов
Р Ni Мо Сг
0,1 - - - Пористость отсутствует
0,245 - - - Концентрированная усадочная раковина
0,13 2,15 - - Пористость отсутствует
0,13 - 0,54 - Концентрированная усадочная раковина
0,13 - 1 Резко выраженная концентрированная усадочная раковина
0,13 - - 1 Рассеянная усадочная пористость
0,66 0,66 0,83 0,84 Концентрированная усадочная пористость
0,04 0,66 0,83 0,84 Пористость отсутствует
В таблице 3.1.3 показано влияние Р, Ni, Мо, Сг или их комбинаций на возникнове-
ние усадочных дефектов.
140
Р а з д е л 3
Рис. 3.1.5а. Отливка «Корпус распределителя»
с усадочным дефектом
Рис. 3.1.56. Фрагмент отливки «Корпус»
(увеличено)
Рис. 3.1.6а. Отливка «Кронштейн»
с открытой усадочной раковиной
Рис. 3.1.66. Фрагмент отливки «Кронштейн»
(увеличено)
Рис. 3.1.7а. Отливка «Шестерня цепная»
с усадочной раковиной
Рис. 3.1.76. Фрагмент отливки
«Шестерня цепная» (увеличено)
Усадочные раковины
141
При увеличении в чугуне фосфора, молибден и хром ликвируют в фосфидной эвтек-
тике с содержанием молибдена до 8,3%, а хрома до 2,4%. При этом резко возрастает объем
фосфидной эвтектики, а затвердевание ее происходит уже не по стабильной, а по мета-
стабильной системе с более резким сокращением объема. Оба указанных обстоятельства
определяют повышенную склонность хр< >момолибденовых чугунов к образованию усадочной
пористости и необходимость снижения критического содержания фосфора в этих чугунах.
Следовательно, для снижения усадочных явлений в сером чугуне содержание молиб-
дена должно быть, в данном случае, не более 0,2%, а содержание хрома не более 0,5%.
Повышенное содержание фосфора в чугуне оказывает влияние на образование уса-
дочных раковин. Это можно увидеть на рисунке 3.1.6, где представлена отливка «Кронш-
тейн», в верхней массивной части которой имеется открытая усадочная раковина. При
увеличении (рис. 3.1.66) виден фосфидный «выпот», свидетельствующий о повышенном
содержании в чугуне фосфора. Кроме этого, отрицательным в технологии получения этой
отливки было использование двух толстых питателей в отводные части кронштейна и по-
вышенная температура заливки.
§8 . Углеродный эквивалент чугуна
Величина углеродного эквивалента оказывает значительное влияние на изменение
дефектности по усадке металла [29]:
1. Объем усадочных раковин уменьшается по мере увеличения углеродного эквива-
лента чугуна доэвтектического состава. Величина углеродного эквивалента опре-
деляется как Сэ=С+0 3Si. Для снижения усадочных раковин наиболее оптималь-
ным является углеродный эквивалент, равный 4—4,2.
2. Если наблюдается усадка (усадочная раковина), можно повысить содержание уг-
лерода и кремния настолько, насколько это позволяют требования к механичес-
ким свойствам, с наибольшим возможным соотношением C/Si.
3. Если наблюдается расширение (ложная усадочная раковина), понизить содержа-
ние эвтектического графита посредством снижения пропорции графитизирующих
элементов (углерод, кремний), добавления аусгенитообразующих элементов или
повышения их пропорции (марганец, никель, медь, олово, азот) и увеличения ско-
рости кристаллизации
Снижение содержания углерода в чугуне способствует увеличению усадочных рако-
вин. Особенно проявляется это при повышенной температуре заливаемого чугуна. Влия-
ние пониженного содержания углерода на возникновение усадочной раковины показано
на рисунке 3.1.7, где представлена отливка «Шестерня цепная» с открытой усадочной ра-
ковиной. Брак отливки ликвидирован введением углеродного боя в жидкий металл.
§9 . Наружные холодильники
Регулирование скорости охлаждения тепловых узлов отливки производится с помо-
щью наружных холодильников. Установка холодильников ускоряет охлаждение тепловых
узлов, что бывает необходимо для обеспечения направленного или одновременного зат-
вердевания отливки. Ускоряя охлаждение узла, холодильник предотвращает образование
в нем усадочной раковины, так как теперь узел успевает пропитаться за счет позднее зат-
вердевающих частей отливки. Ускорение охлаждения массивных сечений отливок холо-
дильниками, способствуя выравниванию скорости охлаждения, может привести к умень-
шению усадочных явлений в отливке (см. 2.1. §3).
На рисунке 3.1.9 представлена отливка «Маховик» с открытой раковиной в месте под-
вода металла. В данном случае наблюдается термический узел с подводом в него металла.
142
Р а з д е л 3
Для ликвидации дефекта бет изменения тех-
нологии изготовления, под термически!’ узеч
установлен металлический холодильник, а
подвод металла выполнялся через венны ма-
ховика. Таким образом, создалась направлен-
ная кристаллизация металла в термическом
узле Усадочная раковина не появлялась.
§10 . Прочность формы
Прочность сырой литейной формы ока-
зывает влияние на изменение усадочных про-
цессов в отливке. При заливке металла в сла-
боуплотненную форму происходит уплотнение
последней за счёт динамического и металло-
статического давления. В результате стенка
формы будет сдвигаться в сторону увеличения
отливк и и эффект усадки возрастать. Это от-
носится к формам, обладающим твёрдостью
50-70 единиц. При доведении твёрдости по-
верхности формы до 85 единиц и выше значи-
тельно уменьшается уплотнение смеси метал-
чом и влияние усадочных процессов
сокращается.
При сильном торможении линейной
усадг I формой, значение объема усадочных ра-
ковин может свестись к нулю или даже стать
отрицательным. Последнее возможно, напри
мер, при заливке чугуна в металлические фор-
мы, когда, вследствие полного торможения ли-
нейной усадки, жидкий металл вытесняется в
выпор или прибыль. Также, но в меньшей сте-
пени, влияет сухая форма, причем эффектив-
ность жесткости формы тем больше, чем мень-
ше коэффициент объемного расширения и
больше свободное предусадочное расширение.
Рис. 3.1.9. Отливка «Маховик»
с усадочной раковиной
Рис. 3.1.1 Оа. Отливка «Опора»
с открытой усадочной раковиной
Рис. 3.1.1 Об. Фрагмент отливки с дефектом
(увеличено)
§11 . Прибыли
Прибыль представляет собой непредус-
мотренный черзежом отливки технологичес-
кий прилив, затвердевающий позднее отлив-
ки и располагающийся так, чтобы
обеспечивать близлежащие слои отливки поступлением жидкого металча. Различают при-
были открытые и закрытые, шаровые, полушаровые и конические. В зависимости от ус-
ловии, прибыли подразделяются на следующие виды:
• обычные. — когда стенки формы, образующие контуры отливки и прибыли, прак-
тически не различается по своей теплоаккумулируюшеи способности:
• теплоизолированные. — когда прибыль окружает низкотеплопроводныи материал;
• обогреваемые экзотермическими смесями, электродугои и др.;
Усадочные раковины
143
• газового и атмосферного давления.
Схемы разновидностей прибылей приведены в 2,1. §2.
При выборе мест расположения и определении числа прибылей, необходимо учиты-
вать следующие основные положения:
1. Усадочные раковины образуются в местах отливки, затвердевающих последними
(наиболее массивные её части, местные утолщения, узлы сочленения смежных
стенок и др.).
2. Прибыли прямого питания, помимо своей основной функции, служат сборника-
ми всплывающих засоров и неметаллических включений.
3. Открытые прибыли, располагаемые над самыми верхними частями отливки, вы-
полняют также и роль выпоров; применение закрытых прибылей не исключает не-
обходимость устройства выпоров.
4. Прибыли способствуют увеличению стеснённой усадки отливки и тем значитель-
нее, чем больше прибылей применяется.
5. Расположение прибылей над массивными частями отливки замедляет скорость ох-
лаждения, способствуя развитию литейных напряжений в отливке. В таких случаях
питание отливки целесообразно сочетать с условиями применения холодильников.
6. Расположение прибылей в местах заведомо стеснённой усадки отливки способствует
образованию горячих трещин, особенно в зонах сочленения прибылей со стенка-
ми отливки.
7. Для последовательного затвердевания отливки металл подводят в прибыль или под
прибыль в массивное место отливки. В этом случае наиболее разогретым местом
отливки будет прибыль, питающая отливку, что и обеспечивает последовательное
затвердевание отливки и концентрацию усадочной раковины.
Влияние отсутствия прибыли на отливки можно увидеть на рисунке 3.1.10а, где пред-
ставлена отливка «Опора» с открытой усадочной раковиной (утяжина), на рисунке 3.1.106 —
увеличенная ее часть с дефектом. Дефект образовался в результате отсутствия в литнико-
вой системе питающей прибыли для подпитки усадочных мест. Дефект также может быть
исправлен заливкой охлажденного металла с установкой захолаживающих элементов в
нижней части отливки.
§12 . Заполняемость форм металлом
Заполняемость формы является важным моментом для получения отливок без дефектов.
Заполняемость повышается при увеличении сечения стояка и литникового хода и умень-
шении их длины, так как это позволяет сохранить более высокую температуру металла при
его поступлении в форму. Увеличение скорости заполнения (без разрушения формы) уве-
личивает заполняемость (см.1.8. §1).
§13 . Расположение усадочной раковины
При получении качественного стального литья полезней иметь концентрированную
объемную усадочную раковину в виде раковины большего объема, чем разбросанную по
всему телу отливки усадочную раковину и пористость. Концентрированную усадочную
раковину всегда можно вывести в прибыль, обеспечив направленное затвердевание в форме.
При этом отливка будет более плотной и прочной, чем при рассеянной по всему телу рых-
лоты и пористости Поэтому, чем больше усадочная раковина, тем меньше объем порис-
тости, и наоборо-
На рис. 3.1.11 показано влияние температуры заливаемой стали 25Л на концентрацию ее
объемной усадки. Из представленного видны явно параллельные изменения плотности ста-
144
Ра з д e л 3
ли и объема усадочных раковин в опытных ли-
тых образцах, отлитых при разных температу-
рах в сухие песчано-глинистые формы [22|.
Аналогичные закономерности получены
на плоских слитках (рис. 3.1.12). Материалы
показывают, что снижением температуры при
заливке можно увеличить концентрацию
объемной усадки, повысить литейную техно-
логичность стали и улучшить эффективность
действия прибылей.
§14 . Разное, или Советы
бывалого
1. Заливка холодным металлом даёт
усадочную раковину меньших разме-
ров, а усадочную пористость — боль-
ших. Горячий металл даёт резко уве-
личенную усадочную раковину в
прибыли, но меньшую пористость в
подприбыльной части.
2. Скорость заливки форм действует в
том же направлении, что и темпера-
тура. При большой скорости заливки
металл меньше отдаёт тепла форме и
Рис. 3.1.12. Изменение концентрации объемной усадки в зависимости от перегрева
при заливке сложнолегированных сплавов:
1-Х25Н20; 2-Х25Н5; 3-1Х18Н9Т; 4-Х28; 5 - JX16H15K3; 6 - 35Л
Усадочные
роковины
145
3. Недостаточная высота опоки снижает металлостатическое давление до предела, за
которым подача расплава затрудняется и возникает опасность образования усад-
ки. При невозможности увеличить высоту опоки можно использовать нарощалку
прибыли и литниковые воронки на стояке.
4. При большом питателе усадочная раковина может образоваться в шейке или в теле
отливки. Через большой питатель струя металла быстро нагревает окружающую
смесь и металл закристаллизуется в ней последним. Это часто встречается в ин-
дивидуальном или опытном производстве, где питатель вырезается в форме вручную.
Такие случаи бывают и в мелкосерийном производстве.
5. Небрежная загрузка, неточное взвешивание составляющих шихты, использование
неизвестных по составу шихтовых материалов, отсутствие тщательной переборки
лома металла с извлечением алюминия и других нежелательных составляющих,
неизбежно ведёт к нарушению химсостава выплавляемой марки металла и, воз-
можно, к увеличению усадочных дефектов.
Глава 3.2. Раковина усадочная закрытая
Описание дефекта
Закрытые полости, с шерохо-
ватыми стенками, одиночные или
рассеянные. Цвет поверхности де-
фекта темно-синий. Дефект распо-
лагается в зонах, которые затверде-
вают в последнюю очередь, или
располагается вблизи питателей.
Формирование раковин
Плотную отливку, без усадоч-
ных раковин, можно получить лишь
в том случае, если усадка каждого
кристаллизующегося слоя будет
компенсироваться притоком к нему
новых порций жидкого металла, т.е.
если этот слой будет получать «пи-
тание». При наличии в центральной
части термического узла отливки
жидкого металла, питание отливки
будет протекать нормально.
Рис. 3.2.1. Дефект отливки «Раковина усадочная закрытая»
Усадка на отдельных участках кристаллизующегося слоя компенсируется перемеще-
нием маточного раствора в самом этом слое а общая убыль объема металла во всем слое
восполняется поступлением перегретой жидкости из соседней зоны, где кристаллизация
еще не начиналась. Расход жидкого металла на питание последовательно кристаллизую-
щихся слоев приводит к образованию центральной усадочной раковины. При дальнейшем
охлаждении металла до температуры несколько ниже линии ликвидуса, зона, целиком за-
нятая жидким металлом, исчезает. В слое, где к этому моменту еще существуют твердая и
146
Р а з д е л 3
жидкая фазы, кристаллизация продолжается, но уже без участия подпитки из центра от-
ливки. В результате образуется усадочная раковина.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1. Технологичность отливки
Разница в толщинах стенок
Для ликвидации усадки возможны следующие направления конструктивного измене-
ния сопрягаемых стенок отливки. При конструировании отливки надо стремиться к полу-
чению минимальной разницы толщин сопрягаемых стенок для снижения возможности по-
лучения усадочных дефектов. Если по конструктивным соображениям избежать этого нельзя,
то следует выполнить правильный переход от тонких к массивным частям (см.2.1. §11).
Ознакомиться с расположением усадоч-
ной раковины можно на рисунке 3.2.2, где
представлен фрагмент чугунной отливки
«Корпус» с дефектом «Раковина усадочная
закрытая» в сопряжении стенок. Для ликви-
дации раковины необходимо было выполнить
одно из следующих условий:
• сделать выборку металла со стороны
стержня для разрядки термического
узла,
• выполнить направленное отвержде-
ние термического узла установкой
под ним (в стержне) холодильника;
• установить прибыль для удаления ра-
ковины без изменения в конструк-
ции отливки.
Рис. 3.2.2. Отливка «Корпус»
с закрытой усадочной раковиной
При повышенной склонности металла к образованию усадочных раковин, отливки
целесообразно располагать так, чтобы массивные части были сверху или сбоку по разъе-
му, что позволяет удобно устанавливать прибыли. Массивные части отливок из серого чугуна
можно располагать в нижней полуформе, а при формовке в одной полуформе — внизу.
Направленная кристаллизация отливок при этом обеспечивается применением металли-
ческих холодильников или смесей с повышенной теплопроводностью. Наиболее ответствен-
ные части отливок также следует располагать в нижней части формы или, в крайнем слу-
чае, вертикально, что уменьшает дефекты по неметаллическим включениям, усадочным
и газовым раковинам. Целесообразно рассмотреть возможность разрядки термического узла
отливки установкой песчаного или металлического стержня.
Возникновение усадочных раковин говорит, прежде всего, о том, что на стадии кон-
струирования отливки не было тесного контакта в работе конструктора и литейщика. Тех-
нологичные отливки не только позволяют удешевить изготовление литья, но и уменьшить
опасность появления брака При доработке конструкции отливки необходимо обратить
внимание на следующее:
• при наличии термических узлов, необходимость которых продиктована особенно-
стью конструкции, должно соблюдаться правило направленного затвердевания;
Усадочные раковины
147
Рис. 3.2.3. Отливка «Колесо рабочее»
с закрытой усадочной раковиной
Рис. 3.2.4а. Отливка «Крышка»
с закрытой усадочной раковиной
Рис. 3.2.46. Фрагмент дефекта Рис. 3.2.4в. Фрагмент дефекта
(увеличено) (увеличено)
Рис. 3.2.5а. Фрагмент
отливки «Кольцо» с закрытой
усадочной раковиной
Рис. 3.2.56. Фрагмент отливки «Кольцо»
(увеличено)
148
Р а з д е л 3
• для создания приблизительно одинаковых условий охлаждения разных зон отливки,
необходимо соблюдать требования равностенности отливок. В ряде случаев сле-
дует даже утолщать периферийную зону отливки, так как наружная поверхность
отливки имеет большую скорость охлаждения по сравнению с внутренней;
• рассмотреть целесообразность разрядки термического узла отливки установкой пес-
чаного или металлического стержня;
• попытаться разрядить тепловой узел вписанием в него элементов формы или стер-
жня таким образом, чтобы не нарушить конструктивной жесткости или не изме-
нить конструкцию самой отливки.
На рисунке 3.2.3 представлена чугунная отливка «Колесо рабочее» с внутренней уса-
дочной раковиной в месте сочленения горизонтальной и вертикальной стенок, где по кон-
струкции имеется наибольшее скопление металла. Здесь налицо нарушение правила на-
правленного отверждения отливки. Для ликвидации усадки возможны следующие
направления:
• выравнивание по толщине сопрягаемых стенок, что допустимо в рассматриваемой
отливке;
• использование облицовочной захолаживающей смеси (на основе хромомагнези-
товых, магнезитовых и других материалов с высоким коэффициентом теплоакку-
муляции) или металлического кольца-холодильника;
• повышение величины углеродного эквивалента до 4,2 (если при этом не ухудша-
ются эксплутационные свойства отливок).
Конструктивные сопряжения стенок с неэффективными технологическими решени-
ями можно увидеть на рисунке 3.2.4, где представлена стальная отливка «Крышка» с де-
фектом «раковина усадочная закрытая». На рисунке 3.2.46, в представлены фрагменты этой
отливки с увеличенными дефектными местами. Конструктивное изменение отливки не
допускалось. Для ликвидации данного дефекта в месте его возникновения были установ-
лены небольшие прибыли.
§2 . Направленное затвердевание отливки
Направленное затвердевание применяется для получения плотной отливки без уса-
дочных раковин и пористости. Характер направленности затвердевания зависит от свойств
материала и конфигурации отливки, от положения отливки в пространстве, от места рас-
положения прибылей и питателей, от теплофизических свойств формы и холодильников
(см. 2.4. §4).
Закрытая усадочная раковина в массивной части отливки представлена на рисунке 3.2.5,
на рисунке 3.2.56 — увеличение дефекта. По характеру расположения толщин стенок и ра-
ковины видно, что отливка была залита не горячим металлом, отверждалась в закрытой
форме, раковина сместилась в сторону стержня. При наличии более горячего металла и
прибыльной части, дефект мог бы выйти за пределы отливки. Также можно использовать
рассредоточенную литниковую систему с равноудаленными друг от друга питателями.
Закрытая усадочная раковина демонстрируется на рисунке 3.2.6. Отливка имеет де-
фект в термическом узле, где отсутствует направленная кристаллизация металла. Рядом
находится раковина от земли. При установке в нижней части отливки (в форме) холодиль-
ника, а в верхней части — небольшой прибыли, было создано эффективное направленное
отверждение. Дефект отливки в дальнейшем не повторялся.
Для изучения условий возникновения и ликвидации усадочных дефектов, авторами
разработана автоматизированная система «Моделирование объемного и направленного от-
верждения отливок с ликвидацией или значительным сокращением усадочных дефектов»
Усадочны
раковины
-------------------------------------------------------------- 149
Рис. 3.2.9а. Отливка «Опора»
с внутренней усадочной раковиной
Рис. 3.2 96. Фрагмент отливки
(увеличено)
150
₽ а з д е л 3
§3 . Температура заливаемого металла
Температура заливаемого металла оказывает влияние на возможность образования
усадочных дефектов в стальных отливках.
Определение температуры заливки сводится к выбору необходимого понижения тем-
пературы стали, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовле-
нии отливок, склонных к усадочным проявлениям (толстостенные с местными скоплениями
металла и др.), допускается минимальный перегрев металла на 10—40°С и ниже. Это от-
носится к отливкам, на которых возможно возникновение газоусадочных раковин, открытых
и закрытых усадочных раковин, усадочной пористости (см. 3.1. §4).
При повышенной температуре заливаемого металла возникает опасность образования
усадочных раковин в термических узлах. Опасность возрастает при разогреве узлов под-
водящим металлом. Такие условия возникновения дефекта приведены на рисунке 3.2.7,
где отливка «Фланец» имеет закрытую усадочную раковину в месте подвода металла. На
рисунке 3.2.76 представлен увеличенный фрагмент дефекта. При снижении температуры
заливаемого металла и рассредоточении питателей дефект не повторялся.
§4 . Подвод металла к отливке
После установления типа литниковой системы следует выбрать число и место под-
вода литников к отливке.
Основные рекомендации изложены в 2.1. § 2 ; 3.1. § 5.
При заливке металла через увеличенные питатели часто возникают усадочные рако-
вины в самих питателях. Эти дефекты можно рассмотреть на рисунке 3.2.8 в отливке «Стой-
ка». Закрытая усадочная раковина находится в зоне подвода питателя. При рассредото-
чении подвода металла через щелевые питатели, дефект не появлялся.
§5 . Содержание хрома и фосфора в металле
На образование усадочных раковин, особенно мелких, оказывает влияние высокое
содержание фосфора в металле. Образующаяся фосфидная эвтектика при затвердевании
уменьшается в объеме, в результате чего образуются поры. При литье чугуна с повышен-
ным содержанием фосфора в податливые формы, увеличивается предусадочное расшире-
ние чугуна, что связано, по-видимому, с малой прочностью затвердевающей корки, ко-
торая при наличии фосфора длительное время находится в твердожидком состоянии.
Отрицательное влияние фосфора в нелегированном сером чугуне становится заметным уже
начиная с 0,12..0,18% (см. 3.1. § 7).
При повышенном содержании фосфора и увеличенном содержании хрома увеличи-
ваются предпосылки для образования усадочных раковин. На представленном рисунке 3.2.9
отливка «Опора» имеет закрытую усадочную раковину, на рисунке 3.2.96 — увеличенная
усадочная раковина. При анализе чугуна установлено повышенное содержание в его со-
ставе фосфора (0,3%) и хрома (0,5%). После снижения в металле содержания фосфора до
0,08%, хромало 0,2% и приведения углеродного эквивалента чугуна до 4, рассматривае-
мый дефект в отливке не повторялся.
§6 . Углеродный эквивалент чугуна
Такое влияние можно увидеть на рисунке 3.2.10, где представлена отливка «Колесо
рабочее» с закрытой усадочной раковиной. При анализе металла установлено, что угле-
родный эквивалент составляет 3,7. Объем усадочных раковин уменьшается с увеличени-
ем углеродного эквивалента до 4,2. Для этого необходимо изменить содержание углерода
Усадочные раковины
151
и кремния до наибольшего соотношения C/Si
без изменения служебных свойств отливки.
Величина углеродного эквивалента ока-
зывает значительное влияние на возникно-
вение усадочных раковин (см. 3.1. §8).
§7 . Наружные и внутренние
холодильники
Установка холодильников ускоряет ох-
лаждение тепловых узлов, что часто бывает
необходимо для обеспечения направленно-
го или объемного затвердевания отливки. Ус-
коряя охлаждение узла, холодильник предот-
вращает образование в нем усадочной
раковины, так как теперь узел успевает про-
питаться за счет позднее затвердевающих
частей отливки. Ускорение охлаждения мас-
сивных сечений отливок холодильниками,
способствуя выравниванию скорости охтаж
дения, приводит к уменьшению внутренних
напряжений, снижению коробления отлив-
ки и снижению опасности образования тре-
щин (см. 2.1. §3).
На рисунке 3.2.11 представлена отлив-
ка «Гильза», а на рисунке 3.2.113 ее увеличен-
ным фрагмент с дефектом усадочная ракови-
на. Дефект возник в зоне бурта гильзы, т.е
в области термического узла. Незначитель-
ная величина усадочной раковины свидетель-
ствует о возможности ликвидации её более
интенсивным отверждением термического
узла, т.е. использованием наружного холо-
дильника. Кроме этого можно использовать
другие способы:
• направленное отверждение бурта
отливки:
• увеличение углеродного эквивалента;
• снижение температуры заливаемого
металла.
§8 . Усадка у стержня
При наличии усадочной раковины у
стержня можно прибегнуть к использованию
стержня из захолаживающей смеси.
Состав смеси (объемная доля в %, жидк
Рис. 3.2.10. Отливка «Колесо рабочее»
с закрытой усадочной раковиной
Рис. 3.2.11а. Отливка «Гильза» с закрытой
усадочной раковиной
Рис. 3.2.116. Фрагмент отливки «Гильза»
(увеличено)
составляющие сверх 100%): песок кварце-
вый — 25; глина — 5; дробь колотая — 60; асбестовая крошка — 10 жидкое стекло — 6 (воз-
можно использование другого связующего); едкий натрий — 2 (при наличии жидкого стекла);
раствор битума — 2. Прочность по сырому — 0,2—0,3 кгс/см2, по сухому — 7—8 кгс/см7. Воз-
152
Р а з д е л 3
можно использование смесей на основе хромомагнезита, магнезита, хромита или другой
захолаживающей смеси.
Для снижения возможности образования усадочных раковин рекомендуется:
• отказаться от использования стержня, служащего каналом пропуска газов или воз-
духа (давление атмосферы) к образующейся усадочной раковине;
• проработать возможность установки подпитывающей прибыли;
• использовать сплошной или полый металлический стержень;
• использовать чугун с содержанием фосфора не выше 0,05%;
• повысить эвтектичность чугуна до 4—4,2%;
• выполнить хорошую вентиляцию стержня.
Для ликвидации рассматриваемого дефекта у очень сложных, ответственных отливок
типа блока цилиндров, головок блока, корпусов гидрораспределителей и др. необходимо
более внимательно изучить конструкцию отливки, расположение стержней, равностенность
конструкции, особенно в зоне возникновения усадки и т.д. Только после этого следует
прорабатывать варианты ликвидации усадки.
Рис. 3.2.12а. Отливка «Головка блока цилиндров»
с усадочной раковиной
Рис. 3.2.126. Фрагмент отливки
(увеличено)
Расположение усадочной раковины видно на рисунке 3.2.12а в зоне сверления отвер-
стия, на рисунке 3,2.126 — увеличенная часть фрагмента с дефектом. Видно, что усадоч-
ная раковина сместилась в сторону тонкого стержня ленты водяной рубашки. Возможно,
это вызвано меньшей теплоаккумуляцией ленточного стержня по отношению к более круп-
ному стержню всасывающего коллектора. Возможное решение данного вопроса изложе-
но в §2 этой главы «Направленное затвердевание отливки», где рассматриваются неко-
торые отливки. Так же следует обратить внимание на то, что повышение теплоаккумуляции
материала стержней всасывающих и выхлопных отверстий или установка холодильника под
усадочной раковиной может решить возникшую проблему.
§9 . Толщина корки затвердевшего металла
Быстрое формирование корки затвердевшего металла в форме в большинстве случа-
ев оказывает влияние на снижение дефектов усадочного происхождения и др. В тоже вре-
мя медленное образование корки металла способствует увеличению дефектов усадочного
происхождения. Поэтому необходимо ознакомиться с условиями формирования корки ме-
талла при его движении в форме (см. 1.7. §12).
Усадочные раковины
153
§10 . Заполняемость форм металлом
Заполняемость формы является важным моментом при ликвидации ряда дефектов
отливки. Заполняемость повышается при увеличении сечения стояка, литникового хода
и уменьшения их длины, так как это позволяет сохранить более высокую температуру ме-
талла при его поступлении в форму. Увеличение скорости заполнения (без разрушения
формы) увеличивает заполняемость (см. 3.1. §12).
§11 . Расположение усадочной раковины
При получении качественного стального литья полезней иметь концентрированную
объемную усадочную раковину в виде раковины большого объема, чем разбросанную по
всему телу отливки усадочную раковину и пористость. Концентрированную усадочную
раковину всегда можно вывести в прибыль, обеспечив направленное затвердевание в форме.
При этом отливка будет более плотной и прочной, чем при рассеянной по всему телу рыхлоте
и пористости. Поэтому, чем больше усадочная раковина, тем меньше объем пористости,
и наоборот (см. 3.1. §13).
§12 . Разное, или Советы бывалого
Заливка холодным металлом даёт усадочную раковину меньших размеров, а усадоч-
ную пористость большую. Горячий металл даёт резко увеличенную усадочную раковину в
прибыли, но меньшую пористость в подприбыльной части (см. 3.1. §14).
Глава 3.3. Усадочная пористость
Описание дефекта
Пористость, рыхлота, мелкие усадочные
раковины серого цвета встречаются в частях
отливки, отверждающихся в последнюю оче-
редь (массивные участки, стыки стенок, вы-
ступающие углы, стержни, соединения лит-
ников и прибыли). Они часто сопровождают
усадочные раковины и являются их продол-
жением.
Металл с этим дефектом встречается в
сплавах с большим интервалом кристаллиза-
ции, имеет губчатый вид, часто дендритную
структуру и скопление мелких раковин. Де-
фект можно обнаружить одним из следующих
способов:
Рис. 3.3.1. Фрагмент отливки «Гильза»
с усадочной пористостью
• испытанием на герметичность;
• осмотром невооруженным глазом;
• осмотром через оптический прибор вскрытых участков с дефектами.
Формирование раковин
В сплавах, затвердевающих в интервале температур, растущие от поверхности отлив-
154
Р о з д • л 3
ки кристаллы глубоко вдаются в жидкий металл. В них образуется промежуточная двух-
фазная зона, состоящая из твердого и жидкого металла.
Пока растущие от поверхности кристаллы не встретятся, верхние слои жидкого ме-
талла или боковые прибыли компенсируют усадку металла. Однако после срастания рас-
тущих кристаллов объемы жидкого сплава между ними изолируются один от другого и
дополнительный подвод жидкого металла прекращается. При затвердевании жидкого сплава
в таких условиях в изолированном пространстве образуются мелкие усадочные раковины-
поры. Скопление мелких усадочных раковин и называют усадочной пористостью.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Прибыли для подпитки пористых мест
Прибыль — это непредусмотренный чертежом отливки технологический прилив, зат-
вердевающий позднее отливки и располагающийся так, чтобы обеспечивать близлежащие
слои отливки поступлением жидкого металла. Различают прибыли открытые и закрытые,
шаровые, полушаровые и конические. В зависимости от условий эксплуатации прибыли
подразделяются на виды (см. 3.1. §11).
§2 . Направленное отверждение отливки
Направленное затвердевание применяется для получения плотной отливки без уса-
дочных раковин и пористости. Характер направленности затвердевания зависит от свойств
материала и конфигурации отливки, от положения отливки в пространстве, от места рас-
положения прибылей и питателей, от теплофизических свойств формы и холодильников
(см. 2.4. §4).
§3 . Температура заливаемого металла
Температура заливаемого металла оказывает влияние на возможность образования
усадочных явлений в отливках. Определение температуры заливки сводится к выбору не-
обходимого перегрева стали, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При
изготовлении отливок, склонных к усадочным проявлениям (толстостенные с местными
скоплениями металла и др.), допускается минимальный перегрев стали на 10—40°С и ниже
(см. 2.4. §3).
Порйстоеть отливки от заливки металла с большим перегревом представлена на ри-
сунке 3.3.2. Заливка металла с температурой в пределах технологически требуемой лик-
видировала рассматриваемый дефект.
§4 . Наружные холодильники
Регулирование скорости охлаждения тепловых узлов отливки производится с помо-
щью внутренних и наружных холодильников. Применение наружных холодильников ус-
коряет охлаждение тепловых узлов и является необходимым для обеспечения направлен-
ного или одновременного затвердевания отливки. Ускоряя охлаждение узла, холодильник
предупреждает образование в нем усадочной пористости, так как теперь узел успевает про-
питаться за счет позднее затвердевающих частей отливки. Ускорение охлаждения массивных
сечений отливок холодильниками, способствуя выравниванию скорости охлаждения, может
привести также и к уменьшению внутренних напряжений, снижению коробления отлив-
ки и ликвидации опасности образования трещин (см. 1.2. §11; 3.1. §9).
Усадочные раковины
155
§5 . Насыщение металла газами
при плавке и заливке
Сталь
Развитию усадочной пористости способствует по-
вышенное содержание газов в металле.
К обычным печным газам, окружающим металл в
процессе его расплавления, рафинирования или разлив-
ки. относятся азот, кислород, водяные пары, продукты
горения — окись углерода, углекислый газ, сернистый
газ и др.
Растворимость элементарных газов и газообразных
химических соединений зависит от температуры и дав-
ления. Чем выше температура металла, тем больше ра-
створимость газов. При затвердевании растворимость
газонасыщенного сплава понижается и атомы раство-
рённого газа, соединяясь в молекулы, уходят из метал-
ла или остаются в нём в виде газоусадочной пористости делая его ноздреватым.
Сталь, предназначенную для отливок, нужно хорошо раскислять. Алюминий — в обыч-
ных плавках самый сильный раскислитель — может довести содержание свободной заки-
си железа в стали до 0,002%. При недостаточном раскислении стали в момент её охлажде-
ния начинает выделяться газ, образуя в отливках раковины.
Для борьбы с усадочной пористостью выполняются следующие мероприятия:
Рис. 3.3.2. Отливка «Колесо
ведущее» с дефектом «Пористость»
• полное раскисление стали;
• повышение содержания кремния в углеродис-
той и низколегированной стали до максимально
допустимого;
• присадку алюминия при заливке сухих форм до
0,8—1,0 кг/т, чтобы получить остаточное содер-
жание алюминия в пределах 0,035—0,04%;
• прокаливание разливочных ковшей после ре-
монта;
• поддержание энергичного кипения жидкого ме-
талла в печах с целью удаления газа и примесей;
• не загружать в печь во время кипения ванны
влажную руду и другие отсыревшие присадки и
добавки.
Чугун
1. Источником образования усадочной пористо-
сти может быть водород, образующийся из сы-
рой футеровки печей, невысушенного желоба и
литейного ковша, из непрокаленных и влажных
ферросплавов, вводимых в металл и др. Футе-
ровку ковшей следует нагревать до красного
цвета, ферросплавы хранить в сухом помещении
и перед употреблением прокаливать.
Рис. 3.3.3а, б. Отливка «Корпус
задвижки» с пористостью
156
Р а з д в л 3
2. Чем длительней контакт расплавленного металла с газовой атмосферой, тем больше
водорода растворяется в металле. Следовательно, процесс плавки надо вести бы-
стрее. Покровные флюсы понижают растворение газа в металле.
3. При небрежной сортировке чугунных отходов от двигателей внутреннего сгора-
ния возможно попадание алюминия в шихту.
4. При использовании деревянных моделей для разжигания вагранки следует стро-
го контролировать извлечение всех алюминиевых частей.
5. Эффективным способом является сокращение пути движения жидкого металла в
форме за счет уменьшения длины элементов литниковой системы.
6. Вытекающая из ковша струя металла должна быть компактной. Перерывы в за-
ливке ковша недопустимы.
7. Высота носка ковша над уровнем чаши должна быть минимальной. Приемную чашу
следует располагать у края опоки.
Дефект отливки «Корпус задвижки» (рис. 3.3.3) образовался в результате насыщения
металла газами от непросушенного литейного ковша. На практике литейный ковш дол-
жен быть прокален газовой горелкой до «вишневого» цвета.
§6 . Температурный интервал кристаллизации стали
Вследствие охлаждения и кристаллизации металла в отливках возникают усадочные
раковины и микропоры. Ширина пористой зоны зависит от интервала кристаллизации
заливаемого металла. На величину этого интервала влияет содержание углерода в стали.
Рассматриваемый температурный интервал углеродистой стали определяется по ди-
аграмме состояния «железо-углерод». Для отливок из легированных сталей такие данные
могут быть получены в результате проведения специальных исследований или ориенти-
ровочно по содержанию в ней углерода. Например, легированные стали с содержанием до
0,15% углерода не склонны к образованию усадочной пористости.
При недостаточной направленности затвердевания стали получается чётко выражен-
ная узкая зона усадочной рыхлости. Толстостенная отливка из стали 110Г13Л, темпера-
турный интервал затвердевания которой составляет около 150°С, при недостаточной на-
правленности затвердевания может быть поражена усадочной пористостью до 1/2 толщины
стенок.
Относительная ширина зоны усадочной пористости для стали разных марок, опре-
делённая по отлитым стоякам диаметром 70 мм и высотой 200 мм, составляет:
• 0,08-для 15Х1М1ФЛ;
• 0,16 - для 20Л, 25Л, ЗОЛ, 35л, 45Л и 55Л;
• 0,24 - для Х25Н2Л;
• 0,40 - для 110Г13Л.
Если при изготовлении стальной отливки с определёнными свойствами пористость
является постоянным, неисправляемым дефектом, то необходимо выбрать сталь с неболь-
шим интервалом кристаллизации.
§7 . Теплоаккумуляция используемых форм и стержней
Теплоаккумулирующая способность формы оказывает влияние на изменение порис-
тости отливки. С увеличением теплоаккумулирующей способности формы ширина зоны
микропористости уменьшается до определённых пределов, после чего дальнейшее умень-
шение этой зоны затруднительно. Иными словами, используя формовочные смеси с оп-
ределённой теплоаккумулирующей способностью, можно уменьшить зону пористости, но
на практике полностью устранить её не удаётся.
Усадочные раковины
157
С повышением температуры литейной
формы пористость увеличивается. Очевид-
но из-за этого заливка, металла в не успев-
шие охладиться после сушки литейные фор-
мы увеличивает брак по микропористости.
Углеродистая сталь 25Л имеет при прочих
равных условиях более высокую порис-
тость, что обуславливается теплофизичес-
кими свойствами этой стали.
Зона пористости уменьшается при
снижении интервала кристаллизации ста-
ли, его теплофизических параметров, тем-
пературы заливки, при увеличении тепло-
аккумулирующей способности и снижении
начальной температуры литейной формы.
С ускорением отвода теплоты из кри-
сталлизующейся отливки возрастает нерав-
номерность расположения микроусадочных
раковин по её сечению и наблюдается тен-
денция к их сосредоточению в осевой зоне.
Добавление в формовочную смесь мар-
шалита, использование хромомагнезитовых
[3] и других теплопроводных смесей при-
водит к уменьшению микропористости и
относительному увеличению центральной
усадочной раковины [24].
Рис. 3.3.4. Контуры областей пористости
в зоне подвода питателей к стальной плите
толщиной 30 мм при горизонтальном (а)
и вертикальном (б) положении
§8 . Подвод металла к отливке
После определения типа литниковой системы следует выбрать число и место подвода
питателей к отливке. Для этого рекомендуется рассредоточенный подвод металла большим
количеством питателей, что снижает возможность местных разогревов, способствует умень-
шению усадки, пористости, горячих трещин и пригара в районе подвода (см. 3.1. §5).
Пористость в зоне подвода питателя
На рис. 3.3.4 представлены схемы контуров зон пористости в районе подвода питате-
ля к стальной плите толщиной 30 мм при
вертикальном и горизонтальном расположе-
нии [25]. Зоны пористости образованы вслед-
ствие влияния струи на процесс затвердева-
ния и дают представление о ее развитии.
На рисунке 3.3.5 представлен фрагмент
отливки «Гильза цилиндров» с усадочной
рыхлотой в районе подвода питателей в зоне
утолщённого посадочного пояска. Дефект
обнаружен после окончательной механичес-
кой обработки закаленной поверхности. Рас-
Рис. 3.3.5. Отливка «Гильза цилиндров»
с усадочной рыхлотой
средоточение и увеличение количества мест
подвода питателей позволяет ликвидировать
158
Р а з д • л 3
рассматриваемый дефект (при условии соблюдения других режимов, рассматриваемых в
данном разделе).
§9 . Содержание серы, хрома и фосфора в металле
Сера
На образование усадочной пористости оказывает влияние повышенное содержание
серы в металле. Уменьшение содержания серы можно достигнуть процессом десульфура-
ции. Рекомендуемое содержание серы в чугуне до 0,05% [33, 31].
Сера попадает в вагранку с топливом, флюсами и металлом (особенно с рассыпной
стружкой).
Для уменьшения серы следует увеличить расход известняка (35—50% от веса кокса),
несколько увеличить содержание в чугуне Мп, в шлаке МпО, применением в шихте зер-
кального чугуна, а в числе флюсов — марганцевой руды и вести плавку горячо. Чем горя-
чее чугун, тем меньше в нем будет серы.
Резкое снижение серы достигается переходом на основной процесс или при обработке
чугуна кальцинированной содой в ковше или копильнике. Степень обессеривания увели-
чивается, если вместе с содой добавлять ферросилиций для раскисления (из расчета 0,3%
кремния к весу металла) и- если обработка содой ведется в ковше с основной футеровкой.
Расход соды составляет 5—10 кг на 1 т жидкого чугуна. Соду дают на дно ковша под струю
металла. Образующийся при этом жидкий шлак сгущают дробленым известняком. При
содержании серы в чугуне 0,12—0,15% и при присадке 5 кг соды на 1 т чугуна, содержание
серы в нем падает до 0,06—0,08%.
Для повышения прочности чугуна проводят его легирование различными элемен-
тами. Чаще всего для этой цели применяют хром, молибден, ванадий и др. Эти элемен-
ты образуют растворы замещения преимущественно с цементитом, например (Fe, Сг)ЗС-
(Fe, Mo)3C-(Fe, V3)C. При превышении определенной концентрации эти элементы
образуют специальные фазы — карбиды (например, Сг7СЗ и V4C3) и тем самым тормо-
зят графитизацию, вызывают размельчение графитовых включений и упрочнение метал-
лической матрицы.
Фосфор
При увеличении в чугуне фосфора, молибден и хром ликвируют в фосфидной эвтек-
тике с содержанием молибдена до 8,3%, а хрома до 2,4%. При этом резко возрастает объем
фосфидной эвтектики, а затвердевание ее происходит уже не по стабильной, а по мета-
стабильной системе с более резким сокращением объема. Оба указанных обстоятельства
определяют повышенную склонность хромомолибденовых чугунов к образованию усадочной
пористости и необходимость снижения критического содержания фосфора в этих чугунах.
Для снижения усадочных дефектов в сером чугуне содержание молибдена должно быть
не более 0,2%, а хрома — не более 0,5%.
На образование усадочной пористости оказывает влияние высокое содержание фос-
фора в металле. Образующаяся фосфндная эвтектика при затвердевании уменьшается в
объеме, в результате чего образуются поры. При литье в податливые формы чугуна с по-
вышенным содержанием фосфора, увеличивается его предусадочное расширение, что свя-
зано, по-видимому, с малой прочностью затвердевающей корки, которая при наличии
фосфора длительное время находится в твердожидком состоянии.
Отрицательное влияние фосфора в нелегированном сером чугуне становится замет-
ным уже начиная с 0,12..0,18%.
Усадочные раковины
159
Для получения малофосфористого чугуна в вагранке с кислым шлаком, необходимо
подбирать чистую по фосфору шихту. При введении в вагранку в качестве флюса извест-
няка в количестве 7% от веса металла и железной руды в количестве 1% от веса металла,
степень обесфосфоривания чугуна достигает 30%. Лучшие результаты получаются при
выплавке чугуна с температурой 1300—1350 градусов; при повышении температуры чугу-
на до 1400—1450 градусов степень обесфосфоривания уменьшается.
Следует заметить, что процессы обесфосфоривания и обессеривания одновременно
протекать не могут. Для лучшего обессеривания надо добиваться снижения FeO в шлаке
и максимального повышения температуры. Для лучшего обесфосфоривания надо добиваться
повышения содержания FeO в шлаке, не допуская повышения температуры выше опти-
мальной.
Рис. 3.3.6а. Фрагмент отливки «Блок-картер»
с усадочной пористостью
Рис. 3.3.66. Фрагмент отливки (увеличено)
Повышенное содержание серы, хрома и фосфора в чугуне способствовало увеличе-
нию пористости в термических узлах отливки. На рис. 3.3.6 представлены фрагменты от-
ливки «Блок-картер» с рассредоточенными усадочными раковинами, переходящими в по-
ристость в приливах под анкерные шпильки [28]. Чугун отливки имел повышенное
содержание фосфора и серы. Подобный дефект может быть снижен за счет понижения
содержания в металле серы и фосфора с одновременным использованием захолаживаю-
щих смесей или холодильников в местах образования усадочной пористости.
§10 . Углеродный эквивалент чугуна
Величина углеродного эквивалента определяется как C3=C+0,3Si.
Она оказывает значительное влияние на изменение усадочной пористости. Объем уса-
дочной пористости уменьшается по мере увеличения углеродного эквивалента чугуна до-
эвтектического состава. Для снижения усадочных раковин наиболее оптимальным явля-
ется углеродный эквивалент, равный 4—4,2 (см. 3.1. §8).
§11 . Усадочная пористость отливки
Усадочная пористость представляет собой группы мелких пустот, образующихся в
результате усадки при затвердевании небольших объемов, доступ питающего жидкого ме-
талла к которым затруднен. В ряде случаев нижняя часть усадочной раковины является
продолжением усадочной пористости.
На рис. 3.3.7 представлены результаты измерений и расчетов величины пористости
отливок плит в зависимости от их толщины [25]. При увеличении толщины отливки ее
160
Р о з д • л 3
общая пористость уменьшается. Как показывает опыт, за длину питаемого элемента пра-
вильнее принимать расстояние между прибылями, а не половину его. Это, вероятно, вызвано
тем, что в результате одностороннего заполнения формы, питание стенки равного сече-
Толщина стенки, мм
Рис 3.3.7. Зависимость пористости стальных отливок длиной 1100 мм от толщины стенок
Рис. 3.3.8. Зависимость пористости стальных отливок толщиной 15 мм (1) и 30 мм (2) от длины
Результаты определения пористости подобных отливок представлены на рис. 3.3.8, где
видна удовлетворительная сходимость расчетных и экспериментальных результатов. На гра-
фике видно, что пористость отливок толщиной 15 мм выше, чем пористость отливок тол-
щиной 30 мм.
Усадочные раковины
161
Исследования отливок длиной 1100 мм с толщиной стенок 15 и 30 мм показали, что
изменение температуры заливки в пределах 1520—1580°С и скорости заполнения в преде-
лах 5—12 кг/с не оказало существенного влияния на среднюю величину их пористости. Од-
нако, очень низкая температура и малая скорость заливки приводят к образованию спаев
на поверхности отливок.
Замедление затвердевания отливки в месте подвода питателя приводит к образованию
изолированного объема жидкой стали, затвердевающего с образованием усадочной пори-
стости.
§12 . Разное, или Советы бывалого
1. Пористость горизонтально расположенных стенок отливок толщиной 15 мм выше,
чем пористость отливок толщиной 30 мм. Участки, непосредственно примыкаю-
щие к прибыли, имеют повышенную плотность. Это уплотнение тем больше, чем
больше длина отливки и меньше толщина стенки.
2. В торцевых участках стенки, вследствие интенсивного охлаждения и облегчённых
условий питания, всегда наблюдается высокая плотность металла. При вертикальном
положении отливки нижняя торцевая зона повышенной плотности расширяется.
3. Рентгенограммы плоских стальных стенок (300x1200) толщиной 10, 15, 20, 30,
50 мм, полученных при горизонтальной заливке (питатель и прибыль с разных сто-
рон по длине), показали незначительную рассредоточенную пористость. При за-
ливке таких же стенок в вертикальном положении, чётко вырисовывалась осевая
пористость, увеличивающаяся при толщине стенок от 15 до 50 мм.
4. Замедление затвердевания отливки в месте подвода питателя приводит к образо-
ванию изолированного объёма жидкой стали, затвердевающего с образованием уса-
дочной пористости.
Раздел 4. Несплошности в теле отливки
Глава 4.1. Королек
Описание дефекта
При заливке формы струя ме-
талла, попадая на ее стенку, раз-
брызгивается и в начальный момент
образуются и затвердевают отдель-
ные его капли. Эти капли попада-
ют в поток расплава и снова рас-
плавляются. В отдельных случаях
затвердевшие капли не расплавля-
ются и вызывают возникновение
дефекта — «Королек». Корольком
называют металлическое включение
того же состава, что и отливка. В
большинстве случаев включение ок-
Рис. 4.1.1. Дефект отливки «Королек»
ружено металлом.
Возникновение корольков наи-
более вероятно при изготовлении тонкостенных отливок в сырых песчано-глинистых формах.
Формирование раковин
Образовавшиеся в процессе заливки твердые металлические капли быстро покрыва-
ются пленками окислов. Последние, обладая более высокой температурой плавления, чем
основной сплав, при быстром охлаждении отливки препятствуют повторному расплавле-
нию королька. Кроме того, при попадании королька в основную массу расплава, окисные
пленки способствуют газообразованию. Так, в чугунных отливках, состоящая из окислов
железа пленка реагирует с углеродом, при этом вокруг королька образуется газ — окись
углерода. Есть случаи попадания «королька» в светлую раковину, образованную испаре-
нием влаги из стержня или формы (см. рис. 4.1.4).
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Заполнение формы металлом
В зависимости от условий заливки возможно раздробление потока заливаемого чугу-
на и образования брызг металла («корольков»), которые могут быстро окисляться с повер-
хности и образовывать газовую раковину с присутствием в ней шарика застывшего металла.
Получение такого дефекта зависит как от конструкции заливочного устройства, так и от
умения заливщика металла.
Некоторые сплавы чаще склонны к образованию «корольков», чем другие. В услови-
ях быстрого окисления некоторые металлы (например, низкоуглеродистые стали) способны
к более ускоренному образованию «корольков». Повышенная скорость кристаллизации
стали делает такой «королек» труднорастворимым.
При оформлении ковшей необходимо более тщательно выполнять форму заливоч-
ного носика и следить за её сохранением в процессе заливки. Заливка форм должна вы-
Несплошности
теле
о т л и в к и
163
подняться спокойно, без разбрызгивания, завихрений сплава, перерыва струи металла. При
заливке нужно наводить носик ковша на стояк. Длина струи стали, вытекающей из пово-
ротного ковша, должна быть короткой и сплошной. По мере опорожнения ковша его но-
сик наклоняется. Чтобы удержать носик на одном и том же расстоянии от чаши, надо по-
степенно поднимать ковш.
Заполнение литейной формы с большой высоты, особенно при переполненном ков-
ше, часто приводит к разбрызгиванию металла, быстро окисляющегося с поверхности и
образующего раковину с «корольком».
Отливки с рассматриваемым дефектом представлены на рисунке 4.1.2. На отливках
видны «корольки» и в форме отдельных шариков, и срезанные при механической обра-
ботке отливки. Снижение высоты заливки и отсутствие разбрызгивания металла ликви-
дировало появление «корольков».
§2 . Раздробление струи металла
При конструировании литниковой системы следует избегать условий возникновения
в ней турбулентности и прерывания потока металла. Особенно важно это для системы с
несколькими питателями. Если соотношение стояка, шлаковика и питателя выбрано не-
верно, то в первый момент заливки металл в небольших количествах будет попадать в форму
еще до того, как питатель заполнится полностью. При заполнении первых питателей даль-
нейшие будут подавать металл небольшой струйкой с разбрызгиванием. Позднее будут
питать все питатели, но растворить полностью все попавшие корольки будет невозмож-
но. Чтобы этого не случилось, необходимо проектировать питатели так, чтобы металл из
них попадал в форму одновременно. Можно также использовать ступенчатый шлаковик,
обеспечивающий равномерную подачу металла всем питателям. Литниковая система дол-
жна обеспечивать требуемую скорость движения металла без резких сужений системы,
отсутствие ударов металла под прямым углом на стенки формы или стержня.
На рис 4.1.3 представлена отливка и её увеличенный фрагмент с дефектом «королек».
На увеличенном фрагменте ясно просматривается круглая горошина «королька». Это не
«фосфидный выпот», с которым этот дефект иногда путают литейщики. Дефект образо-
вался в результате прерывания струи метала при заливке формы.
§3 . Восстановительная атмосфера в форме
Сталь
При заливке формы металлом возможно образование корольков из-за разбрызгива-
ния сплава по различным причинам. Если атмосфера формы при этом будет окисленной,
то на поверхности капель металла образуется окисная пленка, затрудняющая расплавле-
ние капли заливаемым металлом. При наличии в форме восстановительной атмосферы,
создаваемой оксидом углерода (СО) и метаном, на поверхности капель металла окисная
пленка не образуется.
