Реферат: Анализ методов сокращения пригара на стальном литье

Применение пасты позволяет значительно повысить качество поверхности стальных отливок и более чем в 3 раза снизить затраты труда на очистку. Особенно высока экономическая эффективность применения указанной пасты при производстве крупных стальных отливок.

При изготовлении отливок из высокомарганцовых сталей, особенно склонных к образованию пригара, лучшим средством его устранения является хромистый железняк.

Хромомагнезит. Хромомагнезит представляет собой огнеупорный материал, содержащий 15-20% Сг2Оз и не менее 42% MgO. Его огнеупорность превышает 2000°. Формовочные смеси на хромомагнезитовой основе изготовляются из отходов хромомагнезитового кирпича.

Опытами установлено, что применение хромомагнезитовых смесей на крупных отливках из нержавеющей стали обеспечивает получение чистой поверхности. Образующаяся плотная корка пригара легко отделяется от отливки.

При проведении опытов обнаружилось значительное влияние зернового состава хромомагнезитового порошка на качество отливок. Применение крупного хромомагнезита вызывает механический пригар, а очень мелкого - поверхностные раковины. При изготовлении мелких и средних отливок рекомендуется более мелкий помол хромомагнезита (остаток на двух нижних ситах и тазике 35-40%), чем при изготовлении крупных отливок (остаток на тех же ситах и тазике 30-35%). Практически рекомендуется наносить облицовочный слой небольшой толщины (15-20 мм), использовать подслой с высокой газопроницаемостью и применять частые наколы, обеспечивающие хорошую вентиляцию формы. Применение быстросохнущих хромомагнезитовых смесей, наряду с повышением чистоты поверхности отливок, снижает трудоемкость изготовления форм по сравнению с обычной технологией на 35%.

Таким образом, использование формовочных смесей на основе хромомагнезита позволяет существенно улучшить качество поверхности отливок. Такие смеси могут с успехом применяться там, где имеются в достаточном количестве отходы хромомагнезитового кирпича. Хромомагнезитовые смеси особенно рационально применять при получении отливок из коррозионно-стойкой стали.

Магнезит. Огнеупорностью не менее 2000°. К недостаткам магнезита относятся высокий удельный вес и малая термическая стойкость.

 В качестве связующих были испытаны декстрин, огнеупорная глина, силикон, цемент, жидкое стекло, вода, соляная кислота, хлористый магний, сорель-цемент, хлорид железа, бура. Лучшим связующим оказался сорель-цемент (45% MgO, 12% MgCl2 и 43% H2O), вводимый в смесь в количестве 15%.

Проведенные опыты показали, что оптимальными являются формовочные смеси со средней величиной зерна основного материала 0,2 мм.

Формовочная смесь пригодна для получения отливок из высоколегированных, в особенности аустенитных сталей, трудно поддающихся механической обработке.

В настоящее время магнезит еще не нашел себе широкого применения ввиду его дороговизны и дефицитности. Однако его можно рекомендовать при производстве отливок из специальных сталей и сплавов, обладающих высокой температурой плавления и большой химической активностью по отношению к обычным формовочным материалам. Магнезит рекомендуется применять при получении отливок из марганцевых и других специальных сталей.

Шамот. Представляет собой обожженную огнеупорную глину; содержит муллит 3Аl2О3-2SiO2 (40% А12Оз, остальное SiO2); его огнеупорность 1670-1750° С.

Шамот в виде порошка применяют в качестве наполнителя формовочных смесей при производстве крупного стального литья, в том числе и для изготовления форм многократного использования.

Шамотные смеси позволяют получать отливки с более чистой поверхностью, чем кварцевые смеси, что объясняется меньшим взаимодействием шамота с окислами железа и отсутствием в нем структурных превращений при контакте с металлом вызывающих резкое изменение объема

Основными из них являются следующие: химическое взаимодействие окислов металла и формы; недостаточная огнеупорность, особенно при использовании в смесях кварцевого песка, загрязненного посторонними окислами; высокий коэффициент термического расширения, приводящий к образованию поверхностных дефектов и снижающий точность размеров отливок; способность взаимодействовать с окислами железа; большое образование пыли и плохие санитарно-гигиенические условия в цехе.

3.10. Рекомендации по выбору противопригарных

покрытий для предотвращения химического пригара

Образующийся между стальной отливкой и химическим пригаром окисной слой, состоящий из вюстита и магнетита, контактирует с более или менее активной но отношению к окислам железа формой. Очевидно, материалы, способствующие сохранению и росту вюститной прослойки, обеспечат максимально легкое отделение пригара от отливки[10,4].

