Физико-химические основы литейного производства: Учеб. пособие.

Дурина Т.А.

Пенза , 2009 г.

ПРИГАР

Виды пригарной корки.

Пригар на отливках является одним из самых распространенных дефектов, значительно увеличивающим трудоемкость обрубных и очистных работ.

На протяжении многих лет литейщики изучают механизм образования пригара и разрабатывают методы борьбы с ним. Однако до сих пор еще не найдены способы полного устранения пригара во всех случаях практики.

Такое положение объясняется чрезвычайной сложностью процессов, происходящих на поверхности раздела металл-форма и приводящих к образованию пригара.

Пригаром обычно называют неметаллическую корку, прочно удерживаемую на поверхности отливки и состоящую из зерен формовочного материала и цементирующего вещества.

Разделение пригара на разные виды, является условным, и в реальных отливках можно обнаружить одновременное существование всех или, по крайней мере, двух видов пригаров. Следовательно, пригар на отливках всегда бывает комбинированным.

Механический пригар — корка сцементирована металлом, проникшим в поры формы.

Термический пригар — корка сцементирована сплавившимися составными частями формовочной смеси или легкоплавкими силикатами, образовавшимися в форме.

Химический пригар—корка сцементирована соединениями типа шлаков, образовавшимися при взаимодействии отливки и формы.

Рассмотрим условия образования каждого вида пригара.

Механический пригар

Механический пригар образуется при проникновении в поры формовочной смеси жидкого сплава или маточного раствора, т. е. в тех случаях, когда с поверхностью формы соприкасается жидкий металл или полузатвердевшая корочка отливки. Следовательно, пригар может образовываться, если температура на поверхности раздела металл-форма будет превышать температуру солидуса данного сплава. Механический пригар будет увеличиваться при повышении температуры заливки металла, увеличении интервала кристаллизации сплава, массивности отливок или отдельных их частей («тепловые» узлы), уменьшении теплоаккумулирующей способности формовочных смесей, форм и стержней.

Механический пригар может образовываться в том случае, когда ферростатическое давление металла превысит определенное «критическое» сопротивление смеси. Поэтому увеличение давления металла сверх этого  «критического» неизменно ведет к резкому возрастанию механического пригара. Это явление объясняется следующим. Скорость отдачи тепла струйкой металла стенкам канала уплотненной формовочной смеси не зависит от скорости течения металла, так как отвод тепла определяется

формой в целом.

За промежуток времени, в течение которого кончик струйки металла затвердевает, увеличение давления приводит к увеличению скорости движения струйки, т. е. ее дальнейшему перемещению на большую глубину.

Проникновение металла увеличивает передачу тепла формой, что, в свою очередь, приводит к более быстрому прогреву глубоких слоев формы и, следовательно, к увеличению общей скорости и глубины проникновения металла.

В конце струи металла, заполняющего форму, непрерывно образуется твердая корочка. Твердая корочка образуется также в конце каждой струйки металла, проникающего в поры формы. Повышение температуры содействует растворению этой корочки в металле, а повышение давления — ее прорыву, что в целом приводит к росту механического пригара.

С увеличением температуры чугуна его поверхностное натяжение обычно снижается, и соответственно с увеличением температуры заливки чугуна увеличивается опасность образования механического пригара.

При стальном литье эта опасность относительно меньше, так как увеличение температуры стали, приводит не к уменьшению, а к увеличению поверхностного натяжения.

Поверхностное натяжение стали существенно снижается пpи увеличении содержания в ней углерода, фосфора, серы, кислорода азота.  Поэтому увеличение содержания этих компонентов в стали, может приводить к увеличению механического пригара.

Величина краевого угла смачивания зависит от ряда факторов:

типа сплава, степени его окисленности, продолжительности контакта жидкой и твердой фаз, размера зерен формовочных смесей и др. Отметим установленную зависимость степени смачивания от химического состава поверхностных слоев жидкого металла и формы. Чем

больше химический потенциал реакций, протекающих на поверхности раздела металл—форма, тем меньше краевой угол смачивания. Поэтому увеличение степени окисленности стали резко уменьшает краевой угол смачивания при изготовлении форм из кварцевого песка (рис. 1) и

значительно в меньшей мере при изготовлении форм из хромомагнезита или хромистого железняка (рис. 1, б)

Таким образом, применять хромомагнезит и хромистый железняк особенно эффективно при наличии в форме окислительной среды.  

В случае нейтральной или восстановительной среды вполне удовлетворительные результаты дает использование кварцевых песков.  Влияние размера зерен песка на условия смачивания зависит от контакта металла с поверхностью зерен и с газом, находящимся в порах смеси.

Установлено, что при отрицательном смачивании (cosθ<0)

независимо от газовой среды увеличение размера зерен приводит к значительному увеличению смачивания. При положительном смачивании (cosθ>0) изменение размера зерен не влечет за собой изменения краевого   угла смачивания, повышение температуры металла в пределах до 100° С   над ликвидусом не изменяет величины краевого угла смачивания.

Толщина механического пригарного слоя зависит от газопроницаемости формовочной и, коэффициента аккумуляции тепла   формой, давления металла на форму, жидкотекучести залитого металла, вязкости пригарной жидкости, теплофизических свойств металла и

приведенной толщины отливок.

На практике для борьбы с механическим пригаром следует применять пески с мелкой структурой (например, по ГОСТ 2138-56, группа 016), использовать краски, а в необходимых случаях пасты, шире применять смеси, обладающие повышенным коэффициентом аккумуляции тепла

(например, хромомагнезитовые смеси и смеси с хромистым железняком для стальных отливок).