Для создания в форме восстановительной атмосферы в состав формовочной смеси
вводят мазут, бентонито-угольную суспензию и др. Наиболее предпочтительным и широ-
ко распространенным является мазут.
Отметим, что атмосфера формы, образованная термодеструкцией синтетических смол
(выгорание связующего в стержнях), используемых в качестве связующих материалов, имеет
восстановительную среду. В то же время заливка металла в окислительную атмосферу формы
из жидкостекольной смеси создает неблагоприятные условия при расплавлении король-
ка заливаемым металлом.
164
Р а з д е л 4
Рис. 4.1.2. Отливки «Ролик» с дефектами «Королек»
Рис. 4.1 .За. Отливка «Патрубок выхлопной»
с дефектом «Королек»
Рис. 4. 1 .36. Фрагмент отливки
(увеличено)
Рис. 4. J .4. Отливка «Фланец»
с дефектом «Королек»
Рис. 4.1.5. Отливка «Колесо рабочее»
с комбинированным дефектом: светлая газовая
раковина и окисленный «королек»
Несплошности
теле
о т л и в к и
165
Чугун
Образующиеся в процессе заливки металла твердые металлические капли быстро по-
крываются пленками окислов, которые препятствуют повторному расплавлению корольков.
Одним из способов предотвращения образования окисных плен на поверхности брызг
металла является создание в форме активной восстановительной атмосферы. Это дости-
гается введением в формовочную смесь таких органических веществ, как мазут, каменно-
угольная смола, пек, молотый каменный уголь марок Г, Д или ПЖ, который часто вводят
в смесь вместе с бентонитом в виде бентонито-угольных суспензий.
Углеродсодержащие добавки (при нагреве формы заливаемым металлом, без досту-
па воздуха) непрерывно разлагаются с выделением смолистых веществ, газов и других со-
ставляющих процесса термодеструкции. В результате в полости формы образуется восста-
новительная атмосфера, предотвращающая образование окисной пленки на каплях металла.
Положительные резулг гаты для создания восстановительной атмосферы в форме до-
стигаются окрашиванием поверхности формы каменноугольной смолой или раствором
керосина с мазутом (1:1).
В результате разбрызгивания струи металла при заливке, в отливке «Фланец» возник
дефект «Королек» из-за окисления поверхности капель металла (см. рис. 4.1.4). После вве-
дения в состав смеси мазута и создания восстановительной атмосферы в полости формы,
дефект не появлялся.
§4 . Влага в форме
Образованию «корольков» может сопутствовать любой фактор, вызывающий разбрыз-
гивание металла. Это может быть излишняя влага в формовочной смеси, вызванная бес-
контрольностью при смесеприготовлении. Избыток мелких фракций снижает проницае-
мость смеси и способствует повышению её влажности, плохому распределению или
неравномерному уплотнению смеси.
Присутствие в смеси шариков глины, злаковых, различных металлических включений
и т.д. оказывает то же влияние, что и избыток влаги. Эффект усиливается еще и за счет того,
что такие инородные материалы, как правило, мокрые, ржавые и промасленные.
Недосушенные или влажные стержни могут произвести в форме хлопок, вызывая раз-
брызгивание металла. Тот же эффект может вызвать влажная стержневая краска, грязь на
стержне или клей, наличие в смеси влажных, грязных, масляных, ржавых металлических
предметов (неизолированная арматура, открытые крючки, жеребейки и др.).
Забитые глиной или краской, залитые металлом вентиляционные отверстия в стерж-
нях при заливке могут вызвать большое скопление газов и произвести хлопок с образова-
нием значительного количества брызг.
На рисунке 4.1.5 представлен фрагмент отливки «Колесо рабочее» с комбинирован-
ным дефектом: газовая раковина из-за повышенного содержания влаги в стержне и окис-
ленный «королек», полученный в результате заливки металла с большой высоты.
Анализ представленной газовой раковины показывает, что она образовалась от влаж-
ного стержня. На это указывает белая, гладкая, блестящая, не окисленная поверхность
раковины размером около 10 мм. На то, что королек образовался от перерыва струи при
заливке форм, указывает его окисленная поверхность, которая не дала возможность рас-
плавится «корольку» потоками металла. Увеличению окисленной поверхности «король-
ка» в форме способствовала повышенная окислительная атмосфера от жидкостекольной
смеси, из которой был сделан обкладной стержень отливки.
166
Р а з д е л 4
§5 . Разное, или Советы бывалого
1. Для предотвращения залива стержневого знака иногда между знаками формы и
стержня вставляют шнуры, прокладки и др. При длительном времени выдержки
собранных форм перед заливкой, прокладки или шнуры могут набрать влагу. При
заливке металла в форму произойдет контакт расплава с влажной прокладкой или
шнуром, в результате чего произойдет вскип влаги с раздроблением и выплески-
ванием металла. Это может привести к образованию дефекта «королек».
2. Отсутствие вентиляционных каналов на поверхности разъема полуформ может при-
вести к образованию потока газа в форме с образованием газовой раковины. При
мощном потоке газа возможно разбрызгивание металла с образованием «корольков».
3. При конструировании литниковой системы с несколькими питателями следует об-
ращать внимание на то, что в первоначальный момент заливки могут быть запол-
нены не все питатели. Через некоторые металл может идти струями, образуя «ко-
рольки». Для предотвращения образования «корольков» необходимо проектировать
питатели так, чтобы отводить металл назад от шлаковика (питатель выполнен под
углом) во избежание преждевременной подачи. Целесообразно использовать сту-
пенчатый шлаковик, обеспечивающий равномерную подачу метала всем питателям.
4. Закупорка или заливка металлом вентиляционных каналов стержней может приве-
сти к повышению газового давления в стержне и выбросу газа в металл с большой
скоростью. Это может осложниться наличием влаги в стержне. В результате выб-
роса газа неизбежно разбрызгивание металла, возможно, с выбросом из формы.
5. Процессу образования «корольков» могут способствовать наличие в форме различ-
ных инородных материалов: окалина, примеси железа, холодные гвозди, масло,
грязь на жеребейках и холодильниках и др. Кроме этого оказывает влияние кон-
денсация влаги на металлических предметах, размокание поверхности знаковых
частей стержня и т.д.
Глава 4.2. Шлаковые включения (раковины)
Описание дефекта
Шлаковыми называются включения,
имеющие вид и состав шлака. Чаше всего
шлаковые включения, или иначе шлаковые
раковины, расположены в верхних частях от-
ливок или на их поверхности. Оставшиеся
после удаления шлака полости в теле отливки
могут иметь гладкую или шероховатую повер-
хность с неровными краями В большинстве
случаев раковины имеют серый цвет различ-
ных оттенков (рис. 4.2.1).
Механизм образования
Основная причина образования шлако-
вых включений — проникновение шлака
Рис. 4.2.1. Дефект отливки «Шлаковые включения»
Несплошности
тел®
отливки
167
вместе с расплавом в рабочую полость литейной формы. Возможность такого проникно-
вения определяется количеством и природой шлаковых включений в расплаве. Шлак по-
падает в расплав обычно при механическом перемешивании его с расплавом в процессе
плавки и при выпуске из плавильного агрегата. Вследствие меньшего удельного веса шла-
ковые частицы в расплаве стремятся укрупниться и всплыть на поверхность. При недо-
статочной выдержке металла в ковше перед заливкой, шлаковые частицы не успевают
всплыть и могут попасть в форму вместе со сплавом.
В зависимости от причин образования встречаются:
а) отдельные, изолированные открытые включения разнообразных размеров и кон-
фигурации;
б) включения, обнаруживаемые в теле отливки и имеющие выход к поверхности в виде
небольшого отверстия;
в) рассеянные включения, расположенные на поверхности отливки в виде сыпи.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Температура заливаемого металла
Сталь
Температура заливаемого металла оказывает влияние на скорость всплытия шлака в
ковше, литниковой воронке, шлакоулавливающей системе. Чем выше температура стали,
тем эффективнее удаление неметаллических включений.
Определение температуры заливки сводится к выбору необходимого перегрева ста-
ли, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовлении отливок из
углеродистой и низколегированной стали разных марок чаще всего достаточно иметь пе-
регрев стали на 30—60°С, чтобы обеспечить удовлетворительную заполняемость литейных
форм. При изготовлении тонкостенных отливок и отливок с повышенными требования-
ми к неровности поверхности допускается наибольший перегрев стали на 50—100°С. Это
относится и к отливкам, когда возможно возникновение недоливов, неспаев, газовых «пу-
зырей подкорковых» и т.д. (см. 1.2. §7).
На рисунке 4.2.2а представленая стальная отливка имеет шлаковую раковину на фланце
(отмечено мелом). На рисунке 4.2.26 — увеличенный фрагмент. При изготовлении отлив-
ки металл был недостаточно нагрет, шлак из расплава удалился не полностью. При заливке
формы частицы шлака вместе с металлом попали в полость отливки, где и был образован
дефект отливки. Литниковая система данной отливки не содержала шлакоулавливаюших
элементов. После повышения температуры металла, выдержки его в ковше не менее 10 минут
с последуюшим удалением шлака, установки в литниковой системе шлакоуловителя, де-
фекты не появлялись.
§2 . Шлакоулавливающая литниковая система
Металл заливают обычно через носок ковша, поэтому велика опасность попадания
шлака в отливку На рисунке 1.6.4а показана заливка металла в литниковую чашу, где струя
металла попадает вначале в полость М. в результате чего снижается напор металла и со-
здаются условия для частичного отделения шлаковых включений. Подробнее о системе
шлакоулавливания можно ознакомиться в 1.6. §3.
168
Р а з д е л 4
Рис. 4.2.26. Фрагмент отливки (увеличено)
Рис. 4.2.4. Отливка «Головка»
с дефектом «Шлаковые включения»
Рис. 4.2.2а. Отливка «Корпус запорный» со
шлаковой раковиной на среднем фланце
Рис. 4.2.3. Отливка «Коллектор»
со шлаковой раковиной
Рис. 4.2.5
Шлакоулавливающие
перегородки
чайниковых ковшей:
а — монолитная с козырьком,
набитым на
металлический каркас;
б —то же, но с каналом
из огнеупорной трубки;
в — монолитная с каналом
из шамотной трубки;
г — перегородка в
монорельсовом ковше
из монолитного состава,
нанесенного на
металлический каркас;
д — выполненная из кирпича;
е - в носке ковша
Несплошности
теле
о т л и в к и
169
Неэффективное устройство для улавливания шлака в литниковой системе и увеличенная
при этом скорость заливки для заполнения тонких полостей отливки способствует про-
никновению шлаковых включении в отливку. На рисунке 4.2.3 представлена отливка «Кол-
лектор» со шлаковым включением на крепежном фланце, появившаяся при заливке по
вышеописанной причине.
§3 . Выдержка металла в ковше для всплытия шлака
Шлак попадает в расплав при механическом перемешивании его в процессе плавки
и при переливе из плавильного агрегата в ковш. Вместе со шлаком в металл попадают окис-
лы, пузырьки растворенного газа, частицы оплавившемся кладки вагранки, печи и др.
В процессе выстоя металла в ковше происходит всплытие частиц шлака на поверх-
ность вследствие их меньшего удельного веса. При этом чем выше будет температура ме-
талла и меньше вязкость шлака, тем интенсивней происходит процесс всплытия шлака
(см.1.6. §1).
Для удаления шлака из металла его перегревают и выдерживают в ковше для всплы-
тия неметаллических включений и растворенного газа. На рисунке 4.2.4 представлена ме-
ханически обработанная отливка «Головка» с дефектом «Шлаковые включения», которые
поразили верхнюю часть детали. После постоянной выдержки металла в ковше для всплытия
шлака, рассматриваемый дефект не будет повторяться.
§4 . Разливочные ковши для удерживания шлака
Одной из основных функций ковшей является удержание шлака, который снимается
с поверхности металла после заполнения ковша и перед заливкой металла в форму. При
заливке металла из крупных ковшей шлак следует снимать и в процессе заливки. Для удер-
жания и предотвращения попадания шлака из ковшей в форму, в конических ковшах пре-
дусматриваются специальные перегородки (рис. 4.2.5). Выполняются шлакоуловители в
виде перегородки внутри корпуса ковшей, в носке (для крупных ковшей) или в виде си-
фонного канала. Изготовляются они из шамотных кирпичей. Футерование носка крупных
ковшей или перегородки мелких и средних ковшей производится составом на жидком стекле
(см.1.6. §2).
Использование чайникового ковша при заливке металла является эффективным спо-
собом отделения металла от шлака. Перед заливкой металл должен выстоять в ковше оп-
ределенное время для всплытия шлака. На рисунке 4.2.6 показан фрагмент отливки, име-
ющей на поверхности шлаковые раковины. Заливка металла выполнялась из обычного ковша
без тщательного отделения шлака.
§5 . Вагранка с копильником
В вагранках с копильником жидкии чугун с лещади через переходную летку непре-
рывно перетекает в копильник, представляющий собой цилиндрический сосуд, футеро-
ванный шамотным кирпичом с набивной лещадью и двумя летками для выпуска чугуна и
шлака (см. 1.6. §4).
§6 . Вязкость шлака
Для уменьшения содержания окислов в шлаке кислого процесса, шлак удаляют че-
рез выпускное отверстие. После скачивания шлака наводят новый, вводя в печь смесь квар-
цевого песка с известью и шамотным боем, молотый 75%-ный ферросилиций и молотый
кокс. Шлак перед выпуском содержит (в %): 20—25 СаО: 3—5 FeO; 3—5 MnO; 3—5 А1,О3 и
65—68 SiO,. Жидкотекучесть в этот период высокая (см. 1.6. §5).
170
Р о з д е л 4
На рисунке 4.2.7 представлен фрагмент отливки «Фланец» с дефектами «Раковина
шлаковая», рядом с которыми имеются и газовые раковины. Шлаковые раковины обра-
зовались в результате использования вязкого шлака, который не всплыл на поверхность
металла в разливочном ковше и при заливке был перенесен металлом в отливку.
§7 . Снижение содержания шлака в металле
Разливку металла по формам осуществляют из стопорных, барабанных и чайниковых
ковшей.
В условиях стопорной разливки стали проникновение шлака в полость формы прак-
тически исключено. Однако при сливе из ковша остатков металла возможно попадание
шлака в форму. Здесь разливщику следует более внимательно учитывать объем заливае-
мых форм и емкость стали в ковше. Рекомендуется в ковш заливать металла по объему,
равному количеству объемов, заливаемого в форму металла, плюс 5—6% от общего объе-
ма ковша.
Поворотные ковши для мелких и крупногабаритных тонкостенных отливок являют-
ся незаменимыми, поскольку в них происходит наименьшая теплопотеря заливаемой стали.
Такие ковши применяют главным образом для кислой стали, вязкие шлаки которых лег-
ко задерживаются возле носка ковша. Основные шлаки остаются жидкоподвижными по-
чти на всем протяжении разливки и удержать их в ковше становится более трудным де-
лом. В этом случае целесообразно перед заливкой формы счищать шлак через носок ковша.
Шлаковые раковины наиболее часто образуются при заливке форм через носок ков-
ша. В этом случае рекомендуется:
• не прерывать струи металла, чтобы шлак не мог уйти из чаши или из шлакоулав-
ливателя в рабочую полость отливки;
• во время заливки формы держать уровень металла на верхней части литниковой
чаши, т.е. лить полнее;
• подводить носок ковша как можно ближе к литниковой чаше или воронке, тем са-
мым предупреждая завихрение заливаемого металла от увеличенной скорости па-
дения струи и засасывание имеющегося шлака в форму.
Дефект, представленный на рисунке 4.2.8 образовался в результате прерывания струи
заливаемого металла и ухода шлака с зеркала воронки в отливку.
§8 . Разное, или Советы бывалого
1. Из-за экономии металла на литниковую систему (повышение выхода годного) могут
быть не полностью выполнены высота и длина шлаковика, гарантирующие удер-
живание шлака. Шлакоулавители могут быть расположены неправильно и способ-
ствовать дальнейшему продвижению шлака после его улавливания.
2. В быстродвижушемся потоке металла шлак не плавает, а движется с металлом, кон-
тактирует и прилипает к поверхности смеси. Конструкция литниковой чаши должна
предотвращать турбулентный поток, обеспечивать задержку шлака.
3. В некоторых металлах при протекании реакций возможно выделение шлака или
подобных шлаку веществ. Например, в сером чугуне, высокое содержание серы
может привести к образованию марганцево-сернистого шлака в процессе охлаж-
дения.
4. При введении в ковш с металлом добавок или модификаторов, некоторая часть
из них может остаться нерастворимой и занесена в форму в виде шлаковых вклю-
чений. В этом случае на поверхности модификатора образуется окисная пленка,
затрудняющая его растворение в металле.
Несплошности
теле
отливки
171
5. Недостаточный объем шлака в про-
цессе плавки мешает полному отде-
лению металла и шлака. Частицы
шлака имеют тенденцию присоеди-
няться к слою шлака, а при отсут-
ствии такового остаются в металле.
Несоответствующий огнеупорный
материал легко образует включения
шлака при контакте с металлом.
6. Для ответственных отливок рекомен-
дуется использование литниковой
системы с центробежным шлако-
улавливанием.
Рис. 4.2.6. Фрагмент отливки «Фланец»
со шлаковыми раковинами
Рис. 4 2.7. Фрагмент отливки «Фланец»
со шлаковыми раковинами
Рис. 4.2.8а. Фланец отливки «Корпус задвижки»
с дефектом шлаковая раковина
Рис 4.2.86. Фрагмент отливки
(увеличено)
Раздел 5. Несоответствие по геометрии
Глава 5.1. Коробление
Описание дефекта
Короблением называют иска-
жение геометрии отливки в резуль-
тате действия напряжений, возни-
кающих при охлаждении отливки в
форме [32].
Расположение дефекта
В любой затвердевшей и пол-
ностью остывшей отливке внутрен-
ние напряжения уравновешены.
Рис. 5.1.1. Дефект отливки: коробление
При этом слои детали или упруго растянуты, или сжаты. В процессе механической обра-
ботки с отливки удаляют слои металла, в которых имелись остаточные напряжения. Рав-
новесие остаточных напряжений в отливке нарушается, начинается их перераспределение
до наступления нового равновесия. В результате происходит коробление отливки.
Формирование дефекта
Механизм коробления отливки рассмотрим на примере Т-образного бруса (рис. 5.1.2).
При затвердевании бруса в начальный период с большей скоростью охлаждается часть
меньшего сечения, вызывая искривление выпуклостью в сторону массивной части Затем,
когда скорость охлаждения массивной части станет больше, чем части малого сечения,
отливка начнет искривляться в обратную сторону. Поскольку изгиб при этом больше по
величине, то отливка деформируется так. что образуется вогнутость со стороны массив-
ной части. Несмотря на то, что в ребре бруса, имеющем меньшее сечение, действуют сжи-
мающие напряжения, вследствие изгиба на его внешней кромке возникнут растягиваю-
щие напряжения. Эти напряжения могут привести к образованию трещин. Сопротивление
формы уменьшает прогиб отлив! и.
Рис. 5.1.2. Схема коробления отливки:
1 — исходная отливка; 2 — коробление отливки при остывании;
3 — трещина на выпуклой части покоробленной отливки
Несоответствие
п о
геометрии
173
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Технологичность отливок
Разница в толщинах стенок
Коробление отливок связано с возникновением напряженного состояния в стенках
отливок. Если отливка имеет сопряжение разных по толщине стенок, то возникает опас-
ность создания значительного напряжения, переходящего, в ряде случаев, в коробление
отливки.
Конструированием отливки надо стремиться к получению минимальной разницы
толщин сопрягаемых стенок. Если по конструктивным соображениям избежать этого
нельзя, то следует выполнить правильный переход от тонких стенок к массивным час-
тям (см. 2.1. §11).
Сопряжение стенок под острым углом
Конструктивная прочность отливок и возникновение коробления в значительной мере
зависят от радиусов закругления и концентрации напряжений, что особенно важно при
работе отливок на ударную нагрузку. Неудачное сочленение стенок и оформление углов
часто приводят к образованию местных скоплений металла, сопровождающихся образо-
ванием раковин, рыхло г, трещин и коробления (см. 2.1. §11).
Термические узлы
Для ликвидации коробления важным является обеспечение условий одновременно-
го затвердевания и остывания стенок отливок при отсутствии на их пересечении терми-
ческих узлов. Чем больше толщина стенок отливки и больше разница толщин отдельных
ее частей, тем больше напряжения при прочих равных условиях. Следует стремиться к со-
кращению количества термических узлов, расположенных под острым углом стыков, со-
пряжения стенок и т.д. (см. 2.1. §11).
§2 . Применение рёбер жёсткости
При конструировании отливок необходимо стремиться к получению равномерной
толщины их стенок во избежание образования тепловых узлов, способствующих возник-
новению усадочных раковин, внутренних напряжений и коробления (см. 2.1. §8).
§3 . Внутренние и наружные холодильники
Чугун
Внутренние холодильники применяют для создания равномерного охлаждения отливки
и предотвращения возникновения коробления. Холодильники применяются для охлаждения
тех частей отливки, для которых невозможно обеспечить полное питание от прибылей. К
таким частям относятся: сочленения сопрягаемых стенок и сочленения стенок отливки с
рёбрами различного назначения, местные утолщения стенок и др. Используют удаляемые
из тела отливки холодильники (наружные) и сохраняющиеся в отливке (внутренние).
Наружные холодильники из стали являются одним из эффективных средств регули-
рования скорости охлаждения отливки во время затвердевания металла в литейной фор-
ме, обеспечивают направленность затвердевания, предупреждают образование осевой рых-
лости в тепловых узлах и др.
174
Р а з д • л 5
Кроме металлических наружных холодильников применяют холодильники из других
материалов. К ним относятся хромомагнезит, хромит, магнезит, смесь формовочного песка
с чугунной дробью, с металлической стружкой.
Сталь
Установка холодильников ускоряет охлаждение тепловых узлов, что часто бывает не-
обходимо для обеспечения направленного или одновременного затвердевания отливки.
Ускоряя охлаждение узла, холодильник предотвращает образование в нем усадочной ра-
ковины, так как теперь узел успевает пропитаться за счет позднее затвердевающих частей
отливки. Ускорение охлаждения массивных сечений отливок холодильниками, способствуя
выравниванию скорости охлаждения, может привести к уменьшению внутренних напря-
жений, снижению коробления отливки и опасности образования трещин.
На рисунке 2.1.5 представлены зависимости диаметров внутренних холодильников
от толщины стенок для Х-, Т- и L-образных сопряжений, построенных путем расчета
(см. 2.1. §3).
Внутренние холодильники изготавливают только из прокатанной стали и устанавли-
вают в форму при ее сборке. Они развариваются или расплавляются и остаются в теле от-
ливки. По своему химическому составу внутренние холодильники должны соответствовать
составу отливки (см. 2.1. §3).
Наружные холодильники делаются чаше всего из стали, а фасонные отливаются из
чугуна. Наибольшая применяемая толщина плоских наружных холодильников обычно не
превышает 70 мм, наибольший диаметр крупных наружных холодильников из прутка —
40—45 мм (см. 2.1. §3).
§4 . Использование модели с ложным изгибом
При охлаждении различных участков отливки с разной скоростью, усадка этих учас-
тков металла протекает неодинаково, в результате развиваются термические напряжения.
Они часто являются причиной коробления отливок или возникновения холодных трешин.
Короблению подвергаются, в основном, отливки с достаточной протяженностью, име-
ющие в процессе отверждения металла затрудненную усадку.
Для снижения степени коробления, модели крупногабаритных отливок изготавлива-
ют с изогнутыми стенками. Прогиб стенок модели выполняют в направлении, противо-
положном направлению прогиба и равном ему по величине. Во время охлаждения в фор-
ме отливка изгибается и к концу охлаждения оказывается прямой. Однако эта отливка
испытывает очень значительные напряжения и при механической обработке может появить-
ся прогиб, с которым велась борьба. Поэтому целесообразно проводить комплекс мероп-
риятий, направленных на снижение возникающих напряжений:
• регулировать охлаждение отливки;
• использовать податливые смеси;
• поддерживать содержание в чугуне углерода в пределах 3,4—3,6%, кремния —
1,75-2,15%;
• применять естественное и искусственное старение (низкотемпературный отжиг);
• использовать изменение конструкций отливки для снижения возникающих напря-
жений.
§ 5. Податливость смесей
На увеличение коробления отливок оказывает значительное влияние недостаточная
податливость форм и стержней. Для уменьшения остаточных напряжений, обусловленных
механическим сопротивлением отдельных участков формы и стержней, необходимо стре-
миться к увеличению их податливости.
Несоответствие
п о
г е о м е
Р и и
175
1. Податливыми должны быть части формы и стержня, образующие внутренние поло-
сти отливки. Очень полезным и самым эффективным является использование обо-
лочковых стержней, которые позволяют одновременно снизить влияние или изба-
виться от ряда дефектов отливок — коробления, трещин, газовых раковин и др. [40,41].
2. Увеличения податливости форм и стержней можно достигнуть [47]:
• заменой сухих форм и стержней сырыми;
• максимальным понижением прочности смесей при высоких температурах;
• уменьшением толщины слоя плотно набитой смеси;
• введением в состав смеси древесных опилок или муки, вермикулита и других
разрыхляющих добавок;
• разрушение смеси должно происходить, по возможности, при более низких тем-
пературах и в максимально короткий срок.
3. Целесообразно снизить, до уровня возможного, содержание глины в смесях.
4. В крупных стержнях предусматривать полости, которые при необходимости мож-
но засыпать песком, формовочной смесью и др.
5. При изготовлении крупных отливок проводить местное разрыхление смеси вокруг
опасных, с точки зрения образования трещин, участков.
§ 6. Система питания отливки металлом
При выборе места подвода металла стремятся обеспечить либо направленное затвер-
девание, либо объемное равномерное охлаждение различных частей отливки. Большая часть
отливок имеет значительную разницу в скорости охлаждения отдельных частей, что вы-
зывает опасность появления напряжений, трещин, короблений. Для ослабления разницы
в скоростях охлаждения в этом случае металл следует подводить в менее массивные части
отливок (см. 2.1. §2).
§ 7. Влияние легирующих элементов на коробление отливки
Чугун
Углерод и кремний являются графитизирующими элементами, оказывают модифици-
рующее влияние на структуру и свойства нелегированного чугуна и способствуют сниже-
нию коробления. Кремний, уменьшая растворимость углерода в жидком и твердом раство-
рах, способствует графитообразоганию. Эти элементы определяют также положение чугуна
по отношению к эвтектике, но в этом отношении влияние фосфора аналогично влиянию
кремния, как это видно из уравнения для определения углеродного эквивалента:
C3=C+0,3*(Si+P),
где: С — содержание углерода, %; Si — содержание кремния, %; Р — содержание фос-
фора, %.
Углерод и кремний воздействуют и на дисперсность структурных составляющих. По-
вышение углеродного эквивалента Сэ способствует:
• увеличению количества графита;
• снижению количества перлита;
• увеличению дайны графитовых включений;
• уменьшению дисперсности перлита.
Следовательно, увеличение углеродного эквивалента до 4—4,2% способствует значи-
тельному уменьшению усадочных явлений, снижению возможности возникновения напря-
женного состояния отливки, а значит, и снижению причин для возникновения коробле-
ния отливок.
176
Р а з д в л 5
Для предупреждения возникновения коробления отливок рекомендуется
• повышение содержания углерода до 3,4—3,6%;
• снижение содержания кремния до 1,7- 1,9%;
• снижение содержания хрома менее 0,15%.
Сталь
Механические, физические и химические свойства зависят от содержания в стали не
только одной какой-либо ведущей примеси, но и от остальных постоянных легирующих,
скрытых и случайных примесей, предопределяющих структуру стали. Между составом,
условиями плавки и разливки, структурой и свойствами стали существует самая тесная связь
и взаимозависимость.
В сплавах, имеющих меньшее количество легирующих примесей, теплопроводность
больше, следовательно, при быстром охлаждении и нагревании перепад температур будет
меньше, а поэтому величина возникающих напряжении меньше. О гливки из высоколе-
гированных марок стали больше подвержены напряжённому состоянию и, следователь-
но, короблению, чем отливки из мягкой малоуглеродистой стали.
§ 8. Выдержка отливок в печи
Уровень остаточных напряжений в отливке зависит от температуры её стенок в пе-
риод перехода стали из области преимущественно пластических деформаций в область
преимущественно упругих деформаций. Для углеродистой стали этот порог находится в
пределах температур 600—650°С. При охлаждении отливки в литейной форме нельзя по-
лучить одинаковое изменение температуры всех её частей. Более массивные стенки охлаж-
даются медленнее остальных и поэтому их температуру принимают за основу при опреде-
лении температуры выбивки.
Для снижения остаточных напряжении и, следовательно, уменьшения вероятности
образования коробления, выбитые отливки помещают в печь и выдерж ивают в течение
определённого времени. Так, при температуре выдержки 400°С в течение 10 часов снима-
ется 20% остаточных напряжений, при 500°С — 55%, при 550°С — 78%, при 600°С и выдер-
жке в течение 4 часов снимается 70% остаточных напряжений, при 650°С и выдержке около
1 часа снимается почти 90% остаточных напряжений.
§ 9. Проверка состояния модельной оснастки
При износе и механических повреждениях моделей изменяется их размеры, что вы-
зывает искажение размеров и форм отливок. Величина износа моделей зависит от спосо-
ба уплотнения формовочной смеси, напряжённого состояния моделей и подмодельных плит
И т.д.
В процессе эксплуатации оснастки необходима регулярная проверка размеров моде-
лей, подмодельных плит, крепежа между моделью и плитой.
Заготовки для подмодельных плит и моделей не должны иметь дефектов, в том числе
перекосов и короблений. Конструкции металлических моделей, изготовленных из стали,
чугуна или алюминиевых сплавов, должны обеспечивать жёсткость и прочность при ми-
нимальной массе. Для придания жёсткости на нерабочих сторонах моделей и плит дела-
ются рёбра жёсткости.
Обнаруженные погнутые, треснутые или недостаточно жёсткие модели и подмодель-
ные плиты необходимо срочно изъять из производства и направить на ремонт или отбра-
ковку.
Несоответствие по геометрии
177
§ 10. Разное, или Советы бывалого
Чаще всего коробление возникает в сером или белом чугуне.
1. Большие плоские участки склонны к короблению. Можно предотвратить короб-
ление использованием рёбер жёсткости, но неправильная конструкция рёбер мо-
жет усилить коробление.
2. Рёбра, действующие как охлаждающие, на тех участках, которые остывают очень
быстро, использоваться не должны.
3. Иногда возможно прерывание большой плоской поверхности волнистыми или
утолщёнными участками.
4. Нежёсткая прессовая плита может быть причиной коробления.
5. Низкая прочность смеси в сыром состоянии, малая текучесть могут привести к ко-
роблению.
6. Излишнее армирование, не обеспечивающее разрушаемости стержней является
предметом коробления.
7. Если отливка коробится вверх, следует упрочнять верхнюю полуформу. Если от-
ливка коробится вниз, следует укреплять нижнюю полуформу. Иногда достаточ-
но упрочни гь только часть полуформы.
8. Коробление может вызвать отсутствие опоры у части отливки при её термообра-
ботке.
9. Изгиб может произойти в процессе механической обработки отливки или даже в
процессе её очистки; во избежание неприятностей следует оптимизировать вре-
мя охлаждения отливки в форме после заливки и применять естественное старе-
ние (вылечивание отливки после очистки достаточное время, что определяется
опытным путем).
Глава 5.2. Механическое повреждение
Описание дефекта
Механические повреждения представля-
ют нарушение конфигурации отливки (появ-
ление трещин, сколов, деформаций). Чаще
всего этот вид брака появляется при выбив-
ке, обрубке, очистке и складировании отли-
вок. При ранней выбивке отливок из формы
чугун не обладает достаточной прочностью,
что при откалывании питателей может при-
вести к выламыванию части отливки. Нали-
чие заливов у литниковой воронки или чаши
может привести к аналогичному дефекту.
При обрубке и механической перевалке от-
ливок возможно образование трещин.
Механические повреждения представля-
ют собой нарушение конфигурации отливки
(появление трещин, сколов, деформаций).
Рис. 5.2.1. Отливка «Цилиндр пускового двигателя)»
с механическим повреждением
178
Р а з д е л 5
Чаше всего этот вид брака появляется при выбивке, обрубке, очистке и складировании от-
ливок. При ранней выбивке отливок из формы чу гун не обладает достаточной прочнос-
тью, что при откалывании питателей может привести к выламыванию части отливки. На-
личие заливов у литниковой воронки или чаши может привести к аналогичному дефекту.
При обрубке и механической перевалке отливок возможно образование трещин.
Причины образования и
способыликвидации дефекта
§ 1. Отделение питателей от отливки
При отделении литниковой системы от отливки часто возникает вылом тела или об-
разуются холодные трещины. Для облегчения отделения питателей от отливки рекомен-
дуется:
• подвести питатель в более массивную часть отливки;
• уменьшить, по возможности, площадь сечения питателя;
• изменить форму питателя, уменьшить его высоту (по положению при заливке фор-
мы). Рекомендуемое отношение высоты питателя к толщине стенки отливки — 0,8;
• осуществить подвод металла через несколько питателей меньшего сечения;
• выполнить пережим на питателях вблизи отливки.
Прибыли и питатели следует выполнять легкоотделяемыми и удалять до отжига от-
ливок, так как после отжига удалить их значительно труднее. При этом увеличивается опас-
ность вылома тела отливки. Отделение питателей и прибылей от стальных отливок осу-
ществляется с помощью вулканитовых кругов или огневой резки.
На рис. 5.2.2 представлена отливка «Патрубок всасывающий» с механическим повреж-
дением. Отливка представляет собой тонкостенную конструкцию и не должна подвергаться
интенсивным соударениям. Дефект образовался в результате интенсивного механическо-
го воздействия при отделении питателей от отливки. Увеличение количества питателей
меньшего сечения устранило разрушение отливки.
При отделении питателей от отливки возможен вылом тела отливки вместе с питате-
лем. Представленная на рисунке 5.2.3 отливка «Корпус вала» имела питатели, по толщи-
не равные телу отливки. Результатом явился вылом тела отливки. При уменьшении вы-
соты питателей до 0,8 тела отливки, вылом не повторялся.
§ 2. Условия нормального охлаждения отливки
После затвердевания отливку выдерживают в форме для охлаждения до температуры
выбивки. Высокая температура выбивки нежелательна из-за опасности разрушения отливки,
образования дефектов или ухудшения её качества. Ранняя выбивка может привести к об-
разованию трещин, короблению и возникновению в отливке высоких остаточных напря-
жений. Однако с экономической точки зрения выбивку стремятся провести при макси-
мально допустимой высокой температуре [33, 51].
Опыт работы литейных цехов показывает, что без ущерба для качества чугунные от-
ливки можно извлекать из формы при следующих температурах:
• 700—800°С — мелкие отливки;
• 400—500°С — средние отливки;
• 300—400°С — крупные массивные;
• 200—300°С — сложные отливки, склонные к образованию трещин.
Н • с о о т
т с т и
п о
геометрии
179
Рис. 5.2.2. Отливка «Патрубок
всасывающий» с механическим изломом
Рис. 5.2.3. Отливка «Корпус вала»
Продолжительность выдержки отливки
в форме определяется толщиной стенки от-
ливки, свойствами залитого сплава и литей-
ной формы, температурой выбивки.
Для сокращения продолжительности
охлаждения отливок иногда используются
методы принудительного охлаждения:
• обдувкой залитых форм воздухом в
охладительной галерее, длина кото-
рой, в зависимости от размеров форм
и отливок, составляет 36—60 м;
• продувкой формы воздухом или па-
ровоздушной смесью через установ-
ленные трубки;
• заливкой порции воды через трубки
в определенные места литейной формы;
• использованием облицовочных смесей и холодильников с различным уровнем теп-
л ©аккумуляции.
Конструкция отливки «Головка блока цилиндров», представленная на рисунке 5.2.4,
имеет значительные напряжения, что в ряде случаев приводит к разрушению отливки. Ран-
няя выбивка, концентрация напряжений и механическое воздействие привело отливку к
полному разрушению.
с изломом тела отливки
Рис. 5.2.4. Отливка «Головка блока цилиндров»
с механическим повреждением
§ 3. Выбивка и транспортировка отливок
На позициях выбивки и транспортировки отливок их разрушение только по вине вы-
бивного и транспортного оборудования происходит не часто. Разрушение, в основном,
происходит от высокого уровня напряжений вызванных процессами, заложенными тех-
нологией изготовления или грубыми нарушениями существующих технологий выбивки и
транспортировки.
Некоторые из причин возникновения условий для боя отливок:
• отливки переменного сечения со стенками до 5 мм не могут быть загружены на-
валом в транспортную тару. Категорически запрещается бросать отливки (после
выбивки) с эпрона с высоты более 1 метра;
180
Р а з д • л 5
• возникновение внутренних напряже-
ний от несоблюдения технологии из-
готовления плюс небрежная транс-
портировка и выбивка отливок
приводят к бою литья.
Отливка «Цилиндр пускового двигате-
ля», представленная на рис. 5.2.5 при пере-
кидке в горячем состоянии с конвейера в ко-
роб, получила вылом части основания.
Высота падения отливки более 1,5 метров.
При понижении высоты падения до 0,5 метра
разрушения не наблюдались.
Отливка «Колесо» (рис. 5.2.6) при очис-
тке, в результате соударения с более крупными
деталями, получила механическое поврежде-
ние — вылом кромки обода. При разделении
потоков отливок дефект не повторялся.
Основные нарушения технологии изго-
товления отливок, влияющие на механичес-
кие повреждения:
• пониженная прочность металла;
• нетехнологичная конструкция отлив-
ки (острые углы, сопряжения толстых
и тонких стенок и др.) и отсутствие
упрочняющих элементов различной
конструкции (рёбра жёсткости, рас-
порные поперечины и др.);
• близкое расположение рёбер жёстко-
Рис. 5.2.5. Фрагмент отливки «Цилиндр пускового
двигателя» с механическим изломом
Рис. 5.2.6. Отливка «Колесо»
с механическим повреждением
сти опоки от литника или стояка препятствует нормальной усадке отливки;
• несоблюдение правил направленного затвердевания отливок;
• высокая прочность формовочной смеси, вызывающая деформацию отливки при
охлаждении;
• недостаточное разупрочнение стержней;
• неправильное использование холо-
дильников, создающих дополнитель-
ное напряжение в отливке;
• ошибочный химсостав металла, при-
водящий к большой усадке сплава или
к высоким напряжениям в отливке;
• использование чрезмерного количе-
ства стабилизаторов карбида;
• недостаточная температура заливки,
создающая низкую скорость разуп-
рочнения формы и стержня.
§4 . Работа выбивной решетки
Выбивка форм в большинстве случаев
выполняется на механических выбивных ре-
Рис. 5.2.7. Фрагмент отливки «Корпус
трансмиссии» с механическим повреждением
Несоответствие
п о
геометрии
181
шетках, которые по принципу действия классифицируются на эксцентриковые, инерци-
онные и инерционно-ударные. Решетка с литейной формой с помощью привода и опор-
ной пружины совершает колебательное движение. В каждом цикле колебаний решетки
форма подбрасывается вверх и затем, падая, ударяется о решетку или опорную раму. В
момент соударения под действием сил инерции форма разрушается. Выбитая из опоки фор-
мовочная смесь проваливается через решетку и системой конвейеров передается к месту
её переработки для повторного использования.
Нормальная работа решетки осуществляется при
полной загрузке её мощности. В этот момент соударе-
ния выбитых отливок о решетку происходят с допусти-
мыми амплитудами для сохранения отливок от разру-
шения. При загрузке решетки менее чем на 30% от
расчетной, происходит значительное увеличение амп-
литуды колебаний решетки, отливка подбрасывается на
большую высоту и происходит её интенсивное соударе-
ние с решеткой. В этот момент возможно разрушение
элементов отливки или появление трещин.
Отливка «Корпус трансмиссии», фрагмент которой
представлен на рис. 5.2.7 освобождалась от формовоч-
ной смеси на выбивной решетке с большой амплитудой
колебания, вызванной неполной загрузкой решетки.
При этом отливка была в горячем состоянии. При со-
ударении о ребро решетки был совершён горячий вы-
лом тела отливки.
§5 . Влияние легирующих элементов
на устойчивость
к механическим разрушениям отливки
Сталь
Механические, физические и химические свойства
зависят от содержания в стали не только одной какой-
либо ведущей примеси, но и от остальных постоянных,
легирующих, скрытых и случайных примесей, предоп-
ределяющих структуру стали. Между составом, услови-
ями плавки и разливки, структурой и свойствами ста-
ли существует самая тесная связь и взаимозависимость
(см. 5.1. §7).
Пониженное содержание углерода и кремния и по-
вышенное содержание хрома в составе чугуна привело
к повышению внутренних напряжений в отливке.
В результате выбивки в отливке образовалась хо-
лодная трещина (рис. 5.2.8а). Повышение содержания
С и Si в составе чугуна ликвидировало образование
трещин.
Рис. 5.2.8а. Отливка «Корпус»
с холодной трещиной
Рис. 5.2.86. Фрагмент отливки
с дефектом (увеличено)
182
P a 1 д е л 5
§6 . Разное, или Советы бывалого
1. Рёбра жёсткости или распорные поперечины вводимые в конструкцию отливки,
упрочняют отливку и уменьшают возможность образования механических повреж-
дений.
2. Пережимы на питателях способствуют быстрому отделению литниковой системы
и предотвращают выломы стенки отливки.
3. Выполнение требований направленного затвердевания отливок способствует сни-
жению возникающих напряжений и стойкости к разрушению отливок от механи-
ческих соударений.
4. Высокая прочность смеси повышает напряжения и способствует разрушению от-
ливки.
5. Расположенная близко к поверхности отливки арматура стержней повышает их
жёсткость, вызывает местные напряжения в процессе охлаждения.
6. Неправильное применение холодильников вызывает дополнительные напряжения
из-за быстрого охлаждения участков отливки.
7. Отливки переменного сечения и мелкие отливки с тонким сечением требуют ос-
торожности при выбивке (малой амплитуды на выбивной решетке), транспорти-
ровке (перевалке с эпрона на эпрон с малой высоты) и очистке.
8. Отливки из высоколегированных сталей более склонны к напряжению, чем отливки
из мягкой малоуглеродистой стали. Отливки с высоким напряжением больше под-
вержены разрушению.
9. Слишком ранняя или интенсивная выбивка способствует разрушению отливки.
Глава 5.3. Искажение размера
Описание дефекта
Размеры отливки должны отличаться от
размеров готовой детали на величину припус-
ка, необходимого для механической обработ-
ки. В величину припуска должны заклады-
ваться как дефекты поверхностного слоя
отливки (пригар, шероховатость, раковины,
плены, ужимины и др.), так и колебания раз-
меров отливки в процессе ее изготовления.
Формирование дефекта
Описанный дефект может возникнуть в
результате:
• отклонения в размерах модельного
комплекта;
• изменения размеров и формы моде-
лей и стержневых ящиков в резуль-
тате износа и деформаций в процессе
эксплуатации;
Рис. 5.3.1. Отливка «Фланец» с дефектом
«Искажение размера»
Несоответствие
п о
геометрии
183
• деформации форм и стержней при сушке;
• неточности сборки формы;
• нарушения размеров полости формы при заливке металлом;
• коробление отливки при охлаждении и термической обработке;
• механического повреждения при выбивке, обрубке, очистке и транспортировке.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1. Новая модельная оснастка
Модельную оснастку перед запуском в производство необходимо тщательно прове-
рить. Обязательна проверка первой партии отливок полученных по новой оснастке. Ис-
кажение размеров, из-за неточности монтажа моделей на подмодельной плите, составля-
ет в среднем ± 0,15 мм, в зависимости от способа фиксации моделей на плитах.
При изготовлении модельной оснастки наблюдаются отклонения от заданной геомет-
рической формы модели и взаимного расположения ее поверхностей [27]. На рис. 5.3.2
указаны отклонения формы плоских и цилиндрических поверхностей. К отклонениям
формы плоских поверхностей относятся отклонения от плоскости (вогнутость и выпук-
лость) и прямолинейности, а также отклонения от заданного профиля. К отклонениям
формы цилиндрических поверхностей относятся отклонения от круглости, овальности и
огранка. Отклонения от круглости — наибольшее расстояние от точек реального профиля
до прилегающей окружности.
Рис. 5.3.2. Отклонения формы:
a — вогнутость; б — выпуклость; в — некруглость; г — овальность;
д — огранка; е — конусообразность; ж — бочкообразность; з — седлообразность
184
P a 1 д в л 5
Отрицательные припуски
Таблица 5.3.1. Отрицательные припуски на размеры моделей необрабатываемых отливок
Вес отливки, кг Толщина стенок отливки, мм
10 11-20 21-40
50 -0,5 -0.5-(-1) -1.5
51-250 -1,0 -1,5 -2
251-500 - -1 5 -2-(-2,5)
501-3000 - -2.0 -2,54-3,0)
3001-10000 - - -3,04-3,5)
>10000 - - -4,0
Увеличение размеров формы из-за неравномерной набивки или непрочного скреп-
ления опок, а также вследствие расталкивания модели при ее удалении, вызывает увели-
чение размеров и веса отливки. Поэтому, при изготовлении моделей рекомендуется при-
менять отрицательные припуски (см. 5.3.1), т.е. толщину необрабатываемых стенок
принимать меньше указанной в чертеже.
Перед запуском в производство новой модельной оснастки рекомендуется обратить
внимание на следующее:
1. Соответствует ли оснастка требованиям чертежа (размерная точность, чистота об-
работки поверхности моделей, плиты, литниковой системы).
2. Соответствуют ли литейные уклоны получению качественной формы или стерж-
ней без подрывов.
3. Надежно ли выполнено крепление всех элементов оснастки к подмодельной плите.
4. Визуально проанализировать правильность расположения на модельной плите эле-
ментов литниковой системы, обеспе-
чивающей заливку металла в форму.
5. В связи с тем, что новая модельная
оснастка может стать причиной воз-
никновения и других дефектов, це-
лесообразно мысленно проанализи-
ровать заливку металла в форму с
учетом следующего:
• шлаки или другие инородные
включения должны задерживаться
в чаше или в шлакоуловителе. При
этом скорость течения металла и
расстояние от стояка до первого
питателя должны быть достаточ-
ны для гарантированного всплы-
тия инородных частиц в шлако-
улавливающей системе (выпол-
няются расчетом);
Рис. 5.3.3. Отливка «Стакан»
с искажением размера и утонением стенок
Несоответствие
п о
геометрии
185
• литниковая система должна обеспечивать спокойное течение металла для пре-
дупреждения образования «корольков» и размывов формы;
• литниковая система должна обеспечивать поступление в удаленные места от-
ливки металла с достаточной жидкотекучестью для предупреждения образова-
ния недоливов и неспаев;
• изготовленная по данной оснастке форма должна быть обеспечена достаточными
вентиляционными каналами для свободного удаления газа из стержня и фор-
мы до момента образования твердой корочки металла;
• подвод металла к отливке должен создавать направленное удаление газа из фор-
мы. Встречное движение потоков газа неизбежно приведет к образованию га-
зовых раковин.
Искажение размеров отливки «Стакан» из-за неточного монтажа модели стержнево-
го знака, приведено на рис. 5.3.3. Установка стержня в форму привела к его смещению и
утонению стенки отливки. Переделка модельной оснастки позволила получать качественные
отливки.
§ 2. Состояние модельной оснастки
При износе и механических повреждениях моделей и стержневых ящиков изменяют-
ся их размеры, что вызывает искажение размеров и формы отливок. Величина износа мо-
делей зависит от способа уплотнения формовочной смеси, положения поверхности моде-
ли на пути потока смеси и т. д.
В процессе эксплуатации оснастки необходима регулярная проверка размеров осна-
стки, конфигурации выступающих частей, крепеже между моделью и плитой.
Вследствие деформации крепежных болтов, между моделью и плитой образуется за-
зор, который заполняется частицами песка, что вызывает интенсивный износ поверхнос-
ти модели, соприкасающейся с плитой.
Для надежного крепления моделей, они устанавливаются и фиксируются на плите
контрольными штифтами. Применение последних преследует две цели:
• с их помощью половины разъемных моделей спариваются в процессе изготовления;
• контрольными штифтами фиксируется положение моделей на плите в процессе
ее монтажа и эксплуатации модельной плиты в литейном цехе.
Количество контрольных штифтов и их размеры зависят от размеров модели. Коли-
чество штифтов колеблется от 2 до 4. Для лучшей фиксации моделей расстояние между
штифтами должно быть возможно большим.
Крепление модели к плите может производится шпильками при их посадке как че-
рез модель в плиту, так и наоборот, а также винтами или болтами.
У моделей изнашиваются рабочие поверхности, особенно выступающие части (бобыш-
ки, знаки, рёбра), снижается точность установки отъёмных частей (вкладышей). От встря-
хивания в процессе формовки ослабевают крепления частей модели между собой, креп-
ления моделей к плите и т.д. От небрежного отношения на поверхности моделей появляются
вмятины и забоины.
У стержневых ящиков быстро изнашиваются плоскости набивки, направляющие штыри
и втулки, вкладыши и гнезда для их установки. При изготовлении стержней на пескодув-
ных машин наиболее интенсивно изнашиваются поверхности ящиков, расположенные
против вдувных отверстий.
У фасонных сушильных плит в результате многократно повторяемых нагревов и ох-
лаждении появляется коробление.
У кондукторов и шаблонов изнашиваются рабочие поверхности.
186
Р а з д в л 5
У опок (для опочной формовки) появляется коробление из-за с неравномерного их
нагрева при заливке. Одновременно интенсивно изнашиваются направляющие втулки.
У съемных опок изнашиваются направляющие поверхности втулок и штырей, а так-
же отдельные части отъемных механизмов.
§ 3. Искажение размеров формы при извлечении моделей
Извлечение моделей из формы является очень ответственной операцией при ручном
и машинном способах изготовления форм.
Ручное извлечение форм
Перед выемом моделей из формы (особенно крупных), иногда слегка смачивают кром-
ку модели для снижения сцепления с ней формовочной смеси. Затем слегка расталки-
вают модель во все стороны ударами по подъему в горизонтальном направлении.
После этого производят плавный подъем модели в строго вертикальном направлении,
продолжая постукивать по модели до ее отрыва. Небольшие модели вынимают вручную,
а крупные — краном. Следует помнить, что поврежденное при выеме модели место формы
после исправления не обладает такими свойствами, как нетронутое. При исправлении
формовщик не должен переуплотнять такие участки формы и искажать их конфигура-
цию.
Не рекомендуется сильно расталкивать модели перед выемкой их из формы, так как
от этого отливка получается с неправильными, увеличенными размерами, что приводит к
излишнему увеличению ее толщины и веса. Для получения при ручной формовке более
точных отливок следует применять ручные вибраторы. Вибраторы облегчают выемку мо-
дели без поломок формы и практически без увеличения геометрии отливки.
Машинное извлечение модели
Машинное извлечение модели из формы во многом эффективнее ручного. Оно со-
храняет строго вертикальное перемещение подмодельной плиты с моделями благодаря
использованию машинных вибраторов для свободного отделения модели из полости формы.
По методу извлечения моделей из формы формовочные машины делятся на три
типа [1, 33]:
• со штифтовым подъемом (рис. 5.3.4);
• с протяжкой модели (рис. 5.3.5);
• с поворотной плитой (рис. 5.3.6) или с перекидным столом (рис. 5.3.7).
Таблица 5.3.2. Влияние метода извлечения модели
Причины искажения размеров Изменение размеров отливок, мм
Мелких Средних Крупных
Расталкивание моделей: новых бывших в употреблении 0,1-0,5 0,2-2,0 0,5-1,0 1.0-4,0 1-2 2-8
Расталкивание стержневых ящиков: металлических деревянных - 0,05-1,0 0,1-0,3 -
Проглаживание поверхности форм и стержней и исправление "слабины" - 0,1-0,5 0,3-1,0
Сушка форм и стержней 0,5-1,0 0,5-1,0 1,5-2,0
Погрешности при сборке формы 0,2-1,0 0,5-2,0 1,0—4,0
Несоответствие
п о
геометрии
187
При отсутствии износа, хорошо отла-
женной работе каждого из представленных на
схемах устройств, извлечение модели проис-
ходит без разрушения формы с минималь-
ным изменением ее размеров. Однако, без
систематического контроля за износом со-
прягаемых элементов конструкции, возможен
подрыв формы или излишнее расталкивание
модели в форме.