На отливках из углеродистой стали формирование окисной пленки начинается после затвердевания поверхности. На поверхностях отливок из легированных сталей образуется относительно тонкий окисный слой, состоящий из шнинелей и окислов легирующих элементов. Температура образования этого слоя выше температуры заливки сплавов. После затвердевания отливки из легированной стали окисление металла продолжается в результате диффузии атомов железа через слой окислов легирующих элементов и встречной диффузии кислорода. Во всех случаях на поверхности отливок из высоколегированных хромо-никелевых и хромистых сталей при охлаждении образуется двух-или трехслойная окалина, отделяющаяся по вюститному слою. Следовательно, прочность связи химического пригара с отливками как из углеродистых, так и из легированных сталей будет определяться наличием и толщиной вюститного слоя.

Уменьшение вюститного слоя на отливках происходит с двух сторон: со стороны формы за счет непрерывного подвода окислителя происходит доокисление FeO до магнетита по реакции ЗFеО+ Н2О=FeзО4+ Н2; со стороны металла за счет восстановления FeO углеродом, растворенным в сплаве, по реакции

FeO + C = Fe+ CO. Кроме того, часть образовавшихся на поверхности отливки окислов проникает и глубь формы и не участвует в формировании окисной пленки. В то же время за счет диффузии железа через слой окислов вюститный слой возрастает (Fe3О4+ Fe = 4FеО).

При выборе противопригарных материалов для отливок из углеродистых и легированных сталей необходимо учитывать как характер образующихся окислов в результате взаимодействия формы с металлом, так и скорость отвода их из зоны контакта металла с формой. Оптимальным будет случаи максимального образования вюстита на поверхности отливки при минимальном проникновении образовавшихся окислов в поры формы. Наилучшим противопригарным материалом для красок при производстве литья из углеродистой стали является корунд. Действительно, в контакте с корундом углеродистая сталь окисляется достаточно полно при значительном содержании FeO в продуктах окисления. В то же время скорость отвода продуктов окисления от поверхности металла в случае использования корундовой смеси минимальна. Хорошие противопригарные свойства корунда подтверждаются результатами многих исследований и производственной практикой[4,10].  При контакте углеродистой стали с цирконом также образуется много FeO и относительно мало Fe3О4. в то же время глубина проникновения окислов в смесь относительно невелика.

Хромит и хромомагнезит обеспечивают легкое отделение пригара от отливки за счет весьма интенсивного окисляющего воздействия на металл. Образованием большого количества окислов железа объясняется значительная толщина химического пригара и одновременно легкое отделение последнего от отливки При использовании хромита и хромомагнезита поверхность отливки хотя и свободна от пригара, но не всегда сильно окислена.

Критерием противопригарности хромистого железняка обычно считают отношение содержаний окислов хрома и железа: чем выше это отношение, тем лучшими противопригарными свойствами обладает хромит. А. Д. Попов хорошие противопригарные свойства хромистого железняка объясняет тем, что окислы железа, образующиеся на поверхности стальных отливок, реагируя с хромистым железняком, образуют тугоплавкие и малоподвижные соединения, которые заполняют поры между зернами смеси, чему также способствует и процесс спекания хромистого железняка. Хромомагнезитовые смеси подобны хромитовым, но уступают последним но спекаемости. Исследования, выполненные в ЦНИИТмаше, показывают, что хорошие противопригарные свойства обоих материалов связаны прежде всего с их окисляющим воздействием на металл: чем больше в формовочном материале содержится окислов железа, тем более вероятно образование легкоотделимого пригара. С этим связан и эффект, достигаемый при введении и кварцевые смеси железной или марганцевой руды.

Если при контакте формы с углеродистой сталью процесс окисления железа лимитируется подводом окислителя к поверхности реакции, то при затвердевании в форме высоколегированных хромоникелевых сталей процессом, определяющим образование слоя окислов железа, будет диффузия ионов железа через слои шпинелей, прилегающий к неокисленной поверхности сплава. Для легкого отделения пригара от отливки необходимо использовать такие формовочные материалы, которые в минимальной степени разрушают образовавшийся вюститный слой или, взаимодействуя с закисью железа, образуют соединения, не связанные со слоем шпинели. Наилучшие результаты следует ожидать при использовании корунда для отливок из хромоникелевых сталей. Корунд практически не взаимодействует с окислами железа, образующими внешний слой окалины на хромистых сталях.

При контакте хромоникелевой стали со смесью из хромистого железняка образующийся вюститный слой находится между двумя практически одинаковыми слоями хромита железа: внутренним слоем окисной пленки и слоем смеси из хромитового песка, и не взаимодействует с ними. Отмеченное небольшое проникновение продуктов взаимодействия связано, по-видимому, с влиянием примесей в смеси.

