Ильенков КарГТУ тезисы

УДК 621.785.51.
Ильенков П.Л. (Караганда, КарГТУ)
Шеров К.Т. (Караганда, КарГТУ)
Твердохлебов Н.И. (Караганда, ТОО
«КМЗ им. Пархоменко»)
СНИЖЕНИЕ ЭФФЕКТА НАУГЛЕРОЖИВАНИЯ ОТЛИВОК В
ПРОЦЕССЕ ЛИТЬЯ МЕТОДОМ ГАЗИФИЦИРУЕМЫХ МОДЕЛЕЙ.
Литьё по газифицируемым моделям (далее ЛГМ) на сегодняшний
день является одним из способов производства отливок, который
неуклонно приобретает все большую популярность. Сообщение о
возможности литья по моделям, которые не удаляются из формы, а
газифицируются под действием тепловой энергии расплава, вызвало у
литейщиков огромный интерес. Однако, прежде чем процесс ЛГМ стал
промышленной технологией, было проведено множество научноисследовательских, опытно-конструкторских работ, по результатом
которых
были
созданы
специальные
модельные
материалы,
противопригарные покрытия, оборудование и технология для
изготовления моделей, оборудование для изготовления форм и др.
Во время заливки литейной формы металлом, углерод и водород
являются наиболее активными компонентами газовой фазы термической
деструкции пенополистирола. Образование углерода реализуется в
результате радикально-цепных реакций бензола, ацетилена и метана.
Установлено, что углерод в газовой фазе может быть как в виде атомов,
так и в виде многоатомных частиц. При этом по мере возрастания числа
атомов в частице углерода, энергия отрыва растет, иными словами их
диссоциация затруднена. В условиях процесса ЛГМ, газовая фаза литейной
формы содержит углерод в атомарном виде. Но при повышении
температуры заливаемого металла, увеличивается количество трехатомных
частиц. Вообще переход атомарного углерода из газовой фазы в жидкий
расплав металла имеет три стадии:
- образование атомарного углерода в газовой фазе вследствие
термической деструкции полистирола;
- адсорбция углерода на поверхности расплава, а в случае
молекулярного углерода - диссоциация его на поверхности металла;
- диффузия атомарного углерода в металлический расплав.
Однако, именно молекулярную диффузию атомарного углерода с
поверхности металла в процессе его заливки в форму и последующего
выравнивания концентрации углерода по объему кристаллизующего
расплава вследствие развития конвективного тепломассопереноса, следует
рассматривать как лимитирующий аспект процесса насыщения углеродом
металла. Скорость растворения углерода в железоуглеродистом сплаве
подчиняется первому закону Фика и определяется следующим уравнением
𝑊𝜏 = 𝜇𝐹(𝐶п − 𝐶𝜏 ) = 10−2 𝐺
𝑑𝐶𝜏
𝑑𝜏
, где 𝜇 — коэффициент массопереноса (в данном случае коэффициент
молекулярной диффузии углерода в жидкий металл); F— поверхность
раздела металл—зазор; 𝐶п — предельная растворимость углерода в
металле; 𝐶𝜏 — содержание углерода в металле к моменту τ; G— объем
металла.
Для технолога на производстве, эффект науглероживания в отливках
из железоуглеродистых сплавов при применении технологии литья по
газифицируемым моделям, зачастую является достаточно сложной и порой
трудноразрешимой проблемой. Ведь на науглероживание отливок,
выполненных по технологии ЛГМ оказывают свое влияние многие
факторы, а именно: исходное содержание углерода в металле, температура
заливки, газопроницаемость формы и противопригарного покрытия,
парциальное давление углерода в газовом зазоре между расплавом металла
и моделью (на что оказывает влияние фактическая скорость подъема
металла в литейной форме и плотность пенополистирольной модели),
скорость газификации пенополистирольной модели, время заливки, и
наконец отношение площади зеркала металла при заливке к объему
отливки.
На основании вышеизложенного и результатов исследований, можно
попытаться сформулировать некоторые рекомендации для снижения
эффекта науглероживания в отливках железоуглеродистых сплавов,
полученных с применением технологии литья по газифицируемым
пенополистирольным моделям. Их можно кратко изложить следующим
образом:
- температура заливки не должна превышать необходимую;
- следует применять качественные и хорошо подготовленные
противопригарные покрытия с большой газопроницаемостью;
- должна использоваться система вакуумирования опок;
- необходимо рассчитывать оптимальную скорость подъема металла
в форме ;
- использование специального литейного пенополистирола с
повышенной скоростью газификации минимально достаточной плотности;
- стремиться располагать модели в форме таким образом, чтобы
отношение ее поперечного сечения относительно движения металла при
заливке к объему модели было бы минимальным (модель располагается в
форме вертикально относительно большего ее размера).