Кроме изложенного необходимо учиты-
вать неизбежное изменение размеров отлив-
ки, вызванное процессом извлечения моде-
лей из формы и стержней из ящиков.
Влияние метода извлечения модели и других
технологических факторов на точность отли-
вок показано в таблице 5.3.2.
§ 4. Контроль форм и стержней
При изготовлении стержней необходи-
мо убедиться в качестве оснастки. Проверя-
ют наличие отъёмных и осадочных частей,
оправок, шаблонов и их исправность. Стер-
жневые ящики не должны иметь качающихся
отъёмных частей, покоробленных стенок,
плохо вынимающихся рёбер, кронштейнов,
вытряхных вставок и стенок, на рабочих по-
верхностях не допускаются трещины, вмяти-
ны, забитые углы и другие дефекты.
Рис. 5.3.4. Схема штифтового подъема:
а — уплотнение; б — объем;
I — опока; 2 — подмодельная плита;
3 — подъемные штифты; 4 — модель;
5 — стол машины
Рис. 5.3.5. Схема протяжки с опускающейся
моделью: а — уплотнение; б — протяжка;
I — неподвижная часть модели;
2 — подмодельная плита;
3 — опускающаяся часть модели
Рис. 5.3.6. Схема поворотной плиты:
а — уплотнение; б — вытяжка модели;
I - приемный стол; 2- поворотная плита
Рис. 5.3.7.
6J
а — уплотнение; б — вытяжка модели;
1 - приемный стол; 2 - перекидной стол
188
Р о з д е л 5
В изготовленных стержнях тщательно заделываются неплотности, подрывы, повреж-
дённые при извлечении части стержня, сквозные наколы. Неоформленные в стержневом
ящике галтели выполняют вручную с применением шаблонов. После отверждения стерж-
ней проводят их контроль. Размеры стержней проверяют шаблонами или, в единичном
производстве, кронциркулем и другими мерительными инструментами. Особое внимание
уделяется состоянию знаков стержней. Они не должны иметь значитель ные зазоры по от-
ношению к знакам формы, и, наоборот, не должны быть излишне полными для зависа-
ния стержней в знаках формы.
Тщательность сборки формы в значительной мере определяет точность геометричес-
ких размеров отливки, образование заливов и трудоёмкость обрубки. Стержни перед про-
становкой в форму проверяют с помощью шаблонов дтя исключения поломки формы и
искажения размеров отливки. При отклонении размеров стержней их притирают. При
массовом производстве размеры стержней устанавливают с помощью контрольных пре-
дельных шаблонов. Для установки нескольких сложных стержней, например при изготов-
лении отливки блок-картер, применяют установочные шаблоны или специальные сборочные
кондукторы, где можно визуально проследить правильность установки стержней.
При изготовлении и подготовке стержней необходимо тщательно осматривать не только
знаковые части, но и качество рабочей поверхности, которая может привести к искаже-
нию размеров. На рис. 5.3.8 представлена отливка «Корпус запорной арматуры» с дефек-
том в виде нароста со стороны стержня. Дефект произошел из-за некачественного уплот-
нения стержня.
§ 5. Контроль модельных комплектов
в процессе их апробирования и доводки
После приемки контролёрами всех элементов модельного комплекта необходимо его
апробировать в работе путем изготовления опытной отливки. Апробированием и довод-
кой руководит группа лиц от ОГМет, модельного и литейного цехов.
При изготовлении стержней обращают внимание на возможности и удобство установки
каркасов, набивки смесью, выема отъемных частей, отделения ящика от смеси, сохране-
ние формы и размеров стержня при извлечении его из ящика и транспортировки в сушиль-
ную камеру.
В процессе изготовления стержней необходимо проверять их качество путем внешнего
осмотра и проверки размеров с помощью измерительных инструментов, шаблонов, скоб и
т.д. Стержни, имеющие внешние дефекты и отклонения по размерам, отбраковываются.
Для выяснения причин дефектации стержней следует сверить размеры стержней с
соответствующими размерами в стержневых ящиках. При проверке, формовке и сборке
формы необходимо обратить внимание на:
• равномерность набивки формы смесью;
• свободный выход отъемных частей модели из гнезд при извлечении модели из
формы;
• обеспечение отделения отъемных чаете и от формы;
• удобство отделения отъемных частей от формы;
• удобство установки стержней в форму и достаточную их устойчивость;
• надежность фиксирования стержней в знаках и соответствие размеров знаков стер-
жней и формы;
• соответствие чертежу фактической величины зазоров между знаками стержней и
формой и между соприкасающимися стержнями;
Несоответствие
п о
геометрии
189
• обеспеченность достаточными фор-
мовочными уклонами и зазорами.
После выбивки формы следует осмот-
реть отливки. При этом необходимо обратить
внимание, нет ли заливов и несовпадений
элементов литниковой системы. При обрубке
отливки следует проверить, правильно ли
отделяется литниковая система и не проис-
ходит ли при этом отламывание тела детали.
По результатам осмотра составляется прото-
кол. Контрольную разметку отливки выпол-
няют контролеры модельного цеха (участка).
Цель ее заключается в определении соответ-
ствия отливки размерам и допускам, указан-
ным в чертежах. Сложные отливки разреза-
ют по всем необходимым сечениям,
плоскости разреза фрезеруют. Отклонения от
чертежа заносят в дефектную карту.
После доводки оснастки ее вновь от-
правляют в литейный цех для проведения
второй опытной отливки. При получении
положительного результата по качеству из-
готовленных отливок, составляется акт о при-
годности данного модельного комплекта для
запуска в производство.
На рис. 5.3.9 представлена отливка «Ка-
ток» со смещенной верхней частью. При мон-
таже модели была неправильно установлена
верхняя часть модели. В результате отлигка
получилась со смещением опустошения, т.е.
с искажением размера.
Рис. 5.3.8. Отливка «Корпус запорной арматуры»
с искажением размеров
Рис. 5.3.9. Отливка «Каток» со смещенным
болваном
§6. Разное, или Советы бывалого
На появление дефекта «Искажение размеров» оказывают влияние ряд технологичес-
ких факторов:
1. Чрезмерное давление металла на стержень большой протяженности может при-
вести к деформации стержня во время заливки. Особенно это относится к стерж-
ням с небольшой площадью сечения в поперечнике.
2. Деформация стержня в процессе его изготовления или транспортировки, непра-
вильный подбор стержневой смеси, нарушение правил транспортировки и др.
3. Нанесение слишком толстого или тонкого слоя клея или краски приводит к ис-
кажению размеров. По технологии положено толщину слоя краски или клея учи-
тывать в оснастке. На практике это иногда упускается и приводит к появлению
дефекта.
4. Заливка слишком горячим металлом тонких, длинных стержней.
190
Р а з д в л 5
Глава 5.4. Смещение
Описание дефекта
Смещением называют сдвиг
одной части отливки относительно
другой.
Расположение дефекта
Обычно форму собирают из
нескольких частей с установкой в
нее стержней. Неточная сборка
комплекта стержней или формы
вызывает искажение размеров от-
ливки. В отдельных случаях эти
искажения могут достичь значи-
тельных размеров, превысить до-
пускаемую величину и привести к
смещению.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
Рис. 5.4.1. Отливка «Колесо насоса» с дефектом «Смещение»
§1. Зазор в центрирующих отверстиях
Спариваемые опоки всегда должны центрироваться в двух диаметрально противопо-
ложных точках и располагаться на торцевых стенках.
В целях взаимозаменяемости опок и повышения точности форм установлен допуск
на расстояния между центрирующими отверстиями в ушках опок (таблица 5.4.1) [52].
Таблица 5.4.1
Цлина опоки, мм до 750 750-1600 1600-2400 2400—7100
Предельные отклонения, мм ±0,2 t 0.5 t 1.0 ±'.5
Механическая обработка отверстий должна осуществляться с помощью кондукторов.
Диаметры центрирующих отверстий для опок должны соответствовать указанным в таб-
лице 5 4 2.
Таблица 5.4.2. Диаметры центрирующих отверстий
Средний габаритный размер опоки, мм Диаметр, мм
центрирующего отверстия штыря
до 500 20 Аз 20 Шз
500-750 25 Аз 25 Шз
750-1500 30 Аз 30 Шз
1500-2500 30 Ач 30 Шч
больше 2500 40 Ач 40 Шч
Несоответствие
п о
геометрии
191
Таблица 5.4.3. Размеры центрирующих втулок, мм
Средний габаритный размер опоки d Стальные опоки Чугунные опоки D1 D2 ~l h
D Н D Н
<500 20Аз ЗОПр 20 ЗОГ 30 29,5 40 4
501-750 25Аз 35Пр 30 35Г 35 34,5 45 4
751-1500 ЗОАз 40Пр 35 40Г 40 39,5 50 5
1501-2500 ЗОАз 40Пр 35 40Г 40 39,5 50 5
>2500 40Аз 52 Пр 45 52Г 50 51,0 52 5
Для получения качественных отливок необходима
точная центрация опок, которая выполняется с
помощью центрирующих и направляющих втулок. На
рис. 5.4.2 представлена схема центрирующей втулки,
а в таблице 5.4.3 приведены ее размеры при использо-
вании в стальных и чугунных опоках.
Направ тяющая втулка обеспечивает ликвацию за-
кусывания посадочных штырей при спаривании опок.
Схема направляющей (прорезной) втулки приведена на
рис. 5.4.3, размеры втулок для стальных и чугунных опок
представлены в таблице 5.4.4.
Рис. 5.4.2. Схема центрирующей
втулки к табл. 5.4.3
Таблица 5.4.4. Размеры направляющих втулок, мм
[Средний габаритный размер опоки d2 di Стальные опоки Чугунные опоки D1 D2 h
D Н hi D н hi
<500 20Аз 28 38Пр 20 11 38Г 30 16 37,5 48 4
501-750 25Аз 36 46Пр 30 16 46Г 35 19 45,5 56 4
751-1500 ЗОАз 42 52Пр 35 19 52Г 40 21 51,5 62 5
1501-2500 ЗОАз 42 52Пр 35 19 52Г 40 21 51,5 62 5
>2500 40Аз 55 67Пр 45 24 67Г 50 26 Г 66,0 77 5
192
Р о з д е л 5
Таблица 5.4.5. Размеры штырей в мм при спаривании «штырем»
Средний габаритный размер опоки d di d2 D L Li Угол a
Тип штыря
I II
<500 20Ш3 19,5 25 30 60 140,180 3° 5°
501-750 25Ш4 24,5 30 35 80 140,180 3° 3°
200 1°30’ 5°
751-1500 ЗОШ3 29,5 35 45 100 150,190 3° 3°
230,280 1°30’ 3°
1501-2500 30Ш4 29,5 35 45 120 190,230 3° 5°
280,330 1°30' 3°
>2500 40Ш4 39,5 45 55 140 230 3° 5°
280,340 1°30’ 3°
Несоответствие
п о
геометрии
193
Таблица 5.4.6. Размеры штырей в мм при спаривании «на штырь»
Средний габаритный размер опоки d di d2 1 D L L, Угол a Тип цлыря
I II
751-1500 ЗОШ3 24,5 35 30 25С6 150 260 300 460 3° 5°
380 420 1°30’ 3°
1501-2500 30Ш4 24,5 35 30 25С6 175 340 380 3° 5°
420 460 500 1°30' 3°
>2500 40Ш4 34,5 45 40 35С6 200 340 390 3° 5°
440 490 550 1°30’ 3°
Тип 1
Сфера
Тип 2
Сфера
На рис. 5.4.4 представлена отливка «Корзина» с де-
фектом «Смещение». Дефект образовался от увеличен-
ного зазора в центрирующих отверстиях опок.
§ 2. Износ или повреждения
штырей и втулок
Центрирование при спаривании полуформ произ-
водится с помощью сборочных штырей через центри-
рующие и направляющие втулки. Центрирование полу-
форм рекомендуется осуществлять следующим образом:
Рис. 5.4.4. Отливка «Корзина»
с дефектом «Смещение»
Рис. 5.4.5. Отливка «Крышка»
с дефектом «Смещение»
194
Р а з д в л 5
«штырем» — при мелкосерийном производстве, «на штырь» — при серийном и массовом
производстве, «на штырь и втулку» — при транспортировании полуформ со средним га-
баритом не более 2500 мм по конвейерам и рольгангам. Втулки изготавливают из цемен-
тируемой стали марки 15, 20 или из стали марки 45 с цементацией на глубину 0,8—1,2 мм,
твердость HRC 45—52. В стальные опоки втулки устанавливают прессовой посадкой, в чу-
гунные — глухую. Требования к материалу штырей такие же, как и к втулкам. Чистота ра-
бочей поверхности втулок и штырей не ниже V7 [53].
Отклонение от перпендикулярности осей центрирующих отверстий к плоскости разъема
опок не должно превышать 0,1 мм на длине 200 мм при среднем габаритном размере до
1500 мм и 0,1 мм надлине 100 мм при среднем габаритном размере свыше 1500 мм.
На рис. 5.4.5 представлена отливка «Крышка» с дефектом «Смешение». Дефект обра-
зовался от смещения при сборке полуформы верха с полуформой низа из-за износа спари-
вающих штырей и втулок.
§3. Уклоны и зазоры в знаковых частях
Для облегчения установки стержней в форму и ликвидации смешения делаются ук-
лоны с зазорами между сопрягаемыми стенками формы и стержня, величина которых за-
висит от способа формовки, высоты стенки и материала модели.
В таблице 5.4.7 приведены уклоны нижних и верхних знаков моделей и стержневых
ящиков, необходимые для правильной установки стержней в форму и накрытия верхней
полуформой. При изготовлении или после ремонта оснастки необходимо проверить зна-
ки на смятие опорной поверхности с учетом силы давления заливаемого металла (всплы-
тия). Допустимая сила смятия сырых форм примерно равна 0,25 кг/см2.
Таблица 5.4.7
Уклоны знаков моделей и стержневых ящиков [53]
Высота знака в мм Уклон знака в град Пределы допусков на уклоны знаков в' (мин)
вертикальных стержней горизонтальных стержней металлических деревянных
нижнего верхнего нижнего верхнего моделей стержневых ящиков моделей стержневых ящиков
До 20 10 15 10 15 +15 -15 +30 -30
20-50 7 10 7 10 +15 -15 +30 -30
50-100 6 8 6 8 +10 -10 +25 -25
100-200 5 6 5 6 +10 -10 +25 -25
200-300 - - 5 6 +10 -10 Г" +20 -20
'"300-500 - - 4 5 г +5 -5 +20 -20
г500-800 - - 3 3,5 +5 -5 +15 -15
Свыше 800 - - 2,5 3 +3 -3 +15 -15
Для установки стержня в форму необходимо предусматривать зазоры (таблица 5.4.8),
зависящие от размеров стержней и способов изготовления.
Несоответствие по геометрии
195
Таблица 5.4.8
Зазоры на сторону между знаком формы и стержня при формовке по-сырому
Размеры в мм
Зазор (не более) при длине или диаметре стержня
знака верха или низа до 50 50-150 150- 300 300- 500 500- 700 700- 1000 1000- 1500 1500- 2000 2000- 2500
До 25 Г 0,15 0,15 0 25 - - - -
25 -50 0,25 0,25 0,5 1,0 1,0 1,5 - - -
50-100 0,5 05 1.0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
100-200 П1.0 1,0 1,0 1.5 —2,0~ 2,5 3,0 3,5 4,0 1
200-300 1,0 1,0 1,0 1,5 г 2,0 2,5 ’з.о’ 35 4,0
300-500 I 1.5 Г 1.5 1.5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 J
500-750 - - [ 2,0 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
750 -1000 - - 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,6
1000-1250 - - - 3,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
1250-1500 - - - 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Г 5,5
Для точной фиксации
стержней в форме необходи-
мо правильное выполнение
зазоров между знаком фор-
мы и стержня. На рис. 5.4.6
представлена схема поста-
новки стержней в форму с
буквенным отображением
допусков. В таблицах 5.4.9 и
5.4.10 представлены факти-
ческие зазоры на сторону
между знаком формы и стер-
жня при формовке по-сыро-
му и по-сухому.
Рис. 5.4.6. Допуски на размеры знаков
металлических моделей и стержневых ящиков
196
Р а з д е л 5
Таблица 5.4.9
Зазоры на сторону между знаком формы и стержня при формовке по-сырому (ГОСТ 3606-57)
Размеры в мм
Высота знака h или hi наибольшая в мм Зазоры S1 (не более) при длине стержня L или диаметре D Зазоры
До 50 Св. 50 ДО 150 Св. 150 ДО 300 Св. 300 ДО 500 Св. 500 ДО 700 Св. 700 до 1000 Св. 1000 ДО 1500 Св. 1500 ДО 2000 Св. 2000 До 2500 S3
До 25 0,15 0,15 - - - - - -
Св. 25 до 50 0,25 0,25 0,5 1,0 1,0 1,5 - - 1,5-2,5
»50 » 100 0,5 0,5 1,0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 2,0-5,0
» 100 » 200 1,0 1.0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 3,0-6,0
» 200 » 300 1,0 1,0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 3,5-6,5
» 300 » 500 1.5 1,5 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 4,0-7,5
» 500 » 750 - - 2,0 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0-8,0
» 750 »1000 - - - 2,5 3,0 3.5 4,0 4,5 5,0 5,5-9,0
» 1000 » 1250 - 3,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,5-9,5
» 1250» 1500 - - - 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 7,5- 10,5
Зазоры S2 0,15 0,25 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 3,0 4,0 -
Несоответствие
п о
геометрии
197
Таблица 5.4.10
Зазоры на сторону между формой и стержнем при формовке по-сухому (ГОСТ 3606-57)
Размеры в мм
Наибольшая в мм Зазор S1 (наибольший) при длине стержня или диаметре D
До 50 Св. 50 ДО 150 Св. 150 ДО 300 Св. 300 ДО 500 Св. 500 ДО 750 Св. 750 ДО 1000 Св. 1000 ДО 1500 Св. 1500 ДО 2000 Св. 2000 ДО 2500 Св. 2500 ДО 3000 Св. 3000 Зазор S3
До 25 0,5 0,5 - - - - I - - - - -
От 25 до 50 0,5 0,5 1,0 1,5 1,5 2,0 - - - 1,5-3,0
» 50 » 100 1.0 1.0 1,5 1,5 2.0 2,5 з.о 3,5 4,0 - - 1.5-6,0
» 100 » 200 1,5 1,5 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 2,5-7,5 I
» 200 » 300 1,5 1,5 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5.0 5,5 3,0-8,0
» 300 » 500 2,0 2,0 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5.5 6.0 3.5—8.5
» 500 » 750 - - 2.5 2.5 3.0 3.5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 4,0-9,0
» 750 » 1000 - - - 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6.0 6.5 4,5-9.5
» 1000 » 1250 । - - - 3,5 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 5,0— 10,0
» 1250 » 1500 - - - 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 5,5- 10.5
» 1500 » 2000 - - - 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 6,0- 11 0
» 2000 » 2500 - - - - 5,0 5,5 6.0 6.5 7,0 7.5 8.0 7.5— 12.0
» 2500 » 3000 - - - - 6.0 6.5 7.0 7,5 8,0 8,5 9,0 9.0- 13.5
» 3000 - - 6,5 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 9.5- 13.8
Зазоры S2 0,25 0,5 1,0 2,0 3,0 4.0 5,0 5,5 6,0 6,5 7.0 -
Примечания к табл. 5.4.9 и 5.4.10:
Зазоры для стержней, имеющих два или более вертикальных знака, при необходимости можно увеличить до 1,5 51.
При использовании на знаках сырых форм противообжимных поясков, зазор 52 не назначается.
198
Р а з д в л 5
Таблица 5.4.1J. Уклоны знаков моделей и стержневых ящиков
Наибольший размер знака в поперечном сечении или диаметр А Допуски 5 на размеры знаков в зависимости от класса модельного комплекта * и класса его точности, не более
1-ВЗа II-B4 IH-B5
Стержневые ящики Модели Стержневые ящики Модели Стержневые ящики Модели
Св. 18 до 30 -0,084 +0,084 -0,140 +0,140 -0,280 +0,280
» 30 » 50 -0,100 +0,100 -0,170 +0,170 -0,340 +0,340
» 50 » 80 -0.120 +0,120 -0,200 +0,200 -0,400 +0,400
» 80 » 120 -0,140 +0,140 -0,230 +0,230 -0,460 +0,460
» 120 » 180 -0,160 +0,160 -0,260 +0,260 -0,530 +0,530
» 180 » 260 -0,185 +0,185 -0,300 +0,300 -0,600 +0,600
» 260 » 360 -0,215 +0,215 -0,340 +0,340 -0,680 +0,680
» 360 » 500 -0,250 +0,250 -0,380 +0,380 -0,760 +0,760
» 500 » 630 -0,280 +0,280 -0,450 +0,450 -0,900 +0,900
» 630 » 800 -0,300 +0,300 -0,500 +0,500 -1,000 +1,000
» 800 »1000 -0,350 +0,350 -0,550 +0,550 -1,100 +1,100
» 1000 » 1250 -0,400 +0,400 -0,600 +0,600 -1,200 +1,200
» 1250 » 1600 -0,450 +0,450 -0,650 +0,650 -1,300 +1,300
» 1600 » 2000 -0,500 +0,500 -0,750 +0,750 -1,500 +1,500
| » 2000» 2500 -0,550 +0,550 -0,900 +0,900 -1,800 +1,800
Таблица 5.4.12. Уклоны знаков моделей и стержневых ящиков (рисунок 5.4.7)
Высота знака h или h1t мм Уклоны знака Пределы допусков на уклоны знаков
вертикальных стержней горизонтальных стержней металлических деревянных
нижнего верхнего нижнего верхнего моделей стержневых ящиков моделей стержневых ящиков
U р U «и Р
До 20 10° 15° 10° 3° 15° + 15' - 15' + 30' -30'
Св. 20 до 50 7° 10° 7° 1°30' 10° + 15' - 15' + 30‘ - 30'
» 50 » 100 6° 8° 6° 1° 8° + 10' - 10' + 25' -25'
» 100 » 200 5° 6° 5° 0°45’ 6° + 10’ - 10' + 25’ - 25'
» 200 » 300 5° 0°45‘ 6° + 10' - 10' + 20‘ - 20'
» 300 » 500 4° 0°30' 5° + 5‘ -5' + 20' - 20'
» 500 » 800 3° ^30' 3°30' + 5' -5' + 15' - 15'
» 800 2°30' 0°30' 3° со + -3' + 15’ - 15'
ПРИМЕЧАНИЕ. Для стержней, симметричных по отношению своей горизонтальной оси, уклоны нижних
и верхних знаков могут выполняться одинаковыми.
Несоответствие
п о
еометрии
199
Горизонтальный знак Вертикальный знак
Допуск на
изготовление
Допуск на
изготовление
знака модели
<Л
Стержень
Форма
Допуск на изготовление
знака модели
стержневого
---ящика
Технологический
зазор (двойной)
Форма
Для свободного центри-
рования стержней в форме,
предусмотрены уклоны гори-
зонтальных и вертикальных
знаков. На рис. 5.4.7 пред-
ставлены схемы зазоров меж-
ду знаком формы и стержня.
В таблице 5.4.12 даны величи-
ны уклонов в знаках верхних
и горизонтальных стержней,
а также допуски на уклоны
знаков в металлических и де-
ревянных моделях.
Рис. к табл. 5.4.11
Уклоны горизонтальных знаков
Рис. 5.4.7. Зазоры между знаком формы и стержня
Неточная установка стержня в форму
привела к смешению стержня и появлению
разностенности отливки «Стакан». Исправ-
ление модельной оснастки способствовало
ликвидации дефекта.
Уклоны вертикальных знаков
Исполнение 1 Исполнение 2
Рис. 5.4.8. Отливка «Стакан»
с дефектом «Смещение»
200
Р а э д в л 5
§4. Смещение половинок моделей
При смещении половинок модели (одна относи-
тельно другой) получается дефект отливки — «Смеще-
ние». При малых размерах (до 50x50 мм) и малой вы-
соте (до 30 мм) металлические модели изготавливают
сплошными, а в остальных случаях — пустотелыми с
рёбрами жёсткости. Толщина стенок моделей принима-
ется в зависимости от их габаритных размеров. При
креплении моделей на плите необходимо совмещение
их монтажных рисок. В таком положении плита присвер-
ливается к модели через отверстия в последней. Затем
вторая плита (верха или низа) центрируется при помо-
щи направляющих штырей с первой плитой и через от-
верстия для контрольных шпилек первой плиты произ-
водят присверливание второй плиты. В этом случае
гарантируется точное совпадение положения моделей
верха и низа по линии разъёма. Подготовленные таким
образом плиты разъединяют, ставят направляющие
штыри, монтируют модели на плитах и фиксируют их
контрольными штифтами, чтобы исключить смешение
моделей. Модели крепят снизу стальными винтами.
Вставки и знаки, изготовленные отдельно, при мон-
таже на модель должны иметь надёжное крепление и
фиксацию. Наиболее надёжным способом является врез-
ка вставки или знака в основную час гь модели с допол-
нительным креплением винтами. Знаки от смещения
фиксируются с помощью контрольных штифтов.
При смещении половинок моделей отливки «Ко-
лесо» из-за раскрученных крепёжных соединений, об-
разовалась смешенная форма. При заливке этой фор-
мы металлом получилась отливка со смещением,
представленная на рис. 5.4.9.
На рис. 5.4.10 представлена отливка «Маховик» с
дефектом «Смещение», полученным в результате сме-
шения половинок моделей (одна относительно друг< >и)
Смещение половинок модели произошло из-за потери
стального винта, крепящего модель к плите.
При использовании изношенных или коротких сбо-
рочных штырей возможно смещение половинок моде-
лей. В результате заполнения такой формы металлом
получается отливка со смещением. На рис. 5.4.11 пред-
ставлена отливка «Наконечник» с дефектом «Смещение»
из-за использования укороченных штырей.
Рис. 5.4.9. Отливка «Колесо»
с дефектам «Смещение»
Рис. 5.4.10. Отливка «Маховик»
с дефектом «Смещение»
Рис. 5.4.11. Отливка «Наконечник»
с дефектом «Смещение»
Несоответствие
л о
геометрии
201
§5 . Соединение стержней или их половинок
Неточное соединение или склеивание стержней неизбежно приводят к дефекту «Сме-
щение». При склеивании нескольких стержней один из них должен быть основанием, ба-
зой для остальных. Положение стержней проверяют шаблонами, щупом или инструмен-
том. Чтобы предупредить смещение одного стержня относительно другого, их фиксируют
прокладками, которые вынимают после высыхания клея. Обычно каждый стержень укла-
дывают в форму отдельно, но укладка нескольких стержней занимает много времени, а
сложные стержни часто вообще нельзя установить в форму по одному. В таких случаях
стержни предварительно собирают в блоки, склеивают их и уже в собранном виде уста-
навливают в форму.
В ряде случаев для сборки и простановки стержней в форму используют специаль-
ные кондукторы.
При склеивании половинок стержней проверяют отсутствие смещения, заделывают
швы пастой и подсушивают. При склеивании тёплых стержней подсушка не требуется.
После изготовления стержни осматривают и проверяют их размеры. При осмотре стер-
жней следует, помимо прочего, обращать внимание на точность совмещения половинок,
взаимное положение частей стержня, заделку швов и др. При проверке размеров приме-
няют измерительный инструмент, различные шаблоны, скобы и приспособления.
Не прошедшие контроль стержни подвергаются доработке или отбраковке.
Отливка «Колесо насоса» (рис. 5.4.1 стр. 190) имела смещение половинок стержней, вы-
полняющих внутренние контуры отливки. Для предупреждения этого дефекта необходи-
мо:
• осуществить контроль оснастки на точность спаривания рабочих контуров поло-
винок ящика;
• спаривание и склейку половинок стержней осуществлять в специальном кондук-
торе, позволяющем обеспечить точное совмещение стержней;
• просушенные стержни подвергать строгому контролю с доработкой замеченного
смещения.
§6 . Разное, или Советы бывалого
Дополнительно может привести к дефекту «Смещение»:
1. Расширенная или углублённая поверхность стержневого знака может привести к
всплытию стержня в форме при заливке металла.
2. Неправильная установка стержней в кондуктор, вызывающая их смешение и уто-
нение стенок. Деформация стержней из-за слабой сырой прочности смеси или воз-
действии незавершившегося процесса отверждения стержней в оснастке.
3. Слабое уплотнение формовочной смеси способствует смещению стержней в зна-
ках в процессе тряски, соударении на конвейере или при транспортировке опок.
Это явление усиливается при ударах формовочных машин, вибрации тяжёлого обо-
рудования, удара заливочного ковша и т.д.
4. Использование клиньев или конических скоб для крепления полуформ при од-
новременных изношенных штырях или втулках.
Раздел 6. Неслитины и недоливы
Глава 6.1. Неспай
Описание дефекта
Неспаем называют сквозную
или поверхностную, с закруглен-
ными краями, щель или углубление
в теле отливки, образованные не-
слившимися потоками преждевре-
менно застывшего металла.
Расположение дефекта
Неспай образуются в тех час-
тях отливки, которые удалены от
питателей, так как расплав посту-
пает в них сильно охлажденным, с
окисленной и загрязненной повер-
хностью. В зависимости от конст-
рукции отливки и условий ее за-
ливки неспай могут иметь
разнообразную форму.
Формирование дефекта
Ппи заливке формы металлом
с недостаточной температурой,
либо пониженной жидкотекучес-
тью. происходит дальнейшее ухуд-
шение жидкотекучести расплава.
Рис. 6.1.1. Дефект отливки «Неспай»
его окисление, снижение температуры. В результате поток расплава может остановиться.
Если этот, начинающий затвердевать участок отливки не будет расплавлен за счет тепло-
ты перегрева металла, продолжающего поступать в форму при заливке, то в месте их кон-
такта обра >уется неспай.
Неспай могут быть в виде сквозных отверстии на протяженных горизонтальных стенках
толщиной до 30 мм или на вертикальных стенках меньшей толщины. Поверхностные не-
спаи, имеющие форму извилин небольшой длины, появляют» я в массивных частях отливки.
Они образуются из-за малой скорости подъема металла или его интенсивного охлажде-
ния.
Особой формой неспая может быть отслаивание — слой металла, частично отделен-
ный от основного тела отливки за счет плены. Этот дефект обычно образуется на плоской
поверхности при прерывистом течении металла, отчего холодный металл или избыточное
давление газа препятс гвуют полному заполнению полости формы.
Описанный дефект может возникнуть в результате следующих причин:
• прерывистое течение металла из-за резкого изменения толщины стенки отлиьки;
• возникающие турбулентные потоки из-за несовершенства заливочных устройств;
• прерывистая заливка из-за конструкции литниковой системы;
• медленная заливка или слабый напор металла.
Неслитины
и
недоливы
203
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Температура заливаемого металла
Сталь
Температура заливаемого металла оказывает влияние на возможность образования
неспая, недолива и других дефектов отливок.
Определение температуры заливки сводится к выбору необходимого перегрева ста-
ли, принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовлении отливок из
углеродистой и низколегированной стали разных марок чаще всего достаточно иметь пе-
регрев стали на 30—60°С, чтобы обеспечить удовлетворительную заполняемость литейных
форм. При изготовлении тонкостенных отливок и отливок с повышенными требования-
ми к неровности поверхности допускается наибольший перегрев стали на 50—Ю0°С. Это
относится и к отливкам, когда возможно возникновение недоливов, неспаев, газовых «пу-
зырей подкорковых» и т.д. (см. 1.2. §7).
Чугун
Одним из важнейших факторов возникновения неспая являются низкая жидкотеку-
честь металла и скорость его заливки.
Температура чугуна зависит от его состава, средней толщины стенки отливки и наи-
большего пути прохождения металла по горизонтали от питателей до противоположного
края отливки. Для ликвидации неспаев по причине недостаточной жидкотекучести рас-
плава чугуна необходимо:
1) набирать в ковш металл, имеющий температуру на 50—70°С большую, чем надо
для заливки;
2) температура расплава в любом месте формы в процессе заливки должна быть выше
температуры нулевой жидкотекучести, при которой поток металла может остано-
виться. Рекомендуемая температура заливки тонкостенных (до 10 мм) конструк-
ционных отливок должна быть не ниже 1380' С. Скорость заливки следует прини-
мать на 2—3 кг/с выше нормальной;
3) по возможности, следует сократить путь движения металла от питателей посред-
ством подвода питателей с двух противоположных сторон отливки.
Низкая температура заливаемого металла способствовала появлению неспая в от-
ливке «Корпус вентиля» (рис. 6.1.2). Подвод металла осуществлялся с противоположной
стороны от возникшего дефекта. При повышении температуры металла неспай не по-
являлся.
§2 . Заливка форм металлом
Время заливки формы сталью
Время заливки зависит от размеров и особенностей конструкции отливки, литейных
свойств определённой стали, теплоаккумулирующих свойств материала, формы и др Для
получения тонкостенных отливок, имеющих развитую поверхность стенок, требуется умень-
шение времени заливки, чтобы не допустить образование недоливов и спаев (см. 1.4. §9).
204
Р а з д е л 6
Рис. 6.1,2а. Отливка «Корпус вентиля»
сдефектом «Неспай»
Рис. 6.1.26. Фрагмент отливки (увеличено)
Скорость заливки чугуна в форму
Для получения качественного литья очень важными являются температура заливаемого
чугуна и весовая скорость заливки. Это продиктовано конструкцией отливок и технологией
их изготовления и требует индивидуального подхода к температуре и скорости заливки ме-
талла. Например, для ликвидации раковин газовых окисленных требуется повышенная тем-
пература чугуна и пониженная скорость залив-
ки, а для ликвидации неспая — повышенные
температура и скорость заливки (в среднем на
10—15% от расчетной) (см. 1.4. §9).
На рисунке 6.1.3 представлена отливка
«Стоика», на которой имеется дефект «Не-
спай». Появление дефекта вызвано недоста-
точной скоростью заливки и неправильным
расположением литниковой системы. Сече-
ния и расположение питателен литниковой
системы не обеспечивали поступление жид-
кого металла в верхнее, удалённое от залив-
ки место. После переработки литниковой
системы дефект не возникал.
§3 . Заполнение формы металлом
Подвод металла в отливку
Проектирование литниковой системы
является важным этапом технологического
процесса и оказывает значительное влияние
на качество и свойства получаемых отливок.
Выбором типа подвода металла и регулиро-
ванием его потоков при заполнении формы
можно создавать необходимый режим охлаж-
дения отливки, быстрое заполнение плоских
поверхностей без формирования неспаев.
Рис. 6.1.3. Отливка «Стойка»
Рис. 6.1.4. Отливка «Корпус насоса» с «Неспаем»
Неслитины
и
недоливы
205
Литниковая система должна отвечать следующим требованиям:
• заполнять форму металлом за короткий временной промежуток, достаточный для
покрытия металлом развитых горизонтальных поверхностей;
• при заливке металла питатели должны располагаться так, чтобы струя не ударяла
в стенку формы или стержня, а растекалась по направлению стенки;
• уровень металла в форме в процессе заливки не должен иметь продолжительных
остановок,
• части стержней, в которых расположены вентиляционные каналы, не должны пе-
регреваться потоком заливаемого металла.
Определение времени заполнения формы является наиболее важной частью расчета
литниковой системы, так как оно в наибольшей степени влияет на возникновение неспая.
Продолжительное заполнение формы охладевшим металлом вызывает появление в отливках
неспая в результате длительного поступления металла по горизонтальным поверхностям.
Следовательно, для снижения опасности возникновения неспая необходима ускоренная
заливка формы металлом. Предпочтительно при разработке литниковой системы исполь-
зовать большее количество питателей для ускоренного заполнения горизонтальных поверх-
ностей, подверженных неспаям.
Положение отливок в форме
Для ликвидации дефектов неспай, недолив, ужимина и ряда других, предпочтитель-
но тонкостенные части крупногабаритных отливок располагать в нижней части полуфор-
мы в горизонтальном, вертикальном или наклонном положении. Неспай и недоливы воз-
никают также при:
• недостаточной жидкотекучести металла и выбранном температурном интервале за-
ливки формы;
• случайных утонениях тела отливки;
• при искажении контура формы или смещении стержней при установке их в фор-
му или при заливке формы сталью.
Размещение плоской стенки небольшой толщины (6—8 мм) в нижней полуформе имеет
видимые преимущества по сравнению с расположением в верхней полуформе. К основ-
ным преимуществам относятся:
• сокращение пути продвижения потока жидкой стали к горизонтальной гонкой стен-
ке отливки, благодаря чему происходит меньшее охлаждение стали;
• в течение более длительного времени горизонтальная тонкая стенка в нижней по-
луформе «промывается» жидкой сталью, что позволяет получить более гладкую по-
верхность этой стенки отливки.
Представленная на рис. 6.1.4 отливка «Корпус насоса» имеет неспай. Он образовался от
недосаженного в знак формы стержня. В результате чего тот оказался смещенным в сторону
формы. От такого смещения на отливке образовалось тонкое тело и появился дефект «Неспай».
Правильная простановка стержней в знаковую часть исключила рассматриваемый дефект.
§4 . Образование окисных плен
Все малоуглеродистые сплавы, высоколегированные хромом, титаном, кремнием, алю-
минием и другими элементами, склонны к интенсивному пленообразиванию. Плена, об-
разующаяся на открытой поверхности сплавов в жидком состоянии, значительно сокра-
щает их текучесть и является причиной многих дефектов отливок, в том числе и неспая.
Процесс образования окисной плены тесно связан с температурой жидкой стали. При
любой температуре над открытой поверхностью жидкого сплава имеется парциальное дав-
206
Р а з Д в л 6
Рис. 6.1.5. Склонность к пленообразованию
малоуглеродистой стали в зависимости от ее легирования
пение кислорода и давление
диссоциации окислов. При ра-
венстве давлений возникают
условия существования плены,
которая развивается по мере
остывания сплава. В дальней-
шем, с повышением черноты
плены, остывание поверхности
через излучение ускорено по
отношению ко всей массе спла-
ва, в результате чего слой ме-
талла под пленой быстро зат
вердевает и упрочняется.
Плена, образовавшаяся до за-
вершения заливки, цепляется
за стенки формы и стержней,
разрывается, заворачивается и
завивается слоями поступаю-
щего сплава. И з-за этого отливка получается с пленами, неспаями, волнистостью, возможно
с пригаром, буграми на поверхности и недоливами [33].
Чем выше температура пленообразования, тем менее технологичен сплав и требуется
более высокий перегрев. Это влечёт за собой образование пригара и горячих трещин.
Окислительные процессы продолжаются и во время заливки стали из ковша и при
поступлении в полость формы.
Температура начала пленообразования является критерием технологичности легиро-
ванного сплава и определяет склонность стали к пленообразованию. Решающее влияние
на склонность стали к пленообразованию оказывает его химический состав. На рис. 6.1.5
приведена зависимость влияния легирования малоуглеродистой стали на склонность к
пленообразованию. Это влияние, очевидно, в большей мере зависит от сродства компо-
нентов с кислородом. Кроме этого, возможна зависимость склонности к пленообразова-
нию от сочетания компонентов.
Наибольшее воздействие на склонность стали к пленообразованию оказывают эле-
менты в следующем порядке убывания: алюминий, титан, хром и кремний. Их окислы резко
увеличивают вязкость поверхностного слоя стали, в результате чего на отливках появля-
ются плены, спаи, бугристость, недоливы и неспай.
Меры предупреждения брака по окисным пленам:
• повышение температуры залигки стали выше уровня начала пленообразования;
• максимально возможное сокращение продолжительности заливки форм; исполь-
зование литниковой системы с сифонным подводом металла; одностороннее на-
правление потоков металла в полости формы; увеличение припусков на механи-
ческую обработку поверхностей с пленооР>разованием;
• создание восстановительной атмосферы в форме путём окраски её обезвоженным
каменноугольным лаком, применяемым для изложниц. При этом рекомендуется
температура поверхности формы 70— 120°С;
• применение комплексного раскисления стали, например, алюминием и силико-
кальцием и выдержка стали в ковше перед заливкой формы.
На рис. 6.1.6 представлена отливка «Крышка», на верхней части которой имеется
дефект «Неспай» Появление дефекта вызвано недостаточной жидкотекучестью металла
Неслитины
и
недоливы
207
из-за повышенного содержания марганца и
серы. Последние образуют в металле суль-
фиды, которые, как и не растворившийся
графит и другие тугоплавкие неметалличес-
кие включения, понижают жидкотекучесть
металла.
§5. Использование припылов
и краски
1. Появление неспаев и недоливов при
литье в сырые формы можно устра-
нить применением теплоизолирую-
щих припылов и красок 114, 46].
Пористый и менее теплопроводный,
по сравнению с уплотненным мате-
риалом формы, слой припыла умень-
шает скорость охлаждения поступа-
ющего в форму чугуна и тем самым
улучшает заполняемость форм. По-
крытие стенок формы анетиленовои
копотью увеличивает заполняемость
формы на 35%, кварцевой мукой —
на 50%, мелом — на 75%. Эффект до-
стигается припыливанием графитом.
Рис. 6.1.6. Отливка «Крышка» с «Неспаем»
Рис. 6.1.7. Отливка «Коллектор» с «Неспаем»
гипсом, древесным углем.
2. Лучшей шполняемости формы способствуют теплоизолирующие противопригарные
краски, содержащие материалы с ни зким коэффициентом теплопроводности, на-
пример, молотый асбест, трепел, диатомит и др.
Использование теплоизолирующих припылов и красок при лигье в сырые формы спо-
собствует ликвидации неспаев. На рис. 6.1.7 представлена отливка «Коллектор» с дефек-
том «Неспай». Нанесение теплоизолирующего припыла на влажную форму ликвидирова-
ло возникновение дефекта.
§6. Утонение стенки отливки
Одной из причин возникновения дефекта «Неспай» является тонкая стенка в конст-
рукции отливки и утонение стенки в процессе изготовления формы.
В первом случае, если конструктор не может утолщать стенку, приходится повышать
температуру заливки чугуна или повышать
его жидкотекучесть, либо создавать громозд-
кую литниковую систему для подачи горячего
металла в опасное место.
Во втором случае утонение стенки выз-
вано, в основном, следующими нарушения-
ми технологии изготовления отливки:
• несвоевременный контроль за изно-
сом моделей и стержневых ящиков,
способствующих при сборке форм
получению тонких стенок;
Рис. 6.1.8. Отливка «Кронштейн» с «Неспаем»
208
Р а з д е л 6
• изготовление моделей и стержневых ящиков с отклонением от чертежей;
• использование оснастки без достаточного усиления жесткости конструкции при-
водит к получению деформированных форм и стержней;
• недостаточный контроль за износом штифтов и втулок в моделях и ящиках, шты-
рей и втулок в опоках;
• неправильное расположение и распределение питателей, исключающее подвод го-
рячего металла в места образования неспая;
• низкая полуформа верха и слабая формовочная смесь, приводящие к проседанию
верхней полуформы;
• приподнятые, смещенные или просевшие стержни, образующие утонение стенок
отливки.
При проседании формовочной смеси в опоке наблюдается утонение стенки отливки
между стержнем и формой. На рис. 6.1.8 представлена отливка «Кронштейн», в верхней
части которой дефект «Неспай» образовался по этой причине.
§7 . Вентиляция стержней и форм
Затрудненная вентиляция формы и стержня создает предпосылки для возникновения
неспая металла. При заливке металлом начинается интенсивная газификация горючих
составляющих формы и стержня. В форме и стержне создается избыточное давление газа,
который должен выходить через выпоры, наколы на верхней полуформе и газоотводы из
стержней и формы. Задача газоотводящих каналов состоит в том, чтобы они обеспечили
снижение давления газа в форме. При таких условиях металлостатическое давление бу-
дет больше суммарного.давления и газ не пойдет в металл.
Вентиляционные каналы для удаления из стержней и формы газов, выделяющихся в
процессе заливки, должны выполняться с таким расчетом, чтобы образующиеся газы уда-
лялись не через рабочую полость литейной формы, а через наколы и торцы знаков
(см. 1.2. §9).
§8 . Жидкотекучесть
Важным литейным свойством серого чугуна, оказывающим влияние на неспай, яв-
ляется жидкотекучесть (Ж) (в сантиметрах), которая чаще всего определяется по спиральной
пробе, отливаемой в песчаной или металлической форме. Ж возрастает с увеличением и
температуры заливки Тзал 129] и углеродного эквивалента жидкотекучести Сэж,
Сэж = C+l/(4*Si)+l/(2*P),
где: С — содержание углерода, %:
Si — содержание кремния. %;
Р — содержание фосфора. %.
Чем выше жидкотекучесть, тем качественнее идет заполнение литейной формы, и
ликвидируются дефекты неспай, недолив и другие.
При литье в песчаные формы Ж=Сэж+0,425*Тзал-826,5. Поэтому, чем ниже марка
серого чугуна и выше содержание фосфора, тем больше жидкотекучесть.
Влияние других элементов определяется, главным образом, изменением вязкости ме-
талла; при одновременно высоком содержании марганца и серы образуются сульфиды,
которые, как и не растворившийся графит и другие тугоплавкие неметаллические вклю-
чения в металле, понижают Ж. Устранением этих включений подбором шихты и соответ-
ствующей обработкой жидкого металла (десульфурацией, дегазацией, перегревом) замет-
но повышается Ж. С другой стороны, модифицирование серого чугуна графитизирующими
присадками (ФС75, силикокальцием и т.п.) в большинстве случаев несколько уменьшает
Неслитины
и
недоливы
209
Ж в связи с образованием графитной спели в расплаве (зародышевой фазы). Но если при
этом существенно уменьшается содержание газов и неметаллических включений, то Ж
может возрасти.
§9 . Подвод металла в отливку
Сталь
Основным требованием к литниковом системе для любого технологического процес-
са и любого литейного материала является обеспечение заполнения полости формы ме-
таллом без недоливов и спаев.
При производстве тонкостенных отливок больших габаритных размеров самые луч-
шие результаты получают при использовании тангенциальной заливки отливок, обеспе-
чивающей перемещение потоков металла в горизонтальном направлении [2|. На рисунке
6.1.9 представлена отливка «Рама экскаватора» с тангенциальным рассредоточенным под-
водом металла в отливку, при котором потоки заливаемого металла обеспечивают полу-
чение отливок без спая.
Рис. 6.1.9. Схема подачи металла к отливке «Рама экскаватора»
Симметричным расположением литниковой системы достигается равномерное дви-
жение металла через соответствующие питатели.
При определении числа и места подвода питателей к отливке необходимо учитывать,
что рассредоточенный быстрый подвод металла достаточным количеством питателей сни-
жает возможность образования неспаев и недоливов. Кроме этого, уменьшается местный
перегрев, снижается возможность образования пористости, горячих трещин и пригара.
Излишнее количество питателен вызывает удорожание отливки.
При выборе числа питателей для стальных отливок можно руководствоваться данными
таблицы 6.1.1.
210
Р а з д в л 6
Рис. 6.1.10. Различные варианты расположения стояка при симметричной заливке
Неслитины
и
недоливы
21 1
Таблица 6.1.1. Выбор числа питателей
Вес отливки, кг Преобладающая толщина стенок, мм
15 15-50 50
Рекомендуемое число питателен
<=10 1 - -
10—100 2-5 1-2 1
100-1000 2-8 2-6 1-2
100( - 3-10 2-6
При появлении неспаев следует взять граничное (увеличенное) число питателей и
расположить хотя бы один из них в зоне недолива или неспая. При этом заливаемая сталь
должна иметь верхний предел рекомендуемой температуры заливки и минимально возмож-
ное время заливки.
При определении питателей для стальных отливок с небольшими толщинами стенок
можно пользоваться следующими данными:
Толщина стенки отливки, мм 5-8 8-12 12-18
Наибольшее количество металла, протекающего через один питатель, кг 5 15 35
На рис. 6.1.10 представлены различные варианты (а—е) подвода металла к отливкам
при симметричном расположении питателей. Такое расположение питателей обеспечи-
вает оптимальную подачу металла в полость формы без образования неспаев.
Чугун
При неправильном подводе металла в отливку возможно получение дефекта неспай,
поэтому проектирование литниковой системы является важным этапом технологического
процесса и оказывает значительное влияние на качество и свойства получаемых отливок.
Выбором типа подвода металла и регулированием его потоков при заполнении формы можно
создавать необходимый режим охлаждения отливки, быстрое заполнение плоских поверх-
ностей. что исключит образование неспая. Дальнейшую информацию смотрите в 6.1. §3.
§10 . Заполняемость форм металлом
Заполняемость формы является важным моментом при ликвидации ряда дефектов
отливки. Заполняемость повышается при увеличении сечения стояка и литникового хода
и уменьшения их длины, так как это позволяет сохранить более высокую температуру ме-
талла при его поступлении в форму. Увеличение скорости заполнения (без разрушения
формы) увеличивает заполняемость (см. 3.1. §12).
§11 . Разное, или Советы бывалого
Сталь
К рекомендациям, улучшающим жидкотекучесть, облегчающим получение тонкостен-
ных отливок и устраняющим недоливы и неспай, относятся следующие:
1. Высокой жидкотекучестью обладают сплавы с низкой теплопроводностью, боль-
шой теплотой кристаллизации, высокой теплоемкостью и небольшим температур-
ным интервалом кристаллизации.
212
Р а з д е л 6
2. Степень воздействия температуры заливки, теплоаккумулируюшей способности
формовочной смеси и начальной температуры формы на способность к ее запол-
нению зависит от свойств сплава.
3. С повышением температуры заливки значительно улучшается жидкотекучесть
хромоникелевых сталей и незначительно — жидкотекучесть углеродистых ста-
лей.
4. Температура заливки тем больше влияет на жидкотекучесть, чем ниже тепло-
аккумулирующая способность литейной формы. При больших коэффициентах
теплоаккумуляции формы повышение температуры перегрева незначительно
влияет на жидкотекучесть сталей разного состава (легированных и углеродис-
тых).
5. Повышение теплоаккумулирующей способности литейной формы при прочих рав-
ных условиях оказывает большее влияние на жидкотекучесть легированных ста-
лей, чем на жидкотекучесть углеродистых сталей, что связано с относительно низкой
их теплопроводностью (стали Х18Н25С2Л, 1Х18Н9ТЛ и 1Х18Н9Л).
6. Обмазки или другие теплоизоляционные покрытия используют при ликвидации
неспая. При литье стали хорошие результаты получают используя обмазки, содер-
жащие тальк или цемент. Обмазки с графитом или жидким стеклом дают удовлет-
ворительные результаты при литье в кокиль.
Чугун
1. Конструкции отливок, имеющие неодинаковую толщину стенок, значительные
плоские поверхности приводят к нарушению течения металла при заполнении фор-
мы. По возможности такие конструкции отливок следует изменять или же созда-
вать сложные литниковые системы с подачей горячего металла в самые удалён-
ные участки формы. Одновременно целесообразно использовать повышение
температуры металла и его жидкотекучесть.
2. Причиной возникновения недолива или неспая могут служить изношенные мо-
дели или стержневые яшики, смешение моделей и стержневых ящиков из-за из-
ношенных штырей, штифтов, втулок, смещения нижней или верхней полуформы
из-за изношенных спаривающих элементов. Как известно, смешения могут при-
водить к утонению стенок отливки.
3. При заливке тонкостенных отливок в ряде случаев используют наклон опоки для
непрерывного течения металла. В этом случае возможно получение качественной
отливки. Ь дополнение к этому можно повысить температуру и жидкотекучесть
металла. При отсутствии наклона могут возникать газовые пробки и прерываться
течение металла. Наклон слецует выполнять так, чтобы над самой высокой точ-
кой отливки (после наклона) имелась достаточная высота верхней полуформы.
4. На неудовлетворительную заполняемость формы влияют:
• высокая влажность формовочной смеси,
• смеси с высокой газотворной способностью и низкой газопроницаемостью;
• формовочные и стержневые смеси с повышенной теплоаккумулируюшей спо-
собностью;
• избыток краски или клеевого шва на стержне;
• окислившийся или загазованный металл;
• излишняя раскисленность металла;
• избыток внешних добавок, приводящих к понижению температуры металла.