В состав хромомагнезита, как известно, наряду с хромитом железа входят магнезиоферрит и свободная окись магния в виде периклаза. По данным Я. В. Ключарева, в смесях окиси магния, хрома и железа при температуре выше 800 °С окись железа магнезиоферрита постепенно замещается окисью хрома, и образуется магнезиохромит. Следовательно, при наличии свободных MgO, Сг2Оз и окислов железа в первую очередь будут образовываться хромиты магния, а не железа. Процесс образования магнезиохромита всегда сопровождается разрыхлением слоя продуктов взаимодействия. При контакте хромомагнезита с хромистой или хромоникелевой сталью взаимодействующие на поверхности отливки окислы хрома образуют с периклазом шпинель MgCr2О4. улучшая условия образования окислов железа и уменьшая прочность слоя продуктов взаимодействия.

Удовлетворительные результаты дает циркон в качестве наполнителя красок или смесей при контакте, которого со сталью 0Х12НДЛ образуется довольно много окислов Fe, а отвод их от поверхности реакции не очень интенсивный.

Для отливок из высокомарганцевой стали наилучшие результаты достигаются при использовании оливина, корунда близок к ним хромомагнезит[4,11,10]. С кварцевым песком окислы Mn и окислы Fe образуют легкоплавкие силикаты в виде родонита, тефроита которые могут довольно быстро проникать в глубь формы и образовывать химический пригар значительной толщины с оливином MnO и FeO  не взаимодействуют, напротив при нагреве оливиновых песков происходит разложение фаялита, доокисление закиси до окиси Fe и выделение Fe2O3 в виде самостоятельной фазы. Корунд  и дистен – силлиманит практически нейтральны к FeO и MnO; нейтральны к этим окислам также периклаз составляющий 50% хромомагнезита и фосферит.   

Выводы

На основании проведенного анализа можно рекомендовать следующие технологические мероприятия для устранения или уменьшения пригара:

-     уменьшить размеры зерен огнеупорного наполнителя

-     производить заливку при оптимальной температуре жидкого металла, избегая ее превышения;

-     проектировать технологический процесс формовки и заливки таким образом, чтобы уменьшить металлостатическое давление;

-     использовать противопригарные покрытия на основе высокоогнеупорных и химически инертных к жидкому металлу и его оксидов материалов типа (цирконового концентрата, электрокорунда, маршалита и др.)

-     при изготовлении крупных отливок ответственного назначения применять формовочные смеси с высокой теплоак-кумулирующей способностью;

 (циркона, хромистого железняка и т. д.);

-     обеспечивать высокое уплотнение формовочной смеси при изготовлении форм для крупных отливок и при применении крупнозернистого песка;

-     вводить в песчано-глинистую смесь газотворные добавки, создающие в порах формы избыточное газовое давление, препятствующее, наряду с капиллярными силами, проникновению жидкого металла в поры формы.

-     добавлять окислительные добавки для получения легкоотделимого пригара. 

Список использованной литературы

1.   Арсов Я.Б. Стальные отливки. - М.: Машиностроение,1977.- 176с.

2.   Берг. П. П. Формовочные материалы. - М.: Машгиз ,1963.- 408с.

3.   Берг. П. П. Качество литейной формы. - М.: Машиностроение ,1971.- 286с.

4.   Валисовский И.В. Пригар на отливках. - М.: Машиностроение,1983.-192с.

5.   Валисовский И.В., Багров А.А. Образование механического пригара на отливках из высоколегированных сталей // Литейное производство.-1966.-№3.-с.23-25

6.   Васин Ю.П.,Иткис З.Ю. Окислительные смеси в конвейерном производстве

     стального литья. - Челябинск: Южно-Уральское кн. изд., 1973. - 153с.

7.   Гайсин. Б. М.  Изучение образования пригара на технологической пробе // Литейное производство.-1964.-№6.-с. 38-39

8.   Гайсин Б. М. Проба на пригар // Литейное производство.-1976.-№11.-с. 20-21

9.   Лясс А.М. Быстротвердеющие формовочные смеси. - М.: Машиностроение, 1965. – 332с.

10.         Получение отливок без пригара в песчаных формах/ С.П. Дорошенко, В.Н.    Дробязко, К.И. Ващенко и др. - М.: Машиностроение, 1978.- 206с.

11.        Сварика А.А. Покрытия литейных форм. - М.: Машиностроение,1977.- 216с.

12.        Святов С.В., Денисов В.А. Предотвращение металлизированного пригара на стальных отливках // Литейное производство. – 1986.-№1.-с.16-17

13.        Черногоров П.В., Васин Ю.П. Получение отливок с чистой поверхностью. - Москва- Свердловск : Машгиз , 1961.- 143с.

14.       Черногоров П. В., Никифоров А. П. , Ким Г. П. Образование и устранение пригара на отливках из углеродистой стали // Литейное производство. – 1966. -№11.-с.24-26