|
|
Слои металла, непосредственно
прилегающие к поверхности отливки, отличаются наибольшей плотностью и лучшими
механическими свойствами. Как было показано, кристаллизация сплава в таких
слоях протекает при свободном доступе к ним компенсирующего усадку расплава и
при большем, чем во внутренних частях отливки, переохлаждении, обеспечивающем
мелкозернистое строение сплава. Механическая обработка, при которой глубокий
слой качественного металла переводится в стружку, яв- л я етс я н еже ла те
ль ной.
Вместе с тем при изготовлении отливок в песчаных формах
поверхности отливок (в основном из стали и чугуна) после извлечения их из
формы не всегда оказываются чистыми.
В результате взаимодействия металла с формой на
поверхности отливки могут образовываться единичные включения формовочного
материала и неметаллическая корка, прочно связанная с отливкой. Эти дефекты
существенно затрудняют механическую обработку отливок.
Внедрение в отливку отдельных частиц формовочного
материала (неметаллических включений экзогенного характера) является
следствием одновременного действия двух неблагоприятных факторов: низкой
прочности поверхности формы и сил, способных оторвать от формы слабо
связанные с ней частицы. Силы, вызывающие отрыв частиц от формы или стержня,
возникают при движении в форме потока металла. Струя металла, направленная на
стенку формы, может ее разрушить. В этом случае отдельные зерна песка
захватываются расплавом.
Основным поверхностным дефектом отливок является пригар.
Под пригаром понимают слой спекшегося или пропитанного формовочного
материала, прочно связанного с поверхностью отливки. Если в слой формовочной
смеси проникает залитый в форму сплав, то образующуюся кромку называют
механическим пригаром. Если слой смеси пропитывается жидкостью,
образовавшейся в результате химического взаимодействия отливки и формы, то
корку называют химическим пригаром. Корку из спекшегося формовочного
материала называют термическим пригаром.
Механический пригар образуется вследствие пропитывания
расплавом поверхностного слоя формы и обволакивания зерен формовочного
материала. При охлаждении отливки металл затвердевает, образуя корку, в
которой, как в сотах, находятся отдельные зерна или скопления зерен
формовочного материала.
Механический пригар развивается главньш образом на
поверхности крупных отливок, которые обладают достаточным запасом теплоты для
сильного прогрева формы, поэтому в течение длительного времени не образуется
корка твердого металла. Механический пригар в чистом виде встречается редко.
Химический пригар встречается чаще и, как правило, имеет
большую толщину. Металлы и сплавы в большинстве случаев не вступают во
взаимодействие с используемыми формовочными материалами, однако избежать
взаимодействия оксидов этих металлов с компонентами смеси иногда не удается.
Например, при использовании чугуна или стали железо не реагирует с обычно
применяемым кварцевым песком, в то время как оксиды железа могут образовывать
с ними различные силикаты. В случае присутствия в песке флюсующих минералов
(слюды, полевого шпата и др.), содержащих оксиды щелочных или
щелочно-земельных металлов, образуются силикаты сложного состава, имеющие
сравнительно низкую (иногда ниже 1000 °С) температуру плавления и поэтому
способные проникать в форму на большую глубину. Процесс проникания
заканчивается там, где движущаяся жидкость встречает слой формы, ненагретый
до температуры плавления этой жидкости.
Важно отметить, что движение жидкости и ее взаимодействие
с формой могут продолжаться и после образования на отливке затвердевшей
корки.
На образование пригара влияет состав газов,
сосредоточивающихся у поверхности раздела металл—форма. Исследования
показали, что в начале процесса газы создают окислительную среду. Затем, по
мере вытеснения воздуха, выделения и разложения водяных паров, сгорания,
возгонки и диссоциации органических веществ, газовая среда приобретает
восстановительный характер.
Один из основных методов борьбы с пригаром — воздействие
на газовую среду формы. При литье чугуна, бронз, латуней и некоторых других
сплавов в состав формовочных смесей вводят углеродистые добавки (молотый
уголь, графит), препятствующие окислению металла. При изготовлении стальных
отливок вводить углеродистые добавки не рекомендуется, так как растворение
углерода в поверхностном слое стали понижает температуру ее плавления и
облегчает пропитку формы. В этом случае на поверхность формы целесообразно
наносить слой инертных и малопористых покрытий.
На практике в отдельных случаях разрабатывают меры,
направленные не на затруднение образования пригара, а на ослабление его связи
с отливкой, т. е. на получение легкоотделимого пригара. Например, при литье
стали иногда искусственно увеличивают продолжительность существования в форме
окислительной атмосферы. Для этого в форму добавляют сильные окислители,
например, марганцевую руду, легко разлагающуюся и окисляющую поверхность отливки.
В результате на границе отливка — форма сохраняется слой высших оксидов
железа, который обеспечивает легкое удаление пригара. Аналогичные результаты
получают при введении в смесь добавок, способствующих затвердеванию жидких
силикатов в аморфном виде. Получающееся при этом силикатное стекло отличается
хрупкостью, что облегчает его удаление с поверхности отливок.
Взаимодействие металла с формой на различных стадиях
формирования отливки оказывает непосредственное влияние на шероховатость ее
поверхности, образование зоны с пониженной или, наоборот, повышенной
концентрацией углерода по сравнению с внутренними слоями. Особое место
занимает поверхностное легирование, обеспечивающее дифференцированные
свойства металла по сечению отливки. Формирование легированного слоя
происходит в результате взаимодействия сплавов с порошкообразными материалами
(чаще всего ферросплавами), нанесенными в виде специальной смеси на
поверхность формы или стержня. Поверхностное легирование целесообразно для
деталей, срок службы которых определяется износом рабочих поверхностей. В
последнее время разработаны способы упрочнения отливок с помощью тугоплавких
твердых частиц (оксидов, карбидов, нитридов), когда на поверхности образуется
металлокерамический слой.
|