Неслитины
и
недоливы
213
Короткие рекомендации
1. Содержание углерода в стали до 0,8% слабо влияет на жидкотекучесть; чугун имеет
в среднем в 2 раза большую жидкотекучесть, чем сталь.
2. Повышение содержания кремния в стали повышает ее жидкотекучесть. Особен-
но резкое повышение жидкотекучести наблюдается у среднеуглеродистой стали при
изменении содержания кремния с 0,25 до 0,45%.
3. Повышение содержания Мп до 2% не оказывает заметного влияния на жидкоте-
кучесть. Высокомарганцовистые стали имеют лучшую жидкотекучесть, при более
низких температурах (1450—1500°С).
4. Прибавление до 4% Си к простой углеродистой стали повышает ее жидкотекучесть.
5. Ni при содержании его до 3,25% повышает жидкотекучесть углеродистой стали,
увеличение до 5% приводит к некоторому снижению жидкотекучести.
6. Сг при содержании до 1,5% не оказывает влияние на жидкотекучесть.
7. Добавка Мо или ванадия к простой углеродистой стали в количестве
0,25—1,0% приводит к некоторому понижению жидкотекучести.
8. Высокой жидкотекучестью обладают легированные меднокремнемарганповые и ни-
келькремнистые стали.
9. Малая добавка А1 при низкой температуре повышает жидкотекучесть. Добавка А1
до 0,2% снижает жидкотекучесть. При содержание А1 до 1,2%, сталь имеет низ-
кую жидкотекучесть, но после добавки окислов железа происходит повышение жид-
котекучести.
10. Сера снижает жидкотекучесть стали и чугуна, а фосфор увеличивает.
11. Добавка выше 0.6% Si к нержавеющей хромистой или хромоникелевой стали,
резко повышает ее жидкотекучесть вследствие образования жидкоплавких со-
единений.
12. Сталь, выплавленная в кислой печи, более жидкотекуча, чем в основной, так как
силикаты железа и марганца в ней находятся в жидком состоянии.
13. «Кипячением» стали в печи производится не только дегазация, но и удаление твер-
дых неметаллических включений.
214
Р а з д е л 6
Глава 6.2. Недолив
Описание дефекта
Недоливом называют дефект отливки,
выраженный в отсутствии ее части, располо-
женном главным образом в верхней по залив-
ке зоне или в местах, наиболее удаленных от
питателей. Иногда конфигурация отливки
выполнена, но внешние грани или углы по-
лучились несколько округленные — завален-
ные. Такой дефект называют недоливом ос-
трых кромок.
Расположение дефекта
Обычно недолив обнаруживают сразу же
после извлечения отливки из формы, а не-
заполнение углов и ребер — после очистки.
Так же, как и возникновение неспаев, обра-
зование недоливов зависит от характера за-
полнения формы расплавом. Образовавшийся недолив (обычный) характеризуется окис-
ленной поверхностью и закругленными торцами стенок
Формирование дефекта
Специфической причиной недолива острых углов и ребер может быть плохое смачи-
вание формы расплавом.
Причиной недолива может быть утечка металла в разъем формы, во внутреннюю по-
лость стержня [41] или через разрушенный участок формы. Такой недолив имеет вид уг-
лубления, края которого могут выступа! ь в виде заусенцев, примыкающих непосредственно
к поверхности формы. Иногда на поверхности углубления заметны оплавившиеся денд-
риты.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Температура заливаемого чугуна и стали
Сталь
Температура заливаемого металла оказывает влияние на возможность образования
неспая. недолива и других дефектов отливок.
Определение температуры заливки сводится к выбору необходимого перегрева ста-
ли. принимаемого сверх температуры начала затвердевания. При изготовлении отливок из
углеродистой и низколегированной стали разных марок чаще всего достаточно иметь пе-
регрев стали на 30—60°С, чтобы обеспечить удовлетворительную заполняемость литейных
форм. При изготовлении тонкостенных отливок и отливок с повышенными требования-
ми к неровности поверхности, неспаям и недоливам допускается наибольший перегрев стали
на 50—100°С (см. 1.2. §7).
Неслитины
и
недоливы
215
Чугун
Одной из причин образования недолива может быть недостаточные температура и
жидкотекучесть металла. Улучшить заполняемость формы можно повышением темпера-
туры чугуна до 1380°С, но при этом надо следить за появлением других дефектов, напри-
мер, усадочных раковин.
Жидкотекучесть чугуна можно увеличить путем приближения его углеродного экви-
валента Сэк к эвтектоидному, т.е. к равному 4,3%. Одновременно можно повысить со-
держание фосфора. Однако в этом случае надо следить за возможным снижением меха-
нических свойств чугуна и появлением склонности к трещинообразованию.
Для обеспечения требуемой температуры в ковш набирают металл, имеющий темпе-
ратуру на 50—70 градусов большую, чем надо для заливки.
На рисунке 6.2.1 показана отливка «Корпус вентиля», в верхней части которой име-
ется дефект «Недолив». Вызвано это недостаточной температурой заливаемого металла в
связи с длительной выдержкой металла в ковше.
§2 . Заливка форм металлом
Время заливки стали
Время заливки зависит от размеров и особенностей конструкции отливки, литейных
свойств определённой стали, теплоаккумулирующих свойств материала, формы и др. Для
получения тонкостенных отливок, имеющих развитую поверхность стенок, требуется умень-
шение времени заливки, чтобы не допустить образование недоливов и неспаев (см.1.4. §9).
Скорость заливки чугуна
Для получения качественного литья очень важными являются температура заливае-
мого чугуна и весовая скорость заливки. Это продиктовано конструкцией отливок и тех-
нологией их изготовления. Если учесть, что одни отливки подвержены газовым ракови-
нам, другие — усадочным, третьи — трещинам, четвертые — комбинации из перечисленных
и т.д., то становится очевидным индивидуальный подход по температуре и скорости за-
ливки металла. Например, для ликвидации раковин газовых окисленных требуется повы-
шенная температура чугуна и пониженная скорость заливки, а для ликвидации недолива
— повышенная температура и повышенная скорость заливки (в среднем на 10—15% от рас-
четной) (см. 1.4. §9).
Отливка «Задвижка», на рис. 6.2.2. имеет дефект «Недолив» в связи с низкой скорос-
тью заливки и недостаточно горячим металлом для такой тонкостенной отливки. При из-
менении места подвода питателей и их увеличения отливки не имели дефекта.
§3 . Неплотное прилегание полуформ
При неплотном прилегании полуформ, вызванном их недостаточным скреплением или
проседанием одной из полуформ, возможна вытечка металла из формы. Для предупреж-
дения вытекания металла по линии разъема при формовке по-сырому производят гладилкой
подрезку лада формы по периметру полости формы или литниковой системы. Глубина
подрезки 10—15 мм, расстояние подрезки от края полости формы 40—100 мм. Вместо под-
резки также используют буртики (обжимные пояски), отформованные моделью по пери-
метру формы и знакам.
Для того, чтобы предупредить подъем верхней полуформы при заливке, производят
скрепление полуформ с помощью груза, болтов, штырей с клиньями, скоб и др. В усло-
виях конвейерного или автоматизированного производства эта операция производится путем
216
Р а з д е л 6
Рис. 6.2.2. Отливка «Задвижка» с недоливом
Рис. 6.2.3а. Отливка «Корпус вентиля»
с дефектом «Уход металла»
Рис. 6.2.36. Фрагмент отливки «Корпус вентиля»
с дефектом «Уход металла»
Рис. 6.2. Зв. Вид дефекта (увеличено)
Рис. 6.2.4. Отливка «Каток» с уходом металла
Рис. 6.2.5. Отливка «Опора»
с дефектом «Недолив»
Неслитины
и
недоливы
217
механизированного нагружения форм. Неплотность прилегания полуформ не должна пре-
вышать 1 мм.
Для предотвращения вытекания металла по разъему также надо следить за размера-
ми формы от стенки опоки до модели. Для мелких отливок этот размер равен 20—30 мм,
для средних — 50—75 мм, для крупных — 125—175 мм.
Отливка «Корпус вентиля», представленая на рис. 6.2.3а, имеет явный дефект «Не-
долив». связанный с уходом металла по разъёму формы. На рис. 6.2.36 представлен фраг-
мент другой отливки «Корпус вентиля» с дефектом «Недолив», который произошёл из-
за частичной утечки металла. Дефект очень схож с раковиной «Пузыри подкорковые»
и многие специалисты классифицируют его именно так. Но при большом увеличении
(рис. 6.2.Зв) видна осевая линия с частично дендритной структурой, образующаяся при не-
большой подаче металла вниз с последующей усадкой. Раковина «Пузыри подкорковые»
имеет гладкую, ровную, блестящую поверхность.
На рис. 6.2.4 представлена отливка «Каток» с утечкой металла по линии разъема. Про-
изошло это из-за близкого расположения отливки к краю опоки и не полного прилега-
ния опок между собой.
§4 . Неудовлетворительная заполняемость формы металлом
Масса металла, набираемая в ковш, определяется суммарной металлоемкостью форм,
заливаемых из одного ковша, с учетом дополнительно набираемого (3—5% от объема ков-
ша) излишка металла для компенсации возможных переливов и погрешностей формов-
ки. Для массового производства количество металла уточняется опытным путем с целью
уменьшения сливов и предотвращения недолива форм. Металлоемкость заливочного ковша
(т) рассчитывается по следующей формуле:
М= (T/Ti)*Pi,
где: Т — допустимый интервал Тзал;
Ti — падение температуры металла в ковше за время заливки одной формы;
Pi — металлоемкость формы.
В металлоемкость формы входит отливка с литниковой системой. Расплав необходи-
мо заливать в форму непрерывно и равномерной струей. Форма носика ковша должна обес-
печивать круглое сечение струи расплава. Литниковую чашу или воронку следует держать
заполненной в течение всего времени заливки формы. Ковш должен быть расположен над
формой на высоте не более 100 мм для мелких форм и 200—300 мм — для крупных. Распо-
ложение литниковой чаши или воронки и размещение форм перед заливкой должны обес-
печивать удобный доступ к ним с ковшом.
Форма отливки «Опора» заливалась последней при недостаточном количестве металла
в ковше. В результате отливка получилась с недоливом, что показано на рис. 6.2.5. В дан-
ном случае нарушено правило заполнения ковшей металлом.
§5 . Подвод металла в отливку
Сталь
Основным требованием к литниковой системе для любого технологического процес-
са и любого литейного материала является обеспечение заполнения полости формы ме-
таллом без недоливов и спаев.
При производстве тонкостенных отливок больших габаритных размеров самые луч-
шие результаты получают при использовании тангенциальной заливки отливок, обеспе-
чивающей перемещение потоков металла в горизонтальном направлении (см. 3.1. §12).
218
Р а з д е л 6
Чугун
При неправильном подводе металла в отливку возможно получение дефекта «Недо-
лив», поэтому проектирование литниковой системы является важным этапом технологи-
ческого процесса и оказывает значительное влияние на качество и свойства получаемых
отливок. Выбором типа подвода металла и регулированием его потоков при заполнении
формы можно создавать необходимый режим охлаждения отливки, быстрое заполнение
плоских поверхностей, что исключит образование недолива.
§6 . Образование окисных плен
Все малоуглеродистые сплавы, высоколегированные
хромом, титаном, кремнием, алюминием и другими эле-
ментами, склонны к интенсивному пленообразованию.
Плена, образующаяся на открытой поверхности сплавов
в жидком состоянии, значительно сокращает их текучесть
и является причиной многих дефектов отливок, в том
числе неспая и недолива (см. 6.1. §4).
§7 . Жидкотекучесть
Чугун
Важным литейным свойством серого чугуна, ока-
зывающим влияние на недолив, является жидкотеку-
честь Ж (см), которая чаще всего определяется по спи-
ральной пробе (рис. 6.2.6), отливаемой в песчаной или
металлической форме (см. 6.1. § 8).
Необходимая минимальная жидкотекучесть Ж min.
устанавливается в зависимости от усредненной толщи-
ны стенок отливок и марки чугуна. Так, для чугунов
(СЧ20—СЧЗО) при спиральной пробе с площадью
сечения 50 мм2 рекомендуются следующие пределы
Ж min. (таблица 6.2.1).
Рис. 6.2.6. Проба на жидкотекучесть
Таблица 6.2.1. Пределы жидкотекучести серого чугуна
Толщина стенок отливки, мм Ж min., см
3-6 50-70
6-15 40-50
15-25 30-40
>25 20-30
Сталь
Жидкотекучесть — одно из важнейших свойств стали, влияющее на способность за-
полнять литейную форму и воспроизводить конфигурацию отливки. Основным фактором,
влияющим на жидкотекучесть, является изменение температуры сплава. Кроме этого, на
жидкотекучесть значительно влияет вязкость сплава, поверхностное натяжение, свойства
поверхности пленок, теплофизические параметры литейной формы. Изменение жидкоте-
Неслитины
и
недоливы
219
кучести в зависимости от температуры влияет на возник-
новение ряда дефектов. Низкая жидкотекучесть являет-
ся причиной образования недолива и неспая.
Жидкотекучесть данного сплава зависит, прежде
всего, от линейной вертикальной скорости заполнения
формы: ,
t
где: h — высота формы до основания прибыли, м;
t — продолжительность заполнения формы
до основания прибыли, с.
Жидкотекучесть непосредственно зависит и от тол-
щины стенок отливки.
В легированных сталях различные элементы по-
разному влияют на жидкотекучесть Углерод, никель и
кобальт повышают жидкотекучесть, а хром, молибден,
вольфрам, алюминий и титан — уменьшают. Это объяс-
няется образованием прочных окисных пленок, кото-
рые увеличивают внутреннее трение в сплаве, движу-
щемся в литейной форме.
Влияние содержания углерода и температуры ста-
ли на жидкотекучесть (по спиральной пробе) представ-
лено на рис. 6.2.7. Определение жидкотекучести угле-
Рис. 6.2.7. Зависимость
жидкотекучести от содержания
углерода при температурах заливки,
°C:
1 - 1600, 2- 1550;
3- 1500; 4- 1450
а) б)
Рис. 6.2.8. Сравнимые данные по жидкотекучести стали разных марок:
а) — при температуре заливли стали; б) — при температуре перегрева стали выше температуры ликвидуса
220
Р а з д е л 6
родистой стали по спиральной пробе пока-
зало, что с увеличением содержания углерода
жидкотекучесть повышается. Площадь попе-
речного сечения спирали составляла 0,5 см2.
Влияние температуры за тивки стали и
температуры перегрева легированных сталей
на жидкотекучесть представлено на рис. 6.2.8.
При изготовлении отливок из углеродистой
и низколегированной стали разных марок до-
статочно иметь перегрев на 30—60°С, а для из-
готовления из легированных сталей в сред-
нем на 60—90°С.
Зависимость изменения жидкотекучес-
ти стали и заполняемость формы в зависи-
мости от температуры заливаемого металла
представлена на рис. 6.2.9 [5]. Как видно из
рис. 6.2.9, жидкотекучесть сплава монель
(0,1% С; 1% Si; 1% Мп; 30% Fe; остальное —
Ni) почти одинакова со сплавом нимоник 90
Температура,С
Рис. 6.2.9. Изменение заполняемости
(черные точки) и жидкотекучести (белые точки)
в зависимости от температуры:
J и 5 — металл монель; 2 и 4 — нимоник 90;
3 и 6 — нержавеющая сталь
Заполняемость,%
(0,1% С; 0,5% Si; 0,5% Мп; 20% Сг; 16% Со; 2,4% И; 1,2% Al; 0,5% Fe; остальное - Ni).
Нержавеющая сталь типа 18-8 (0,05% С; 0,8% Si; 0,5% Мп; 18% Сг. 8% Ni; остальное —
Fe) уступает по жидкотекучести и заполняемости формы
Для получения высоких показателей литья, нержавеющая сталь указанного состава
требует перегрева при заливке примерно на 100—150°С, чтобы предупредить образование
плены, ухудшающей жидкотекучесть и заполняемость формы, и чтобы получить однородное
строение стали на поверхности отливки при достаточно высокой коррозионной устойчи-
вости литой корки.
Коэффициенты теплоак- Вертикально-линейная скорость
комуляции формовочных заполнения формы, мм,'сек
смесей
Рис. 6.2.10. Номограмма для определения оптимальной жидкотекучести стали
Неслитины
и
недоливы
221
При повышении содержания кремния от
0,5% до 2,5—3% сплавы на никелевой основе
показывают более высокую заполняемость
даже при неоольшом перегреве. Следователь-
но, для улучшения жидкотекучести, сплавы на
никелевой основе и никельсодержащие спла-
вы необходимо перегревать. Для улучшения
заполняемости формы, перегрев при заливке
не дал такого высокого положительного эф-
фекта, как изменение химического состава
сплава при повышении содержания кремния.
На рис. 6.2.10 представлена номограм-
ма для определения оптимальной жидкоте-
кучести. При определении оптимальной тем-
пературы литья необходимо выбрать такой
перегрев над ликвидусом, который бы обес-
печивал наряду со всеми другими требовани-
ями и удовлетворительную поверхность
стальных отливок. Оптимальная жидкотеку-
честь зависит от скорости заполнения фор-
мы, теплоаккумулирующей способности
формовочного материала и толщины стенок
отливки.
Отливка «Фланец», представленная на
рис. 6.2.11, имеет дефект «Недолив», связан-
ный с недостаточной жидкотекучестью ме-
талла и низкой его температурой. Причина
низкой жидкотекучести в повышенном со-
держании марганца и серы в металле. Пос-
ле контроля за качеством металла и соблю-
дением требуемой температуры, дефект не
появлялся.
§8 . Заполняемость форм
металлом
Заполняемость формы является важным
моментом при ликвидации ряда дефектов
отливки. Заполняемость повышается при
увеличении сечения стояка и литникового
хода и уменьшения их длины, так как это
позволяет сохранить более высокую темпе-
ратуру металла при его поступлении в фор-
му. Увеличение скорости заполнения (без
разрушения формы) увеличивает заполняе-
мость (см. 3.1. §12).
Сечения питателен в отливке «Корпус
вентиля» (рис. 6.2.12) имели недостаточную
пропускную способность металла, в резуль-
Рис. 6.2.11. Отливка «Фланец»
Рис. 6.2.12. Отливка «Корпус вентиля»
с недоливом
Рис. 6.2.13. Отливка «Тигель» с недоливом
222
Р а з д в л 6
тате чего он длительное время заполнял форму. Это привело к захолаживанию металла и
образованию недолива отливки. Использование расчетной литниковой системы позволило
получить качественную отливку.
Недостаточное сечение стояка и литникового хода приводит к увеличению времени
заливки, охлаждению металла, снижению его жидкотекучести. Представленная отливка (рис.
6.2.13) имеет недолив в верхней части отливки в результате недостаточного сечения пита-
теля и невысокой жидкотекучести металла.
§9 . Разное, или Советы бывалого
Сталь
Рекомендации, улучшающие жидкотекучесть, облегчающие получение тонкостенных
отливок и устраняющие недоливы и неспай, изложены в 6.1. §11.
Чугун
Конструкции отливок, имеющие неодинаковую толщину стенок, значительные плос-
кие поверхности приводят к нарушению течения металла при заполнении формы. По воз-
можности такие конструкции отливок следует изменять или же создавать сложные лит-
никовые системы с подачей горячего металла в самые удалённые участки формы.
Одновременно здесь можно использовать повышение температуры металла и его жидко-
текучести (см. 6.1. §11).
Короткие рекомендации
Содержание углерода в стали до 0,8% слабо влияет на жидкотекучесть; чугун имеет в
среднем в 2 раза большую жидкотекучесть чем сталь (см. 6.1. §11).
Раздел 7. Дефекты поверхности
---------- 223
Глава 7.1. Пригар
Описание дефекта
Пригаром называют слой на
поверхности отливки, состоящий
из оплавившихся частиц формо-
вочных материалов, пропитанных
основным сплавом, окислами его
компонентов и продуктами их вза-
имодействия с составляющими
формовочной смеси. Этот слой
прочно удерживается на поверхно-
сти отливки.
В большинстве случаев на-
блюдается пригар комплексный,
т.е. химико-механический. Терми-
ческий пригар сам по себе образу-
ется редко и является продолжени -
ем химического пригара.
Рис. 7.1.1. Фрагмент отливки с пригаром
Механизм формирования пригара
Образование пригара вызвано проникновением сплава в поры формы под действи-
ем капиллярных сил и давления металла на стенки формы. Проникновение расплава в поры
формы является первой стадиен процесса образования пригара, а второй его стадией яв-
ляется химическое взаимодействие окислов металла, содержащихся в расплаве (окислов
железа и легирующих элементов^ и окислов, содержащихся в формовочных материалах
Химическое взаимодействие расплава и формы усиливает проникновение металла в поры
формы.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Содержание в формовочной смеси
углеродосодержащих добавок
Для получения отливок с чистой поверхностью при формовке по-сырому в формо-
вочные смеси добавляют легко газифицирующиеся углеродосодержашие вещества. Распро-
страненной добавкой является молотый каменный уголь марок Г, Д или ПЖ. Каменноу-
гольная пыль для формовочных смесей должна иметь высокое содержание летучих веществ
(не менее 25%), низкое содержание серы (менее 1%) и выход «блестящего» углерода не менее
7—10% (см таблицу 7.1.1) [4, 50).
Содержание каменного угля в смеси зависит от толщины и массы отливки и не дол-
жно превышать 6% (обычно 1,5%). Каменноугольную пыль часто вводят в смесь вместе с
бентонитом в виде бентонито-угольной суспензии.
Вместо каменного угля в смесь добавляют битумную суспензию, мазут, нефтяной кокс,
древесный пек и др. Мазут дешевле каменноугольной пыли, проще вводится, имеет более
222
Раздел/
низкую температуру газификации, раньше угля создает в форме восстановительную атмос-
феру. Однако при этом выделяется большое количество газов, что вызывает опасность
образования газовых дефектов в отливках. Тем не менее, при хорошей вентиляции фор-
мы и стержня вероятность образования газовых раковин значительно снижается.
Следует отметить, что мазут снижает смачиваемость формы водой и ухудшает сани-
тарно-гигиенические условия в литейном цехе.
На ряде предприятий вместо молотого угля вводят кубовый остаток от дистилляции
жирных кислот, образующийся при переработке технических жиров и называемый ОДК.
По химическому составу — это смесь жирных кислот и неомыляемых веществ. Добавка ОДК
повышает текучесть смеси и улучшает чистоту поверхности чугунных отливок.
В качестве противопригарной добавки в единую формовочную смесь вводят до 1,5%
ССБ или СДБ, которые одновременно повышают текучесть смеси Введение в смесь от 0,1
до 0,5% крепителей КО, КВ или других исследованных органических веществ обеспечи-
вают улучшение противопригарных свойств и увеличение текучести.
Общее содержание органических добавок (угля, пека и т.д.) в составе формовочных
смесей не должно превышать 5—6%.
Таблица 7.1.1
Количество «блестящего» углерода, выделяющегося из различных смесей
Материал Блестящий углерод, % Содержание материала (добавки) в составе смеси, %
Из материала Из формовочной или стержневой смеси
Древесная мука 3 0 03 1
Каменноугольная пыль 10 0,4 4
Гранулированный пек 40 0,4 1
Синтетическая угольная добавка 16 0,4 2,5
Фурано- формальдегидная смола 2 0,04 2
Мочевино- формальдегидная смола 12 0,24 2
Полистирол 58 - -
Отсутствие углеродосодержащих добавок в составе формовочных смесей способству-
ет увеличению пригара. На рис. 7.1.2 представлена отливка «Крышка люка» с местным при-
гаром. Введение в состав смеси мазута практически полностью ликвидировало дефект.
§2 . Температура заливаемого металла
Сталь
Температура заливаемого металла ока иявает влияние на образование пригара. Чем выше
температура стали, тем интенсивнее идет образование пригара. В связи с этим следует, по
возможности, ограничить температуру заливки до рекомендуемой. Определение температуры
сводится к выбору необходимого понижения температуры стали, принимаемого сверх тем-
пературы начала затвердевания. При изготовлении отливок, склонных к пригару (тол-
стостенные с местными скоплениями металла и др.) допускается минимальный перегрев
стали на 10—40°С и ниже. Это относится к отливкам, на которых возможно возникнове-
Дефекты поверхности
225
ние газоусадочных раковин, открытых и закрытых усадочных раковин, усадочной порис-
тости, пригара (см. 1.2. §7).
Чугун
Температура заливаемого чугуна играет важную роль при формировании пригара.
Пригар образуется в случае проникновения расплава чугуна в форму на глубину, превы-
шающую радиус зерна песка. Чем выше температура металла, больше его контакт в жид-
ком состоянии с формой, тем создается большая вероятность формирования пригара.
Под действием высокой температуры изменяются свойства песка и глины в поверх-
ностных слоях формы происходит их спекание и оплавление. Одновременно, проникший
в форму чугун начинает интенсивно окисляться, происходит взаимодействие окислов железа
с составляющими формовочной смеси и образование легкоплавких соединений. С повы-
шением температуры заливаемого чугуна уменьшается стойкость поверхностного слоя
формы. Причем стойкость смесей на основе бентонитов невысока, так как огнеупорность
бентонитов ниже, чем каолинитов.
Следовательно, для снижения пригара необходимо снизить температуру заливаемого
чугуна (примерно до 1320°С, если позволяет конструкция отливки). Если при этом будет
выявлена тенденция к появлению других де-
фектов (газовые раковины, трещины и др.),
можно несколько повысить температуру за-
ливаемого чугуна, но при этом для снижения
интенсивности химической стадии образова-
ния пригара уменьшить окисленность зали-
ваемого чугуна. Осуществляют это раскисле-
нием чугуна до заливки и введением в состав
смесей специальных органических добавок
(уголь, пек, битум, мазут), создающих восста-
новительную атмосферу в форме.
На рис. 7.1.2 представлена отливка
«Крышка люка» с дефектом «Пригар». Дефект
образовался в результате повышенной темпе-
ратуры заливаемого металла, выплавленного
в индукционной печи. Форма, изготовленная
из влажной песчаноглинистой смеси, была без
противопригарного покрытия.
Рис. 7.1.2. Отливка «Крышка люка» с пригаром
§3 . Местный перегрев формы
Для исключения местного перегрева формы при ее заполнении сталью и образова-
ния увеличенного пригара рекомендуется принимать во внимание следующее:
1. Металл необходимо заливать в форму по наиболее коротким путям и одновременно
через достаточное количество питателей, чтобы не допускать местного разогрева
формы, особенно сырой песчано-глинистой.
2. Не располагать питатели в непосредственной близости от выступающих частей формы
и, как следствие, не допускать удара струи металла в вертикальную стенку формы.
3. Необходимо соблюдать принцип последовательности при заполнении крупной фор-
мы сложной конструкции, а именно подавать первые порции металла сифоном,
последующие — под затопленный уровень. Этим достигается спокойное затопле-
ние формы сталью без особого разогрева отдельных ее частей.
226
Раздел/
4. При изготовлении отливок увеличенной металлоемкости в песчано-глинистых
формах места подвода металла в форму выполнять стержневыми вставками из огне-
упорных материалов.
5. Важным является правильный выбор места подвода металла в форму. Его выби-
рают в каждом отдельном случае в зависимости от размеров отливки, ее конфи-
гурации, материала, технических требований при обработке и т.д. Для снижения
пригара необходимо:
• рассредоточение подвода металла с направлением питателей вдоль простенков
формы;
• расширение устья питателей;
• максимальное ограничение высоты свободного падения потоков металла из
пи гателей;
• подводить металл в утолщенные части отливки, если это не нарушает условия
питания отливки.
§4 . Облицовочные смеси
Облицовочные смеси являются эффективным средством борьбы с пригаром.
Сталь
В качестве облицовочных нашли широкое распространение быстротвердеющие жид-
костекольные песчано-глинистые смеси, используемые при производстве отливок как из
углеродистых, так и из легированных сталей. Составы облицовочных быстротвердеюших
смесей приведены в таблице 7.1.2 [50].
Таблица 7.1.2. Смеси облицовочные быстротвердеющие
Отливки Состав смеси в вес. % Влаж- ность, % Газо про- ница- емость, ед Предел прочности
Отра- ботан- ная смесь Песок КО2А, КО16 Глина в поро- шке Общее глино- содер- жание Жидкое стекло, содо- вое* Едкии натр Мазут На сжатие (по- сырому), кг/смг На разрыв (по- 1сухому), кг/смг
Мелкие и средние 50 50 4-8 5-7 0.5-1,5 4,5-5,5 70 0,25-0,35 >8
Средние 25 75 До 5 7,0 1,0 0,5 3-5 80 0,25-0,35 >8
Крупные 100 2-3 До 5 6,5-7,5 1,0 0,2-0,3 3-4,5 180 0,2-0,35 >12
Общего назначе- ния 30 69 1,0” 5,2** 1.1 0,6 2,6-3,0 150 0,18-0,27 10-18
* Если вместо содового применять сульфатное жидкое стекло, необходимо его содержание увеличить на 15%.
* * Содержание глины уточняется в зависимости от содержания глины в отработанной смеси; жидкое стекло
модуля 2,6-2,8.
Дефекты поверхности
227
Облицовочные смеси на основе хромомагнезитовых, хромитовых и цирконовых на-
полнителей используются для крупных, тяжелых отливок с увеличенной толщиной сте-
нок и высокой температурой заливаемого расплава. Толщина облицовочного слоя хромо-
магнезитовых смесей не превышает 10—15 мм из-за недостаточной газопроницаемости.
Некоторые составы высокоогнеупорных смесей приведены в таблице 7.1.3.
Таблица 7.1.3. Смеси высокоогнеупорные для стального литья
Отливки Состав смесей, % Влажность, % Газопрони- цаемость, ед. Предел прочности
Связующие материалы Высокоогнеупорные материалы На сжатие по-сырому, кг/см2
Крупные, массой более 5000 кг, толщина стенки 40 мм Жидкое стекло 7,5 Хромомагнезитовый порошок 100 5-6 50-70 0,2-0,3
Особо крупные и тяжелые, массой более 5000 кг Сульфитная барда 0,75-3,0 Хромит 100 5-6
Не > легированные стали Глина 2,5 Крепитель СБ 2-3 Цирконовый песок 3-5 40-130 0,3-0,45
Таблица 7.1.4. Смеси облицовочные для чугунного литья
Масса отливки, кг Толщина стенки, мм Обработан- ная смесь, вес, % Свежие мате- риалы, вес, % Каменный уголь, вес,% Влаж- ность, О/ /о — Газопрони- цаемость, ед. Предел прочности на сжатие, кг/см2
ДО 20 До Ю 78-59 20-38 2-3 4,5-5 30-50 0,3-0,5
до 200 До 25 75-45 22-50 3-5 4,5-5 40-60 0,3-0,5
до 1000 более 25 70-40 27-55 3-5 4,5-5,5 60-80 0,4-0,6
до 200 До 25 60 37 3% от мазута 4,5-5 60-70 0,4-0,6
до 200 До 25 60 38 2% от древесной муки 5-6 50-60 0,3-0,5
Чугун
Облицовочная смесь применяется в условиях единичного, серийного и массового
производства. Она наносится вокруг модели слоем 15—20 мм в зависимости от толщины
стенки отливки. Облицовочная смесь непосредственно соприкасается с жидким металлом
и подвергается наибольшему тепловому и физико-химическому воздействию. В состав об-
лицовочной смеси вводится значительное количество свежих материалов, чтобы улучшить
технологические свойства смеси и обеспечить получение качественной отливки без при-
гара, с чистой поверхностью. Облицовочную смесь применяют при изготовлении крупных
228
Раздел/
отливок, ответственных отливок среднего развеса и в тех случаях, когда единая смесь при-
водит к значительному браку отливок.
Для облицовочной смеси приготавливают свежие материалы, состоящие из 8—12%
глины и кварцевого песка марки 016—0315. Составы некоторых облицовочных смесей при-
ведены в таблице 7.1.4 [50].
Иногда для повышения качества поверхности чутунных отливок ответственного назна-
чения (блоки цилиндров, головки блоков, корпус трансмиссии и др.) используют облицовочную
смесь в массовом производстве. Например, использование облицовочной смеси на ряде за-
водов позволило значительно улучшить качество поверхности отливок из серого чугуна.
§5 . Время простоя собранных форм
Для снижения образования пригара рекомендуется ограничить длительность простоя
собранных форм. Вызвано это образованием повышенной влажности на рабочей поверх-
ности формы, что способствует образованию увеличенного пригара при контакте с зали-
ваемым металлом.
При выдержке собранных форм по-сырому с использованием стержней, уже через 30
минут происходит их увлажнение, начиная от знаков и на всю окрашенную поверхность.
Процессу переноса влаги на стержень сопутствует повышенная гигроскопичность краски.
Стенки крупных литейных форм просушивают обычно на глубину до 80 мм, поэтому
при длительном простое собранных сухих форм, особенно горячих, влажность просушен-
ных частей резко повышается.
Из-за влажности воздуха в полости формы поверхность холодильников через неко-
торое время покрывается влагой. Скорость развития данного процесса ещё более возрас-
тает, если использованы только закрытые прибыли. Длительный простой собранных форм
вызывает одновременно с пригаром образование светлых газовых раковин и ужимин. Свет-
лые газовые раковины вызваны разложением воды с выделением атомарного водорода,
адсорбирующегося на поверхности металла с последующим переходом в молекулярную
форму и образованием раковин.
Рекомендуется следующая длительность простоя собранных форм:
• при формовке по-сырому — до 1 часа;
• сухих форм — 1 сутки при сборке в холодном состоянии. Форму заливать после
накрытия верхней полуформы.
§6 . Противопригарные покрытия
Наиболее эффективным способом предотвращения пригара является нанесение на
поверхность формы противопригарного покрытия.
Противопригарная краска представляет собой суспензию, состоящую из порошкооб-
разного огнеупорного наполнителя, связующего компонента и стабилизатора, равномер-
но распределенных в дисперсной среде (воде или органической жидкости). В массовом
производстве противопригарные материалы наносят на поверхность сырых форм в виде
суспензий путем пульверизации. Такой метод увеличивает связь покрытия с формой и
полностью изолирует зерна формовочной смеси от соприкосновения с металлом. Если в
качестве растворителя применяют воду, то перед заливкой водные покрытия следует про-
сушивать. Состав красок для сырых форм приведен в таблице 7.1.5 |46|.
При формовке по-сырому, для получения чистой поверхности отливки, форму при-
пыливают через мешочек графитом (для чугунного литья) или пылевидным кварцем, цир-
коном, магнезитом, алюминиевой пудрой (для стального литья). Для лучшего удержания
на вертикальной поверхности стенок формы сухого противопригарного покрытия, его
Дефекты
поверхности
229
Таблица 7.1.5. Состав красок для сырых форм
Материал Содержание компонентов красок, % масс.
1 2 3 4 5 6% объем
1 рафи'1 скрытокристаллическии - 20 - - - 20-25
Графит кристаллический 20 20 46,1 - 33 30-20
1 альк - - - 48,6 - -
Резиновый клей - - - 5,2 - -
Мазу1 - 5 - - - -
ССБ, СДБ или патока - - - - 33 -
Поливинилацетатная эмульсия (ПВАЭ) - - 7,8 - - -
Уайт-спирит 40 - - - - -
Керосин - 55 - 46,2 - 40-55
Машинное масло - - - - - 5
Асфальтовый лак БТ-5101 40 - - - - -
Вода - - 46.1 - 34 -
Таблица 7.1.6. Краски для углеродистых сталей
Материал Содержание компонентов красок ,% по массе
1 2 3 4
Пылевидный кварц 100 78 - -
Г лина огнеупорная 1-3 - - -
Бентонит - 2 2 -
Дистен-силлиманит - - 78 До 1,5 г/см3
Хлористый калий или натрий 0,2-1,5 - - -
ЛКБЖ 2—4 6 - -
Алюминиевая пудра 1-5 - - -
Подмыленный щелок 3-6 6 - -
Марганцевая руда - 8 - -
Г идрол(плотность 1,32 г/см3) - 20 -
ПВАЭ I - - 1 об. ч
Вода До плотности 1,4-1,7 г/см3 До плотности 1,6-1,8 г/см3 До плотности 1,5-1 55 г/см3 1 об. ч
плакируют легкоплавкими кристаллогидратами [AJNH4(SO4)2 12Н2О; NaH РО4-12Н2О;
A1(NO2)3 -9Н,О; триполифосфатом натрия и другими. Подготовленные компоненты (про-
тивопригарный порошок и кристаллогидрат) в течение 3—5мин перемешивают в лабора-
230
Раздел/
торных бегунах. Вместо кристаллогидратов можно использовать легкоплавкие некоксую-
щиеся соединения углеводородного ряда — парафин, стеарин, канифоль, воск и др. В пос-
ледние плакирующие составляющие рекомендуется вводить 20—30% коксообразуюшего
вещества (битум, пек, фенольные смолы и другие).
Цирконовые покрытия форм применяются для сложных отливок. Толщина покры-
тия для тонкостенных отливок составляет 0,1 мм, для толстостенных отливок доходит до
0,5 мм. В качестве огнеупорного покрытия используется хромомагнезит, дистен-силлиманит,
хромистый железняк (хромит) корунд. Составы красок для углеродистых сталей приве-
дены в таблице 7.1.6.
Для предотвращения пригара используются противопригарные пасты. В качестве про-
тивопригарной основы используют хромомагнезит, металлургический магнезит, хромис-
тый железняк, циркон. Пасты на основе хромомагнезита и хромистого железняка реко-
мендуется использовать для средних и крупных отливок, которые в обычных условиях
получаются с пригаром. Составы красок для легированных сталей приведены в таблице
7.1.7.
Таблица 7.1.7
Краски для углеродистых легированных сталей
Материалы Содержание компонентов красок, % по массе
1 2 3 4 5 6 7 8
Цирконовый концентрат 90
Циркон обезжелезненный 88 87 50% по объем. 47% по объем. 70
Хромистый железняк (хромит) 88 100
Хромомагнезит
Жидкое стекло 10 Плотность 1,25-1,26 г/см3
Декстрин 2 0,2
Патока, плотность 1,35 г/см3 10
Бентонит 3 3,5 2
ЛКБЖ 10 г 7
4%-ный раствор КМЦ 30
Смола ПК-104 (сверх 100%) 5 *
Патока 10-12
I идрол, плот. 1,05 г/см3 40-50
Вода (сверх 100%) 30 До плотн. 1,8-1,9 г/см3 До плот. 1,85-1,9 г/см3 42,5 До требуе- мой плотно- сти
Дефекты поверхности
231
§7 . Термостойкие смеси
При невозможности получения отливок без пригара с использованием формовочных
материалов на основе кварцевого песка или же противопригарной краски и паст с высо-
коогнеупорными наполнителями, для изготовления форм и стержней применяют высо-
коогнеупорные формовочные и стержневые смеси. В качестве наполнителя используют-
ся хромистый железняк, хромомагнезит, циркон, оливин, шамот и другие химически
инертные материалы. Такие смеси обычно используют при изготовлении крупного тол-
стостенного специального литья.
Высокоогнеупорные материалы дороже кварцевого песка, поэтому их используют для
приготовления облицовочных смесей, а в ряде случаев из них выполняют только отдель-
ные участки формы или стержня, особо подверженные пригару.
Из высокоогнеупорных материалов наибольшее применение получил хромистый же-
лезняк (хромит), как наиболее дешевый. Перед использованием сухой хромит подверга-
ют высокотемпературной сушке при 300—380°С, потери при этом не должны превышать
2%. При больших потерях температуру сушки повышают до 400—450°С, что крайне неже-
лательно из-за некоторого ухудшения качества смеси. Более целесообразно применять для
изготовления форм обожженный при 900—1100°С хромит, молотый бой хромомагнезито-
вого кирпича или же их смесь. Хромитовые смеси приготавливаются на тех же связующих
материалах, что и кварцевые.
В качестве противопригарной, можно использовать смесь (мае. ч.): 100 — хромомаг-
незита, 7—8 - жидкого стекла, 0,1—0,15 — нефтяного мыла.
§8 . Захолаживающие литейные формы
Повышение теплоаккумулирующей способности отдельных частей формы, в местах
расположения которых возможно образование пригара, положительно сказывается на резком
снижении или полной ликвидации пригара на отливках из стали. Это становится возможным
при использовании смесей с добавлением стальной дроби или применении хромитовой или
хромомагнезитовой смесей для облицовки подвергаемых длительному тепловому воздей-
ствию участков формы. Такие мероприятия наиболее эффективны при изготовлении
отливок с толщиной стенок не более 50 мм. При этом достигается ускорение процесса
затвердения и последующего охлаждения отливки до температуры, предотвращающей
проникновение легкоплавких окислов железа FeO и эвтектики системы FeO — SiO2 в фор-
мовочную смесь и образования пригара.
Использование зохолаживающих смесей и холодильников способствует также созданию
лучшей направленности затвердевания отливки. Кроме этого, смеси инертны к окислам
железа, а их спекшаяся пленка предотвращает проникновение легкоплавких соединений
в смеси. Это позволяет использовать данные формовочные материалы при изготовлении
массивных отливок.
§9 . Прочность литейной формы
На проникновение металла в форму и образование пригара влияет степень уплотне-
ния смеси. Проникновение металла в поры формы уменьшается наиболее эффективно при
увеличении давления прессования формовочной смеси до 10 кгс/см2.
Поверхностная твердость формы во влажном состоянии зависит от зернового соста-
ва песка, влажности, содержания глины, ее связующей способности, а также от плотнос-
ти. Прочность формовочной смеси создает глинистая оболочка, в состав которой кроме
глины и воды, входят противопригарные добавки (каменный уголь, мазут и др.), органи-
232
Раздел/
ческие связующие материалы и балластные материалы — продукты распада глин и связу-
ющих при высокой температуре.
Балластные материалы инертны по отношению к воде и их накопление в смеси сни-
жает прочность, газопроницаемость и противопригарные свойства. Уменьшение содержания
глины при одновременном снижении влажности положительно сказывается на всех тех-
нологических свойствах формовочной смеси. Пластичные маловлажные смеси можно по-
лучать следующими способами [26]:
• использовать более дисперсные монтмориллонитовые глины вместо каолинито-
вых;
• сочетать монтмориллонитовые глины с небольшими добавками связующих мате-
риалов , способных образовывать в воде гели повышенной вязкости;
• активировать воду, входящую в состав глинистой оболочки, добавками ПАВ.
Для снижения пригара необходимо иметь формовочную смесь с требуемыми физи-
ко-механическими и технологическими свойствами. Увеличение активной глины в составе
смеси повышает прочность и текучесть, снижает осыпаемость и вероятность образования
пригара.
Содержание активной глины в смесях для формовки по-сырому должно быть не ме-
нее 8%.
Для увеличения прочностных и технологических свойств единой формовочной сме-
си используют следующие добавки:
• ДС-РАС и контакт Петрова. Уменьшают вязкость глинисто-угольной суспензии
и дают возможность увеличить в ней содержание глины, причем смеси не обсы-
хают и не имеют повышенной осыпаемости при снижении влажности;
• крахмалит — порошок, получаемый при термической обработке крахмало-белко-
вой суспензии кукурузы; имеет влажность не более 12%, набухаемость в холодной
воде 13—16 мл/г, насыпную массу 0,25—0,35 г/см3. Используется в формовочной
смеси в количестве до 0,1% для ответственного чугунного литья с целью повыше-
ния поверхностной прочности сырых форм;
• понизитель вязкости ПФЛХ. Повышает прочностные свойства смесей, текучесть,
обеспечивает стабильность свойств при изменении влажности, снижает вязкость
глинисто-угольной суспензии.
§10 . Толщина корки затвердевшей стали
Быстрое формирование корки затвердевшего металла в форме в большинстве случа-
ев оказывает влияние на уменьшение пригара. В то же время медленное образование кор-
ки металла способствует появлению пригара, иногда в ярко выраженном виде (увеличен-
ный). Поэтому представляет интерес ознакомиться с условиями формирования корочки
металла при его движении в форме. На рис. 7.1.3 представлено влияние температуры ме-
талла и времени его течения на толщину затвердевшей корки [25].
В случае заливки стали при температуре, близкой к точке кристаллизации (1510°С),
процесс затвердевания происходит одинаково на различных расстояниях от начала пита-
ния [46]. Затвердевание начинается сразу же после соприкосновения металла со стенка-
ми формы. В случае заливки стали при более высокой температуре — 1550°С, затвердева-
ние происходит тем медленнее, чем ближе к питателю расположен соответствующий участок.
В случае заливки стали при высокой температуре — 1600°С, кривые затвердевания для уча-
стков, близких к началу потока, еще более деформируются. На первых 100—200 мм от ме-
ста подвода питателя затвердевание металла начинается только через некоторый проме-
жуток времени после его соприкосновения с поверхностью формы. На больших расстояниях
Де ф е к т ы
поверхности
233
Время, с Время, с Время, с
Рис 7.1.3. Кривые затвердевания стали в песчаной форме
в движущемся потоке для различных температур заливки:
1 — начальный участок потока; 2 - на расстоянии 60—120 мм от начала канала;
3 - на расстоянии 120— 180 мм; 4 - на расстоянии 180—240 мм;
5 -на расстоянии 420-480 мм; 6- на расстоянии 480-540 мм
от начала потока, где перегрев снимается, различие в скоростях затвердевания на различ-
ных расстояниях перестает сказываться.
Следовательно, температура заливки и снятие перегрева по длине потока оказывают
решающее влияние на начало затвердевания, характер нарастания корки в начальной стадии
затвердевания и на образование пригара.
§11 . Заполняемость форм металлом
Заполняемость формы является важным моментом при ликвидации ряда дефектов
отливки.
Заполняемость повышается при увеличении сечения стояка и литникового хода и
уменьшения их длины, так как это позволяет сохранить более высокую температуру ме-
талла при его поступлении в форму. Увеличение скорости заполнения (без разрушения
формы) увеличивает заполняемость (см. 6.1. §10).
§12 . Разное, или Советы бывалого
1. Конструкция отливки повышает опасность образования пригара в острых углах со-
пряжения стенок, выступающих частях и тепловых узлах отливки.
2. Близкое расположение элементов литниковой системы (стояк, прибыль, выпор,
шлакоуловитель) к форме создают дополнительное тепловое воздействие на смесь,
способствуя повышению пригара.
234
Раздел/
Протекание по поверхности отливки большого количества метатла или медлен-
ная заливка формы, приводят к перегреву участков формы и возникновению при-
гара. Повышение жидкотекучести металла оказывает большое влияние на увели-
чение скорости заполнения формы и снижает перегрев ее поверхности.
Металлостатическое давление значительно влияет на пригар. С повышением дав-
ления металла увеличивается пригар.
3. Недостаточное количество, неправильно расположенные или заглушенные венты
приводят к некачественному надуву стержня. Образующаяся рыхлость стержня, в
свою очередь, способствует возникновению пригара. Аналогичный дефект мож-
но получить при низком давлении воздуха. Это наиболее распространенный де-
фект при надуве стержневой смеси в ящик.
4. Зачистка, опиловка или шлифовка стержней приводят к получению грубой повер-
хности стержня. Даже в окрашенных стержнях на этой поверхности возникает
опасность возникновения пригара, потому что на зачищенной поверхности откры-
вается доступ к более пористой части стержня.
Недостаточно просушенные покрытия могут легко растрескаться или шелушить-
ся в результате испарения влаги при высокой температуре. При контакте с металлом
возникает пригар.
Опасность возрастания пригара увеличивается, если отливку оставить в форме и
не выбивать в горячем состоянии.
Глава 7.2. Ужимины
Описание дефекта
Ужимины возникают в резуль-
тате быстрого нагрева рабочей по-
верхности формы и представляют
собой утолщения на поверхности
отливки, под которым находится
полость, заполненная формовоч-
ным материалом. В зависимости
от условии образования ужимины
могут иметь вид неглубоких вытя-
нутых канавок или впадин, тонких,
плоских, неправильной формы
наростов, сопровождающихся зна-
чительными песчаными включени-
Рис. 7.2.1. Отливка «Балансир» с дефектом «Ужимина»
ями.
Механизм формирования ужимин
В процессе заливки поверхностные слои фирмы быстро высыхают а испаряющаяся
из них влага перемешается в менее прогретые слои формы, где конденсируется, образуя
зону с низкой прочностью и значительно повышенной влажностью при температуре
около 100°С. Одновременно начинается расширение формовочной и стержневой смесей,
сопровождающееся объемными и линейными расширениями формы.
Дефекты поверхности
235
Под действием этих напряжении возможно отслоение и разрушение поверхностной
корки формы вдоль зоны конденсации влаги. Заполняющий форму металл воспроизво-
дит дефект отслоения поверхности формы, в результате чего на поверхности отливки фор-
мируются дефекты, называемые ужиминами. Форма данного дефекта отливок может быть
в виде борозд, просечек, плены и других формообразований.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Формовочные смеси для снижения ужимин
Для предотвращения ужимин подбирают формовочные смеси с низким коэффици-
ентом термического расширения, обладающие достаточно высокой способностью к релак-
сации напряжений. Наиболее эффективно снижают напряжения древесная и злаковая мука,
сульфитная барда, молотый каменный \толь. Эффективным является каменный уголь (раз-
мер фракции 0,05—0,315 мм), который при температуре 340—380°С без доступа воздуха пре-
вращается из твердого в пластическое состояние, а затем при 480—500°С постепенно зат-
вердевает, образуя пористую массу.
Для снижения ужимин в состав формовочной смеси вводят асбестовую и торфяную
крошки, представляющие собор волокнистые вещества. При приготовлении смеси они
равномерно распределяются в ее массе, а при изготовлении формы как бы армируют ее.
В процессе заливки формы металлом армирующие волокна не дают возможности отсло-
ившейся корке формы обламываться и затекать под нее металлу, что предотвращает об-
разование просечек и ужимин. Наибольший эффект при их ликвидации достигается в со-
вместном введении размягчающихся и армирующих добавок.
При чрезмерном поверхностном уплотнении формовочной смеси возрастает опасность
образования ужимин, поскольку значительно возрастают температурные напряжения и мо-
дуль упругости уплотненные формовочной смеси. Под действием этих напряжений возмож-
но интенсивное расширение, отслоение и разрушение переуплотненного слоя смеси. Следо-
вательно, для снижения возможности образования ужимин поверхностную твердость формы
в местах возникновения ужимин рекомендуется держать в пределах 50 ед. (по твердомеру).
Плотно набитые формы (с повышенной твердостью до 80—90 ед.), при наличии плоских
поверхностей и повышенной температуры, проявляют склонность к возникновению ужимин.
На рис. 7.2.2 представлена отливка «Крышка стола» с ужиминами из-за повышенной твер-
дости формы.
§2 . Влажность формы
При заливке влажной формы жидким металлом происходит интенсивное проникнове-
ние влаги вглубь формы с образованием переувлажненного слоя. В этот момент образуется
реальная возможность образования ужимин по переувлажненному слою, прочность кото-
рого невысока. Повысить прочностные свойства зоны конденсации влаги можно за счет:
1) активации глинистых составляющих с понижением влажности смеси. В этом случае
можно идти по двум направлениям:
• используя в качестве глинистой составляющей активированного суспензион-
ного бентонита, значительно превосходящего по прочностным свойствам ог-
неупорную глину. Это приведет к уменьшению содержания связующей компо-
зиции в составе смеси и. следовательно, к уменьшению ее влажности при
сохранении высокой прочности;
236
Раздел/
Рис. 7.2.2. Отливка «Крышка стола» с ужиминой
Рис. 7.2.3а. Отливка «Колесо рабочее»
с ужиминой
Рис. 7.2.4. Отливка «Опорный стол» с ужиминой
Рис. 7.2.36. Фрагмент поверхности отливки,
где после механической обработки вскрылись
газовые раковины
Рис. 7.2.5. Отливка «Плита» с ужиминой
Рис. 7.2.6а. Отливка «Коллектор»
сужиминой
Рис. 7.2.66. Фрагмент отливки
с ужиминой (увеличено)
Дефекты поверхности
237
• активация глинистой составляющей определенным количеством кальциниро-
ванной соды. В этом случае также происходит повышение прочности смеси в
зоне конденсации влаги;
2) введения в состав смеси производных крахмала и целлюлозы, например, крахма-
лита, представляющего собой порошок, получаемый при термической обработке
крахмало-белковой суспензии кукурузы. Используется в формовочной смеси для
ответственного литья в количестве до 0,1% с целью повышения поверхностной проч-
ности сырых форм. В зоне конденсации влаги, нагретой до 100°С, они энергично
поглощают влагу и предотвращают смесь от отслоения. Рекомендуемое содержа-
ние влаги в смеси до 4%.
На рис. 7.2.3а представлена отливка «Колесо рабочее» с дефектом «Ужимина», обра-
зовавшимся со стороны обкладного стержня, формировавшего эту поверхность. Стержни
изготовлялись из жидкостекольнои смеси с тепловой сушкой. В связи с кратковременным
циклом сушки средняя часть стержня была недосушена и в процессе хранения влага рас-
средоточилась по стержню, в том числе и по его поверхности. В момент заливки стержень
начал нагреваться с поверхности, влага стала проникать вглубь стержня и образовались ужи-
мины. Характер ужимин стержней отличается от ужимин со стороны влажной формовоч-
ной смеси (рис. 7.2.3а) и объясняется твердостью поверхности стержня. После механичес-
кой обработки поверхности отливки установлено, что она, кроме ужимин, поражена мелкими
светлыми раковинами (рис. 7.2.36), которые возникают со стороны влажной поверхности
обкладного стержня. Более подробно этот дефект описан в разделе «Газовые раковины».
§3 . Заливка формы металлом
Время заливки стали
Время заливки зависит от размеров и особенностей конструкции отливки, литейных
свойств определённой стали, теплоаккумулирующих свойс гв материала, формы и др. Для
получения тонкостенных отливок, имеющих развитую поверхность стенок, треиуется умень-
шение времени заливки, чтобы не допустить образование ужимин При изготовлении же
отливок, склонных к образованию подкорковых газовых пузырей, требуется увеличение
времени заливки для свободного удаления газа из полости формы (см. 1.4. §9).
Скорость заливки чугуна
Для получения качественного литья очень важными являются температура заливаемого
чугуна и весовая скорость заливки. Это продиктовано конструкцией отливок и технологи-
ей их изготовления. Если учесть, что одни отливки подвержены газовым раковинам, дру-
гие — усадочным, третьи — ужиминам, четвертые — комбинации всех перечисленных дефектов,
то становится очевидным индивидуальный подход к определению температуры
и скорости заливки металла. Например, для ликвидации раковин газовых окисленных тре-
буется повышенная температура чугуна и пониженная скорость заливки, а для ликвидации
ужимин — пониженная температура и повышенная скорость заливки (в среднем на 10—15%
от расчетной) (см. 1.4. §9).
§4 . Облицовочная смесь
Сталь
В качестве облицовочных смесей для ликвидации ужимин нашли широкое распрос-
транение быстротвердеющие жидкостекольные песчано-глинистые смеси, используемые
при производстве отливок, ка> из углеродистых, так и из легированных сталей. С соста-
вами облицовочных смесей можно ознакомиться в 7.1. §4.
238
Раздел/
Облицовочные смеси на основе хромомагнезитовых, хромитовых и цирконовых на-
полнителей используются, преимущественно, для крупных, тяжелых отливок с увеличен-
ной толщиной стенок и высокой температурой заливаемого расплава. Толщина облицо-
вочного слоя хромомагнезитовых смесей не превышает 10—15 мм из-за недостаточной
газопроницаемости, но достаточных условий для ликвидации ужимин. Некоторые соста-
вы высокоогнеупорных смесей приведены в 7.1. §4.
При изготовлении массивных отливок с плоской поверхностью часто возникают ужи-
мины по классической схеме. На рис. 7.2.4 представлена отливка «Опорный стол» с де-
фектом «Ужимина» на верхней поверхности. В связи с массивностью отливки принято ре-
шение использовать в верхней форме облицовочную смесь на основе магнезита. В
дальнейшем ужимины не образовывались
Чугун
Облицовочная смесь применяется в условиях единичного, серийного и, в ряде слу-
чаев, массового производства. Она наносится на модель слоем 5—10 см в местах отливки,
подверженных образованию ужимин. Облицовочная смесь непосредственно подвергает-
ся наибольшему тепловому воздействию металла и должна противостоять явлениям об-
разования ужимин.
Для ликвидации возникновения ужимин эффективно использовать облицовочные
смеси на основе песков с малым коэффициентом линейного расширения (циркона, оли-
вина, хромистого железняка). Кроме этого, положительные результаты получаются при
применении облицовочных смесей с использованием активированного бетонита совмес-
тно с производным крахмала — крахмалитом. В этом случае поглощение крахмалитом влаги
в зоне ее конденсации способствует сохранению высоких прочностных свойств смеси с
активированным бентонитом (см. 7 1. §4).
§5 . Противоужимные риски
При заливке формы металлом происходит разогрев ее поверхности, сопровождаемый
термическим расширением материала формы. Для предотвращения возможности образо-
вания при этом ужимин широко используется прием нанесения на поверхность формы
параллельных рисок, образующих сплошную сетку, называемую температурной или про-
тивоужимной. При делении подсушиваемой поверхности корки формы параллельными
рисками на более мелкие части, расширение каждой из них становится меньше предель-
ной величины, при которой она может оторваться. Вследствие этого даже при значитель-
ном прогреве поверхности формы расширение этих участков не приводит к их отслоению
и ужимин не образуется.
Шаг сетки зависит от температуры металла (чем выше температура, тем меньше шаг),
скорости заливки (чем выше скорость, тем может быть больше шаг), прочности смеси (чем
выше прочность, тем больше шаг) и т.д.
Риски, образующие сетку, наносят на поверхность кр? пных форм вручную, а при мас-
совом производстве они выполняются на модели.
На рис. 7.2.5 представлен фрагмент отливки «Плита» с ужиминой на обширной плоской
поверхности. При нанесении на модель отливки противоужимных рисок, не препятству-
ющих ее служебным свойствам, дефект не проявлялся.
§6 . Упрочняющее покрытие формы
Для предотвращения ужимин широко применяют поверхностное упрочнение сырых
форм путем обрызгивания их раствором связующих веществ, в ряде случаев с небольшим
Дефекты
поверхности
239
добавлением противопригарных наполнителей. Такие упрочняющие растворы проника-
ют в форму на значительную глубину и в некоторых случаях настолько укрепляют повер-
хность формы, что позволяют отказаться от облицовочных смесей и других приемов сни-
жения ужимин. Если раствор укрепляет только корку и не проникает в подкорковый слой
на достаточную глубину, то он не способствует сокращению ужимин. По этой причине
густые, слабопроникающие растворы не дают положительных результатов. При высокой
температуре заливаемого металла в состав упрочняющих растворов рекомендуется добав-
лять остатки на «тазике» циркона и других огнеупорных материалов |46].
Для предотвращения ужимин рекомендуется применять светлые краски. Светлая ок-
рашенная поверхность отражает тепловой поток, предохраняет форму от быстрого нагре-
ва и тем самым увеличивает критическое время образования ужимин в 2—3 раза по срав-
нению с темным цветом поверхности. Поэтому темные поверхности быстрее нагреваются
и разрушаются, чем светлые.
Для предупреждения образования ужимин используют нанесение на сырую повер-
хность формы сухих противопригарных покрытий. И в этом случае (припыливание тол-
стым слоем пылевидного кварца) светлый цвет припыла значительно снижает склон-
ность смесей к образованию ужимин (в 2 раза по сравнению с исходной поверхностью
формы).
На рис. 7.2.6 представлена отливка «Коллектор» с дефектом «Ужимина» на плоском
участке поверхности. Дефект образовался в результате повышенной твердости формы. При
контакте с металлом под твердой коркой смеси сформировалась зона конденсации влаги
и образовалась ужимина. Дефект отливки ликвидирован местным упрочнением поверх-
ности формы раствором связующих с легколетучим растворителем.
§7 . Подвод металла
Проектирование литниковой системы является важным этапом технологического
процесса и оказывает значительное влияние на качество и свойства получаемых отливок.
Выбором подвода металла и регулированием его потоков при заполнении формы можно
создавать необходимым режим охлаждения отливки, быстрое заполнение плоских повер-
хностей.
Литниковая система должна отвечать следующим требованиям:
• заполнять форму металлом за время, достаточное для покрытия чугуном разви-
тых горизонтальных поверхностей;
• при заливке металла питатели должны располагаться так, чтобы струя не ударяла
в стенку формы или стержня, а растекалась по направлению стенки;
• уровень металла в форме в процессе заливки не должен иметь продолжительных
остановок;
• части стержней, в которых расположены вентиляционные каналы, не должны пе-
регреваться потоком проводимого металла.
Определение времени заполнения формы является наиболее важной частью расчета
литниковой системы, так как оно в наибольшей степени влияет на возникновение ужи-
мин. Продолжительное заполнение вызывает появление в отливках ужимин в результате
длительного теплового воздействия расплава на горизонтальные поверхности. Следователь-
но, для снижения опасности возникновения ужимин необходима ускоренная заливка формы
металлом. Желательно при разработке литниковой системы использовать большее коли-
чество питателей для ускоренного заполнения горизонтальных поверхностей, подверженных
ужиминам.
240
Раздел/
На рис. 7.2.1 (стр. 234) представлена отливка «Балансир» с дефектом «Ужимина» на
плоской поверхности. Для ликвидации дефекта можно использовать один из предложен-
ных вариантов:
• изменить место подвода металла и увеличить скорость запивки;
• применить упрочняющее покрытие на верхней полуформе;
• использовать облицовочную смесь на месте образования ужимин и т.д.
§8 . Время простоя собранных форм
При выдержке собранных форм со стержнями на конвейере более 30 минут происхо-
дит увлажнение стержней, начиная от знаков и на всю окрашенную поверхность Процессу
переноса влаги на стержень сопутствует повышенная гигроскопичность краски. В результате
образуются участки формы и стержня со значительным переувлажнением. При заливке
переувлаженной формы жидким металлом происходит интенсивное проникновение вла-
ги вглубь формы или стержня с образованием переувлажненного слоя. В этот момент об-
разуется реальная возможность получения ужимин по переувлажненному слою. Следова-
тельно, выдержка собранных форм более 30 мин может привести к браку по ужиминам
(см. 7.1. §5).
Длительный выстой собранных форм отливки «Корпус вала» (рис. 7.2.7а. б. в) при-
вел к увлажнению поверхности стержня. В процессе заливки металла на поверхности стержня
образовалась ужимина. Ликвидации ужимин способствовало снижение времени выстоя со-
бранных форм (не более 30 мин).
§9 . Использование подсушенных форм
Использование подсушенных и особенно сухих литейных форм значительно снижа-
ет, а в ряде случаев и полностью ликвидирует возможность образования ужимин. Это выз-
вано, в первую очередь, низким содержанием влаги, которая и является первопричиной
образования ужимин. Использование форм из термостойких смесей позволяет практически
полностью ликвидировать ужимины.
Ужимины образуются также вследствие теплового и механического воздействия струи
жидкого расплава на отдельные участки формы в период её заполнения. В этом случае
поверхнос гные слои формы могут отслаиваться, а затем под действием удара струи металла
разрушаться. Ниже приведены значения по критическому периоду образования ужими-
ны при воздействии струи заливаемой стали марки 35Л. За единицу принято критическое
время формы из сырой песчано-глинистои смеси [32]:
Смесь Песчано- глинистая, сырая Песчано- глинис- тая, плохо просу- шенная Песчано- глинис- тая, сухая Жидко- стеколь- ная Из хромис- того желез- няка Песчано- глинис- тая, сухая, выдер- жанная перед заливкой 20 ч Песчано- глинис- тая, хорошо высушен- ная Из хромис- того желез- няка, прошпи- лена гвоздями
Крити- ческий период 1 3 4 6 7 12 18 19
Дефекты поверхности
241
Рис. 7.2.7а. Отливка «Корпус вала» с ужиминами
Рис. 7.2.76. Фрагмент отливки
с дефектом (увеличено)
Рис. 7.2.8. Отливка «Фланец» с ужиминой
Рис. 7.2.7в. Фрагмент отливки
с дефектом (увеличено)
На рис. 7.2.8 представлена отливка «Фланец» с дефектом «Ужимина». Дефект обра-
зовался в результате теплового и механического воздействия струи жидкого металла на
верхнюю часть формы. Для ликвидации дефекта верхняя полуформа проходила операцию
подсушки с последующей кратковременной выдержкой на воздухе.
§10 . Толщина корки затвердевшей стали
Быстрое формирование корки затвердевшего металла, в большинстве случаев, оказывает
влияние на снижение возможности образования ужимин. В то же время медленное обра-
зование корки металла способствует появлению ужимин. Ознакомиться с условиями фор-
мирования корки металла при его движении в форме можно в 1.7. §12
§11 . Заполняемость форм металлом
Заполняемость формы является важным моментом при ликвидации ряда дефектов
отливки. Заполняемость повышается при увеличении сечения сгояка и литникового хода
242
Р а з д е л 7
и уменьшения их длины, так как это позволяет сохранить более высокую температуру ме-
талла при его поступлении в форму. Увеличение скорости заполнения (без разрушения
формы) увеличивает заполняемость (см. 6.1. §10).
§12 . Влияние продолжительности течения металла
и влажности формы на отслаивание
Влияние течения металла на отслаивание
При определенных условиях поверхностная часть стенки формы может отслаиваться
до образования на поверхности металла твердой корки с последующим образованием ужи-
мины [25].
*
д
CI
го
в
о
Время, сек.
Рис 7.2.9. Зависимость площади ужимины от времени воздействия струи жидкого металла
на стенку формы, изготовленной из различных формовочных смесей:
1 - песчано-глинистая сырая; 2 - песчано-глинистая, не полностью просушенная;
3 - песчано-глинистая сухая (глина средней прочности); Л — жидкостекольная;
5 — песчано-глинистая, с прошпиловкой гвоздями; 6 — из хромистого железняка;
'7 - песчано-глинистая сухая, с выдержкой стержней в форме в течение 20 часов;
8 — песчано-глинистая, хорошо высушенная; 9 — из хромистого железняка, с прошпиловкой гвоздями
На рис. 7.2.9 представлены зависимость площади, занятой ужиминами на поверхно-
сти отливки, от времени воздействия струи для различных формовочных смесей [46]. Для
каждой формовочной смеси существует определенное критическое время воздействия струи
на поверхность формы, когда ужимина не будет образовываться. Наименьшей стойкостью
обладает сырая песчано-глинистая смесь (кривая 1). При ее прошпиловке гвоздями раз-
витие ужимин резко уменьшается, хотя они и не устраняются (кривая 5) Сухие песчано-
глинистые смеси обладают существенно большей устойчивостью против ужимин, чем сырые,
однако большое значение имеет их качество. Сокращение времени сушки с 2 часов (кри-
вая 8) до 1 часа (кривая 2) резко снижает стойкость против ужимин. Стержни из сухой пес-
чано-глинистой смеси с заведомо неравномерным уплотнением, колеблющимся по твер-
дости от 40 до 80 ед., показали одинаковую стойкость к образованию ужимин. Применение
жидкостекольной смеси (кривая 4) повышает устойчивость формы по сравнению с сырой
Дефекты
п о
ерхности
243
песчано-глинистой смесью, но она значительно ниже стойкости качественной сухой формы.
Смесь, изготовленная на хромистом железняке (кривая 9), обеспечивает наибольшую ус-
тойчивость против образования ужимин При длительном воздействии струи металла на
поверхность стержня из песчано-масляной или опилочной смеси происходит выгорание
органических добавок, в результате образуется размыв смеси с образование пригара.
Влияние влажности на отслаивание
Нагрев поверхностного слоя формовочной смеси вызывает миграцию влаги как ис-
паряющейся, так и кристаллизационной, выделяющейся до высокой температуры. Ввиду
большого температурного градиента в форме, влага получает возможность конденсироваться
сравнительно близко от поверхности.
Связь между обшей влагой формовочной
смеси и склонностью к образованию ужи-
мин представлена на рис. 7.2.10. Чем выше
общее содержание влаги, тем интенсивнее
оазгивается отслаивание. Чем дольше воз-
действие теплоты на поверхности фз >рмы,
тем на большую глубину она прогревает-
ся и тем больше толщина отслаивающей-
ся корки
Следовательно, первопричиной отсла-
ивания являются возникающие в формо-
вочной смеси температ> рные напряжения,
а миграция и последующая конденсация
влаги создают зону наименьшей прочнос-
ти, по которой происходит отслаивание
смеси с образованием ужимин.
Глава 7.3. Складчатость
Описание дефекта
Дефектом «Складчатость» называ-
ются беспорядочно расположенные
«сморщенные» участки, складки и углуб-
ления с бесформенными краями на по-
верхности чугунных отливок. Наиболее
часто эти дефекты образуются около пи-
тателен отливок. Возникновению рас-
сматриваемого дефекта способствует
молотый уголь, добавляемый в формо-
вочную смесь для улучшения чистоты
поверхности отливок. На практике этот
дефект возникает редко.
Рис. 7.2. J 0. Зависимость времени образования
ужимин от суммарного содержания влаги
в формовочной смеси
Рис. 7.3.1. Отливка «Крышка»
с дефектом «Складчатость»
244
Р а з д в л 7
Механизм формирования складчатости
Угли всех типов в процессе прогрева формы расплавом без доступа воздуха непрерывно
разлагаются. При высоких температурах в форме возможен процесс разложения углево-
дородов на углерод и водород. Углерод называют вторичным или блестящим. Он имеет
низкую горючую способность и прочно сцепляется с инертными веществами
Блестящий углерод покрывает тонким слоем кварцевые зерна и может оседать на по-
верхности заполняющего форму расплава. Недостаточная газопроницаемость формы пре-
пятствует отводу продуктов разложения органических веществ из формы. В результате,
количество блестящего углерода на поверхности металла увеличивается. При большом
скоплении блестящего углерода у шероховатостей формы, его пленки сминаются потоком
металла и деформируются. Скопившиеся образования блестящего углерода и формируют
дефект «Складчатость». Сильные потоки металла могут привести к вовлечению пленок бле-
стящего углерода внутрь отливки и нарушить ее герметичность.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Содержание в смеси углеродосодержащих добавок
Для получения чугунных отливок с чистой поверхностью при формовке по-сырому
в смеси добавляют легко газифицирующиеся углеродосодержашие вещества. Распростра-
ненной добавкой является молотый каменный уголь марки Г. Д или ПЖ. Каменноуголь-
ная пыль для формовочных смесей должна иметь высокое содержание летучих (не менее
25%), низкое содержание серы (менее 1%) и выход «блестящего» углерода не менее 7—10%
(см. 7.1. §1)
§2 . Газопроницаемость формы
Недостаточная газопроницаемость формы препятствует отводу продуктов разложения
углеродосодержаших веществ из формы. В результате этого возможно образование склад-
чатости. Газопроницаемость формовочных материалов и смесей зависит от их зерновой
структуры, влажности и содержания глинистой составляющей, степени уплотнения.
Чем крупнее зерна песка, тем больше промежутки между ними. При одинаковом объеме
промежутков (при одинаковой пористости), пропускная способность материала с круп-
ными зернами больше, чем у зерен с мелкими промежутками между ними С увеличени-
ем зерен песка газопроницаемость увеличивается.
Чем однороднее зерна гем хуже уплотняемость смеси, тем больше пористость и тем
выше газопроницаемость.
Угловатые зерна труднее уплотняются, следовательно, угловатость как бы улучшает
газопроницаемость. Однако угловатые зерна имеют более шероховатую поверхность, что
увеличивает трение газа о стенки пор. Этим объясняется то, что угловатые зерна иногда
ухудшают газопроницаемость. При увеличении влажности уменьшаются размеры проме-
жутков между зернами, потому что часть их занимает вода. При увеличении влажности смеси
с 2,5 до 4,5% газопроницаемость резко возрастает (на испытуемой смеси с 30 до 92 ед.),
а затем при увеличении влажности с 4,5 до 7% также резко падает (до 44 ед.). Величина
оптимальной влажности тем больше, чем больше в смеси мелких зерен (и пыли) и чем боль-
ше содержание глины, так как мелкие зерна пыли и глина имеют гораздо большую повер-
хности смачивания.
Дефекты
п о
ерхности
245
При увеличении содержания глины в смеси газопроницаемость непрерывно падает.
Чем больше газотворная способность и влажность, тем больше газов и паров выде-
ляет смесь при прогреве и тем выше должна быть газопроницаемость смеси. Поэтому, при
оценке того, достаточна ли газопроницаемость, следует брать не абсолютную величину
газопроницаемости, а относить ее к единице газотворности смеси с учетом ее влажности.
Кроме этого, газопроницаемость смеси связана с толщиной стенки отливки, от ко-
торой зависит глубина прогрева литейной формы в первые 15 секунд контакта с метал-
лом и процессы газообразования в ней (сгорание связующих, парообразование и др.).
Степень уплотнения формы также оказывает значительное влияние на величину газо-
проницаемости.
Повысить газопроницаемость формы можно следующим образом:
• использовать более крупные пески с однородностью по размерам,
• снизить влажность смеси до 4%;
• вместо глины использовать бентонитовую активированную суспензию, содержа-
ние которой при равной прочности смеси будет меньше, чем глины;
• понизить газотворную способность смеси;
• удалять из смеси неактивную глину, мелкие и пылевые частицы;
• повышенное уплотнение формы компенсировать увеличенными вентиляционными
наколами.
Рекомендуемые допустимые величины газопроницаемости формовочных смесей:
• вес отливки до 1 кг — 40 ед.;
• вес отливки до 20 кг — 40—80 ед.;
• вес отливки до 2 тонн — 80—120 ед.
§3. Вентиляционные наколы
Вентиляционные наколы в форме значительно сокращают длину п> ги фильтрации газа,
дают возможность удаления продуктов газификации углеродосодержащих добавок и осу-
ществляют снижение давления газа в форме. В первоначальный момент заполнения фор-
мы металлом возникает обильное выделение 1аза от газификации углеродосодержащих до-
бавок. Если давление газа превысит 1000 Н/м2 (10 г/см2), то возникает реальная опасность
увеличения углеродистых образований и появления складчатости. В этот момент в форме
должны работать вентиляционные каналы из стержней и формы и удалять излишние газы.
Значительную роль в этом играют вентиляционные наколы верхней полуформы, которая
заполняется металлом в последнюю очередь (см. 1.1. §4).
§4. Скорость заливки формы
Для получения качественного литья очень важными являются температура заливае-
мого чугуна и весовая скорость заливки. Это продиктовано конструкцией отливок и тех-
нологией их изготовления. Вводимые в состав смесей углеродосодержашие добавки при
заливке металлом способствуют образованию блестящего углерода. При избытке углеро-
дистых добавок в смеси количество продуктов коксования увеличивается и блестящий уг-
лерод выделяется в больших количествах на поверхности заливаемого чугуна, скаплива-
ется у шероховатостей формы, где его пленки сминаются потоком металла и деформируются.
При быстром заполнении формы металлом образовавшиеся скопления углерода не успе-
вают рассредоточиться и на поверхности отливки возникает складчатость. Повышение
температуры металла способствует не только интенсивному образованию блестящего уг-
лерода, но и его окислению, т.е. понижению общего содержания блестящего углерода.
Следовательно, повышение температуры заливаемого металла до 1390’С и снижение ско-
246
Раздел/
рости его заливки (по расчету в рамках рассматриваемого дефекта) способствуют сниже-
нию возможности образования складчатости.
При расчете литниковой системы необходимо правильно определить начальные па-
раметры расчета и учитывать следующие требования:
• форма должна заполняться металлом за оптимальное время с определенной ско-
ростью;
• сечения литниковой системы должны обеспечивать поступление жидкого метал-
ла в самые удаленные от заливки участки формы с сохранением требуемой жид-
котекучести чугуна;
• при расчетной продолжительности заливки скорость металла, вытекающего из пи-
тателей, должна быть небольшой для сохранения формы от перегрева, размыва и
обеспечения возможности рассредоточиться блестящему углероду по поверхнос-
ти заливаемого чугуна без образования складчатости;
• расчетные формулы должны учитывать конструктивную и технологическую осо-
бенности отливки, её склонность к конкретной дефектности.
§5. Температура заливаемого чугуна
Фактором, влияющим на снижение дефекта «Складчатость» является температура. По-
вышение температуры заливаемого чугуна снижает вероятность образования блестящего
углерода, который в избыточном количестве образует сминающиеся потоком металла плен-
ки. Аналогичное влияние оказывает уменьшение длительности заливки чугуна в формы.
Для ликвидации рассматриваемого дефекта рекомендуется использование чугуна с тем-
пературой 1380°С и пониженным временем заливки металла в форму.
§6. Вентиляция формы и стержней
При }аливке металла начинается интенсивная газификация горючих составляющих
формы и стержня. При наличии в смеси углеродосодержаших добавок, например, моло-
того каменного угля, би гумной суспензии, мазута, кокса и других, они могут разлагаться
с образованием блестящего углерода, способствующего образованию дефекта «Складча-
тость». В форме и стержне создается избыточное давление газа, который должен выходить
через выпоры, наколы на верхней полуформе и газоотводы из стержней и формы. Задача
газоотводяших каналов состоит в том, чтобы они обеспечили удаление из формы продук-
тов разложения углеродосодержащих добавок и выполнили снижение давления газа в форме.
При этом давление металлостатического напора будет больше суммарного давления газа
от стержня и формы и газ не пойдет в металл (см. 1.2. §9).
Дефекты поверхности
-------------------------------- 247
Глава 7.4. Окисные плены на стальных отливках
Описание дефекта
Описание формы и способов выявления
Окисные плены — темные макровключения тончайших, рассредоточенных, с различ-
ной ориентацией пленок в виде надрезов неправильной геометрическо! формы, нарушаю-
щих сплошность стали. Не всегда выявляются при внешнем осмотре отливок. Хорошо вид-
ны на макротемплетах, после механической обработки и в изломе, проходящем по их
поверхности. Часто вызывают образование пороков типа неспаев, недоливов, рубцов на внеш-
ней поверхности отливок, изготовляемых преимущественно из высоколегированной стали.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Температура заливаемой стали
Все малоуглеродистые сплавы, высоколегированные хромом, титаном, кремнием, алю-
минием и другими элементами, склонны к интенсивному пленообразованию. Плена, об-
разующаяся на открытой поверхности сплавов в жидком состоянии, значительно сокра-
щает их текучесть и является причиной образования ряда дефектов, в том числе и неровной
поверхности отливки (окисная плена).
Процесс образования окисной плены тесно связан с температурой жидкой стали. Чем
меньше температура стали и больше кислорода, тем интенсивнее идет пленообразование.
Чем выше температура пленообразования, тем менее технологичен сплав и требуется бо-
лее высокий перегрев. Это влечет за собой образование пршара и горячих трещин. Окис-
лительные процессы продолжаются и во время заливки стали из ковша и при поступле-
нии в полость формы.
При увеличении температуры заливаемого металла плены не образуются. В.Г. Грузин
[22] установил, что плены в отливках из жаропрочной стали почти исчезают, если в
форму заливается металл с температурой выше 1560°С. Пригар поверхности отливок
составляет минимум, если температура металла в процессе заливки была в интервале
1560-1580’С.
§2 . Выдержка стали в ковше перед заливкой
Плены образуются в результате окисления элементов, содержащихся в высоколеги-
рованной стали и обладающих большим сродством к кислороду. Окисление таких элементов,
как хром, алюминий, титан, образующихся в виде плотных тугоплавких взвесей, являют-
ся основными составляющими плен.
После обработки расплава стали комплексными раскислителями в плавильном агре-
гате и завершения цикла подготовки расплава, его сливают в предварительно нагретый
разливочный ковш. Вместе с металлом в ковш попадает шлак, размешанные в металле не-
металлические включения и пузырьки газа.
В процессе выстоя стали в ковше происходит всплывание частиц шлака, других мел-
ких неметаллических включений и газовых пузырьков. Этот процесс идет в ускоренном
режиме, поскольку для снижения пленообразования металл должен выпускаться из пла-
вильного агрегата с достаточным перегревом 149]
248
Раздел/
При выдержке металла в ковше снижение его температуры происходит следующим
образом:
• в конических ковшах емкостью до 100 кг на 30—60°С в минуту;
• в конических ковшах емкостью 250—400 кг на 18—40°С в минуту;
• в конических ковшах емкостью 630—1000 кг на 15—20°С в минуту;
• в конических ковшах емкостью 1—5 тонн на 5—12°С в минуту.
Конические ковши теряют температуру металла примерно в 2 раза быстрее, чем ба-
рабанные, за счет теплоизлучения с зеркала металла. Для уменьшения теплопотерь реко-
мендуется применять ковши с теплоизоляцией.
§3 . Время заливки стали
Время заливки зависит от размеров и особенностей конструкции отливки, литейных
свойств определенной стали, теплоаккумулируюших свойств материала формы и др. Вы-
соколегированные хромистые и хромоникелевые стали различных марок обладают доста-
точной жидкотекучестью, что связано с более низкими значениями у легированных ста-
лей температуры солидуса (на 50—20°С) и ликвидуса (на 70—30°С) по сравнению с
углеродистыми сталями.
Однако, несмотря на хорошую жидкотекучесть, формы необходимо заливать сталью
с большим перегревом и быстро. Увеличение температуры и скорости заливки вызвано
склонностью сталей этой группы к пленообразованию. Чтобы предупредить получение плен
и включений в отливках со средней толщиной стенок, сталь разливают быстро при 1580—
1600°С.
§4 . Сифонный подвод стали
Плены образуются в результате окисления элементов (хром, титан, алюминий и др.),
содержащихся в стали и обладающих большим сродством к кислороду. Окисление указанных
элементов начинается еще в процессе выплавки стали. Поэтому жидкая сталь, поступив-
шая на участки заливки форм, может содержать во взвешенном состоянии пленки окис-
лов, если соответствующими методами раскисления и выдержки перед заливкой не будет
обеспечено удаление их в шлак.
При разработке конструкции литниковой системы необходимо учитывать что металл
должен иметь наименьший контакт с кислородом при заливке формы и её заполнении.
Металл необходимо подводить к форме и заполнять её наиболее короткими путями, что
следует из необходимости снижения времени окисления стали, как в потоке, так и в наи-
более отдаленных участках отливки.
Наиболее эффективным способом заполнения формы сталью, склонной к пленооб-
разованию, считается подача первых порций металла сифоном, последующих — под затоп-
ленный уровень, а верхние прибыли заливать в конце через питатели верхнего уровня. При
этом конструкция литниковой системы должна обеспечивать четкую направленность зат-
вердения отливки. Различные местные утолщения следует не разогревать подводом к ним
специальных питателей, а охлаждать местными холодильниками. Прибыли необходимо
заполнять горячим металлом, подводимым наиболее короткими путями, или использовать
разогрев прибылей термитными вкладышами. Нельзя допускать заполнения через пита-
тели низшего горизонта всего объема отливки или доливать через них прибыли крупных
отливок в конце заливки, в процессе усадки и кристаллизации отливки.
Дефекты поверхности
249
§5 . Направление потоков стали в полость формы
Образование окисных плен наиболее характерно для высоколегированных специальных
сталей, однако они могут возникнуть даже в обычных сплавах на основе железа, содержа-
щих наибольшее количество легирующих элементов, например, более 0,15% алюминия или
0,5% хрома. Склонность стали к образованию плен увеличивается при её многократном
перегреве без наведения шлака. Если сталь перед этим раскисляли силикокальцием, го
склонность её к пленообразованию не изменяется.
При проектировании литниковых систем для отливок, склонных к образованию плен,
должно быть предусмотрено спокойное заполнение формы расплавом, возможность вы-
носа окисных пленок в прибыли, грязесборники и подвод расплава только снизу. Ниж-
ние литниковые системы используются для литья легкоокисляюшихся сплавов. Они обес-
печивают одностороннее направление потоков стали в полость формы и постепенное
заполнение формы без открытой падающей струи, без образования встречных потоков
металла.
Для более высоких массивных и сложных отливок используются ярусные литнико-
вые системы, позволяющие осуществлять спокойное одностороннее направление потоков
металла: вначале в низший уровень, а затем в вышележащие, с последующим удалением
неметаллических включений и окисных плен в прибыли.
При производстве тонкостенных отливок больших горизонтальных габаритов хоро-
шие результаты получаются при нижнем подводе металла и тангенциальной заливке, обес-
печивающей перемещение потоков металла в горизонтальном направлении.
§6 . Прибыли прямого питания
При формировании качественной отливки необходимо соблюдение условий направ-
ленного затвердевания металла. Это вызвано, в первую очередь, возможностью подпитки
нижележащих слоев металла вышележащими. Кроме того, создаются условия для всплы-
тия неметаллических включений, в том числе и окисных плен, образованных в результате
окисления поверхности высоколегированных хромистых сталей.
Эффективным в данном случае является использование открытых прибылей, позво-
ляющих более свободное всплытие плен. При этом целесообразно применение сифонной
заливки, исключающей дополнительное окисление стали при заполнении формы в срав-
нении с другими способами подвода металла (верхнее, боковое и т. д.).
Для реализации такой заливки применяют ярусную систему с подачей в верхнюю часть
формы горячего металла через дополнительные литники.
Для повышения температуры металла в прибыли, успешного завершения процессов
всплытия окисных плен и подпитки усадки, используют обогреваемые прибыли за счет ус-
тановки вкладышей из термитных смесей. Смесь при сгорании не должна влиять на хим-
состав стали, давагь ровное течение экзотермической реакции, образовывать легко всплы-
вающий пористый шлак, изолирующий прибыль сверху. Помимо использования готовых
термических брикетов, наиболее пригодными является смесь из 3 весовых частей алюми-
ниево-железного термита и 1 в.ч. портланд-цемента марки 400 с 10—15% воды (на сухую массу).
§7 . Восстановительная атмосфера в форме
При заливке в формы высоколегированных сталей (с содержанием хрома или хрома
и никеля) возможно образование на поверхности расплава окисной плены. Происходит
это при контакте кислорода в форме с активными элементами заливаемого сплава, в час-
тности, с хромом и др. В результате происходит окисление хрома с образованием окис-
250
Раздел/
ной пленки на поверхности металла. Образовавшаяся плена цепляется за стенки формы и
стержней, разрывается, разворачивается и заливается слоями поступающего сплава. От этого
отливка получается с дефектами «плена», «неспай» и «волнистость».
При наличии в форме восстановительной атмосферы, создаваемой оксидом углерода
(СО) и метаном, на поверхности расплава стали будет значительно заторможено образо-
вание окисных плен.
Для создания в форме восстановительной атмосферы на сухие или подсушиваемые
формы наносится каменноугольный лак. Лак лучше всего наносить на поверхность при
температуре 70—120°С, так как при этом он равномерно распределяется и проникает на
глубину до 1,5 мм. При использовании смесей по-сырому для создания востановительной
атмосферы, в состав формовочной смеси вводят мазут, бентонито-угольную суспензию,
уголь и другие компоненты. Наиболее предпочтительным и широко распространенным
является мазут.
Отметим, чю атмосфера формы, образованная термодеструкцией синтетических смол
(выгорание связующего в стержнях), используемых в качестве связующих материалов, имеет
восстановительную атмосферу, т.е. будет происходить снижение образования окисных плен.
При заливке металла в жидкостекольные формы образуется окислительная атмос-
фера, создающая неблагоприятные условия и способствующая окислению расплава
металла.
§8 . Комплексное раскисление стали
Раскисление стали (освобождение металла от кислорода) состоит из двух операций:
• первая предусматривает перевод кислорода закиси железа в продукты реакции рас-
кисления;
• вторая — перевод дисперсных оксидов в более крупные агрегаты и переход их в
шлак.
Хорошо раскисленная сталь содержит остатки окислов железа, которые растворены
в металле, а часть их входит в двойные, тройные и более сложные оксиды.
Чем сложнее оксид, тем температура его плавления ниже, и, следовательно, в жид-
кой перегретой стали он находится в жидком состоянии в форме шаровидных капелек. По
этой причине удаление оксидов основывается на внесении в жидкую сталь не одного, а
нескольких элементов раскислителей одновременно. Такое раскисление называется ком-
плексным.
Хорошими комплексными раскислителями являются силикомарганец, силикокаль-
ций, сплав АМЦ (алюминий, марганец, кремний), позволяющие получить наиболее чис-
тый металл от неметаллических включений. Продукты раскисления всплывают в шлак, либо
удаляются в виде газа (оксид углерода) в течение 15—20 минут. Окончательное перемеши-
вание и довершение процесса рафинирования происходит при выпуске металла в ковш и
при выдержке стали в ковше в течение 10 минут. Увеличение времени выдержки в ковше
приведет к потере температуры расплава, что при заливке формы приведет к увеличению
образования окисной плены.
§9. Склонность стали к пленообразованию
Все малоуглеродистые стали, легированные хромом, титаном, кремнием, алюмини-
ем и другими элементами, склонны к интенсивному пленообразованию. Процесс образо-
вания окисной пленки тесно связан с температурой жидкой стали. Температура начала
пленообразования является критерием технологичности легированного сплава и опреде-
ляет склонность стали к пленообразованию [22].
Дефекты
поверхности
251
Решающее влияние на
склонность стали к пленообра-
зованию оказывает её химичес-
кий состав. На рис. 7.4.1 приве-
дена зависимость влияния
легирования малоуглеродистом
стали на склонность к пленооб-
разованию. Очевидно это вли-
яние в большей мере зависит от
сродства компонентов с кисло-
родом. Кроме этого, возможна
зависимость склонности к пле-
нообразованию от сочетания
компонентов.
Наибольшее воздействие
на склонность стали к плено-
образованию оказывают эле-
менты в следующем порядке
Рис. 7.4.1. Склонность к пленообразованию
малоуглеродистой стали в зависимости от легирования
убывания: алюминий, титан, хром, кремний. Их окислы резко увеличивают вязкость по-
верхностного слоя стали, в результате чего на отливках появляются плены, спаи, бугрис-
тость, недоливы и неспай.
Раздел 8. Приливы
Глава 8.1. Залив
Описание дефекта
С увеличением габаритов стер-
жней увеличиваются зазоры между
знаками стержня и знаковыми частя-
ми формы дпя удобства их сопряже-
ния. При более значительном увели-
чении зазоров или смещении знаков
стержня в сторону, происходит залив
металла в образовавшиеся пустоты. В
результате получается прилив метал-
ла, именуемый «Залив». Это может
произойти также в результате:
• деформации стержня после
Рис. 8.1.1. Отливка «Опора» с дефектом «Залив»
его изготовления с отверждением в сушиле;
• при и зготовлении сырых форм методом прессования возможен прогиб формовочной
смеси с максимумом в центральной части;
• коробление подмодельных плит, опок, загрязнение втулок, штырей и лада опок
может вызывать образование заливов;
• подъем верхней полуформы заливаемым металлом.
Ликвидации дефектов способствует:
• систематическая проверка состояния опок, моделей и стержневых ящиков. С це-
лью предупреждения короблений и деформаций опок следует обеспечить их плав-
ное, без толчков, перемещение при транспортировке и сборке;
• использование процессов изготовления стержней с отверждением в оснастке, что
предотвратит деформацию стержней в сыром состоянии и тем самым уменьшит
или ликвидирует заливы. Если процесс отверждения в оснастке невозможен, то
при проектировании модельной оснастки следует учитывать искажения размеров
знаков форм и стержней в процессе изготовления, сушки и транспортировки;
• верхняя и нижняя полуформы должны быть плотно скреплены между собой или
на верхнюю опоку должен быть положен соответствующий груз;
• для предотвращения упругой деформации смеси при прессовании под высоким дав-
лением следует увеличить ее пластичность путем введения специальных добавок.
Можно также уменьшать давление прессования или применять многопрофильные
или многоплунжерные прессовые колодки;
• на горизонтальных поверхностях формы и ее знаковых частях при формовке по-
сырому следует выполнять обжимные пояски.
Причины возникновения и
способы ликвидации дефекта
§1. Зазоры и уклоны между знаковыми частями
Для облегчения установки стержней в форму и ликвидации смещения делаются ук-
лоны с зазорами между сопрягаемыми стенками формы и стержня, величина которых за-
висит от способа формовки, высоты стенки и материала модели [52]
Приливы
253
Рис. 8.1.2. Отливка «Корпус вентиля» с заливами
в зазоры между знаками формы и стержня
В V4. § 3 приведены величины уклонов
нижних и верхних знаков моделей и стерж-
невых ящиков, необходимые для правильной
установки стержней в форму и накрытия вер-
хней полуформой. При изготовлении или
Рис. 8.1 .За. Отливка «Корпус» с заливами
в спаривающихся частях стержней и формы
Рис. 8.1.36. Фрагмент отливки (увеличено)
после ремонта оснастки необходимо проверить знаки на смятие опорной поверхности с
учетом силы давления заливаемого металла (всплытия). Допустимая сила смятия сырых
форм равна ~ 0,25 кг/см2. Также приводятся зазоры между знаком формы и стержня, схе-
мы уклонов и зазоров, таблицы и другие поясняющие материалы.
Значительные зазоры в знаковых частях стержней приводят к их всплытию в форме
и заливу знаков. На рис. 8.1.2 представлена отливка «Корпус вентиля» с залитыми стерж-
невыми знаками в нижней части. Вероятно, это результат излишней притирки разъема
стержней перед их склейкой. Кроме «Залива» отливка имеет «Недолив», что явилось про-
счетом при заполнении ковша металлом.
Увеличенные зазоры в знаковых частях стержней и формы отливки «Корпус» из
Рис. 8.1.4. Отливка «Корпус насоса» с заливом
металла по разъему стержней
кислотостойкой стали (рис. 8.1.3а, б) при-
вели к возникновению значительных зали-
вов по всему периметру. Помимо измене-
ния конструкции отливки, повысилась
трудоемкость обрубо-очистных операций.
Переработка знаковых и спаривающих ча-
стей оснастки ликвидировала массовые за-
ливы.
§2 . Деформация стержня
при изготовлении
В последнее время большинство заводов
по соображениям экономии перешло на из-
готовление стержней из песчано-«масляных»
смесей, отверждаемых в тепловых сушилах.
25Л
Разделб
Для увеличения прочности в них устанавливают металлическую арматуру. Изготовленные
стержни укладывают на плиты или драйеры и отправляют на тележках или транспортерах
в сушилы. В это время возможна их деформация от встрясок.
Неточность размеров стержня получается вследствие того, что:
• глубина ящика, а также (в меньшей степени) и другие размеры с течением време-
ни изменяются, так как плоскость разъема и полость ящика постепенно изнаши-
ваются;
• сушильные плиты и драйеры коробятся;
• стержень, изготовленный из малопрочных до сушки смесей, под действием виб-
ратора, как и от толчков во время передачи в сушило, может несколько осесть и
получить неправильную высоту;
• объем стержня при сушке по-разному изменяется в разных направлениях.
Сушат стержни в 3 этапа. На первом этапе должен быть медленный нагрев с малой
циркуляцией воздуха. При быстрой циркуляции воздуха возможно растрескивание стер-
жней. Второй этап — быстрый подъем температуры до максимального уровня и выдержка
для полного отверждения. Третий этап — медленное охлаждение до 50—70°С. Медленное
охлаждение необходимо для предупреждения растрескивания поверхностных слоев и осы-
пания стержней. После сушки стержни проверяют шаблонами. Особое внимание уделя-
ется состоянию знаков стержня. Они подвергаются контролю размеров по диаметру, высо-
те, ширине, на коробление и др. Трещины или швы от склеивания заделывают специальной
смесью или пастой.
Для ликвидации заливов по знакам используют прогрессивные способы изготовле-
ния стержней с отверждением в оснастке.
На рис. 8.1.4 представлена отливка «Корпус насоса» с дефектом «Залив» со стороны
разъема половинок стержней. В процессе тепловой сушки стержни могут иметь коробле-
ние, которое удаляют строжкой, промазкой, покраской. В данном случае к этим опера-
циям отнеслись не очень внимательно, что привело к дефекту. Это сказалось на увеличе-
нии размеров отливки со стороны стержня.
§3 . Прогиб смеси в изготовленных формах
Форма, уплотненная тем или иным способом, должна иметь достаточную плотность, обес-
печивающую нужную прочность. В форме не должно быть как рыхлот, так и переуплотненных
участков. Например, уплотнение прессованием не является идеальным, поскольку после сня-
тия прессовой колодки, вследствие упругой деформации уплотненной смеси, лад полуформы
может прогнуться. Максимальный прогиб полуформы наблюдается в средней ее части.
Для снижения упругой деформации изготовленной полуформы вместе с прессовани-
ем эффективно использовать вибрацию, позволяющую вызывать у смеси большую под-
вижность, а значит, и более равномерное уплотнение. Можно использовать более плас-
тичную смесь с добавлением специальных добавок (пека, битума, злаковых добавок и
др.). Равномерность уплотнения достигается применением многоплунжерных и профильных
прессовых колодок.
При изготовлении форм встряхиванием применяют дополнительное упрочнение для
предотвращения прогиба формы или выпадения смеси из опоки. Для этого:
• опоки изготавливаются с ребрами;
• на ребра опок вешают специальные крючки, смоченные глиняным раствором;
• изготовленные формы подвергаются поверхностной сушке.
Кроме этого, применяется специальная обработка поверхности формы связующими
или используется облицовочная смесь.
Приливы
255
При изготовлении формы отливки «Опора», представленной на рис. 8.1.1, средняя часть
формы подверглась интенсивному уплотнению, а подмодельная плита не имела достаточную
жесткость. В результате упругой деформации плиты произошел прогиб полуформы в средней
ее части. При сборке формы и заливке ее металлом получился залив металла в образовав-
шиеся пустоты с получением дефекта.
§4 . Коробление оснастки, загрязнение втулок, штырей, лада опок
Требования к модельной оснастке для предотвращения коробления:
• подмодельные плиты и рамки изготавливаются из стали марок от 15Л до 45Л или
чугуна марок СЧ15 и СЧ20, небольшие подмодельные плиты могут изготавливаться
из вторичного алюминия марки А13;
• все подмодельные плиты изготавливаются с ребрами жесткости, выполненными
на нижней опорной части; толщина ребер жесткости равняется 0,6—0,7 толщины
стенки плиты;
• все стальные плиты отжигаются; чугунные и алюминиевые подвергаются искус-
ственному старению;
• допускается заварка дефектов, не влияющих на прочность плит.
Возможные причины возникновения заливов:
• изношенные трущиеся поверхности модельной оснастки приводят к образованию
зазора между спариваемыми опоками верха и низа;
• деформированная или искривленная поверхность подмодельной плиты (поверх-
ность разъема модели) создает в некоторых местах контакт опоки с опокой, а в
других местах смеси со смесью;
• использование дефектных штырей и втулок, влекущих неправильную посадку опок
верха и низа (недосаживание опоки);
• неочищенная подопочная плита (наличие заливов металла, смеси и др.) создает
условия проседания нижней опоки.
Отливка «Поперечина» (рис. 8.1.5) имеет залив по линии разъема. При этом увели-
чение толщины залива шло в сторону соединения опок на штырь. Дефект возник в результате
загрязнения втулок и штырей, что не позволило произвести плотное спаривание опок.
§5 . Загрузка и крепление полуформ
Для ликвидации подъема металлом верхней полуформы на нее устанавливается груз
или она скрепляется с нижней опокой [1,4].
Давление жидкого металла на верхнюю опоку определяется по формуле:
P=F*H*Jm+V*Jm-V*JcT,
где:
Р — подъемная сила, т;
F — площадь горизонтальной проекции верхней поверхности полости формы, м2;
Н — гидростатический напор металла равный расстоянию от поверхности при-
ложения давления до уровня литниковой чаши, м;
Jm — удельный вес жидкого металла;
V — объем стержней, м3;
Jct — удельный вес стержней.
Практически, вес груза, устанавливаемого на форму, берется в 1,3—1,5 раза больше
расчетного для компенсации гидравлического удара в конце заливки.
256
Разделв
Рис. 8.1.5. Отливка «Поперечина»
с заливом по разъему формы
Рис. 8.1.6. Отливка «Каток»
с заливом по разъему формы
В основном, скрепление опок на конвейерах осуществляется скобами, реже штырем
с клином. На автоматических формовочных линиях производится автоматическое нало-
жение груза на верхнюю полуформу и автоматическое снятие.
Скобами скрепляются опоки размером до 1700 мм, количество скоб 4 шт. Скрепле-
ние опок скобами очень удобно и позволяет легко и быстро восполнять неизбежные по-
тери скоб. Такое скрепление получило широкое распространение в массовом и индиви-
дуальном производстве. Некоторые заводы, доведя количество скоб до шести, скрепляют
опоки размером до 2500 мм.
Возможные причины возникновения залива:
• деформированные или изношенные скобы создают слабое усилие контакта спа-
ренных опок;
• неправильное расположение груза или его недостаточное усилие приводит к под-
нятию полуформы верха;
• возникновение тряски залитой формы при ее движении на конвейере создает ус-
ловия образования заливов.
Хорошая загрузка или крепление очищенных с поверхности контакта опок является
залогом получения отливок без заливов по разъему формы. На рис. 8.1.6 представлено
обратное — залив по разъему формы из-за некачественного крепления опок.
Приливы
257
Глава 8.2. Распор
Описание дефекта
Распором называют местные утолщения в отливке, расположенные преимуществен-
но в нижних или слабоуплотненных частях формы. Попадающий в форму металл оказы-
вает на нее тепловое и силовое воздействие, в результате чего смесь уплотняется. Кроме
того, под действием металлостатического давления поверхностная сухая корка, образую-
щаяся в сырой форме, деформируется и перемещается в направлении ослабленной зоны
конденсации влаги. Такие явления вызывают значительное увеличение полости формы,
особенно в нижней ее части, где действует максимальное металлостатическое давление.
В результате протекающих процессов образуется дефект отливки — распор.
Расширение формы может происходить при повышении температуры, увеличении
содержания графита в чугуне, замене в формовочной смеси огнеупорной глины бентони-
тами.
Использование прессованных форм при изготовлении отливок показывает, что уве-
личение давления прессования от 1,9 до 10 кг/см2 приводит к уменьшению деформации
образующейся при заливке формы сухой корки смеси в 7 раз (от 1,5 до 0,2 мм). Дальней-
шее повышение давления оказывается менее эффективным.
Увеличение влажности и размера зоны конденсации влаги приводит к увеличению
деформации полости формы.
Способы предотвращения распоров
1. Повышение степени уплотнения литейной формы давлением не менее 10 кг/см2
для противостояния силовому воздействию металла в период заливки и затверде-
вания расплава без существенной деформации.
2. Уменьшение относительного количества влаги в формовочной смеси.
3. Введение производных крахмала и целлюлозы (крахмалита), которые активно по-
глощают воду при высокой температуре и увеличивают прочность зоны конден-
сации влаги. Этим повышается противостояние формы давлению заливаемого
металла.
4. Введение в формовочную смесь молотого угля, кокса с хорошим перемешивани-
ем смеси.
5. При конструировании модели следует избегать в ней элементов, в которые при
уплотнении затруднено перетекание смеси. В ряде случаев рекомендуется допол-
нительное локальное уплотнение отдельных мест формы.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Твердость литейной формы
Для недопущения возникновения дефекта «Распор», форма должна иметь достаточ-
но высокие служебные характеристики:
• должна обладать высокой механической прочностью;
• не должна деформироваться и разрушаться при выемке модели, при транспорти-
ровании и сборке;
• должна выдерживать механическое и тепловое воздействие жидкого металла.
258
Разделв
При уплотнении смеси происходит увеличение ее объемного веса. Смесь максималь-
но уплотненная вручную имеет объемный вес 1,72 г/см’, при прессовании под давлением
125 атм. — 1,85 г/см3. Обычная формованная смесь в бункере имеет объемный вес 1,15 г/см3,
уплотненная смесь 1,5 г/см3.
Плотность набивки смеси характеризуется в зависимости от твердости формы:
25—30 — слабая набивка, 50—60 — средняя, 70—80 — плотная, 85—90 — очень плотная.
Увеличение давления прессования формы от 1,9 до 10 кг/см2 приводит к уменьше-
нию деформации поверхности формы в 7 раз (от 1,5 до 0,2 мм). Из рассмотренного следу-
ет, что для предупреждения распора плотность набивки формы должна быть на уровне
70—80 ед. При прессовании должно создаваться усилие в пределах 10 кг/см2.
На рисунке 8.2.1 представлена цилиндрическая отливка с дефектом «Распор» (поду-
тость). Форма отливки изготовлялась ручной трамбовкой из формовочной смеси с малой
текучестью. В результате небрежного уплотнения образовались места с меньшей твердо-
стью, чем это требуется. Заливаемый металл доуплотнил эти места, что явилось следстви-
ем образования «распора».
§2 . Влажность формовочной смеси
При заливке литейной формы жидким металлом ее поверхность быстро нагревает-
ся, а влага, находящаяся в поверхностном слое смеси, перемешается вглубь, образуя пе-
реувлажненный слой. Он имеет температуру около 100°С, повышенную влажность и низ-
кую прочность. С течением времени этот переувлажненный слой удаляется от поверхности
в глубь формы. В это же время залитый в форму металл создает металостатическое дав-
ление на поверхности формы и сдвигает поверхность формы в сторону переувлажнен-
ной зоны, имеющей низкую прочность. Этот момент является началом возникновения
распора.
Следовательно, чем меньше будем вводить в смесь влагу, тем меньше будет переув-
лажненная зона из-за конденсации влаги и выше ее прочность. Пониженное содержание
влаги в смеси можно компенсировать повышенным уплотнением формы. Повышенной
прочности смеси при меньшем содержании влаги можно достичь при соответствующем
подборе составляющих. Отметим некоторые моменты:
• чем выше связующая способность глин, тем выше прочность смеси, и меньше глины
требуется для достижения нужной прочности;
• активированного бентонита следует всегда вводить меньше, чем каолинитовой или
полиминеральной глины;
• смешивание различных по минералогическому составу глин (например каолини-
товых, монтмориллонитовых) дает относительно более высокую удельную проч-
ность, чем применение каждой глины в отдельности. Разнородные глины как бы
активируют друг друга;
• чем больше коэффициент угловатости зерен песка, тем выше прочность смеси
При значительном содержании в формовочной смеси перегоревшей глины и растрес-
кавшихся частиц кварцевого песка требуется повышенное содержание влаги для набора
смесью необходимой прочности. Представленная на рисунке 8.2.2 отливка «Ось вала» с
дефектом «Распор» изготовлена в форме из описанной выше переувлажненной смеси. До-
полнительно на возникновение дефекта повлияло двухуровневое уплотнение формы (уп-
лотнение по уровню предварительно засыпанной смеси). Значительное освежение всей
формовочной смеси позволило ликвидировать «Распор».
Приливы
259
Рис. 8.2.1. Отливка «Вал» Рис. 8.2.2. Отливка «Ось Рис. 8.2.3. Отливка «Стакан»
с «распором» вала» с «распором» с «распором»
§3. Поглотитель влаги в смеси
С момента заливки в формы металла начинается активный разогрев ее поверхности с
образованием переувлажненного слоя смеси на некотором расстоянии от поверхности
формы. В связи с высоким содержание влаги этот слой имеет недостаточную прочность и
может деформироваться под действием металлостатического давления. Следовательно,
встает вопрос о снижении содержания свободной влаги в увлажненном слое смеси. Од-
ним из направлений решения этого вопроса является введение в состав смеси веществ,
которые при высокой температуре активно поглощают воду и увеличивают прочность пе-
реувлаженного слоя смеси. Это способствует повышению противостояния поверхности
формы давлению заливаемого металла.
К веществам, активно поглощающим влагу при повышенной температуре, можно от-
нести производные крахмала и целлюлозы — крахмалит |48]. Крахмалит придает смесям
стабильные свойства при уменьшении влажности, улучшает качество отпечатка, уменьшает
чувствительность к переувлажнению смеси, снижает обсыхаемость формы на воздухе, умень-
шает склонность к образованию ужимин. Крахмалит вводится в виде суспензий в количе-
стве 0,1—0,15% (масс) от веса смеси.
§4. Повышение текучести смеси
В литейной форме распору наиболее подвержены места, где уплотнение смеси мини-
мальное. Это происходит, в основном, из-за сложности конструкции отливки, создающей
глубокие полости с затрудненным уплотнением смеси и из-за низкой текучести формо-
вочной смеси. Если вопрос изменения конструкции отливки решается довольно сложно,
то повышение текучести смеси гораздо проще.
Существуют добавки, повышающие текучесть формовочной смеси (в процентах от
массы смеси) [48]:
• 0,05—0,10% гранулированного угля, вводится в виде суспензий, 0,1—0,15%
крахмалита вводится в виде суспензий. Текучесть смеси с этими добавками
(по Г.М. Орлову) не менее 70%;
260
Разделв
• 0,38—0,42% угля молотого вводится в виде суспензий, 0,003% понизителя вязкос-
ти ПФЛХ вводится в виде суспензий. Текучесть смеси около 75%;
• битум — высокоэффективный природный или искусственный материал, значительно
увеличивающий текучесть формовочной смеси. Хорошо растворяется в производных
нефти (уайт-спирит и др.). Используется в составе комбинированных связующих
УГВ. П, ЗИЛ и др.
Для хорошего размешивания вводимых добавок и получения качественной смеси про-
должительность перемешивания в смесителях должна быть не менее 2—3 минут после вве-
дения каждого компонента.
Недостаточная текучесть формовочной смеси создает условия плохого уплотнения формы
даже в доступных местах. На рис. 8.2.3 представлена отливка «Стакан» с дефектом «Распор».
Дефект по линии уплотнения формовочной смеси возник в результате некачественного уп-
лотнения смеси из-за ее низкой текучести. После введения в состав смеси раствора битума
в уайт-спирите, уплотняемость смеси улучшилась, и дефект не появлялся.
Глава 8.3. Задир
Описание дефекта
Задиром называется дефект,
представляющи собой непредус-
мотренное чертежом утолщение в
виде неравномерной полосы, рас-
положенной в направлении уста-
новки стержней или сборки формы.
Механизм формирования
«задира»
При установке стержня в фор-
му и при накрывании нижней по- Рис. 8.3.1. Отливка «Корпус» с дефектом «Задир»
луформы верхней, возможно пере-
мещение стержня или опоки в горизонтальной плоскости.
Иногда при сборке перемещения в горизонтальной плоскости настолько велики, что
рабочие части полуформ и стержней соприкасаются. При этом с трущихся поверхностей
сдирается слой смеси, а в отливке получаются соответствующие приливы — задиры.
При ручной формовке и малых зазорах между стенкой формы и стержнем возмож-
ность образования задиров особенно велика.
Способы предотвращения задиров
1. Проводить систематический контроль состояния модельно-опочной оснастки и
своевременно заменять вышедшие из строя приспособления, которые должны обес-
печивать строго вертикальное сопряжение полуформ при их сборке (штыри, втулки,
отдельные элементы кондукторов и т. д.).
2. Предусматривать уклоны и зазоры в знаковых частях форм и стержней для сни-
жения больших горизонтальных перемещений верхней полуформы.
3. Использовать соответствующие шаблоны, линейки и приспособления для проверки,
установки и фиксации положения стержней при сборке.
Приливы
261
4. Использовать конструкции штырей и втулок, обеспечивающих точное спаривание
полуформ и предотвращать горизонтальные перемещения полуформ.
5. Исключить подъем верхней полуформы заливаемым металлом.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Зазоры и уклоны в знаковых частях
Для облегчения установки стержней в форму и ликвидации смешения делаются ук-
лоны с зазорами между сопрягаемыми стенками формы и стержня, величина которых за-
висит от способа формовки, высоты стенки и материала модели (см. 8.1. §1).
§2 . Состояние модельной оснастки
Следствием износа и механического повреждения модельной оснастки является ис-
кажение размеров формы, стержня и отливки. Величина износа моделей зависит от спо-
соба уплотнения формовочной смеси, положения поверхности модели на пути потока смеси
и т. д.
В процессе эксплуатации оснастки необходима регулярная проверка ее размеров, кон-
фигурации выступающих частей, крепежа между моделью и плитой. При интенсивной работе
модельных плит и стержневых ящиков происходит их интенсивный износ, механические
повреждения, изменение их размеров, что вызывает искажение размеров отливок. Вслед-
ствие деформации крепежных болтов между моделью и плитой образуется зазор, который
заполняется частицами песка, что вызывает интенсивный износ поверхности модели, со-
прикасающейся с плитой.
Для надежного крепления модели устанавливаются и фиксируются на плите конт-
рольными штифтами. Применение последних преследует две цели:
• с их помощью половины разъемных моделей спариваются в процессе изготовления;
• контрольными штифтами фиксируется положение моделей на плите при ее мон-
таже и эксплуатации модельной плиты в литейном цехе.
Количество контрольных штифтов и их размеры зависят от размеров модели. Коли-
чество штифтов колеблется от 2 до 4. Для лучшей фиксации моделей расстояние между
штифтами должно быть возможно большим.
Крепление модели к плите может производится винтами или болтами, а также шпиль-
ками при их посадке как через модель в плиту, так и наоборот.
В связи с механическим повреждением модели, форма подвергается искажению в виде
задира ее поверхности. На рис. 8.3.2 представлена отливка «Переходник» с дефектом «За-
дир», образовавшимся из-за механического повреждения модели. После заделки и зачис-
тки поврежденной поверхности модели, рассматриваемый дефект был ликвидирован.
§3 . Простановка стержней в форму
Перед простановкой в форму стержней, особенно изготовленных с отверждением в
тепловом сушиле, проводят их обдувку сжатым воздухом и осуществляют тщательный кон-
троль. При контроле используют специальные инструменты, такие как шаблоны, линей-
ки. калибры и приспособления для проверки, установки и фиксации положения стерж-
ней при сборке. Некоторые из инструментов представлены на рисунках 8.3.3 и 8.3.4. Особой
тщательности подвергается калибровка стержневых знаков.
262
Раздвлв
Рис. 8.3.2. Отливка «Переходник»
с дефектом «Задир»
Рис. 8.3.4. Контрольно-стержневые шаблоны:
а — для проверки диаметра;
б - для контроля геометрии;
1 — шаблоны; 2 — стержни; 3 — контрольная плита
Рис. 8.3.3. Контрольно-сборочные шаблоны:
а — плоский; б — сборный;
J — шаблон; 2 — стержни; 3 - формы; 4 — винты для
крепления сборочных плит; 5 — сборочные плиты
Рис. 8.3.5. Отливка «Корпус насоса с «задиром»
Рис. 8.3.6. Отливка «Крышка» с «земляной
раковиной» в результате «задира»
Приливы
263
При простановке стержней вручную соблюдают перпендикулярность их перемещения
при опускании в форму.
После установки стержней необходимо убедиться в отсутствии зазоров в знаках. При
наличии зазоров стержень поднимают, производят продувку формы от остатков смеси,
ремонтируют место задира или заменяют форму новой. Установленные в форму стержни
контролируются на наличие тела в отливке, производится осмотр нижней полости фор-
мы с подсветкой.
На рисунке 8.3.5 представлена отливка «Корпус насоса» с дефектом «Задир». Задир
формовочной смеси произошел при неточной установке стержней, с несоблюдением пер-
пендикулярности их опускания в форму. После установки стержня не был проведен кон-
троль на наличие правильной посадки стержня с осмотром нижней полости формы с под-
светкой.
При установке стержней с помощью кондукторов практически устраняются зазоры,
поскольку точность простановки регулируется зазорами между штырями и втулками.
§4 . Точность спаривания полуформ
Спариваемые опоки всегда должны центрироваться в двух диаметрально противопо-
ложных точках на торцевых стенках. Центрирование при спаривании опок производится
с помощью сборочных штырей через центрирующие и направляющие втулки. Центриру-
ющие и направляющие втулки, сборочные штыри должны изготовляться из цементирую-
щей стали марок 15 и 20 или из стали марки 45. Твердость центрирующих и направляю-
щих втулок должна быть HRC 45—52, а сборочных штырей HRC 40—45. Глубина слоя
цементации рабочих поверхностей не менее 0,8 мм, чистота рабочей поверхности не ниже
7 класса [52].
В целях взаимозаменяемости опок и повышения точности форм установлен допуск
на расстояния между центрирующими отверстиями в ушках опок:
Длина опоки, мм j до 750 750-1600 1600-2400 (2400-7100
. •---- — .— — -------—— ... ---------------------
' Предельные отклонения, мм ±0,2 ±0,5 ±1,0 ±1,5
Механическая обработка отверстий должна осуществляться с помощью кондукторов.
Диаметры центрирующих отверстий для соответствующих опок, размеры центрирующих
и направляющих втулок опок, схемы штырей и их размеры описываются в 5.4. §3.
На рисунке 8.3.6 представлен фрагмент стальной отливки «Крышка» с «земляной ра-
ковиной». При спаривании полуформ была нарушена точность их сопряжения, при ко-
торой рабочая поверхность верхней полуформы соприкоснулась с частью стержня. В ре-
зультате произошел задир формы и при заливке сталью часть формы с противопригарным
покрытием попала в термический узел отливки.
264
Р а з д • л 8
Глава 8.4. Размыв
Описание дефекта
Под размывом следует пони-
мать дефект отливки, вызванный
разрушением части формы струей
жидкого металла. В результате на
отливке появляется неравномерное
утолщение, часто с включениями
формовочного материала Распола-
гается дефект по направлению по-
тока жидкого металла.
Механизм
образования размыва
При заливке литейная форма
испытывает тепловое воздействие
жидкого металла. В местах литей-
ной формы, где скорость движения
струи металла наибольшая, изменя-
ются свойства смеси, в частности.
Рис. 8.4.1. Фрагмент отливки «Корпус» с песчаными
раковинами в результате размыва формы
ухудшается связь между зернами песка и происходит их расширение. При дальнейшем
снижении прочности смеси понижается ее сопротивляемость воздействию струи залива-
емого металла и происходит размыв формы с увлечением смеси потоком металла. Размы-
тые зерна песка распределяются по всему объему отливки преимущественно в верхней части,
и образуют земляные раковины.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1. Скорость заливки формы
Скорость заливки стали
Операция заливки форм жидким металлом является одной из важнейших в техноло-
гическом процессе изготовления отливок. Перегревая сталь в печах и выдавая ее в ковш
при повышенной температуре, в форму металл следует подавать при температуре, учиты-
вающей вид сплава, технологическую группу отливки, толщину ее стенок, скорость запол-
нения формы металлом.
На образование размыва в значительной степени оказывает влияние температура и ско-
рость заливки стали. Чаще всего размываются стенки форм, изготовляемых по-сырому.
Жидкий металл, имея в процессе заполнения формы повышенную скорость заливки,
может разрушить стенки литниковой системы и формы, перенося продукты разрушения
в различные части отливки, образуя засоры. Следовательно, одним из условий ликвида-
ции размыва является выбор требуемой скорости заливки стали в форму.
Расчет скорости заливки стали (V, кг/с) можно провести по известной формуле:
V = О/Т = G/S*bo,/3 *GI/3,
Приливы
265
где: О — масса жидкой стали (кг), расходуемой иа полную заливку формы;
Т — время заливки формы, с;
S — коэффициент времени, зависящий от расчетной толщины стенки отливки Ьо
и массы жидкой стали G
На практике рекомендуются следующие скорости заливки:
Бес стали в форме, кг 90-100 100-250 250-500 500-1000 1000- 5000 5000- 10000 10006- 50000
Средняя скорость заливки с 6-8 8-12 14-20 20-25 25-50 60-80 80-140
Для снижения размывающего воздействия заливаемого металла на литниковую сис-
тему и поверхность формы, рекомендуется помнить о ряде особенностей:
1. Перед заливкой ковш устанавливают так, чтобы расстояние от стопорного отвер-
стия или носка ковша до литниковой чаши было минимальным (100—200 мм).
2. При заливке нужно быстро заполнить литниковую чашу жидким металлом, а за-
тем уменьшить скорость заливки, поддерживая постоянный уровень металла в чаше.
3. Регулировка скорости заливки в первоначальный момент производится неполным
открыванием ci опорного отверстия или наклоном ковша при заливке через но-
сок. В дальнейшем скорость заливки стали будет зависеть от веса отливки, ее кон-
фигурации, средней толщины стенки и конструкции литниковой системы.
4. Скорость разливки стали нужно выбирать по высоте остатка металла в ковше, т.е.
по минимальной высоте.
5. Для тонкостенных отливок скорость заливки увеличивают Толстостенные отливки
заливают с меньшей скоростью для уменьшения усадочных дефектов.
Скорость заливки чугуна
Для получения качественного литья очень важными являются температура заливае-
мого чугуна и весовая скорость заливки. Это продиктовано конструкцией отливок и тех-
нологией их изготовления. Например, для ликвидации размыва требуется пониженная
температура чугуна и уменьшенная скорость заливки, а для ликвидации недолива — по-
вышенная температура и повышенная скорость заливки (см. 1.4. §9).
Для ликвидации дефекта «Размыв» необходимо, чтобы форма заполнялась металлом
за оптимальное время с определенной скоростью. Высокая скорость заливки способству-
ет повышению размываемости уплотненной формы. На рис. 8.4.2 представлена отливка
«Крышка» с земляными раковинами на рабочей поверхности. Дефект отливки появился
вследствие увеличенного сечения литниковой системы, а это привело к увеличению ско-
рости заливки формы. После приведения сечения литниковой системы к рекомендуемо-
му по расчету, рассматриваемый дефект не появлялся.
На рис. 8.4.3а, б представлена отливка «Крышка корпуса» с земляной раковиной, об-
разовавшейся по вышеописанной причине.
§2 . Конструкция литниковой системы
Сталь
Существенное влияние на предупреждение размыва литниковой формы оказывает
литниковая система. При разработке литниковых систем рекомендуется принимать во
внимание следующее:
266
Разделв
Рис. 8.4.2. Отливка «Крышка» с земляной
раковиной от «размыва»
Рис. 8.4.3а. Отливка «Крышка корпуса»
с земляной раковиной
Рис. 8.4.36. Дефект отливки (увеличено}
Рис. 8.4.4а, б, в. Отливка «Фланец» с различной
системой подвода питателей
Приливы
267
1. Количество засоров в отливке уменьшается при заливке стали в литниковую чашу,
по сравнению с отливкой, полученной при использовании литниковой воронки
2. Использование глубокого зумпфа по сравнению с мелким, способствует сниже-
нию размывающей способности стали.
3. Увеличение расстояния между стояком и питателями или установка между ними
шлакоулавливающего устройства снижают вероятность попадания частиц смеси
в отливку.
4. При изготовлении отливок увеличенной металлоемкости в песчано-глинистых фор-
мах целесообразно упрочнять места подвода металла путем прошпиливания фор-
мы, а при значительной металлоемкости применять огнеупоры, особенно в мес-
тах свободного падения потоков стали.
5. Важным является правильный выбор места подвода металла в форму. Его выби-
рают в каждом отдельном случае в зависимости от размеров отливки, ее конфи-
гурации, материала, технических требований при обработке и т. д. Для снижения
размыва необходимо:
• рассредоточение подвода металла с направлением питателей вдоль простенков
формы;
• расширение устья питателей;
• максимальное ограничение высоты свободного падения потоков металла из лит-
ников;
• подвод металла в утолщенные части отливки, если это не нарушает условия пи-
тания отливки.
На рис. 8.4.4а, б, в представлена отливка «Фланец» с разными сечениями, числом и
местом подвода питателей при одном и том же сечении стояка. На рис. 8.4.4а заливка осу-
ществлялась через один питатель сечением 3 см2. Интенсивная струя металла частично раз-
мыла поверхность формы, что привело отливку к дефекту. На поверхности отливки вид-
ны земляные раковины в большом количестве.
На рис. 8.4.46 отливка имеет один питатель сечением 2 см2. Наблюдается уменьшение
размыва формы и снижение количества земляных раковин на поверхности отливки.
На рис. 8.4.4в отливка имеет два питателя сечением по 1 см2 и чистую от земляных
раковин верхнюю поверхность отливки. Следовательно, для предотвращения размыва
поверхности формы, рекомендуется использовать увеличенное число питателей. Это
особенно важно при использовании формовочной смеси с низкими прочностными свой-
ствами.
§3 . Поверхностная твердость формы
При контакте жидкого металла с формой, особенно в тех местах, где скорость дви-
жения и ударное давление струи металла наибольшие (поворот под прямым углом, удар
металла из питателя в стенку формы и т. п.), возможен размыв формовочной смеси и ув-
лечение песка в тело отливки.
Размыв формы происходит из-за низкой прочности уплотненной смеси, ее недоста-
точных термомеханических свойств или неудовлетворительного уплотнения смеси в труд-
нодоступных местах.
Для предотвращения размыва необходимо соблюдать физико-механические и техноло-
гические свойства формовочной смеси, указанные в техпроцессе. Увеличение активной ча-
сти глины в составе смеси повышает прочность и текучесть, снижает осыпаемость и веро-
ятность образования ужимин и размывов. Содержание активной глины в смесях для формовки
по-сырому должно быть не менее 8%. Использование облицовочной смеси с высокими проч-
268
Раздвлв
ностными и технологическими характеристиками для формообразования литниковой сис-
темы оказывает влияние на ликвидацию размыва. Для увеличения прочностных и техноло-
гических параметров формовочной смеси используют следующие добавки [48]:
• ДС-РАС и контакт Петрова. Они уменьшают вязкость глинисто-угольной суспензии
и дают возможность увеличить в ней содержание глины, причем смеси не обсы-
хают и не имеют повышенной осыпаемости при снижении влажности;
• крахмалит — порошок, получаемый при термической обработке крахмало-белко-
вой суспензии кукурузы. Имеет влажность не более 12%, набухаемость в холод-
ной воде 13—16 мл/г, насыпную массу 0,25—0.35 г/см3. Используется в формовоч-
ной смеси для ответственного чугунного литья с целью повышения поверхностной
прочности сырых форм в количестве до 0,1%, снижает брак по засорам;
• понизитель вязкости ПФЛХ. Повышает прочностные свойства смесей, текучесть,
обеспечивает стабильность свойств при изменении влажности, снижает вязкость
глинисто-угольной суспензии.
На рис. 8.4.5 приведена отливка «Корпус насоса» с размывом формовочной смеси и
образованием выступающего нароста металла. Это явилось результатом слабого уплотне-
ния формовочной смеси и разрушения ее заливаемым металлом. На рис. 8.4.6 представ-
лена отливка «Колесо» с аналогичным дефектом от слабого уплотнения смеси.
§ 4. Контроль качества формовочной смеси
Залогом успеха при ликвидации разрушения формовочной смеси (размыв, засор, об-
жим, обвал, подрыв, ужимины и др.) является тщательное выполнение технологических
инструкций и контроль качества приготовленной формовочной смеси.
Технологическими свойствами формовочной смеси, оказывающими влияние на вы-
шеперечисленные дефекты, являются влажность, прочность на сжатие в сыром состоянии,
прочность на разрыв в сыром состоянии, поверхностная твердость, текучесть, формуемость,
осыпаемость.
Влажность — один из главнейших факторов, определяющих свойства смеси и каче-
ство полученной отливки. Оптимальную влажность принято выбирать по максимуму проч-
ности во влажном состоянии. Повышенная влажность является причиной засоров, размывов,
подрывов, ужимин, раковин и т. д.
Прочность на сжатие и разрыв в сыром состоянии зависит от содержания активной
глины, влажности, зернового состава и формы зерен песка, степени уплотнения. Пони-
жение прочности приводит к снижению твердости, размывам и обвалам формы, ухудше-
нию качества поверхности и распору.
На рис. 8.4.7 представлена отливка «Патрубок всасывающий» с дефектом «Размыв».
Обладая недостаточными прочностными свойствами, Формовочная смесь была размыта
потоком заливаемого металла и занесена в верхнюю часть фланца отливки. После конт-
роля свойств формовочной смеси и приведения ее характеристик до требуемых, дефект не
появлялся.
Поверхностная твердость формы имеет связь с прочностными свойствами смеси: чем
выше прочность, тем больше твердость. Поэтому прочностные свойства смеси непосред-
ственно в форме можно характеризовать поверхностной твердостью формы. Твердость
определяется сопротивлением смеси погружению шарикового наконечника твердомера на
глубину 0—5 мм под нагрузкой 0,2—1 кг. Показатели твердости выражают в абсолютных
единицах.
На рисунке 8.4.8 представлено дефектное место отливки «Корпус вентиля» с земля-
ной раковиной. Дефект образовался в результате размыва формовочной смеси заливаемым
Приливы
269
Рис. 8.4.5. Отливка «Корпус насоса» с дефектом
«Размыв»
Рис. 8.4.6. Отливка «Колесо» с дефектом
«Размыв»
Рис. 8.4.7. Отливка «Патрубок всасывающий»
с дефектом «Размыв»
Рис. 8.4.8. Фрагмент фланца отливки
«Корпус вентиля» с земляной раковиной
по уплотняющему бурту
Рис. 8.4.9. Отливка «Корпус вентиля»
с дефектом «Размыв»
Рис. 8.4.10. Отливка «Корпус вентиля»
с песчаной раковиной
' • •
270
Разделв
металлом. При изучении причины возникновения дефекта установлено, что формовочная
смесь имела низкую поверхностную прочность из-за недостатка содержания огнеупорной
глины.
Текучесть является показателем способности смеси к перетеканию при уплотнении.
Высокой текучестью обладают маловлажные смеси на основе бентонита с добавками би-
тума, понизителя вязкости ПФЛХ и связующих: КО, КВС, сульфитной барды и др. Низ-
кая текучесть приводит к снижению твердости формы, особенно в трудноуплотняемых
местах, размыву, ухудшению качества поверхности и нарушению геометрических разме-
ров отливки. Для сложных отливок текучесть смеси должна быть не ниже 80%.
Формуемость характеризует связность (сыпучесть) смеси в неуплотненном состоянии
и зависит, в первую очередь, от влажности смеси. При низкой формуемости смесь плохо
заполняет глубокие полости и карманы модели, что приводит к размывам, ухудшению ка-
чества поверхности, нарушению геометрических размеров, распору и др. Хорошая фор-
муемость особенно важна при использовании смеси на автоматических формовочных ли-
ниях (не ниже 70—80%).
Осыпаемость зависит от состава смеси и степени уплотнения. При высокой осыпае-
мости возможен размыв формы, выкрашивание при установке стержней, возникновение
пригара, песочных раковин и др. Осыпаемость снижается введением добавок ДС-РАС,
контакт Петрова, крахмалита и др. Осыпаемость должна быть в пределах 0,1—0,5%.
§5 . Использование бентонита
Смеси на бентонитовых глинах обладают высокой связующей способностью. Акти-
вирование бентонитовых глин повышает их седиментационную устойчивость и связующую
способность. Для снижения обсыхания кромок формы в состав смеси вводят поверхност-
но-активные вещества ДС-РАС, контакт Петрова, крахмалит. Это дает возможность ис-
пользования бентонитовых смесей в различных видах производства отливок от мелкосе-
рийного до массового.
Из бентонитовых глин наибольшее предпочтение отдают кальциевым и кальцийнат-
риевым. По сравнению с натриевыми, смеси с кальциевыми бентонитами обладают более
высокой стойкостью к размыванию. Смеси на суспензии с кальциевым бентонитом быст-
рее, чем натриевые, приобретают конечное значение прочности при перемешивании в бе-
гунах. Формы из этих смесей легче разрушаются при выбивке отливок.
Формовочные смеси с использованием активированных бентонитовых глин облада-
ют высокой связующей способностью, противостоящей размывающему воздействию за-
ливаемого металла. На рис. 8.4.9 представлена отливка «Корпус вентиля» со следами прилива
от размыва формы в области подвода питателя. Формовочная смесь состояла из оборот-
ной смеси с добавлением освежения и обычной огнеупорной глины. При введении в со-
став смеси вместо глины активированного бентонита, размыв смеси прекратился.
§6 . Термостойкие смеси или изделия
Для предотвращения размыва используют облицовочные смеси повышенной термо-
стойкости, из которых формируют наиболее напряженные места, где наблюдается удар-
ное воздействие металла или его повышенная скорость. Широкое распространение полу-
чили смеси на основе жидкого стекла, заливаемые после поверхностной подсушки,
химического твердения, провяливания на воздухе. В состав смеси входят 5—7% жидкого
стекла, 0,5—1,5% едкого натрия, 0,3—0,7% мазута, остальное наполнитель.
Проводимые исследования показали, что стойкость к размыванию у жидкостеколь-
ных смесей в 4 раза выше, чем у песчано-глинистых.
Приливы
271
Для ликвидации размыва используют упрочняющие покрытия. Для этого поверхность
разовых сырых форм опрыскивают упрочняющими растворами и окрашивают противопри-
гарно-упрочняющими красками. Растворы представляют собой смеси различных связую-
щих, способных впитываться в глубь уплотненной смеси и упрочнять ее поверхность в
результате провяливания или кратковременного нагрева. Наиболее эффективным и про-
стым является 50%-ный водный раствор жидкого стекла плотностью 1,23—1,25 г/см3. Ко-
личество размывов в отливках значительно уменьшается при тщательном окрашивании
рабочей поверхности формы, например, цирконовой, маршалитовой, магнезитовой, фор-
стеритовой и другими красками.
На рис. 8.4.10 представлена отливка «Корпус вентиля» с песчаной раковиной в верхней
части отливки. Раковина образовалась в результате размыва части литниковой системы (нижняя
часть стояка) и занесения земли потоком металла. После установки на место зумг фа стержня
из смеси с жидким стеклом размывание литниковой системы не происходило.
Кроме изложенного выше, при изготовлении крупных отливок, места, подверженные
интенсивному размыву сталью, выполняются с использованием огнеупорных изделий. К
таким местам относятся литниковые воронки, стояки, зумпфы, пережимы и повороты в
литниковой системе и т. д. К огнеупорным шамотным изделиям относятся воронки, трубки
центровые, трубки сифонные и концевые, трубки литниковые, колена литниковые, пи-
татели литниковые и др. В ряде случаев огнеупорные изделия заменяются вставками из
жидкостекольной смеси в просушенном состоянии.
§7 . Литниковые системы. Зумпф
Зумпф является основанием стояка, восполняется
обычно в нижней полуформе в виде полусферы.
Роль зумпфа сводится к смягчению удара струи
металла при повороте каналов литниковой системы.
Более глубокий зумпф в большей степени смягчает удар
и обеспечивает уменьшение интенсивности литниковой
системы к размыванию поверхности формы. На рис.
8.4.11 представлена схема части литниковой системы с
зумпфом.
На рис. 8.4.12 представлены авторадиограммы, по-
лученные с отливок, залитых через литниковые систе-
мы с зумпфом (а) и без зумпфа (б) [25]. При отсутствии
зумпфа (рис. 3.4.126) количество засоров наиболее ве-
лико, зумпф в виде полусферы уменьшает их количество,
глубокий зумпф (а) дает наилучшие результаты.
Рис. 8.4.11. Схема части литниковой системы с зумпфом
а) б)
Рис. 8.4.12. Авторадиограммы,
характеризующие влияние зумпфа
на размывание поверхности формы
сталью:
а - с глубоким зумпфом;
б - без зумпфа
272
Р а з д е л В
На рис. 8.4.13а, б представлена отливка с земляной раковиной, образовавшейся в ре-
зультате размыва части литниковой системы из влажной песчано-глинистой смеси. В лит-
никовой системе отсутствовал глубокий зумпф и не было дросселя для торможения ско-
рости движения металла в форме. Для предотвращения размыва литниковой системы при
тяжелых условиях заливки (высокая температура заливаемого металла, колебание высо-
ты заливки), следует литниковую систему с глубоким зумпфом и дросселем выполнить в
виде стержня из жидкостекольной смеси.
Представленная на рис. 8.4.14 отливка «Корпус запорный» имеет земляную ракови-
ну в подприбыльной части, вызванную размывом влажной песчано-глинистой формы. След-
ствием появления раковины было отсутствие в литниковой системе зумпфа, который сни-
жает возможность размыва формы заливаемой сталью. После выполнения глубокого зумпфа
под стояком и улучшения системы шлакоулавливания, появление земляных раковин зна-
чительно снизилось.
Дефект отливки аналогично рассмотренному представлен на рис. 8.4.15. Отсутствие
зумпфа и дроссельной системы привело к размыву влажной песчано-глинистой смеси с
образованием земляных раковин на рабочей поверхности отливки.
§8 . Разное, или Советы бывалого
1. При использовании небольших опок с большим числом отливок, через питатели
проходит большой объем металла. В результате формовочная смесь разогревает-
ся, разупрочняется и размывается.
2. Высокая скорость течения металла по литниковой системе и поверхности формы
предотвращает образование корки металла для защиты поверхности формы и ра-
зогревает смесь до потери прочности. В результате возможен размыв.
3. Формовочная смесь должна обладать достаточной прочностью при высокой тем-
пературе. Отсутствие такой прочности при температуре заливаемого металла обычно
происходит от недостатка глины или от ее низких технологических свойств. На
эти свойства оказывает влияние ряд факторов:
• некачественное приготовление системы глина-вода;
• неправильный выбор типа используемой глины, обладающей низкой прочно-
стью при нагреве;
• чрезмерное использование органических добавок, при выгорании которых те-
ряется горячая прочность смеси.
4. При изготовлении форм, модели покрывают разделительным составом (например,
керосином) для снижения прилипаемости. Небрежное удаление покрытия с по-
верхности оснастки, присутствие его остатков в углублениях и других местах при-
водит к попаданию покрытия в формовочную смесь и потере ее прочности. Это
может явиться причиной размыва части формы заливаемым металлом.
Дефект отливки, представленной на рис. 8.4.16а,б, образовался в результате размыва
части формы, смесь которой потеряла прочность от контакта с разделительным покрыти-
ем модельной оснастки. После тщательного удаления покрытия с модельной оснастки, де-
фект не наблюдался.
Приливы
273
Рис. 8.4.1 За. Отливка «Колесо ведущее»
с земляной раковиной
Рис. 8.4.136. Фрагмент отливки с дефектом
(увеличено)
Рис. 8.4.14. Отливка «Корпус запорный»
с земляной раковиной
Рис. 8.4.15. Отливка «Колесо рабочее» с
земляной раковиной на обработанной поверхности
Рис. 8.4.16а. Рабочая площадка отливки
«Корпус запорный» с земляной раковиной
Рис. 8.4.166. Фрагмент с дефектом (увеличено)
27А
Раздел8
Глава 8.5. Обжим
Рис. 8.5. J. Отливка «Корпус насоса»
с дефектом «Обжим»
Описание дефекта
Обжимом называют неравномерный
прилив обнаруживаемый у плоскости разъе-
ма формы или стержня. Обвалившиеся час-
ти формы попадают в отливку в виде песча-
ных включений.
Механизм формирования обжима
Если размеры знаков стержня больше
знаковых частей формы, то при простанов-
ке стержней в форму последняя будет дефор-
мироваться, формовочная смесь в районе
знаковых частей может растрескаться и раз-
рушиться. К образованию обжима может
привести:
• смещение стержней в форме;
• искажение размеров знаковых частей
• установка дефектного стержня и др.
Обжим может быть вызван:
• неправильно изготовленной модельной оснасткой и дефектами используемой оснастки;
• короблением моделей, стержневых яшиков, сушильных плит и драйеров;
• износом знаковых частей моделей и стержневых ящиков.
Нарушения в конструкции опок и подмодельных плит, и, связанная с этим, неточ-
ность при сборке и загрузке формы, могут привести к разрушению кромок формы в плос-
кости разъема и образованию обжима.
формы и стержней при их ремонте;
Способы предотвращения обжимов
Между знаковыми частями формы и стержней предусматривают зазоры, а на знаках
— уклоны.
На горизонтальных знаках для формовки по-сырому рекомендуется выполнять проти-
вообжимные пояски для предохранения кромки знака формы от разрушения при сборке.
Формовочные смеси должны обладать высокой прочностью и достаточной пластич-
ностью (см. 8.3. Описание дефекта).
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§ 1. Прочность формы
Образование обжима связано с разрушением отдельного участка формы при сборке, осо-
бенно в местах выступающих частей. Для снижения возможности образования обжима, фор-
мовочные смеси должны обладать высокой прочностью и достаточной пластичностью.
Обжим может образоваться в результате недостаточной прочности формовочной смеси
(переувлажнение или недостаток влаги, недостаток активной глины или много шламооб-
разующих веществ и т.д.). На рис. 8.5.2 представлена отливка «Корпус вентиля» с обжи-
Приливы
275
мом в результате разрушения отдельного участка фор-
мы из-за недостаточной прочности смеси.
При приготовлении смеси необходимо соблюдать
физико-механические и технологические свойства фор-
мовочной смеси, установленные в техпроцессе. Увели-
чение активной части глины в составе смеси повышает
прочность и текучесть, снижает осыпаемость и вероят-
ность образования обжимов и других дефектов. Содер-
жание активной глины в смесях для формовки по-сы-
рому должно быть не менее 8%. Использование
облицовочной смеси с высокими прочностными и тех-
нологическими характеристиками для формообразова-
ния опасных мест оказывает положительное влияние на
ликвидацию обжима (см. 8.4. § 3).
§ 2. Зазоры и уклоны в знаковых частях
Для облегчения установки стержней в форму и лик-
видации смещения делаются уклоны с зазорами между
сопрягаемыми стенками формы и стержня, величина
которых зависит от способа формовки, высоты стенки
и материала модели. Таблицы и рисунки с рекоменда-
циями по уклонам и зазорам между знаками формы и
стержня приведены в 8.1. §1.
На рисунке 8.5.3 представлена отливка «Корпус
вентиля» с обжимом верхней полуформы за счет сме-
щения формы при ее сборке. После ликвидации зазо-
ров. дефект не повторялся.
Рис. 8.5.2. Отливка «Корпус вентиля»
с обжимом
Рис. 8.5.3. Отливка «Корпус вентиля»
с обжимом верхней полуформы
§ 3. Противообжимные пояски
В знаковых частях верхней и нижней полуформы для предотвращения обжима реко-
мендуется устройство следующих конструкций:
• противообжимные пояски на границе начала сопряжения стержневого и формо-
вочного знаков;
• обжимные кольца для предотвращения залив-
ки вентиляционных каналов металлом;
• канавки в торцовой части знака для предохра-
нения попадания под кромку песка при установ-
ке стержня в форму.
Противообжимные пояски могут применяться на
знаках круглой и некруглой формы [52]. В табл. 8.5.1
представлены примеры оформления противообжимных
поясков с рекомендуемыми размерами.
Недостаточная прочность стержневой смеси при-
водит к обжиму знаков при простановке стержней в
форму. На рис. 8.5.4 представлена отливка «Корпус» с
дефектом «Обжим», возникшим из-за слабой набивки
формовочной смеси. В такие формовочные знаки трудно
установить стержень без обжима.
Рис. 8.5.4. Отливка «Корпус»
с дефектом «Обжим»
276 ------------------------------------------------------------------------------------
Разделв
Таблица 8.5.1
Схема оформления противообжимных поясков
с табличными значениями размеров
Обжимное Противообжимный
Номинальный диаметр знака модели, DM Горизонтальные знаки Вертикальные знаки
а Ь с г е 1
| Св. 30 до 50 >»50 »100 01 01 0,5 1 15 2 I > см 3 — J f 1
»100 -200 8 1,5 20 3 3 4 3
»200 »400 10 1,5 25 5 4 5 5
»400 12 2 40 5 5 6 5
В процессе сборки формы отливки «Корпус венти-
ля» (рис. 8.5.5) произошел обжим формы стержневым зна-
ком. Разрушенная часть формы всплыла во фланец. При
изготовлении противообжимных поясков и повышении
прочности формовочной смеси, дефект не возникал.
§4 . Состояние модельной оснастки
Следствием износа и механического повреждения
модельной оснастки является искажение размеров фор-
мы, стержня и отливки. Величина износа моделей зави-
сит, например, от способа уплотнения формовочной смеси,
положения поверхности модели на пути потока смеси.
В процессе эксплуатации оснастки необходима ре-
гулярная проверка ее размеров, конфигурации высту-
пающих частей, крепежа между моделью и плитой.
Рис. 8.5.5. Отливка «Корпус вентиля»
с дефектом «Обжим» в виде земляной
раковины и следами прилива
от разрушения смеси
При интенсивной работе модельных плит и стержневых ящиков происходит их ин-
тенсивный износ, механические повреждения, изменение размеров, что вызывает иска-
жение размеров отливок. Вследствие деформации крепежных болтов между моделью и
плитой образуется зазор, который заполняется частицами песка, что вызывает интенсив-
ный износ поверхности модели, соприкасающейся с плитой (см. 4.1. § 2).
Приливы
277
§5 . Точность спаривания
полуформ
Спариваемые опоки всегда должны цен-
трироваться в двух диаметрально противопо-
ложных точках, на торцевых стенках. Цент-
рирование при спаривании опок
производится с помощью сборочных штырей
через центрирующие и направляющие втул-
ки. Центрирующие, направляющие втулки и
сборочные штыри должны изготовляться из
цементированной стали марок 15 и 20 или из
стали марки 45. Твердость центрирующих и
направляющих втулок должна быть HRC 45—
52, а сборочных штырей — HRC 40—45. Глу-
бина слоя цементации рабочих поверхностей
не менее 0,8 мм. чистота рабочей поверхно-
сти не ниже 7 класса (см. 8.4. § 4).
Быстрое накрывание нижних полуформ
с перекосом верхних, приводит к обжиму
формовочной смеси в знаках. Представлен-
ная на рис. 8.5.6 отлиска «Корпус вала» имеет
земляную раковину от обжима знака формы.
Эта же отливка на рис. 8.5.7 имеет прилив от
дефекта «Обжим» формовочной смеси у знака
верхней полуформы.
§6 . Разное, или Советы бывалого
Дефект «Обжим» очень часто возника-
ет по причине небрежности, несоблюдения
выполнения требуемых правилами техноло-
гических операций. Частыми причинами воз-
никновения дефекта является неправильное
выполнение операций на участках формов-
ки и сборки.
Рис. 8.5.6. Отливка «Корпус вала»
с земляной раковиной от дефекта «Обжим»
Рис 8.5.7. Отливка «Корпус вала»
с приливом от обжима
1. Небрежная транспортировка верхних полуформ с быст рым накрыванием нижних
может создать перекос верхней полуформы с обжимом формы о стержень.
2. Осуществление крепежа одной части полуформы, когда вторая еще не села на свое
место.
3. Небрежная простановка стержней в форму, влекущая обжим стержневых знаков,
либо разрушение формы или стержня.
4. Неправильно установленные жеребейки могут повлечь наклон или опрокидыва-
ние стержней, привести к разрушению поверхностного слоя смеси при соедине-
нии полуформ.
5. Использование стержней с негабаритными, неровными или шероховатыми стер-
жневыми знаками приводит к обжиму знаков или разрушению поверхностного слоя
смеси верхней полуформы.
278
Разделб
Глава 8.6. Обвал
Описание дефекта
Обвалом называют прилив на отливке,
имеющий конфигурацию разрушившейся ча-
сти формы или стержня. В верхней части при
этом обнаруживают включения песка. При
обвале крупных участков ср зрм и стержней
значительно искажаются размеры и конфи-
гурация всей отливки.
Механизм формирования
Причиной разрушения отдельных учас-
тков формы и образования обвалов часто яв-
ляются недостат очная прочность формовоч-
ной смеси на разрыв. Под действием
Рис. 8.6.1. Дефект отливки «Обвал»
собственного веса уплотненной смеси в верхнем болване возникают растягивающие на-
пряжения. достигающие максимального значения у основания болвана. При недостаточ-
ной прочности формовочной смеси на разрыв, такой болван может оборваться при транс-
портировке форм под заливку, различных толчках и других внешних воздействиях на
собранную форму. Аналогичное разрушение выступающих частей может произойти в ниж-
неи полуформе при заливке металла. Если длительность заливки формы достаточно ве-
лика, разрушение отдельных участков формы может произойти по зоне конденсации влаги.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§ 1. Прочность формовочной смеси
Образование обвала связано с недостаточной уплотняемостью и прочностью формо-
вочной смеси. Под действием собственного веса уплотненной смеси и при сопутствую-
щих внешних возмущениях (удар при спаривании опок, различные толчки и др.) высту-
пающие части (болваны) формы могут разрушиться. Для снижения возможности отрыва
болванов необходимо использовать смесь с повышенной прочностью, подкрепляя ее проч-
ность простановкой крючков, солдатиков и шпилек.
При приготовлении смеси необходимо соблюдать
физико-механические и технологические свойства фор-
мовочной смеси, установленные в техпроцессе. Увели-
чение активной части глины в составе смеси повышает
прочность и текучесть, снижает осыпаемость и вероят-
ность образования ужимин, размывов, обвалов. Содер-
жание активной глины в смесях для формовки по-сы-
рому должно быть не менее 8%. Использование
облицовочной смеси с высокими прочностными и тех-
нологическими характеристиками для формообразова-
Рис. 8.6.2. Отливка «Колесо»
с дефектом «Обвал»
ния болванов оказывает положительное влияние на лик-
видацию обвалов (см. 8.4. § 3).
Приливы
---------------------------------------------------------------------------------- 279
Отсутствие у формовочной смеси требуемых пока-
зателей сырой прочности и прочности на сдвиг зачас-
тую приводят к обвалу формы. На рис. 8.6.2 представ-
лена отливка vКолесо» с дефектом «Обвал» из-за низкой
сырой прочности смеси
§ 2. Точность спаривания полуформ
Спариваемые опоки всегда должны центрироваться
в двух диаметрально противоположных точках, на тор-
цевых стенках. Центрирование при спаривании опок
производится с помощью сборочных штырей через цен-
трирующие и направляющие втулки (см. 8.4. § 4).
На рис 8.6.3 представлена отливка «Корпус венти-
ля» с обвалом знаковой части формы из-за неточного
Рис. 8.6.3 Отливка «Корпус вентиля»
с обвалом знаковой части формы
спаривания полуформ при помоши укороченных спаривающих штырей
§ 3. Состояние модельно-опочной оснастки
Следствием износа и механического повреждения модельной оснастки является ис-
кажение размеров формы и стержня приводящих к подрыву болванов при извлечении
моделей из формы. Величина износа моделей зависит
от способа уплотнения формовочной смеси, положения
поверхности модели на пути потока смеси и т.д. В про-
цессе эксплуатации оснастки необходима регулярная
проверка ее размеров, конфигурации выступающих ча-
стей, крепежа между моделью и плитой. При интенсив-
ной работе модельных плит и стержневых ящиков про-
исходит их интенсивный износ, механические
повреждения, изменение их размеров, что вызывает
искажение размеров отливок. Вследствие деформации
крепежных болтов между моделью и плитог образует-
ся зазор, который заполняется частицами песка, что
вызывает интенсивный износ поверхности модели, со-
прикасающейся с плитой (см. 8.3. § 2).
Рис. 8.6.4. Отливка «Крышка»
с обвалом центральной части формы
Обвал центральной части формы отливки «Крышка» представлен на рис. 8.6.4. Проч-
ность смеси была удовлетворительной, набивка очень плотная. Причина обвала в тесном
расположении отливок и литниковой системы, малых уклонах внутренней поверхности
моделей, что привело к подрыву болванов и литниковои системы
§ 4. Затрудненное уплотнение форм
В ряде случаев при уплотнении форм наблюдают слабоуплотненные места, подвер-
женные разрушению при сборке форм или заливке металлом. Существует целый ряд ме-
роприятий, способствующих повышению уплотняемости смеси.
1. Изменение конструкции отливки или расширение места для свободного уплот нения
формовочной смеси.
2. Использование в составе смеси вспомогательных добавок, повышающих текучесть
и другие свойства смеси. К таким веществам можно отнести [48]:
• поверхностно-активные вещества ДС-РАС и контакт Петрова. Они уменьшают
вязкость глинисто-угольной суспензии и повышают текучесть смеси;
280
Раздалб
• понизитель вязкости ПФЛХ. Повышает прочностные свойства смеси, увеличи-
вает текучесть, снижает вязкость глинисто-угольной суспензии;
• крепитель КО. Повышает текучесть, придает смеси повышенные противопри-
гарные свойства;
• битум. Обеспечивает противопригарные свойства и значительно увеличивает те-
кучесть;
• сульфитно-спиртовая барда. Повышает текучесть смеси и увеличивает её про-
тивопригарные свойства;
• другие вещества отечественного и зарубежного производства.
3. Прессовое уплотнение форм целесообразно осуществлять одновременно с вибра-
ционным. В этом случае песчинки смеси совершают колебания с малой амплиту-
дой и большой частотой, трение между ними и о боковые стенки опоки уменьша-
ется. В результате прессование происходит эффективнее, смесь уплотняется
равномернее. При этом можно использовать более высокие опоки.
4. При изготовлении форм встряхиванием наибольшее уплотнение получают слои
смеси, прилегающие к поверхности модели. Ближе к поверхности формы слои смеси
менее уплотнены. Для доуплотнения смеси используют ручную подтрамбовку
допрессовку прессовой колодкой. Иногда при заполнении опоки смесью исполь-
зуется вибрация стола для увеличения подвижности формовочной смеси.
При рассмотрении мероприятий можно использовать комбинацию текучей формо-
вочной смеси с эффективным способом формообразования.
На рис. 8.6.5 представлена отливка «Колесо» с об-
валом верхней части формы. Прочность смеси была
удовлетворительной, набивка недостаточной. Причина
обвала в недостаточной наоивке смеси и заливке фор-
мы с большой высоты, что послужило дополнительной
причиной обвала смеси у стояка.
§ 5. Перемещение форм
на потоке производства
Важными этапами в образовании обвалов являют-
ся операции спаривания полуформ и транспортировка
собранных форм на участок отливки.
При конвейерном способе производства отливок
возможно спаривание полуформ с перекосами, закусы-
ванием штырей и последующими рывками, либо с бы-
стрым накрытием верхней полуформы, неизбежно при-
водящей к соударению опок. Эти действия могут
привести к обвалам. Установка собранных форм на кон-
вейер должна производиться без ударов.
Оборудование для подъема и спаривания полуформ,
транспортировки и установки форм на конвейер дол-
жно быть не изношенным и проходить систематический
контроль на пригодность к использованию.
К небрежной транспортировке следует отнести и
вс гряхивание формы при движении конвейера, паление
или соударение накладываемых грузов на форму.
Рис. 8.6.5. Отливка «Колесо»
с обвалом части болвана
Рис. 8.6.6. Фрагмент отливки
«Колесо» с земляной раковиной
от обвала (увеличено)
Приливы
281
Причиной обвала могут быть:
• сильная вибрация от близлежащих встряхивающих формовочных машин и других
подобных механизмов;
• взрыв в форме, возникающий при воспламенении газа между формой и подопеч-
ной плитой, который может вызвать обвал в соседних формах;
• любое пренебрежение правилами эксплуатации оборудования для сборки и транс-
портировки опок.
§ 6. Контроль качества формовочной смеси
Залогом успеха при ликвидации разрушения формовочной смеси (размыв, засор, об-
жим, обвал, подрыв, ужимины и др.) является тщательное выполнение технологических
инструкций и контроль качества приготовленной формовочной смеси.
Технологическими свойствами формовочной смеси, оказывающими влияние на вы-
шеперечисленные дефекты, являются влажность, прочность на сжатие в сыром состоянии,
прочность на разрыв в сыром состоянии, поверхностная твердость, текучесть, формуемость,
осыпаемость.
Влажность — один из главнейших факторов, определяющих свойства смеси и каче-
ство полученной отливки. Оптимальную влажность принято выбирать по максимуму проч-
ности во влажном состоянии. Повышенная влажность является причиной засоров, размывов,
подрывов, ужимин, раковин и т. д. (см. 8.4. § 4).
Некачественное перемешивание формовочной смеси приводит к низкой прочности
некоторых участков формы. На рис. 8.6.6 представлен фрагмент отливки «Колесо» с об-
валом части формы, не имеющей требуемой прочности для сцепления с общей формой.
§ 7. Разное, или Советы бывалого
1. Уменьшенная конусность создает трение болвана об оснастку в процессе протяжки.
Если набивка смеси слабая, то болваны выходят без разрушения. При более ту-
гой набивке, например, прессовании при высоком удельном давлении, происхо-
дит малозаметный подрыв болвана. При сборке форм и транспортировке проис-
ходит отрыв болвана, отливка получается с дефектом.
2. При невозможности выполнения узкого углубления или болвана, из-за разруше-
ния при формовке, необходимо изменить линию разъема или установить стержень.
3. В лабораториях литейных цехов прочностные свойства смеси определяют, в ос-
новном, на сжатие сырых образцов. Предел прочности на сдвиг измеряется очень
редко, хотя эти свойства смеси очень важны для определения склонности формы
к обвалам.
4. Неоднородно уплотненная смесь в форме способствует образованию пониженной
прочности. Попытки уплотнить смесь за счет добавок глины не приводят к поло-
жительным результатам. Для улучшения набивки следует качественно и равномерно
уплотнить смесь и повысить ее формуемость.
5. При наличии большого количества плотно расположенных моделей и невысокой
опоки увеличивается риск появления обвалов. Вызвано это увеличением сил ад-
гезии моделей и недостаточным сопротивлением прочностных свойств смеси, хотя
ее прочность при испытаниях показывает удовлетворительные результаты. Важ-
ную роль здесь играет отношение прочности смеси к площади поверхности кон-
тактируемой оснастки. Чем меньше это соотношение, тем выше риск образова-
ния обвалов.
282
Раздвлв
Глава 8.7. Подрыв
Описание дефекта
Подрывом называют местный
прилив, воспроизводящий по гео-
метрии часть формы, удаленной
вместе с моделью. Для беспре пят-
ственного удаления моделей после
уплотнения форм их рабочим по-
верхностям придают формовочные
уклоны, а поверхности моделей
тщательно обрабатывают. Рис. 8.7.1. Отливка «Решетка» с дефектом «Подрыв»
При изготовлении форм модели присыпают либо опрыскивают разделительным со-
ставом. Тем не менее, при извлечении моделей к ним пристают комочки формовочной
смеси, что и приводит к появлению местного прилива.
Механизм формирования дефекта
При уплотнении в опоке формовочной смеси про-
исходит плотный контакт поверхности модели со сме-
сью, в результате чего формируется повышенное сцеп-
ление формы с моделью. Это проявляется тогда, когда
силы связи с моделью превысят силы связи частичек
формовочной смеси между собой.
При извлечении модели из опоки часть смеси мо-
жет остаться на модели, а в форме будет визуально на-
блюдаться отсутствие этой смеси.
Способствовать образованию подрыва может целый
ряд факторов. К ним можно отнести, например, недо-
статочную прочность формовочной смеси, повышенную
ппилипаемос гь ее к модели, излишнее содержание гли-
ны, неправильно выбранный материал модели, повы-
шенную температуру формовочной смеси.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§ 1. Формовочные уклоны
Для облегчения выема модели из формы и стержня
из стержневого ящика стенки, перпендикулярные к плос-
кости разъема, делаются с уклонами, величина кото-
рых зависит от высоты стенки, материала модели и спо-
соба формовки (см. табл. 8.7.1). Достаточный уклон
снижает вероятность обра ювания дефекта “Подрыв”.
Недостаточные формовочные уклоны способству-
ют образованию подрывов, в первую очередь на кром-
ке формы. На рис. 8.7.2 представлена отливка «Колесо
Рис. 8.7.2a. Отливка
«Колесо насоса»
Рис. 8.7.26. Фрагмент отливки
«Колесо насоса» (увеличено)
Рис. 8.7 3. Фрагмент отливки
«Крышка стола»
с песчаными раковинами
Приливы
283
насоса», а на рис. 8.7.3 отливка «Крышка стола» с песчаными раковинами от подрыва кромок
формы. При извлечении моделей с недостаточными уклонами образовались трещины в
кромках смеси, которые при заливке формы были смыты металлом с образованием пес-
чаных раковин.
Таблица 8.7.1
Формирование уклонов наружных поверхностей модели и стержневых ящиков [52]
Уклон Измеряемая высота поверхности модели, h, мм Угол наклона моделей а
металлические деревянные
До 20 1°30’ 3°
За счет Св. 20 до 50 1° 1°30’
увеличения
размеров отливки Св. 50 до 100 0°40' 1°
Св. 100 до 200 0°30’ 0°45‘
За счет Св. 200 до 300 0°30’ 0°30'
одновременного
увеличения Св. 300 до 500 0°20’ 0°30’
и уменьшения Св. 500 до 800 0°20’ 0°30’
размеров отливки
Св. 800 до 1600 - 0°20’
За счет Св. 1600 до 2000 - 0°20'
уменьшения
размеров отливки Св. 2000 до 2500 - 0°15'
Св. 2500 - 0°15'
§ 2. Прочность формовочной смеси
Образование подрыва связано с недостаточной уплотняемостью и прочностью фор-
мовочной смеси. Под действием собственного веса уплотненной смеси и при наличии до-
полнительных затруднении (недостаточные уклоны, увеличенная прилипаемость к моде-
ли и т.д.) возможно образование подрыва. Для снижения возможности образования
подрывов необходимо использовать смеси с повышенной прочностью.
При приютовлении смеси необходимо соблюдать физико-механические и технологи-
ческие свойства формовочной смеси, установленные в техпроцессе. Увеличение активной
части глины в составе смеси повышает прочность и текучесть, снижает осыпаемость и ве-
роятность образования подрывов, ужимин и размывов. Содержание активной глины в сме-
сях для формовки по-сырому должно быть не менее 8%. Использование облицовочной смеси
с высокими прочностными и технологическими характеристиками для формообразования
литниковой системы оказывает влияние на ликвидацию подрыва (см. 8.4. § 3).
На рис. 8.7.4 представлен фрагмент отливки «Решетка» с дефектом «Подрыв». Дефект
образовался в результате слабого уплотнения смеси. При извлечении модели произошел
подрыв слабоуплотненной смеси.
284
Разделб
Рис. 8.7.4. Фрагмент
отливки «Решетка»
с дефектом «Подрыв»
(увеличено)
Рис 8.7.6. Схема штифтового подъема:
а — процесс уплотнения; б — съем опоки;
1-опока; 2 — подмодельная плита; 3 —штифт для подъема опоки;
4 — модель; 5 — подъемный стол
Рис. 8.7.5. Отливка «Решетка печная»
с дефектом «Подрыв»
Рис. 8.7.7. Схема удаления модели путем протяжки:
а — процесс уплотнения; б — протяжка;
3 — модель; 4 — форма
Рис. 8.7.8. Схема протяжки модели
со штифтовым подъемом
Рис. 8.7.9. Фрагмент отливки
«Крышка стола» с дефектом «Подрыв»
Приливы
285
§ 3. Разделительное покрытие
При контакте формовочной смеси с моделью возникает прилипание смеси к модели
и образование подрыва. Для исключения прилипания поверхности модели следует обра-
батывать противоадгезионным покрытием (жидким или припылом).
Из жидких покрытий наибольшее распространение получил керосин с различными
добавками (например: керосин — до 100%; мазут — 45—50%; связующие УСК-1 — 10—20%,
облегчает удаление модели из формы и улучшает качество поверхности формы). В каче-
стве других добавок вводят машинное масло, олеиновую кислоту и др. В настоящее время
существует целый ряд новых разделительных покрытий.
Припылы должны образовывать прочный слой на модели, чтобы исключить возможность
его разрушения и прилипания смеси к поверхности модели. При выборе припыла для любой
смеси необходимо знать, как он смачивается водой или связующим, входящим в состав сме-
си. В качестве припылов обычно применяют измельченные до состояния пудры вещества,
наносимые (напыляемые) на поверхность моделей, например, минеральные вещества (тальк,
кварц), мелкоизмельченный древесный уголь, ликоподий, серебристый графит, мраморную
пудру (100 вес. ч) со стеарином (3 вес. ч). Рекомендуется также зола — продукт пережога уг-
леро юсодержащих материалов растительного происхождения на открытом воздухе. Кроме этого
используются новые припылы, рекомендуемые различными источниками.
На рис. 8.7.5 представлена отливка «Решетка печная» с подрывом. Дефект образовался
в результате некачественной очистки модели и изготовления формы без покрытия моде-
ли разделительным составом.
§ 4. Точность вытяжки моделей на машинах
По методу извлечения модели из формы, машины подразделяют на следующие типы:
со штифтовым подъемом опок, с протяжкой модели, с поворотной плитой, с перекидным
столом [1, 33]. На рис. 8.7.6, 8.7.7 и 8.7.8 представлены различные схемы удаления модели
из полости форм. Такая вытяжка моделей из формы возможна на машинах при строгом
соблюдении параллельности движения механизмов извлечения оснастки и фиксации по-
луформ.
Причины возникновения дефекта «Подрыв» на разных машинах могут быть следующие:
1. Установочные штыри на подмодельных плитах и втулки на опоках не соответствуют
требованиям и превышают допустимые размеры на износ.
2. Изношенное или несоосное (расцентрированное) устройство для протяжки модели
— наиболее распространенный источник подрывов. Это должно контролировать-
ся в первую очередь, так как небольшой сдвиг в сторону может привести к под-
рыву болванов.
3. Переуплотнение встряхиванием может подорвать болваны даже при использова-
нии хорошо отлаженного оборудования и устройства для протяжки.
4. Чрезмерная вибрация может переуплотнить смесь и привести к подрыву болва-
нов или части формы. Недостаточная вибрация создает недостаточную прочность
для отделения части формы от модели
5. В случае плохого закрепления штырей или втулок разрушение формы происходит
в результате бокового движения во время съема. Это движение создает усилие сдви-
га, которое превышает предел прочности формы на сдвиг.
На рис. 8.7.9 представлен фрагмент отливки «Крышка стола» с «подрывом». Причи-
ной возникновения дефекта явилось плохое закрепление штырей, в результате чего воз-
никло боковое движение во время съёма, сдвиг подмодельной плиты и подрыв смеси.
286
Разделб
§ 5. Прилипаемость формовочной смеси к моделям
Для снижения и ликвидации прилипаемости формовочной смеси к модели необхо-
димо обращать внимание на следующее:
1. Плохо отшлифованные или не покрытые разделительным составом модели спо-
собствуют прилипанию смеси и образованию подрыва.
2. Изношенные модели способствуют образования щелей, пустот, шероховатог по-
верхности и способствуют налипанию смеси.
3. Плохо очищенные или не обдутые поверхности модельной оснастки приводят ее
к загрязнению и повышению эффекта прилипаемости.
4. Неукрепленная модель на плите действует как обратная конусность и способствует
подрыву смеси.
5. Горячая смесь повышает склонность формы к деформации сдвига. Кроме этого,
от горячей смеси на холодной оснастке образуется конденсат и. как следствие, уве-
личивается прилипаемость смеси к оснастке. Для исключения влияния горячей
смеси на прилипаемость применяют подогрев оснастки до температуры горячей
смеси один раз в начале смены. Далее температура оснастки поддерживается го-
рячей смесью.
6. Повышение поверхностной твердости формы, пределов прочности смеси на раз-
рыв и на сдвиг снижают возможность образования подрывов от эффекта прили-
паемости, возможных соударений, протяжки моделей с перекосом.
7. Использование формовочной смеси с повышенной влажностью снижает прочность
смеси на разрыв и увеличивает прилипаемость смеси к оснастке.
8. Для крупносерийного и массового производства модели должны быть изготовле-
ны стальными или чугунными, прилипаемость смеси к которым ниже, чем к мо-
делям на основе сплавов из цинка и алюминия. Наиболее низкую прилипаемость
дают модели из сплавов на медной основе.
Использование формовочной смеси с повышенной влажностью снижает ее прочность
на разрыв и увеличивает прилипаемость к оснастке. Это влияние усиливается, если по-
верхность подмодельной плиты плохо очищена и не покрыта разделительным составом.
На рис. 8.7.10 представлена отливка «Маховик» с дефектом «Подрыв». Дефект образовал-
ся от использования влажной формовочной смеси и отсутствия разделительного покры-
тия. После урегулирования качества формовочной смеси и покрытия модели разделительным
составом, дефект не возникал.
§ 6. Разное, или Советы бывалого
1. Использование горячей смеси, наряду с образованием светлых газовых раковин,
способствует увеличению образования дефектов по подрывам. Такая смесь склонна
к хрупкости и ведет к деформациям сдвига элементов формы. Возникающая при
этом конденсация влаги создает опасность прилипания смеси к холодной оснас-
тке. В этом случае целесообразно снизить температуру смеси или нагреть модель
до температуры смеси.
2. Из свойств формовочных смесей, влияющих на образование подрыва, можно от-
метить ударную вязкость, прочность на сдвиг, пластичность. Наличие этих свойств
в смесях позволяет противостоять удару, грубому манипулированию и протяжке
с перекосом. При быстрой протяжке болванов важным является проницаемость
смеси. Её можно компенсировать вентами на болване или прорезиненными встав-
ками у основания болвана, которые начинают протяжку.
Приливы
287
Рис. 8.7.10. Отливка «Маховик» с подрывом
3. Щелочи и аналогичные примеси в
составе смесей или красок вызыва-
ют избыточное прилипание к осна-
стке. Налипание связующего на ос-
настку или влага с вдуваемым
воздухом увеличивают прилипае-
мость смеси и подрыв. Изношенные
места оснастки (против надувных
сопел, рядом с вентами. у отъёмных
частей и др.) могут образовывать об-
ратную конусность и подрыв.
Дефект на рисунке 8.7.11 образовался в
результате повышенной влажности формовоч-
ной смеси, которая увеличивает прилипаемость
смеси к оснастке. После снижения влажнос-
ти смеси дефект отливки не появлялся.
Повышенная влажность формовочной
смеси способствует прилипаемости формовоч-
ной смеси к оснастке с последующим подры-
вом и образованием прилива, как показано на
рис. 8.7.12. Приведение влажности смеси
к требуемой по технологии и качественное
нанесение разделительного покрытия ликви-
дировало рассматриваемый дефект.
Представленная на рис. 8.7.13 отливка
«Било» имеет дефект «Подрыв» и причины
его возникновения аналогичны описанному
выше.
Рис. 8.7.11. Фрагмент отливки «Корпус вентиля»
с дефектом «Подрыв»
Рис. 8.7.12. Отливка «Корпус вентиля»
с дефектом «Подрыв»
Рис. 8.7.13. Отливка «Било»
с подрывом формовочной смеси
Несоответствия
п о
структуре
металла
289
Анализ сплава в процессе плавки позволяет своевременно откорректировать основ-
ной химический состав его перед выпуском.
Причины образования и
способы ликвидациидефекта
§1 . Содержание фосфора в металле
Сталь
Фосфор является основным элементом, участвующим в образовании ликвации. Он
пиквирует в виде жидких фосфидов, оттесняющимся кристаллизационным давлением к осе-
вой зоне отливки. Фосфор уменьшает растворимость углерода в стали и одновременно сни-
жает температуру эвтектического превращения. Избыточное количество фосфора выделяется
в виде тройной фосфидной эвтектики, плавящейся при пониженной температуре. При
затвердевании, эвтектика уменьшается в объеме, образуя усадочные раковины, трещины.
Для снижения ликвации необходимо уменьшить содержание фосфора в металле до 0,04—
0,06%. При кислой футеровке печи удаление фосфора практически невозможно. В основ-
ном процессе можно уменьшить содержание фосфора. Удаление фосфора в шлак проис-
ходит при протекании следующих реакций:
2Р + 5FeO = Р2О5 + 5Fe - 47850 кал.
Р2О. + 2FeO = (FeO)3P2O5 - 30600 кал.
(FeO)3P2O5 + 4СаО = (CaO)4P2Os + 3FeO - 130100 кал.
Для дефосфорации при основной футеровке необходимо соблюдать:
• достаточную концентрацию в шлаке СаО (основность в конце процесса 2,5—3,0);
• «активный» шлак, имеющий высокую жидкоподвижность и достаточное окисление;
• отсутствие перегрева металла.
Надо учитывать некоторое повышение содержания фосфора при раскислении (уве-
личиваются в металле и шлаке концентрации SiO2 и А12О3). Для ослабления этого явле-
ния следует обработать шлак в ковше смесью СаО и CaF2 или подать эту смесь по желобу
в момент выпуска плавки.
Чугун
На образование ликвации, возникающей при высокой температуре (выше 500°С), ока-
зывает влияние высокое содержание фосфора. Фосфор, подобно кремнию, уменьшает ра-
створимость углерода в жидком чугуне и одновременно снижает температуру эвтектичес-
кого превращения. Избыточное количество фосфора выделяется в виде тройной фосфидной
эвтектики, плавящейся при 953°С. При затвердевании эвтектика уменьшается в объеме,
образуя усадочные раковины [33].
При литье в податливые формы чугуна с повышенным содержанием фосфора, уве-
личивается предусадочное расширение металла, что связано, по-видимому, с малой проч-
ностью затвердевшей корки, которая длительное время находится в твердо-жидком состо-
янии. При дальнейшем отверждении чугуна, содержащего легкоплавкую эвтектику с
пониженной прочностью, возможно появление трещин.
Отрицательное влияние фосфора в нелегированном сером чугуне становится замет-
ным уже начиная с 0,12%.
Для получения малофосфористого чугуна в вагранке с кислым шлаком, необходимо
отбирать чистую по фосфору шихту. При введении в вагранку в качестве флюса известия-
Раздел 9. Несоответствия по структуре металла
Глава 9.1. Ликвация
Описание дефекта
Неравномерность химического состава
отдельных частей отливки при затвердевании
ее в форме называется ликвацией. Рассмот-
рим формирование ликвации фасонной от-
ливки: более тонкие стенки отливки и наруж
ные слои затвердевают раньше и содержат
меньше примесей, чем массивные части и
внутренние слои, так как основной жидкий
раствор, по мере удаления из него первичных
кристаллов, обогащается легкоплавкими при-
месями.
Рис. 9.1.1. Дефект отливки «Ликвация»
Зональная ликвация возможна при образовании в жидком расплаве тугоплавких со-
единений с высоким или низким удельным весом и поэтому всплывающих в нем или осе-
дающих на дно формы, а также при образовании легкоплавких эвтектик, которые затвер-
девают в последнюю очередь в тепловых узлах отливок. В металлах больше всего ликвируют
фосфор и сера, а затем углерод. Зональная ликвация тем сильнее, чем медленнее охлаж-
дение отливки. Поэтому она наблюдается главным образом в толстостенных отливках.
Для каждого сплава существуют пределы содержания основных химических элемен-
тов, которые обеспечивают получение в отливке определенных физико-механических и
технологических свойств. Свойства металла, такие как прочность при повышенных тем-
пературах, износостойкость, коррозионная стойкость и др., определяются содержанием
легирующих элементов. Это относится, например, к отливкам типа седел клапанов, рас-
пределительных валов, тормозных барабанов, головок блока цилиндров, деталей химической
аппаратуры, в которых недопустимо отклонение химического состава по основным леги-
рующим элементам.
В химическом составе многих сплавов ограничивают содержание вредных примесей,
отрицательно влияющих на структуру, литейные и механические свойства сплавов. При
повышении содержания фосфора предел прочности при растяжении металла и стрела про-
гиба при изгибе уменьшаются. Сера также ухудшает показатели прочности и пластичность
металла, что объясняется ослаблением границ зерен, где располагаются сульфиды желе-
за. Кроме того, сера отрицательно влияет на литейные свойства сплавов.
Предпосылки возникновения ликвации
Отклонение химического состава от заданного часто является следствием нарушения
технологии плавки и применения шихтовых материалов (чугуна, возврата производства,
стали, ферросплавов, чугунного и стального лома, стружки и др.), химический состав ко-
торых не уточнен или колеблется от партии к партии.
При расчете шихты следует учитывать угар основных элементов и усвоение легирую-
щих элементов из ферросплавов в процессе плавки. Угар при плавке определяется особен-
ностями плавильного агрегата. Для стабилизации химического состава необходимо стро-
го соблюдать установленный режим плавки, порядок ввода ферросплавов, длительность
выдержки металла в тигле и температуру выпуска. Попадание в расплав вредных приме-
сей с шихтой можно предупредить только тщательной проверкой химического состава всех
шихтовых материалов.
290
Р а з д в л 9
ка в количестве 7% от веса металла и железной руды в количестве 1% от веса металла сте-
пень обесфосфоривания чугуна достигает 30%. Лучшие результаты получаются при вып-
лавке чугуна с температурой 1300—1350°С, при повышении температуры чугуна до 1400—
1450°С степень обесфосфоривания уменьшается.
Следует заметить, что процессы обесфосфоривания и обессеривания одновременно
протекать не могут. Для лучшего обессеривания надо добиваться снижения FeO в шлаке
и максимального повышения температуры. Для лучшего обесфосфоривания надо добиваться
повышения содержания FeO в шлаке, не допуская повышения температуры выше опти-
мальной.
§2 . Содержание серы в металле
Сталь
Неравномерное распределение химических элементов по высоте и сечению отливок
отрицательно сказывается на свойствах стали и на качестве отливок. Повышенная кон-
центрация серы не только отрицательно сказывается на свойствах стали, но, в некоторых
случаях, приводит к разрушению отливок в процессе их изготовления или эксплуатации.
Для сложных корпусных и толстостенных отливок концентрацию серы целесообразно ог-
раничивать в пределах 0,03—0,035% [22, 25].
Сера, соединяясь с железом, образует легкоплавкий сульфид железа FeS. Для нейт-
рализации отрицательного влияния сульфида железа плавку проводят в присутствии мар-
ганца и кальция. Течение процесса удаления серы из стали в основном процессе можно
проследить по следующим реакциям:
Fe (жидкое) + 1/2 82(газ) = FeS (жидкое)
FeS находится как в металле, так и в шлаке. Для сталеплавильных процессов имеют
значения сульфиды: FeS, MnS и CaS. Удаление серы из металла заключается в переводе
FeS и MnS из металла в шлак и связыванием его там с СаО:
FeS + СаО <-> CaS + FeO + 6573 кал.
При переводе серы из металла в шлак большое значение имеет содержание её с мар-
ганцем:
FeS + Мп <-> MnS + Fe + 44107 кал.
MnS менее растворим в металле, чем FeS и легче растворим в шлаке. Поэтому для
обессеривания осуществляется перевод серы в соединения, нерастворимые в металле:
MnS + СаО <-> CaS + МпО = 13481 кал.
FeS + СаО <-> CaS + FeO + 6573 кал.
Для протекания этих реакций в нужном направлении необходимо иметь в шлаке до-
статочное количество известки (СаО), обновлять, по мере необходимости, шлак, насыщен-
ный CaS (удалять и наводить новый путем подачи известки и боксита или плавикового шпата
CaF2), поддерживать высокую температуру металла, иметь «активный» шлак, проводить
качественно период «кипения» металла (хорошее перемешивание металла, облегчение ус-
ловий взаимодействия металла со шлаком). При кислой футеровке печи дефосфорация и
десульфурация практически невозможны.
Чугун
На образование ликвации, возникающей при высокой температуре, оказывает влия-
ние повышенное содержание серы. Сера, присутствующая в чугуне в виде сульфвдов, бо-
гатых железом, или в составе тройной эвтектики, тормозит графитизацию. При этом сни-
жаются механические свойства из-за образования на границах зерен хрупкой эвтектики,
Несоответствия
п о
структуре
металла
291
а также ухудшаются литейные свойства чугуна. В результате в отливке может возникнуть
эффект «красноломкости», т.е. появление трещин от напряжения в горячем состоянии [33].
Нейтрализация влияния серы на свойства чугуна достигается за счет взаимодействия
сульфида железа и марганца. При соотношении марганца к сере, равном пяти, сера, в ос-
новном, находится в виде сульфидов марганца, не влияющих на графитизацию. Сера по-
падает в вагранку с топливом, флюсами и металлом (особенно с рассыпной стружкой).
Для уменьшения серы следует увеличить расход известняка (35—50% от веса кокса),
несколько увеличить содержание в чугуне Мп. в шлаке МпО, применять в шихте зеркаль-
ный чугун, а в числе флюсов — марганцевую руду и вести плавку горячо. Чем горячее чу-
гун, тем меньше в нем будет серы.
Резкое снижение серы достигается переходом на основной процесс или при обработке
чугуна кальцинированной содой в ковше или копильнике. Степень обессеривания увели-
чивается. если вместе с содой добавлять ферросилиций для раскисления (из расчета 0,3%
кремния к весу металла) и если обработка содой ведется в ковше с основной футеровкой.
Расход соды составляет 5—10 кг на 1 т жидкого чугуна. Соду дают на дно ковша под струю
металла. Образующийся при этом жидкий шлак сгущают дробленым известняком. При
содержании серы в чугуне 0,12—0,15% и при присадке 5 кг соды на 1 тонну чугуна, содер-
жание серы в нем падает до 0,06—0,08%.
Следует заметить, что процессы обессеривания и обесфосфоривания одновременно
протекать не могут. Для лучшего обессеривания надо добиваться снижения FeO в шлаке
и максимального повышения температуры. Для лучшего обесфосфоривания надо добиваться
повышения содержания FeO в шлаке, не допуская повышения температуры выше опти-
мальной.
§3 . Анализ чугуна в процессе плавки
Для анализа чугуна в процессе плавки необходимо знать:
1) наибольшее влияние на свойства чугуна и качество отливок оказывает зональная
ликвация элементов. Наибольшую склонность к зональной ликвации в сером чу-
гуне имеют углерод, сера и фосфор;
2) большая ликвирующая способность углерода наблюдается в крупных отливках с
большой толщиной стенок, для которых характерна малая скорость охлаждения.
Наиболее заметно ликвация углерода проявляется в чу!ун? с высоким содержанием
углерода и кремния;
3) при кристаллизации чугуна, содержащего значительное количество фосфора (ок.
0,15%), образуется фосфидная эвтектика вследствие склонности фосфора к меж-
кристаллитной ликвации. В результате низкой температуры затвердевания фос-
фидной эвтектики, она иногда выжимается на поверхность металла или в газовые
раковины в процессе усадки металла (в виде фосфидного «выпота»);
4) при наличии в чугуне магния и достаточного (>0,08%) содержания серы наблю-
дается зонал ьная ликвация серы. Образующийся сульфид магния имеет неболь-
шой удельный вес и всплывает на поверхность отливки, в связи с чем концентра-
ция серы на поверхности отливки возрастает;
5) для выявления зональной ликвации используются следующие методы:
• химический — взятие проб в виде стружки из различных точек отливки и их хи-
мический анализ. Этот метод дает грубую, но количественную оценку ликвации;
• металлографический — травление микроструктуры. Зоны скопления примесей
травятся интенсивнее, чем чистые, и приобретают более темный цвет. Этот метод
дает качественную, образную, охватывающую все сечения отливки, оценку;
292
Р а з д е п 9
6) в современных условиях химический анализ осуществляется экспресс-методом с
помощью прибора квантометра, позволяющего за одну — три минуты определить
содержание пяти основных элементов и более.
§4 . Угар элементов при плавке
Отклонение химического состава от заданного часто является следствием нарушения
технологии плавки и применения шихтовых материалов (чугуна, ферросплавов, чугунно-
го и стального лома, стали, стружки и др.), химический состав которых не уточнен или
колеблется от партии к партии [48, 49].
При расчете шихты следует учитывать угар основных элементов и усвоение легирую-
щих элементов из ферросплавов в процессе плавки. Угар при плавке определяется особен-
ностями плавильного агрегата (см. таблицу 9.1.1).
Таблица 9.1.1
Изменение химического состава чугуна при плавке
Угар элементов в % от содержания их в шихте
Элементы Вагранка с кислой футеровкой Дуговая эл. печь, кислая футеровка Пламенная печь
Холодное дутье Горячее дутье
углерод в зависимости от условий плавки в зависимости от условий плавки 5-10 10-30
кремний 10-35 10-(-10) нет 20-50
марганец 15-ЛО 20-30 15-20 25-60
фосфор не изменяется не изменяется не изменяется не изменяется
сера (-25)-(100) (-10)-(50) до 30 До 20
хром 15-30 10-20 15-30 10-25
никель ДО 10 ДО 5 ДО Ю ДО Ю
медь ДО Ю ДО 5 ДО Ю ДО 15
молибден ДО Ю ДО 5 ДО Ю 5-20
титан 20-50 30-60 30-60 30-60
Для стабилизации химического состава необходимо строго соблюдать установленный
режим плавки, порядок ввода ферросплавов, длительность выдержки металла в тигле и
температуру выпуска. Попадание в расплав вредных примесей с шихтой можно предуп-
редить только тщательной проверкой химического состава всех шихтовых материалов.
Анализ сплава в процессе плавки позволяет своевременно откорректировать основ-
ной химический состав его перед выпуском.
§5 . Ввод и плавка ферросплавов
Чугун
В качестве информации по установленным режимам плавки и порядку ввода ферро-
сплавов рекомендуется следующее:
1) получение чугуна заданного качества достигается систематическим контролем:
• за количеством, химическим составом и состоянием поверхности загружаемых
в вагранку шихтовых материалов, дозирование которых осуществляется с по-
мощью весов;
Несоответствия по структуре металла ----------------------------------- 293
• за уровнем шихты в вагранке, что исключает возможность его понижения ниже
порога загрузочного окна. Контроль осуществляется с помощью приборов ра-
диоактивного и лазерного типов;
• за давлением и расходом подаваемого в вагранку воздуха с помощью U-образ-
ных манометров и сопл, манометрических датчиков;
• за температурой отходящих газов, которая не должна превышать 300—400°С с
помощью термоэлектрических пирометров;
2) во время плавки чугуна в вагранке происходит изменение химического состава
составляющих шихты:
• выгорание кремния(на 15%) и марганца (на 20%);
• увеличение количества серы и углерода (поступающих из кокса);
• образование шлака. Шлак оказывает существенное влияние на характер плав-
ки и свойства получаемого в вагранке чугуна;
3) для удаления серы, которая является вредной примесью в чугуне, полученный в
вагранке расплав обрабатывается кальцинированной содой, карбидом кальция;
4) для повышения механических свойств расплав серого чугуна подвергают модифи-
цированию — обработке ферросилицием, магнием, его сплавами и другими моди-
фикаторами. Ферросилиций (75%-ный) мелкими зёрнами в количестве 0,1—0,6%
от массы обрабатываемого расплава ссыпают из вибрирующего совка в жёлоб, по
которому выдаётся из вагранки расплавленный чугуны;
5) контроль качества полученного в вагранке чугуна включает:
• определение химического состава. В современных условиях он осуществляет-
ся экспресс-методом с помощью прибора квантометра, позволяющего за 1—3
минуты определить содержание более пяти элементов;
• установление показателей механической прочности чугуна (предела прочнос-
ти при изгибе, твёрдости);
• определение литейных свинств чугуна по технологическим пробам: спиральной
— для определения жидкотекучести, клинообразной — для установления склон-
ности к отбелу.
§6 . Шихтовые материалы для выплавки металла
Шихта для основного скрап-процесса мартеновских печей составляется из 55—70%
скрапа и 30—45% чугуна. Подборка скрапа должна осуществляться из материала с низким
содержанием серы и фосфора, поскольку удаление последних из расплава металла сопря-
жено со значительными затратами. Для шлакообразования загружают 4—10% известняка,
0,6—1% боксита и до 3% железной руды.
Удаление фосфора происходит начиная с первого окислительного периода плавки, при
котором образованный восстановлением железа фосфорный ангидрид Р2О5 связывается в
шлаке в прочные химические соединения (СаО)4*Р2О5 и (СаО)3*Р2О5.
Удаление серы происходит при восстановительном периоде плавки с наличием сво-
бодной СаО в шлаке, высокой температуре процесса и низком содержании FeO в шлаке,
что достигается скачиванием старого и наведением нового шлака. В кислом мартеновс-
ком процессе, содержащиеся в металлической шихте сера и фосфор не участвуют и цели-
ком остаются в стали. Поэтому шихта для кислого процесса должна быть с малым содер-
жанием этих примесей.
При плавке в кислых дуговых электропечах шихта составляется главным образом из
«чистых» по сере и фосфору стального лома и скрапа с небольшой добавкой чугуна — до
294
Р а з д е л 9
5%. Основной процесс в дуговой электропечи отличается от кислого тем, что позволяет
удалять из металла фосфор и серу.
§7 . Рафинирование стали
Рафинирование стали, т.е. очищение расплава от вредных примесей (в том числе от
фосфора и серы) и газов происходит в два периода плавки.
В первый период плавления полностью окисляется кремний, частично марганец и
фосфор, содержащийся в передельном чугуне, и происходит образование шлака. При вып-
лавке углеродистых сталей, содержание углерода сразу же после расплавления не должно
превышать более чем на 0,3% допустимое содержание углерода в готовом металле. Если
углерода содержатся меньше, то в печь вводят соответствующее количество передельного
или зеркального чугуна.
К моменту полного расплавления металла образуется шлак из оксидов металличес-
кой части шихты, флюсов (известняк, боксит), материала пода и кладки печи. Образова-
ние шлака до полного расплавления способствует ускорению процесса дефосфорации,
обессеривания, кипения ванны. Для этого в печь на 15—40 мин до полного расплавления
стали вводят такое количество извести и боксита, чтобы основность шлака CaO/SiO, со-
ставляла 1,5—2,0. Такой шлак состоит на 30—35% СаО, 18—25% SiO,, 10—15% FeO. Расплав-
ленный шлак скачивают из печи для снижения содержания фосфора в стали, после чего
наводится новый шлак нормальной основности (>= 40% СаО и <= 20% SiO2) из свеже-
обожженной известки и боксита.
Второй период. По окончании наведения нового шлака ванну переводят в режим «чи-
стого кипения», происходящего только за счет кислорода, содержащегося в ванне. При этом
постоянно повышают основность шлака, доводя её к моменту окончания кипения до 2,2—
3,5. В период чистого кипения в стали увеличивается содержание марганца в результате
его восстановления из шлака. Одновременно окисляется углерод со скоростью около 0,25%
в час. Чистое кипение способствует очистке металла от растворенных газов и неметалли-
ческих включений. В этот период плавки контролируется состав стали и шлака.
После получения в стали требуемого углерода проводят предварительное раскисле-
ние, затем окончательное. При выплавке легированных сталей добавки в виде ферросплавов
вводят в печь в разное время.
При кислом процессе плавки стали, фосфор и сера не удаляются, поэтому содержа-
ние серы и фосфора в шихте должно быть минимальным — ниже на 0.1% допускаемого в
отливках.
§8 . Направленная кристаллизация металла без зональной ликвации
Направленное затвердевание применяется для получения плотной отливки без уса-
дочных раковин и пористости и для вывода ликвирующих материалов ближе к прибыли,
где можно довести их химсостав до уровня требуемого. Характер направленности затвер-
девания зависит от свойств материала и конфигурации отливки, от положения отливки в
пространстве, от места расположения прибылей и питателей, от термофизических свойств
формы и холодильников.
Направленное затвердевание достаточно просто определить с помошью геометричес-
кого правила вписанных окружностей Хейферса (см. 2.4. §4).
На массивные части отливки для её питания прибыли устанавливаются таким образом,
чтобы металл, сохраняющийся в прибыли в жидком состоянии (в том числе и долитый ме-
талл для изменения состава ликвационного металла), мог непрерывно поступать в затвер-
девающие части отливки для компенсации уменьшения их объёма, вызванного усадкой стали.
Несоответствия
п о
структуре
металла
295
Наряду с основной функцией питания затвердевающей отливки, прибыль служит также
выпором и резервуаром, в которой могут всплывать продукты разрушения стенок литей-
ной формы, засоры, случайно попавшие в форму, и продукты реакций, проходящие в жидкой
стали.
Для обеспечения хорошей заполняемости формы тонкие стенки отливки следует рас-
полагать в нижних частях формы, по возможности, вертикально или наклонно.
На практике выработаны и другие методы улучшения направленности затвердевания:
• ускорение охлаждения утолщённых частей отливки с использованием наружных и
внутренних холодильников, захолаживающих формовочных или стержневых смесей;
• обогревание прибыльных частей отливки с целью замедления их затвердевания по
сравнению с питаемыми участками отливки (см. 2.4. §4).
Из дополнительных мероприятий для уменьшения развития зональной ликвации в
массивных сечениях крупных отливок эффективными являются следующие:
• доливка в прибыли более чистой, по содержанию ликвирующих элементов, стали
(например, доливка стали с содержанием 0.10—0,15% С, <= 0,010—0,015% S и Р);
• засыпка открытых прибылей теплоизоляционными или экзотермическими мате-
риалами с малым содержанием ликвирующих элементов;
• максимальное снижение температуры заливки с учетом обеспечения условий за-
полняемости литейной формы и питания отливки.
§9 . Использование внутренних и наружных холодильников
Внутренние холодильники применяют для охлаждения тех частей стальных отливок, для
которых невозможно обеспечить полное питание от прибылей. К таким частям относят-
ся: сочленения сопрягаемых стенок и сочленения стенок отливки с рёбрами различного
назначения, местные утолщения стенок и др. Используют как удаляемые из тела отливки
холодильники, так и сохраняющиеся в отливке.
Наружные холодильники из стали являются одним из эффективных средств регулиро-
вания скорости охлаждения отливки во время затвердевания металла в литейной форме.
Они обеспечивают направленность затвердевания, предупреждают образование осевой
рыхлости в тепловых узлах и др.
Кроме металлических наружных холодильников применяют холодильники из других
материалов. К ним относятся хромомагнезит, хромит, магнезит, смесь формовочного песка
с чугунной дробью, с металлической стружкой и другие материалы.
Установка холодильников ускоряет охлаждение тепловых узлов, что часто бывает не-
обходимо для обеспечения направленного или объемного затвердевания отливки. Уско-
ряя охлаждение узла, холодильник предотвращает образование в нем усадочной ракови-
ны, так как теперь узел успевает пропитаться за счет позднее затвердевающих частей отливки.
Ускорение охлаждения массивных сечений отливок холодильниками, способствуя вырав-
ниванию скорости охлаждения, может привести к уменьшению внутренних напряжений,
снижению коробления отливки и опасности образования трещин (см. 2.1. §3).
§10 . Технологичность конструкции отливки
При конструировании отливки надо стремиться к получению минимальной разницы
толщин сопрягаемых стенок. Если по конструктивным соображениям избежать этого нельзя,
то следует выполнить правильный переход ог тонких к массивным частям (см. 2.1. §11).
296
Раздел 9
Глава 9.2. Отбел
Описание дефекта
Отбелом называется состояние структу-
ры отливки из серого чугуна с пониженным
содержанием углерода и кремния или повы-
шенным содержанием карбидообразующих
элементов: хрома, титана, марганца, ванадия.
Он четко выявляется в изломе отливок в виде
светлых участков на фоне более темных (от
светло- до темно-серого цвета) участков. От-
бел обнаруживается в тонких частях отливок
или около остроугольных кромок.
Рис. 9.2.1. Фрагменты стенок отливки
- с дефектом «Отбел»
Предупреждение отбела
1. Для предупреждения отбела чугун в ковше модифицируют добавками ферросили-
ция, силикокальция, графита. Количество модификатора составляет 0,2—0,8% от
веса жидкого металла. Наиболее эффективно модифицирование чугуна при тем-
пературе не ниже 1380— 1420°С.
2. На образование отбела в особо тонкостенных отливках влияет температура заливки.
Снижение температуры заливки чугуна ниже 1400'С часто приводит к образова-
нию отбела.
3. При литье чугуна в металлические формы (кокили) часто возникает отбел, что свя-
зано с высокой скоростью охлаждения при кристаллизации сплава. Для предуп-
реждения отбела полость металлических форм окрашивают теплоизолирующими
красками и подогревают перед заливкой до температуры 500—600°С.
4. При редком контроле модельной оснастки в производство могут попадать изно-
шенная оснастка и стержневые ящики, которые могут служить формированию
отливки с тонкостенными полостями. Это может привести к возникновению от-
бела.
5. Использование изношенных штырей и втулок опок, деформированных подмодель-
ных плит может привести к появлению отбела. При проектировании литниковой
системы следует избегать поступления последнего охлаж ценного металла в тон-
кое место отливки.
6. Причиной отбела может быть использование чугуна с низким углеродным экви-
валентом. В связи с этим надо стремиться к использованию чугуна (по возмож-
ности) с эквивалентом не ниже 4 единиц.
7. Содержание серы свыше 0,1% может служить появлению отбела в тонких местах
отливки без существенного изменения крупных сечений.
Причины образования и
способы ликвидации дефекта
§1 . Модифицирование внесением добавок
Для устранения отбела при производстве отливок из серого чугуна применяют гра-
фитизирующие модификаторы. Модифицирование целесообразно только при низком со-
Несоответствия
п о
структуре
металла
297
держании углерода, кремния и др. графитизирующих элементов или при повышенной кон-
центрации элементов, препятствующих графитизации.
В качестве модификаторов наиболее распространены графитизирующие добавки:
75%-ный ферросилиций, силикокальций (28%Са, 62%Si, 1,5%А1) и графит. При введе-
нии модифицирующих добавок в жидкой чугун (на жёлоб вагранки или в ковш) увели-
чивается число зародышей графита, что влияет на характер эвтектической кристаллиза-
ции. По сравнению с обычным чугуном модифицированный чугун такого же химического
состава в меньшей степени склонен к отбеливанию и образованию междендритного то-
чечного графита.
При модифицировании можно использовать смесь ФС75 и СКЗО в отношении 1:1 или
только ФС75. Если необходимо устранить отбел без особого влияния на механические свой-
ства чугуна, можно пользоваться наиболее простым и дешёвым модификатором — чёрным
графитом.
На рис. 9.2.2а представлена отливка «Втулка» с отбеленной рабочей поверхностью,
а на рис. 9.2.26 — ее увеличенный фрагмент с дефектом «Отбел». Дефект появился в ре-
зультате низкого содержания углерода и кремния в составе металла. Дефект ликвиди-
рован в результате проведения модифицирования металла графитизирующими модифи-
каторами.
§2 . Температура заливаемого чугуна
При нормальном содержании углерода, кремния, марганца и других элементов в се-
ром чугуне при его заливке в форму может получиться отливка, имеющая отбеленные и
неотбеленные места. Причина состоит в толщине стенок отливки. В тонком сечении (около
5 мм) может присутствовать отбел, в обычном (около 10 мм) отбела не будет. Для предуп-
реждения отбела чугуна при 1400—1420°С его модифицируют в ковше добавками ферро-
силиция, силикокальция, графита. Температура заливки чугуна в форму для корпусных
автотракторных заливок рекомендуется в пределах 1380°С.
На рисунке 9.2.3 представлена отливка «Крышка корпуса» с отбеленной частью тон-
кого профиля отливки. Получение дефекта явилось следствием заливки в форму охлаж-
денного металла, который, входя в форму с противоположной стороны тонкого профиля,
дополнительно терял температуру, что и повлияло на формирование отбела.
§3 . Захолаживающие воздействия на чугун
Скорость охлаждения отливки зависит от ряда факторов. В первую очередь к ним от-
носятся толщина отливки, теплоаккумулируюшая способность формы, температура за-
ливки. Повышение скорости охлаждения:
• уменьшает продолжительность кристаллизации;
• увеличивает скорость остывания в твёрдом состоянии;
• увеличивает переохлаждение и размельчает структурные составляющие.
Чем выше скорость заливки, тем больше вероятность образования отбела. Процессы,
происходящие в форме, также влияют на возникновение отбела:
• увеличенное содержание влаги в формовочной смеси (5% и более) может привес-
ти к повышенной скорости охлаждения залитого чугуна и образованию отбела в
тонких стенках или рёбрах отливки. Этому может способствовать конденсат на
холодном стержне от горячей формовочной смеси;
• опоки могут оказывать непосредственный отбеливающий эффект на металл, если
стенки опок и рёбра жёсткости расположены слишком близко к полости формы
и проводят тепло в процессе затвердевания отливки;
298
Раздел 9
Рис. 9.2.2а. Отливка «Втулка» с дефектом
«Отбел» на обработанной поверхности
Рис. 9.2.26. Фрагмент отливки с отбелом
(увеличено)
Рис. 9.2.3. Отливка «Крышка корпуса»
с дефектом «Отбел»
Рис. 9.2.5. Отливка «Корпус» с дефектом «Отбел»
Рис. 9.2.4. Отливка «Крышка» с отбеленной
частью поверхности
Несоответствия
п о
структур
металла
299
• ошибочной практикой является попытка использовать бегуны свыше их мощно-
сти или использование изношенных и плохо регулируемых скребков и катков. Для
равномерного распределения влаги в формовочной смеси нужно проводить про-
филактический ремонт бегунов;
• на возникновение отбела могут оказывать влияние близко расположенная к по-
верхности стержня арматура, не рассчитанные холодильники (обладающие повы-
шенной мощностью), местный избыток покрытия или краски на форме или стержне.
На рисунке 9.2.4 представлена отливка «Крышка» с дефектом «Отбел». Дефект про
изошел из-за переувлажненной формовочной смеси и повышенной скорости заливки. На
поверхности обработанной отливки видно место подвода и распределения последнего при
заливке металла (темный фон) и светлые отбеленные места. Дефект исправлен снижени-
ем влажности формовочной смеси и уменьшением скорости заливки металла.
§4. Влияние литниковой системы
Для выбора места подвода металла и конструкции литниковой системы рекоменду-
ется:
1) в практике известно снижение отбела за счёт конструир< »вания соответствующей
литниковой системы. Это достигается расположением литниковой системы рядом
с тонкими стенками, что способствует замедленному охлаждению стенок и фор-
мированию их без отбела. Это одновременно можно использовать при необходи-
мости получения отливок с однородной твёрдостью;
2) не рекомендуется подводить металл в удалённые тонкие места отливки в после-
днюю очередь, поскольку холодный металл склонен к быстрому отвердеванию;
3) при разработке литниковой системы следует избегать питания тонких сечений через
утолщения, особенно вертикальных стенок в верхней полуформе. Если при этом
будет производиться заливка чугуна с недостаточной температурой, то возникнет
высокая вероятность появления отбела.
На рисунке 9.2.5 представлена отливка «Корпус» с отбеленной поверхностью части
отливки, удаленной от места подвода металла. Отливка заполнялась охлажденным метал
лом, а ее гонкая часть была размещена рядом с толстостенной опокой. Все это повлияло
на образование дефекта «Отбел».
Литература
1. Аксенов II II. Технология литейного производства. — М.: «Машгиз», 1957. — 663 с.
2. Арсов Я.Б. Стальные отливки. София, 1974. Перевод с болгарского. — М.: «Машиностроение»,
1977. - 176 с.
3. Белобров Е.А., Бульштейн Р.И., Ковалев В.И. Применение хромитовых и хромомагнезитовых
смесей и покрытий в литейном производстве // Технология, организация и механизация про-
изводства (НИИинформтяжмаш). 1976. — №30 с ил.
4. Берг П.П. Формовочные материалы. — М.: «Машиностроение», 1979. — 210 с.
5. Бидуля П.П. Технология литейного производства. — М.: «Металлургиздат», 1956. — 615 с.
6. Бидуля П.Н Технология стальных отливок. — М.: «Металлургиздат», 1961. — 352 с.
7. Василевский П.Ф. Технология стального литья. — М.: «Машиностроение», 1972. — 408 с.
8. Вейник А.И. Теория затвердевания отливки. — М.: «Машгиз», I960. — 435 с.
9. Вопросы теории литейных процессов. Сборник трудов литейных кафедр и институтов. — М.:
«Машгиз», 1960. — 693 с.
10. Воронин Ю.Ф , Парфенов Ю.А. Шсшенева А.В. Характерные особенности распознавания и
устранения газовых раковин // Заготовительные производства в машиностроении. 2003. — №12.
- С. 7-9, 57.
11. Воронин Ю.Ф , Камаев В.А. Петрухин А.В. и др. Интегрированная аналитическая компью-
терная система снижения дефектности чугунных отливок // Заготовительные производства в
машиностроении. 2003. — №9. — С. 3—6, 57.
12. Воронин Ю.Ф. Влияние окиси железа в смеси для оболочковых стержней на качество отливок
гильз цилиндров//Литейное производство. 1974. — №11. — С. 35.
13. Воронин Ю.Ф., Лосев А.Г.. Матохина А.В. и др. Моделирование газового режима литейной
формы //Литейщик России. 2004. — №4. — С. 35—44.
14. Воронин Ю.Ф., Лосев А.Г., Камаев В.А. и др. Автоматизированная система оптимизации га-
зового режима литейной формы //Литейщик России. 2003. — №12. — С. 39—43.
15. Воронин Ю.Ф., Камаев В.А., Матохина А.В. и др. Компьютерный «Атлас литейных дефектов.
Чугун и сталь» //Литейщик России. 2004. — №1. — С. 31—36.
16. Воронин Ю.Ф., Матохина А.В. Моделирование влияния причин возникновения дефектов на
качество отливок //Литейщик России. 2004. — №8. — С. 33—37.
17. Воронин Ю.Ф., Камаев В.А., Матохина А.В. и др. Автоматизированная компьютерная систе-
ма «Атлас литейных дефектов. Чугун и сталь» // Заготовительные производства в машиностро-
ении. 2004. - №6 - С. 3-7.
18. Воронин Ю.Ф. К вопросу об определении причин возникновения дефектов отливок //Литей-
щик России. 2004. — №9. — С. 42—46.
19. Воронин Ю.Ф., Камаев В.А., Матохина А.В. и др. Компьютерное определение дефекта, при-
чин его возникновения и способы ликвидации // Литейное производство. 2004. — №7. —
С. 17-24.
20. Воронин Ю.Ф., Каленова Л.И., Кулишев В. И Изготовление стержней прогрессивными спо-
собами//Литейное производство. 1984. — №4. — С. 14—15.
21. Воронин Ю.Ф.. Качановская Л.Д., Никитина В.А., Борсук П.А. Органо-минеральные неток-
сичные стержневые смеси //Литейное производство. 1986. — №3. — С. 15.
22. Грузин В.Г. Температурный режим литья стали. — М.: «Металлургиздат», 1962. — 351 с.
23. Горенко В.Г., ЯноверЯД Теплоизоляционные материалы в лигейном производстве. — К.: «Тех-
ника», 1981. — 96 с.
24. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. — Л.: «Машиностроение» (Ленинградское отделение),
1976. -214 с.
25. Гуляев Б.Б. Литейные процессы. — М. — Л.: «Машгиз», 1960. — 416 с.
Литература -----------------------------------------------------------------;--- 301
26. Дорошенко С.11., Дробятко В Н . Ващенко К.И Получение отливок без пригара в песчаных
формах. — М.: «Машиностроение», 1978. — 208 с.
27. Ефремов Э.Ф. Контроль модели в металлообработке. — М.: «Машиностроение», 1981. — 200 с.
28. Ильинский В.Л.. Костылева А В. Де<]>скты чугунных отливок (атлас): учебное пособие / ВотгГТУ. —
Волгоград, 1995. — 105 с.
29. Клочнев Н И. Литейные свойства чугуна. — М.: «Машиностроение», 1968. — 132 с.
30. Кожинский Л.И. Предотвращение некоторых видов газовых раковин в отливках //Литейное
производство. 1980. — №7. — С. 25—26.
31. Куманин И.Б. Вопросы теории литеиных процессов. — М.: «Машиностроение», 1976. — 216 с.
32. Лакедемонский А.В., Кваша Ф.С., Медведев Я.И. и др. Литейные дефекты и способы их уст-
ранения,—М.: «Машиностроение», 1971. — 320 с.
33. Литейное прои зводство. Под редакцией Куманина И.Б. — М.: «Машиностроение», 1971. — 319 с.
34. Медведев Я.И. Газы в литейной форме. — М «Машиностроение». 1976. — 240 с.
35. Медведев Я.И. Газовые процессы в литейной форме. — М.: «Машиностроение», 1980. — 197 с.
36. Мухоморов И.А. Классификация и причины возникновения газовых раковин в чугунных от-
ливках //Литейное производство. 2002. — №8. — С. 28—29.
37. Неуструев А.А., Пантюхин В.П.. Абрамов Г.Г. и др. Расчет времени охлаждения чугунных от-
ливок в песчаных формах //Литейное производство. 1983. — №10. — С. 16—17.
38. Озеров В.А. и др. Основы литейного производства. — М.: «Высшая школа», 1987. — 304 с.
39. Орешкин В.Д. Основы литейного производства — М. — Свердловск: «Машгиз», 1961. — 326 с.
40. Рабинович Ь В., Воронин Ю.Ф. Оптимизация состава смесей для оболочковых форм //Литейное
производство. 1974. — №7. — С. 41—42.
41. Рабинович Б.В., Воронин Ю Ф. Повышение термостойкости оболочковых стержней //Литей-
ное производство. 1977. — №4. — С. 19—20.
42. Рабинович Б.В. Введение в литейную гидравлику. — М.: «Машиностроение», 1980. — 423 с.
43. Рыжиков А.А. Технологические основы литейного производства. — М.: «Машгиз», 1962. — 527 с.
44. Рыжиков А.А Теоретические основы литейного производства. — Москва — Свердловск: «Машгиз ,
1961.-447 с.
45. Самохоцкий А.И.. Парфеновская П Г. Технология термической обработки металлов. — М.:
«Машиностроение», 1976. — 311 с.
46. Сварика А.А. Покрытие литеиных форм. — М.: «Машиностроение», 1977. — 216 с.
47. Синчугов А.Ю., Черненко Н.Г., Воронин Ю.Ф. и др. Улучшение податливости песчано-смо-
ляных смесей //Литейное производство. 1987. — №8. — С. 9—10.
48. Справочник по чугунному литью. Под редакцией Гиршовича Н.Г. — Л.: «Машиностроение»
(Ленинградское отделение), 1978. — 758 с.
49. Стальное литье. Справочник под редакцией Дубинина Н.Т. — М.: «Машгиз», 1961. — 888 с.
50. Степанов Ю.А, Семенов В.И. Формовочные материалы. — М.: «Машиностроение», 1969. — 157 с.
51. Титов Н.Д., Степанов Ю.Ф. Технология литейного производства. — М.: «Машиностроение», 1988.
- 432 с.
52. Чернов Ю.И., Кизилов А И. Справочник по модельной оснастке. — М.: «Машгиз», 1961. — 407 с.
53. Чугунное литье в станкостроении 1 Год редакцией Клепкина Г. И. — М.: «Машиностроение», 1975.
- 320 с.
Содержание
Введение ......................................................................3
Классификация дефектов.........................................................5
РАЗДЕЛ 1. ГАЗОВЫЕ РАКОВИНЫ.....................................................6
Классификатор газовых раковин..................................................6
Глава ЕЕ Раковина гладкая, светлая, рассредоточенная, сферической формы,
мелкая (2—6 мм) ............................................................ 9
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА.....................9
§ 1. Влажность стержня или формовочной смеси.............................9
§ 2. Содержание водорода и азота в металле..............................10
§ 3. Газопроницаемость формовочной смеси и стержня .....................13
§ 4. Вентиляционные наколы..............................................14
§ 5. Азотистые соединения в составе формовочных и стержневых смесей.....14
§ 6. Насыщение металла газом при плавке и заливке.......................15
§ 7. Газотворные разделительные покрытия................................16
§ 8. Влага непросушенного слоя краски ..................................17
§9. Подготовка разливочных ковшей .....................................17
§ 10. Простановка горячих стержней в холодную форму или холодных стержней
в горячую форму.........................................................19
§ 11. Разное, или Советы бывалого........................................20
Глава 1.2. Раковина гладкая, светлая, локальная, более 6 мм (известна также как «вскип»).21
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА....................21
§ 1. Влажность стержня или формовочной смеси............................21
§ 2. Газопроницаемость формовочной смеси и стержня......................22
§ 3. Вентиляционные наколы..............................................22
§ 4. Длительность выдержки собранных форм...............................22
§ 5. Газотворные разделительные покрытия................................23
§ 6. Влага непросушенного слоя краски ..................................23
§ 7. Температура задаваемого металла....................................23
§8. Мсталлостагическое давление........................................24
§ 9. Вентиляция формы и стержня.........................................25
§ 10. Простановка горячих стержней в холодную форму или холодных стержней
в горячую форму.........................................................27
§ 11. Разное, или Советы бывалого........................................27
Глава 1.3. Раковина «Пористость подкорковая» (ситовидная пористость),
светлая, размером от 2 до 5 мм...............................................30
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА....................31
§ 1, Содержание водорода и азота в металле..............................31
§ 2. Влажность стержня или формовочной смеси.......................................31
§ 3. Насыщение металла газом при плавке и заливке..................................31
§ 4. Температура заливаемого металла....................................32
§ 5. Простановка горячих стержней в холе тую форму или холодных стержней
в горячую форму.......................................................... 32
§ 6. Азотистые соединения в составе формовочных и стержневых смесей.....33
§ 7. Подготовка разливочных ковшей.................................................33
§ 8. Влияние водорода на ситовидную пористость..........................33
§ 9. Разное, или Советы бывалого........................................34
I лава 1.4, Раковина окисленная, внутренняя или поверхностная, сферической формы,
более 2—3 мм................................................................ 35
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА....................35
§ 1. Направленность потока заливаемого металла......................... 35
§ 2. Длина пути фильтрации га за........................................36
§3. Металлостатическое давление........................................37
§ 4. Газотворность стержня и формовочной смеси..........................37
Содержание
303
§ 5. Газопроницаемость стержня и формовочной смеси........................ 38
§ 6, Вентиляционные наколы.................................................41
§ 7. Вентиляция формы и стержня............................................42
§ 8. Захват воздуха........................................................42
§ 9. Заливка форм металлом.................................................42
§ 10. Сифонный способ заливки..............................................47
§ 11. Разное, или Советы бывалого......................................... 47
Глава 1.5. Раковина сферической формы, поверхность с цветами побежалости........49
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА......................49
§ 1. Газотворность стержня и формовочной смеси.............................49
§ 2. Ремонтный состав стержней.............................................50
§ 3. Заливка форм металлом................................................ 50
§ 4. Газопроницаемость стержней и формовочной смеси........................50
§ 5. Насыщение металла газом при плавке и заливке..........................51
§ 6. Температура заливаемого металла.......................................51
§ 7. Вентиляция формы и стержня............................................52
§ 8. Разное, или Советы бывалого...........................................52
Глава 1.6. Раковина шлакогазовая, сферической формы, окисленная,
возможен желтоватый налет......................................................54
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА......................54
§ 1. Выдержка металла для всплытия шлака...................................54
§ 2. Разливочные ковши для удерживания шлака...............................55
§ 3. Шлакоулавливаюшая литниковая система..................................55
§ 4. Вагранка с копильником................................................58
§ 5. Состав шлака с пониженной вязкостью...................................59
§ 6. Температура заливаемого металла.......................................60
§ 7. Снижение содержания шлака в стали.....................................61
Глава 1.7. Раковина приплюснутой формы (пузыри подкорковые), окисленная,
серо-синего цвета, блестящая.................................................. 62
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА......................63
§ 1. Длина пути фильтрации газа............................................63
§ 2. Направленность потока заливаемого металла.............................63
§ 3. Металлостатическое давление залитого металла..........................64
§ 4. Вентиляционные наколы................................................ 64
§ 5. Вентиляция формы и стержня........................................... 64
§ 6. Температура заливаемого металла.......................................66
§ 7. Заливка формы металлом............................................... 66
§ 8. Газотворность стержня и формовочной смеси.............................68
§ 9. Газопроницаемость формовочной смеси и стержня.........................68
§ 10. Вентиляция формы через открытые выпоры и прибыли.....................69
§ 11. Сифонный способ заливки .............................................70
§ 12. Толщина корки затвердевшей стали.....................................70
§ 13. Разное, или Советы бывалого..........................................71
Глава 1.8. Раковина газоусадочная, матовая, окисленная, неправильной формь^
гладко-шероховатая.............................................................72
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА......................73
§ 1. Место подвода питателей.............................................. 73
§2. Газотворность стержней и формовочной смеси ...........................75
§ 3. Ремонтный состав стержней.............................................76
§ 4. Длительность выдержки собранных форм................................. 76
§ 5. Вентиляция формы и стержня .......................................... 76
§ 6. Температура заливаемого металла...................................... 77
§ 7. Простановка горячих стержней в холодную форму или
холодных стержней в горячую форму........................................ 78
§ 8. Заливка формы металлом............................................... 78
304
Содержание
§ 9. Длина пути фильтрации газа..........................................78
§ 10. Расположение i азоусадочных раковин вблизи выступающих частей
стержня или формы........................................................79
§ 11. Использование наружных холодильников................................79
РАЗДЕЛ 2. ТРЕЩИНЫ..............................................................83
Классификация трещин.......................................................... 83
Глава 2.1. Холодная трещина....................................................85
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА.....................86
§ 1. Температура заливаемого металла.....................................86
§ 2. Место подвода питателей.............................................87
§ 3. Наружные и внутренние холодильники..................................89
§ 4. Легирование чугуна..................................................92
§ 5. Заливка форм металлом...............................................93
§ 6. Обычное и регулируемое охлаждение отливок...........................93
§ 7. Низкотемпературный отжиг чугуна.....................................95
§ 8. Упрочняющие и охлаждающие рёбра.....................................96
§ 9. Цвет поверхности холодных трещин в чугуне...........................97
§ 10. Податливость формовочных смесей и стержней..........................99
§ 11. Технологичность отливок.............................................99
§ 12. Разное, или Советы бывалого........................................102
Глава 2.2. Трещина термическая.................................................ЮЗ
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА....................103
§ 1. Напряжения в отливке................................................ЮЗ
§ 2. Очистка отливок от смеси...........................................104
§ 3. Термообработка отливок с массивными прибылями......................104
§ 4. Режимы поверхностной и изотермической закалки......................105
§ 5. Углерод в подприбыльной части отливки..............................105
§ 6. Режим отпуска и нормализации отливок...............................106
§ 7. Нагрев отливок перед резкой или сваркой............................107
§ 8. Режимы процессов отжига отливок....................................107
§ 9. Условия термообработки стальных отливок............................108
§ 10. Разное, или Советы бывалого........................................109
Глава 2.3. Трещина «Разрыв холодный»..........................................110
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА....................110
§ 1. Технологичность отливки............................................110
§ 2. Регулируемое охлаждение отливок.....................................1Ю
§ 3. Стабилизирующая термообработка.....................................111
§ 4. Охлаждение отливки.................................................111
§ 5. Углерод и кремний в чугуне.........................................112
§ 6. Легирование чугуна.................................................112
§ 7. Выбивка и транспортировка отливок..................................113
§ 8. Разное, или Советы бывалого........................................113
Глава 2.4. Горячая трещина....................................................114
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА.....................114
§ 1. Податливость стержня и формы........................................114
§ 2. Содержание в чугуне фосфора.........................................115
§ 3. Температура заливаемого металла.....................................116
§ 4. Направленное отверждение отливки...................................117
§ 5. Содержание серы в металле..........................................119
§ 6. Регулируемое охлаждение отливки....................................121
§ 7. Содержание углерода и кремния в чугуне.............................122
§ 8. Препятствие усадке со стороны литниковой системы...................122
§ 9. Технологичность отливок.............................................122
§ 10. Усадочные рёбра.....................................................124
Содержание
305
§ 11. Место подвода питателей..............................................124
§ 12. Трещиноустойчивость стали............................................124
§ 13. Горячие трещины в отливках из марганцовистых аустенитных сталей.....127
§ 14. Условия наименьшей склонности металлов к горячим трещинам...........128
§ 15. Температурный интервал образования трещин...........................129
§ 16. Разное, или Советы бывалого.........................................130
Глава 2.5. Горячий излом........................................................132
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА.....................132
§ 1. Ранняя выбивка отливок................................................132
§ 2. Условия возникновения горячего излома................................133
§ 3. Транспортировка горячих отливок......................................133
§ 4. Разное, или Советы бывалого..........................................133
РАЗДЕЛ 3. УСАДОЧНЫЕ РАКОВИНЫ ..................................................134
Глава 3.1. Раковина усадочная открытая.........................................134
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА.....................134
§ 1. Технологичность отливки..............................................134
§ 2. Направленное затвердевание отливки...................................135
§ 3. Технологические припуски ............................................135
§ 4. Температура заливаемого металла......................................137
§ 5. Подвод металла к отливке.............................................138
§ 6. Толщина корки затвердевшей стали.....................................138
§ 7. Содержание фосфора и хрома в металле.................................139
§ 8. Углеродный эквивалент чугуна.........................................141
§ 9. Наружные холодильники................................................141
§ 10. Прочность формы.....................................................142
§ 11. Прибыли.............................................................142
§ 12. Заполняемость форм металлом.........................................143
§ 13. Расположение усадочной раковины.....................................143
§ 14. Разное, или Советы бывалого.........................................144
Глава 3.2. Раковина усадочная закрытая.........................................145
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА.....................146
§ 1. Технологичность отливки...............................................146
§ 2. Направленное затвердевание отливки....................................148
§ 3. Температура заливаемого металла......................................150
§ 4. Подвод металла к отливке.............................................150
§ 5. Содержание хрома и фосфора в металле..................................150
§ 6. Углеродный эквивалент чугуна..........................................150
§ 7. Наружные и внутренние холодильники....................................151
§ 8. Усадка у стержня.....................................................151
§ 9. Толщина корки затвердевшего металла..................................152
§ 10. Заполняемость форм металлом........................................1-53
§ 11. Расположение усадочной раковины.....................................153
§ 12. Разное, или Советы бывалого.........................................153
Глава 3.3. Усадочная пористость................................................153
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СНОСОББ1 ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА....................154
§ 1. Прибыли для подпитки пористых мест...................................154
§ 2. Направленное отверждение отливки.....................................154
§ 3. Температура заливаемого металла.......................................154
§ 4. Наружные холодильники.................................................154
§ 5. Насыщение металла газами при плавке и заливке........................155
§ 6. Температурный интервал кристаллизации стали..........................156
§ 7. 1 еплоаккумуляция используемых форм и стержней........................156
§ 8. Подвод металла к отливке..............................................157
§ 9. Содержание серы, хрома и фосфора в металле...........................158
306
Содержание
§ 10. Углеродный эквивалент чугуна........................................159
§ 11. Усадочная пористость отливки.....................................159
§ 12. Разное, или Советы бывалого......................................161
РАЗДЕЛ 4. НЕСПЛОШНОСТИ В ТЕЛЕ ОТЛИВКИ.......................................162
Глава 4.1. Королек..........................................................162
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА..................162
§ 1. Заполнение формы металлом........................................162
§2. Раздробление струи металла.......................................163
§ 3. Восстановительная атмосфера в форме..............................163
§4. Влага в форме....................................................165
§ 5. Разное, или Советы бывалого......................................166
Глава 4.2. Шлаковые включения (раковины)....................................166
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА..................167
§ 1. Температура заливаемого металла..................................167
§ 2. Шлакоулавливающая литниковая система.............................167
§ 3. Выдержка металла в ковше для всплытия шлака......................169
§ 4. Разливочные ковши для удерживания шлака..........................169
§ 5. Вагранка с копильником...........................................169
§ 6. Вязкость шлака...................................................169
§ 7. Снижение содержания шлака в металле..............................170
§ 8. Разное, или Советы бывалого......................................170
РАЗДЕЛ 5. НЕСООТВЕТСТВИЕ ПО ГЕОМЕТРИИ.......................................172
Глава 5.1. Коробление.......................................................172
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА..................173
§ 1. Технологичность отливок..........................................173
§ 2. Применение рёбер жёсткости.......................................173
§ 3. Внутренние и наружные холодильники...............................173
§ 4. Использование модели с ложным изгибом............................174
§ 5. Податливость смесей..............................................174
§ 6. Система питания отливки металлом.................................175
§ 7. Влияние легирующих элементов на коробление отливки ... ..........175
§ 8. Выдержка отливок в печи..........................................176
§ 9. Проверка состояния модельной оснастки............................176
§ 10. Разное, или Советы бывалого......................................177
Глава 5.2. Механическое повреждение.........................................177
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА.....................178
§ 1. Отделение питателей от отливки...................................178
§ 2. Условия нормального охлаждения отливки...........................178
§ 3. Выбивка и транспортировка отливок................................179
§ 4. Работа выбивной решетки..........................................180
§ 5. Влияние легирующих элементов на устойчивость
к механическим разрушениям отливки....................................181
§ 6. Разное, или Советы бывалого......................................182
Глава 5.3. Искажение размера...................................................182
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА.....................183
§ 1. Новая модельная оснастка............................................183
§ 2. Состояние модельной оснастки.....................................185
§ 3. Искажение размеров формы при извлечении моделей 1................186
§ 4. Контроль форм и стержней.........................................187
§ 5. Контроль модельных комплектов в процессе их апрооирования и доводки.188
§ 6. Разное, или Советы бывалого.........................................189
Глава 5.4. Смещение............................................................190
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА..................190
Содержание ----------------------------------------------------------------- 307
§ 1. Зазор в центрирующих отверстиях...................................190
§ 2. Износ или повреждения штырей и втулок.............................193
§ 3. Уклоны и зазоры в знаковых частях.................................194
§ 4. Смещение половинок моделей........................................200
§ 5. Соединение стержней или их половинок .............................201
§ 6. Разное, или Советы бывалого.......................................201
РАЗДЕЛ 6. 11ЕСЛИТИНЫ И НЕДОЛИВЫ..............................................202
Глава 6.1. Неспай............................................................202
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА...................203
§ 1. Температура заливаемого металла...................................203
§ 2. Заливка форм металлом.............................................203
§ 3. Заполнение формы металлом.........................................204
§ 4. Образование окисных плен..........................................205
§ 5. Использование припылов и краски...................................207
§ 6, Утонение стенки отливки...........................................207
§ 7. Вентиляция стержней и форм........................................208
§8. Жидкотекучесть....................................................208
§ 9. Подвод металла в отливку..........................................209
§ 10. Заполняемость форм металлом.......................................211
§ 11. Разное, или Советы бывалого.......................................211
Глава 6.2. Недолив...........................................................214
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА...................214
§ 1. Температура заливаемого чугуна и стали............................214
§ 2. Заливка форм металлом.............................................215
§ 3. Неплотное прилегание полуформ.....................................215
§ 4. Неудовлетворительная заполняемость формы металлом.................217
§5. Подвод металла в отливку..........................................217
§ 6. Образование окисных плен..........................................218
§7. Жидкотекучесть....................................................218
§ 8. Заполняемость форм металлом.......................................221
§ 9. Разное, или Советы бывалого.......................................222
РАЗДЕЛ 7. ДЕФЕКТЫ ПОВЕРХНОСТИ................................................223
Глава 7.1. Пригар............................................................223
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА...................223
§ 1. Содержание в формовочной смеси углеродосодержащих добавок.........223
§ 2. Температура заливаемого металла...................................224
§ 3. Местный перегрев формы............................................225
§ 4. Облицовочные смеси................................................226
§ 5. Время простоя собранных форм......................................228
§ 6. Противопригарные покрытия.........................................228
§ 7. Термостойкие смеси................................................231
§ 8. Захолаживающие литейные формы.....................................231
§ 9. Прочность литейной формы..........................................231
§ 10. Толщина корки затвердевшей стали..................................232
§ 11. Заполняемость форм металлом.......................................233
§ 12. Разное, или Советы бывалого.......................................233
(лава 7.2. Ужимины...........................................................234
ПРИЧИ11Б1 ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА.................235
§ 1. Формовочные смеси для снижения ужимин.............................235
§ 2. Влажность формы...................................................235
§ 3. Заливка формы металлом............................................237
§4. Облицовочная смесь................................................237
§5. Противоужимные риски..............................................238
308
Содержание
§ 6. Упрочняющее покрытие формы.........................................238
§ 7. Подвод металла.....................................................239
§ 8. Время простоя собранных форм......................................240
§ 9. Использование подсушенных форм....................................240
§ 10. Толщина корки затвердевшей стали .................................241
§ 11. Заполняемость форм металлом........................................241
§ 12. Влияние продолжительности течения металла и
влажности формы на отслаивание..........................................242
Глава 7.3. Складчатость......................................................243
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА...................244
§ 1. Содержание в смеси углеродосодержащих добавок.....................244
§ 2. Газопроницаемость формы...........................................244
§ 3. Вентиляционные наколы.............................................245
§ 4. Скорость заливки формы............................................245
§ 5. Температура заливаемого чугуна....................................246
§ 6. Вентиляция формы и стержней .................................... 246
Глава 7.4. Окисные плены на стальных отливках................................247
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА...................247
§ 1. Температура заливаемой стали......................................247
§ 2. Выдержка стали в ковше перед заливкой.............................247
§3. Время »аливки стали...............................................248
§ 4. Сифонный подвод стали.............................................248
§ 5. Направление потоков стали в полость формы.........................249
§ 6. Прибыли прямого питания...........................................249
§ 7. Восстановительная атмосфера в форме...............................249
§ 8. Комплексное раскисление стали.....................................250
§ 9. Склонность стали к пленообра юванию...............................250
РАЗДЕЛ 8. ПРИЛИВЫ............................................................252
Глава 8.1. Залив.............................................................252
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА...................252
§ 1. Зазоры и уклоны между знаковыми частями...........................252
§ 2. Деформация стержня при изготовлении...............................253
§ 3. Прогиб смеси в изготовленных формах...............................254
§ 4. Коробление оснастки, загрязнение втулок, штырей, лада опок........255
§ 5. Загрузка и крепление полуформ.....................................255
Глава 8.2. Распор............................................................257
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА...................257
§ 1. Твердость литейной формы..........................................257
§ 2. Влажность формовочной смеси ......................................258
§ 3. Поглотитель влаги в смеси ........................................259
§ 4. Повышение текучести смеси.........................................259
Глава 8.3. Задир.............................................................260
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА...................261
§ 1. Зазоры и уклоны в знаковых частях.................................261
§ 2. Состояние модельной оснастки......................................261
§ 3. Простановка стержней в форму......................................261
§ 4. Точность спаривания полуформ......................................263
Глава 8.4. Размыв............................................................264
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА...................264
§ 1. Скорость заливки формы............................................264
§ 2. Конструкция литниковой системы....................................265
§ 3. Поверхностная твердость формы.....................................267
§ 4. Контроль качества формовочной смеси...............................268
§5. Использование бентонита...........................................270
Содержание
309
§ 6. Термостойкие смеси или изделия..................................270
§ 7. Литниковые системы. Зумпф.......................................271
§ 8. Разное, или Советы бывалого.....................................272
I лава 8.5. Обжим...........................................................274
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА..................274
§ 1. Прочность формы.................................................274
§ 2. Зазоры и уклоны в знаковых частях.................................275
§ 3. Противообжимные пояски..........................................275
§ 4. Состояние модельной оснастки......................................276
§ 5. Точность спаривания полуформ....................................277
§ 6. Разное, или Советы бывалого.......................................277
Глава 8.6. Обвал...........................................................278
ПРИЧИНЕ! ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА.................278
§ 1. Прочность формовочной смеси.....................................278
§ 2. Точность спаривания полуфор.м...................................279
§ 3. Состояние модельно-опочной оснастки.............................279
§ 4. Затрудненное уплотнение форм....................................279
§ 5. Перемещение форм на потоке производства.........................280
§ 6. Контроль качества формовочной смеси.............................281
§ 7. Разное, или Советы бывалого.....................................281
Глава 8.7. Подрыв..........................................................282
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА..................282
§ 1. Формовочные уклоны..............................................282
§ 2. Прочность формовочной смеси.....................................283
§ 3. Разделительное покрытие.........................................285
§ 4. Точность вытяжки моделей на машинах.............................285
§ 5. Прилипаемость формовочной смеси к моделям.......................286
§ 6. Разное, или Советы бывалого.....................................286
РАЗДЕЛ 9 НЕСООТВЕТСТВИЯ НО СТРУКТУРЕ МЕТАЛЛА................................288
Глава 9.1. Ликвация.........................................................288
ПРИЧИНЫ ОБРА ЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА..................289
§ 1. Содержание фосфора в металле....................................289
§ 2. Содержание серы в металле.......................................290
§ 3. Анализ чугуна в процессе плавки ................................291
§ 4. Угар элементов при плавке.......................................292
§ 5. Ввод и плавка ферросплавов......................................292
§ 6. Шихтовые материалы для выплавки металла.........................293
§ 7. Рафинирование стали.............................................294
§ 8. Направленная кристаллизация .металла без зональной ликвации.....294
§ 9. Использование внутренних и наружных холодильников...............295
§ 10. Технологичность конструкции отливки..............................295
Глава 9.2. Отбел...........................................................296
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБЫ ЛИКВИДАЦИИ ДЕФЕКТА..................296
§ 1. Модифицирование внесением добавок...............................296
§ 2. Температура заливаемого чугуна..................................297
§ 3. Захолаживающие воздействия на чугун.............................297
§ 4. Влияние литниковой системы......................................299
Литература .................................................................300
Содержание..................................................................302
Приложение..................................................................310
ПРИЛОЖЕНИЕ
СОЗДАНИЕ ТЕХПРОЦЕССОВ,
УСТОЙЧИВЫХ К ВОЗНИКНОВЕНИЮ
БРАКА ЛИТЬЯ
Раздел I. Условия ликвидации дефектов отливок
Что в первую очередь необходимо знать или уметь литейщикам, которые непосред-
ственно задействованы в производстве литья?
1. Точное определение разновидностей дефектов отливок. Почему так остро стоит
этот вопрос в производстве? Потому, что неправильно определённый дефект при-
водит к бесполезной трате времени и средств на проведение экспериментальных
работ, завершающихся отрицательным эффектом. Например, мало кто знает, что
газовых раковин насчитывается не менее 8 разновидностей, трешин 5 разновид-
ностей и т.д. В связи с этим на заводах, из-за нечёткого представления разновид-
ностей дефектов, иногда газовую раковину от стержней путают с газовой ракови-
ной от влаги или газоусадочную раковину с усадочной и т.д.
2. Прг ильная формулировка причин возникновения дефекта. Дефекты могут воз-
никать как от одном причины, так и от одновременного воздействия нескольких
причин. Например, в возникновении земляной раковины от размыва формы по-
винны:
• заливка металла с большой высоты (более 50 см);
• увеличенная температура заливаемого металла;
• повышенная скорость заливки (по сравнению с расчётной);
• недостаточное уплотнение песчано-глинистой смеси.
В этом случае все причины воздействуют в направлении повышения вероятности
возникновения дефекта. Правильным будет проведение анализа воздействия причин
и ликвидация тех из них, которые оказывают решающее воздействие на ликвида-
цию размыва формы.
3. Выбор эффективного способа ликвидации дефекта. Решение этого вопроса незат-
руднительно. если имеешь чёткое представление о воздействии каждой причины
на формирование дефекта. Необходимо выбрать такой способ, который мог бы не
допустить возникновение дефекта даже при участии в процессе ряда технологи-
ческих параметров с отрицательными отклонениями от оптимальной величины.
Поясним на примере. В формировании газовой раковины «пузыри подкорковые»
приняли участие:
• высокая газотворная способность стержневой смеси;
• низкая газопроницаемость стержневой смеси;
• отсутствие вентиляции стержней и формы.
Имеем три причины, которые взаимно усиливали возникновение дефекта. Если
технолог хорошо знает механизм образования рассматриваемой газовой ракови-
ны, то он быстро ликвидирует причины её возникновения без коренной передел-
ки технологического процесса. Это также будет рассмотрено ниже.
Приложение
311
4. Моделирование условий возникновения и ликвидации дефектов. Это очень важ-
ный пункт в деятельности технолога, поскольку он выполняется при разработке
техпроцесса. Важен он тем, что моделирование позволяет предупредить возмож-
ность возникновения дефектов ещё в процессе разработки чертежей. Но для того,
чтобы моделировать, необходим определённый набор автоматизированных систем
(компьютерных программ).
Такой набор компьютерных программ ра зработан авторами этой книги, проверен
в производственных условиях и внедрён на ряде предприятий России.
В состав набора входят:
• «Экспертная система по определению разновидностей дефектов и причин их воз-
никновения».
• «Атлас литейных дефектов. Чугун и сталь». Содержит причины возникновения
дефектов и способы их ликвидации, множество фотографий отливок, графи-
ков, схем, таблиц.
• «Инте1рированная аналитическая система по ликвидации дефектов чугунных
отливок».
• «Моделирование условий ликвидации возникновения газовых раковин в отлив-
ках».
• «Моделирование условий ликвидации усадочных дефектов в отливках».
• «Расчёт литниковых систем» с выдачей рабочих чертежей элементов системы
на принтере.
• «Экспертные системы по определению вида дефекта (по его морфологическим,
геометрическим, пространственным и другим характеристикам), причин его
возникновения и способа ликвидации» — 35 систем на 35 дефектов. Системы
поставляются на CD-дисках, позволяют моделировать условия ликвидации де-
фекта. Стоимость — 1,5—2,5 тыс. руб., в зависимости от дефекта.
В следующих разделах рассматриваются исследования дефектов отливок, выполнен-
ные с использованием приведённых компьютерных систем.
312
Приложение
Раздел 2. Пример моделирования условий ликвидации
газовых раковин в сложных отливках
В настоящем Атласе рассматриваются 8 разновидностей газовых и 3 разновидности
усадочных раковин по их характерным признакам. Однако бывают случаи, когда хорошо
зная основные признаки и условия возникновения газовых и усадочных раковин, прихо-
диться серьезно задумываться при определении и ликвидации аналогичных дефектов.
На ОАО «Альметьевский насосный завод» (АЛНАС) производят глубинные насосы для
добычи нефти. Отливки рабочих органов массой до 1,6 кг изготавливают из модифици-
рованного цериевобористого чугуна на формовочных линиях «Disamatic». Сложные стер-
жни изготавливают по горячей оснастке из сухой плакированной песчано-смоляной сме-
си К отливкам предъявляют повышенные требования по качеству в том числе и по
раковинам.
При анализе качества отливок, проведённом совместно с главным металлургом Тро-
ниным А.В. и начальником ТБ ОГМет Хакимовым И.Ф. отмечено, что значительная доля
дефектов приходится на раковины. На рис. 1—4 представлены отливки рабочих органов
различных насосов (помеченных номерами 1, 2, 3 и т.д.), имеющие различные по форме,
но одинаковые по происхождению газовые раковины.
Отливка рабочего органа 1 (рис.1) изготавливается с использованием небольшого по
размеру стержня, при этом давление газа возникает в средней части отливки. В газовой
раковине видна застывшая часть заливаемого металла, который не мог слиться с общей
массой из-за повышенного газообразования от стержня. Такие явления встречаются не часто
и в ряде случаев рассматриваются как «королёк». В связи с окислительной способностью
образующегося газа, поверхность раковины покрыта окисной пленкой. На рис. 2 представ-
лена отливка большего размера, но с дефектом, аналогичным рис. 1.
На рис. 3 отливка имеет классическую по форме газовую раковину, отделенную от
поверхности отливки тонкой пленкой. На рис. 4а представлена отливка с крупным «пу-
зырем подкорковым», имеющим серо-синий цвет поверхности.
На рис. 46 и 4в представлены фрагменты этой отливки в увеличенном виде для более
детального обследования характера дефекта. Дефекты этих отливок имеют одно происхож-
дение — повышенное газовое давление в стержнях из-за отсутствия нормальной вентиля-
ционной системы. Высокое давление газа в стержнях вызвано повышенной газотворной
способностью плакированной смеси. Это давление газа в стержнях может быть с успехом
нейтрализовано вентиляционной системой, выводящей газ по каналам в стержнях и фор-
ме в атмосферу. При хорошей вентиляционной системе в месте выхода газа вспыхивает
факел пламени. Работниками ОГМет под руководством начальника ТБ Хакимова И.Ф.
была выполнена такая вентиляционная система на ряде отливок, при этом достигнута полная
ликвидация возникающих газовых раковин.
Среди забракованных отливок в небольшом количестве были те, на которых имеют-
ся раковины, представленные на рис. 5—8. Поверхность таких отливок гладкая, светлая,
разветвлённая, с большой площадью. Иногда появление таких раковин сопровождается
выбросом металла из литниковой системы в воронку (чашу), что именуют «вскипом» ме-
талла. Цвет поверхности раковин и их увеличенные размеры свидетельствуют о том. что
они образовались от влаги со стороны стержней. При проведённом анализе установлено,
что дефекты образовались от попадания на стержни капель воды по причине каких-либо
внешних воздействий.
Приложение
313
Рис. I. Отливка рабочего органа 1
с окисленной газовой раковиной
Рис. 3. Отливка рабочего органа 3 с окисленной
газовой раковиной «пузырь подкорковый»
Рис. 46. Фрагмент дефекта отливки (увеличено)
Рис. 2. Отливка рабочего органа 2
с окисленной газовой раковиной
Рис. 4а. Отливка рабочего органа 4 с окисленной
газовой раковиной «пузырь подкорковый»
Рис 4в. Фрагмент дефекта отливки (увеличено)
3U
Приложение
Рис. 5. Отливка рабочего органа 5 со светлой,
гладкой газовой раковиной
Рис. 6. Отливка рабочего органа 6 со светлой,
гладкой, разветвлённой газовой раковиной
Рис. 7. Отливка рабочего органа 7 со светлой,
гладкой, разветвлённой газовой раке иной
(произошёл «вскип» металла)
Рис. 8. Отливка рабочего органа 8 со светлой,
гладкой, локальной газовой раковиной
Рис. 9. Отливка рабочего органе 7 с окисленной,
шероховатой раковиной в месте соединения стенок
Рис. 10. Отливка рабочего органа 7 с окисленной,
шероховатой раковиной на её обратной стороне
Приложение
315
Заводские руководители-исследователи
Тронин и Хакимов обратили внимание на
один характерный дефект отливок рабочего
органа 6—7, по форме и поверхности напо-
минающий усадочную раковину. Некоторые
отливки с такими дефектами представлены
на рис. 9—11. Раковины имеют шероховатую
поверхность серо-синего цвета, вскрывают-
ся на обработанной поверхности в различном
виде, схожи с усадочными дефектами.
Поверхность раковин показана на
рис. 13а и при увеличении на рис. 136. На них
видна шероховатая, но не дендритная струк-
тура поверхности, которая обычно бывает на
поверхности усадочных раковин. В углуб-
ленной части раковины наблюдается отвер-
стие — «свищ», соединяющее раковину со
стержнем.
Соединение раковины со стержнем на-
ходит подтверждение на рис. 14, где представ-
лена отливка, разрезанная вдоль стержня и
показывающая сторону обратную той, на ко-
торой располагаются рассматриваемые рако-
вины. На рассматриваемой поверхности вид-
ны отверстия, соединяющиеся с полостью
раковин. Теперь уже с большей увереннос-
тью можно сказать, что раковина образует-
ся от выделения газа из стержня в процессе
выгорания связующего. На завершающем
этапе исследования рассматриваемого дефек-
та проведём анализ сечения отливки, пред-
ставленной на рис. 12. Цифрой 2 отмечено
L-образное соединение с генок, где образует-
ся рассматриваемая раковина. Цифрой 1 от-
Рис. 11. Отливка рабочего органа 6 с окисленной,
шероховатой раковиной в месте соединения стенок
Рис. 12. Сечение отливки рабочего органа 6
Рис. 1 За. Фрагмент отливки рабочего органа 6
с окисленной, шероховатой раковиной
Рис. 136. Фрагмент дефекта отливки
рабочего органа 6 (увеличено)
316
Приложение
Рис. 14. Отливка рабочего органа 7
мечено Т-обра зное соединение в котором рако-
вины не образуются. Если следовать теории об-
разования усадочных дефектов, то раковина, в
первую очередь, образуется в более массивных
частях отливки При замере термических узлов
в соединении стенок установлено, что в Т-образ-
ном сечении (1) диаметр вписанной окружнос-
ти составляет 11 мм. а в L-образном сечении (2)
— 8 мм. Если усадочная раковина не образуется
в более крупном сечении (1). то в меньшем се-
чении (2) она образоваться не может. Это окон-
чательно подтверждает то. что раь овины образо-
вались из за выделения заза от стержня.
Исходя из изложенного, предположитель-
ный механизм образования раковины можно
представить следующим образом: при заполне-
со срезом со стороны стержня
нии металлом полости отливки на-
чинается процесс его охтаждения
и кристаллизации. Поскольку от-
ливка имеет небольшую толщину
стенок и заливается во влажную
песчано-глинистую форму со стер-
жнями, процесс отверждения ме-
талла идёт ускоренно и от стенок
формы идёт образование корок ме-
талла.# связи с отсутствием в стер-
жнях вентиляционной системы,
выделяющийся из них газ начинает
создавать высокое давление и про-
рывать тонкую стенку отливки со
стороны стержней Это хорошо за-
метно на рис. 14. Таким образом
возникает газовая раковина. В это
время в металле уже образуются
агрегатные структуры и он напоми-
нает кашеобразную массу. В ре-
зультате этого газовая раковина
имеет не гладкую поверхность, а
шероховатую, из-за наличия в ме-
талле при пониженной температу-
ре структурных образовании, отли-
чающихся от дендритных структур
при завершающем цикле формиро-
вания усадочных раковин.
Исследования на ОАО «АЛ
НАС» по определению создаваемо-
го в стержнях давления газа и пу-
Рис. 15. График газового давления в форме и стержне
в процессе заливки и затвердевания металла
Рис. 16. График давления в стержне
после уменьшения длины пути фильтрации газа L
Приложение
317
тей его вывода из стержней через форму в атмосферу, проводились с помощью компью-
терной программы «Моделирование условий ликвидации возникновения газовых раковин
в отливках». При рассмотрении условий возникновения раковин во внимание принима-
лась повышенная газотворность стержневых смесей и отсутствие вентиляционных кана-
лов для вывода газа. Проведённая подготовка и компьютерное исследование газового ре-
жима литейной формы с рассматриваемыми отливками дали следующие результаты:
используемая для изготовления стержней плакированная смесь имела повышенную газо-
творность — до 19 см3/г смеси, газопроницаемость стержней была в пределах 120 ед., мак-
симальная длина пути фильтрации газа L из стержня составляла 20 см, время заливки формы
с 16 отливками равнялось 9 секундам. Используя приведённые и другие данные по чугу-
ну. смесям, смолам, конструкции отливки и др., было проведено моделирование условий
возникновения газового давления в форме и стержне. Результаты моделирования приве-
дены на рис. 15, где на графиках имеются кривые давления газа в форме (нижняя кривая)
и стержне (верхняя кривая). Прямой линией красного цвета отмечена граница, выше уровня
которой появляется опасность образования газовых раковин. Рассматривая положения кри-
вых на графике можно отметить, что давление газа в форме не вызывает опасности воз-
никновения газовых раковин. В то же время давление в стержне во много раз превышает
допустимый предел, круто восходя в сторону высокого давления.
Анализируя полученный график и введенные технологические параметры на момент
возникновения дефекта, установили следующее. Образование раковин происходило по вине
высокой газотворной способности плакированной смеси и из-за отсутствия вентиляци-
онной системы стержня. Изменять состав смеси для снижения его газотворности не пред-
ставлялось возможным по условиям необходимости получения качественных стержней в
месте формирования лопаток. Следовательно, параметром, который необходимо умень-
шать для предупреждения образования газовых раковин, является L (длина пути фильт-
рации газа) По результатам анализа проведено повторное моделирование состояния га-
зового режима в стержне, причём величина L была уменьшена до 6 см без ухудшения
технологии изготовления и сборки стержней. Представленный на рис. 16 график показы-
вает резкое снижение давления газа в стержне, не выходящее за пределы опасной зоны
графика.
Проведённые исследования послужили основанием для разработки вентиляционной
системы вывода газа из стержней. В результате, вентиляционные каналы были выполне-
ны по линии контакта знаков стержней и формы, а также по линии вертикального разъё-
ма формы с выводом в атмосферу Использование разработанной вентиляционной систе-
мы при изготовлении отливок в течение двух месяцев подтвердило достоверность
проведённых исследований и ликвидировало возникновение газовых раковин со стороны
стержней. При заливке металла наблюдается свободный выход газа из стержня в виде го-
рящего факела из вентиляционного канала.
Разработанная система ликвидации газовых раковин обеспечила устойчивый техно-
логический режим, поскольку она по своему воздействию нейтрализует вредное влияние
высокой газотворности смесей, их недостаточную газопроницаемость.
318
Приложение
Раздел 3. Моделирование условий повышения выхода
годного стального литья
Одним из показателей при производстве стальных отливок является выход годного
литья. Этот показатель во многом зависит от величины прибылей, используемых для под-
питки усадочных мест в толстостенной отливке. Поэтому, вопрос снижения массы при-
былей без возможного ухудшения качества отливок является актуальным.
Рассмотрим это на примере отливки «Корпус» из легированной стали, представлен-
ной на рис. 17. Отливка имеет вес около 30 кг, примерно столько же весят прибыли. От-
ливки изготавливаются в песчано-глинистых формах (влажность 5—6%), стержни произ-
водят из жидкостекольной смеси или песчано-смоляной смеси с отверждением в оснастке.
После изготовления отливки, прибыли отрезаются газовыми решками (рис. 18). Неточ-
ная обрезка прибылен иногда приводит отливку к браку по «зарезам». На рис. 19 представ-
лена одна из таких отливок, на обработанной поверхности которой остались следы от за-
реза металла газовой горелкой. Следовательно, кроме снижения веса прибылей,
целесообразно вообще отказаться от их резки Для этого необходимо прибыли делать умень-
шенными, а остатки убирать механической обработкой. Налицо значительная экономия
средств.
Для подтверждения изложенного, проведём моделирование условий снижения мас-
сы питающих прибылей без ухудшения условий питания отливки. Для этого исполь (уем
разработанную авторам и компьютерную программу «Моделирование условий снижения
или ликвидации усадочных дефектов».
На экране монитора (рис. 20) представлено сечение отливки с прибылями на стации
начала процесса затвердевания во влажной форме. Светлой окраской обозначена сталь в
жидком состоянии На этой стадии происходит увеличение корки металла отливки и под-
питывание верхних термических узлов фланцев и рабочей плоскости.
На рис. 21 и 22 представлены экраны, иллюстрирующие процессы затвердевания ме-
талла в отливке Наблюдается увеличение золшины стенки отливки и уменьшение доли
жидкого металла.
Завершение питания термических узлов отливки показано на рис. 23. В этот момент
в прибылях находится ещё достаточно много жидкого металла. Из этого следует, что, при-
ведённая на рис. 17, отливка имеет далеко не оптимальный вариант питания отливок и тре-
бует коренной переработки.
В процессе разработки новой системы питания отливки решено боковые прибыли на
фланцах заменить на верхние и уменьшить все прибыли в 4 раза. Изменённая таким об-
разом отливка заформована во влажной смеси и залита металлом Процесс отверждения
этой отливки представлен на рис. 24. Здесь видно, что прибыли, заформованные во влаж-
ной смеси не полностью питают термические узлы. Это происходит из-за высокого ко-
эффициента теплоаккумуляции бф влажной формовочной смеси = 1420 вт*с0,5/м*гРад.
После анализа результатов проведенных исследовании, решено изолировать прибы-
ли смесью с низким бф. Для этого используем глиноперлитовую смесь с жидким стеклом,
содержашюю 40% перлита и с бф = 210 вт*с /м*град. Изготовленные из такой смеси стер-
жни по форме прибыли можно устанавливать на модельную оснастку в процессе формов-
ки и получать форму с теплоизолирующими прибылями.
Процесс отверждения отливки «Корпус» с уменьшенными теплоизолируюмыми при-
былями можно увидеть на рис. 25 и 26. На рис. 25 начинается процесс отверждения
Приложение
319
Рис. 17. Отливка «Корпус»
с центральной и боковыми прибылями
Рис. 18. Отливка «Корпус»
с отрезанными прибылями
Рис. 19. Отливка «Корпус» с дефектом «Зарез»
из-за неправильной отрезки прибылей
Рис. 20. Модель отливки «Корпус» в начале
процесса затвердевания (30 секунд после заливки)
Рис. 21. Модель отливки «Корпус»
(90 секунд после заливки)
Рис. 22. Модель отливки «Корпус»
(160 секунд после заливки)
320
Приложение
Рис. 24. Модель отливки «Корпус»
с уменьшенными в 4 раза прибылями
(120 секунд после заливки)
Рис. 23. Модель отливки «Корпус»
(210 секунд после заливки)
Рис. 25. Модель отливки «Корпус»
с уменьшенными прибылями, находящимися
в теплоизолирующих стержнях
(50 секунд после заливки)
Рис. 26. Модель отливки «Корпус»
с уменьшенными прибылями, находящимися
в теплоизолирующих стержнях
(220 секунд после заливки)
отливки, в то время как прибыли находятся практически в жидком состоянии. Заверша-
ющий этап формирования отливки и окончание питания термических узлов видно на рис. 26.
Хотя отливка полностью подпитана жидким металлом, в центральной прибыли ещё име-
ется порция жидкого металла. Таким образом, удалось существенно (в 4 раза) уменьшить
массу прибылен и повысить технологичность изделия.
Проведённое моделирование условий питания отливок показывает широкие возмож-
ности описанной выше компьютерной программы не только в осуществлении направленного
затвердевания отливки, но и в повышении выхода годного литья.
Приложение
321
Раздел 4. Устойчивая технология предотвращения
размыва влажной песчано-глинистой формы
Размыв литейной формы заливаемым метал-
лом приводит к появлению земляных раковин.
Отливка «Корпус», представленная на рис. 17, за-
ливается сталью с повышенной температурой
1580— 1600°С. Высота заливки от носка чайнико-
вого ковша до заливочной воронки изменялась в
процессе заливки форм от 70 до 30 см. В литни-
ковои системе отсутствовали зумпф, дроссель и
шлакоуловитель Всё это способствовало размыву
формовочной смеси и занесению её в отливку.
На рис. 27 и 28 представлены фрагменты от-
ливки «Корпус» с земляными раковинами на рабо-
чей поверхности от размыва литниковом системы.
На рис. 29 представлен фрагмент фланца со
шлаковыми раковинами. Часть раковин на от-
ливках исправляются заваркой.
При анализе создавшейся ситуации установ-
лено, что размыв формы происходит из-за дина-
мического удара струи металла в нижнюю часть
стояка. Отсутствие дросселя, зумпфа и шлакоуло-
вителя способствуют размыву металлом формы
и проникновению земли и шлака в отливку. По
сложившимся в цехе техническим условиям
невозможно уменьшить высоту заливки формы и
снизить температуру заливаемого металла. Поэто-
Рис. 27. Фланец отливки «Корпус»
с земляной раковиной
Рис. 28. Фрагмент отливки «Корпус»
с земляной раковиной на рабочей поверхности
му предложено в нижней части стояка использовать вставку из отверждённой в сушиле жид-
костекольной смеси. Вставка содержит конфигурацию части литниковои системы с углуб-
лённым зумпфом, дросселем и отрезком увеличенного по высоте шлакоуловителя.
Производственное использование такой вставки при изготовлении отливок ликвиди-
ровало внесение земляных раковин и шлаковых частиц. При этом, колебание высоты за-
ливки металла и его повышенная температура не оказывали влияния на качество литья.
Это пример использования системы, создающей устойчивый технологический про-
цесс, ликвидирующий возможность образования в отливках земляных и шлаковых рако-
вин даже при о грицательном отклонении ряда технологических параметров.
Рис. 29. Фрагмент фланца отливки «Корпус» Рис. 30. Отливка «Корпус» с заваренными
со шлаковыми раковинами земляными раковинами
322
Приложение
Раздел 5. Примеры ликвидации дефектов отливок
Рис. 31. Отливка «Фланец» с земляной раковиной
Формовочная смесь имела недостаточ-
ную прочность из-за низкого содержания ак-
тивной глины. После освежения смеси и
добавления свежей глины подрывы смеси
прекратились.
Рис. 32. Отливка «Корпус»
с неспаем в верхней части отливки
Дефект вызван повышенной газотвор-
ностью стержневой смеси и отсутствием
вентиляции. После выполнения вентиляции
из стержня дефект не возникал.
Рис. 33. Отливка «Корпус редуктора»
с газовой раковиной на опорном фланце
Дефект вызван низкой газопроницаемо-
стью формовочной смеси и повышенной га-
зотворностью стержня. Для ликвидации де-
фекта на поверхности формы выполнены
вентиляционные наколы диаметром 5 мм в
количестве 6 шт. на дм2 и в стержне выпол-
нен сквозной вентиляционный канал.
Рис. 34. Отливка «Корпус опорный» поражена
газовой раковиной «Пузыри подкорковые»
по фланцу и рабочей плоскости
Дефект вызван отсутствием вентиляци-
онной системы в стержне. После выполне-
ния вентиляционного канала по оси стерж-
ня с выводом газа в атмосферу дефект не
проявлялся.
Приложение
323
Рис. 35. Отливка «Корпус вентиля»
с дефектом «Обвал»
Формовочная смесь имела повышенную
влажность, в результате чего значительно
понизилась прочность смеси, повысилась её
прилипаемос гь к модели и произошел об-
вал верхней половины формы. После сниже-
ния влажности смеси и нанесения на модель
разделительного покрытия дефект не появ-
лялся.
Рис. 37. Отливка «Корпус редуктора» с недоливом
верхней части вследствие заливки охлаждённого
металла и отсутствия хорошей вентиляции стержня
На повышенное газовое давление в
стержне указывает заполненная металлом
более высокая часть отливки и наличие га-
зовых раковин на квадратном фланце. Вы-
полнение вентиляции в стержне ликвидиро-
вало дефект отливки.
Рис. 36. Оборотная сторона отливки
«Корпус вентиля»
Отчётливо виден обвал со стороны верх-
ней полуформы. Это свидетельствует о про-
фессиональной непригодности формовщи-
ка, допусз ившего такую форму под заливку
металлом.
Рис. 38. Отливка «Фланец» с газовыми
раковинами по верхней поверхности
При изготовлении отливки использова-
лась формовочная смесь с влажностью бо-
лее 8%. В результате испарения влаги и от-
сутствия вентиляционных наколов на
поверхности формы, обра зовались газовые
раковины. Контроль за количеством вводи-
мой влаги в формовочную смесь ликвидиро-
вал дефект.
324
Л р и л о ж
нив
Рис. 39. Отливка «Опора» изготавливалась
из смеси с повышенной влажностью, аналогичной
используемой в примере на рис. 38
Под стояком отливки имеется крупная
газовая раковина, а на поверхности более мел-
кие, свидетельствующие о «вскипе» металла
при его контакте с влажной формовочной
смесью. Приведение формовочной смеси к
требуемой влажности (4.5%) ликвидировало
дефект.
Рис. 40. Отливка «Опора»
с неспаем верхней части отливки
Дефект появился вследствие прерыва-
ния заливки металла в форму.
Рис. 41. Отливка «Корпус редуктора» с подрывом
знаковой части формы при извлечении модели
Подрыв образовался в результате нека-
чественной очистки модели в месте соеди-
нения отливки и знака. После полной очи-
стки модели и покрытия её разделительным
составом дефект не появлялся.
Рис. 42. Отливка «Кронштейн»
со смещением половинок модели
Дефект образовался от использования
одного простановочного штыря меньшего
размера. Замена штыря на требуемый по раз-
меру ликвидировала дефект.
Приложение
325
Рис. 43. Отливка «Ступица», показанная
с не удалённым жидкостекольным стержнем, имеет
разностенностъ из-за смещения стержня в знаке
Смещение произошло в связи с низким
по высоте стержневым знаком, создающим
неустойчивое вертикальное положение стер-
жня. Увеличение глубины знака ликвидиро-
вало рассматриваемый дефект.
Рис. 44. Отливка «Колесо»
имеет земляные раковины,
возникшие вследствие уменьшенного припуска
на механическую обработку
Увеличение припуска ликвидировало
появление земляных раковин.
Рис. 45. Деталь «Привод насоса»
имеет светлую, локальную, гладкую раковину
размером около 20 мм
Рис. 46а. Отливка «Плита» имеет сеть ужимин,
возникших в результате переуплотнения
формовочной смеси с повышенной влажностью
Нанесение на поверхность формы про-
гивоужимных рисок и снижение влаги в фор-
мовочной смеси привело к ликвидации де-
фекта.
Дефект образовался в результате мест-
ного переувлажнения формы брызгами воды.
326
П р и п о ж
и и
Рис. 466. Фрагмент отливки «Плита»
с дефектом «Ужимина» (увеличено)
Рис. 47. Отливка «Стойка» с ужиминой,
возникшей в результате увеличенного времени
заливки перегретым металлом
Повышение скорости заливки формы
металлом с пониженной температурой зна-
чительно сократило появление ужимин
Рис. 48. Отливка «Плита опорная»
имеет ужимину значительных размеров
Окраска формы светлой краской с пос-
ледующей подсушкой способствовала лик-
видации дефекта.
Рис. 49. Отливка «Переходник угловой» имеет
земляные раковины, образовавшиеся в результате
обжима формовочной смеси стержневым знаком
Увеличение размера формовочного зна-
ка успешно ликвидировало дефект.
Воронин Юрий Федорович
Камаев Валерий Анатольевич
АТЛАС ЛИТЕЙНЫХ ДЕФЕКТОВ
Черные сплавы
Монография
Текст печатается в авторской редакции.
Отпечатано в полном соответствии
с качеством предоставленных материалов.
Ответственный за выпуск Ю Ф. Воронин.
Подписано в печать 05.05.2005 г.
Формат 60x84 1/8. Печать офсетная.
Бумага офсетная. Гознак.
Тираж 1000 экз. (1 з-д - 100 экз.). Заказ 1339.
Отпечатано с готового оригинал-макета в ООО «Принт».
400120, Волгоград, ул. Череповецкая, 3.