Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Информационно-аналитический обзор состояния вопроса 14
1.1 Технологическая схема литья по выплавляемым моделям . 14
1.2 Повышение качества оболочковых форм – основной способ профилактики дефектов литья по выплавляемым моделям . 25
1.3 Опыт ресурсосбережения при производстве стального литья по выплавляемым моделям 38
Выводы по главе 1 . 42
ГЛАВА 2 Разработка принципиальной схемы низкотемпературного прокаливания оболочковых форм на основе кварца для точного стального литья 43
2.1 Модельное представление о прокаливании оболочковых форм на основе кварца . 43
2.2 Выбор технологических добавок к материалу формы 52
2.3 Выбор термовременных режимов прокаливания оболочковых форм 59
2.4 Возможные риски реализации схемы низкотемпературного прокаливания оболочковых форм 66
Выводы по главе 2 . 71
ГЛАВА 3 Оценка рисков реализации технической схемы низкотемпературного прокаливания оболочковых форм . 73
3.1 Оценка трещиностойкости оболочковой формы в традиционной схеме литья по выплавляемым моделям 73
3.2 Оценка термостойкости / трещиностойкости оболочковых при литье по выплавляемым моделям с использованием низкотемпературного прокаливания 82
3.3 Прогнозирование образования дефектов газового происхождения при изменении технологии литья по выплавляемым моделям 90
3.4 Оценка образования поверхностных дефектов в стальных отливках, получаемых в оболочковых формах с применением низкотемпературного прокаливания 94
Выводы по главе 3 98
ГЛАВА 4 Разработка технических решений и их опытно-экспериментальное опробование 100
4.1 Опытно-экспериментальное опробование схемы прокаливания оболочковых форм без опорного наполнителя 100
4.2 Опытно-экспериментальное опробование схемы прокаливания оболочковых форм с опорным наполнителем . 111
4.3 Профилактика пироэффекта при заливке в опорном наполнителе оболочек с технологическими добавками кислородсодержащего вещества в обсыпочный материал 121
4.4 Методика экспериментальной оценки образования газовых дефектов в стальных отливках, получаемых по выплавляемым моделям 125
4.5 Опытно-экспериментальное опробование применения техногенных отходов в технологии литья по выплавляемым моделям . 132
4.5.1 Шламы селитровых ванн . 134
4.5.2 Отходы абразивной обработки деталей из черных сплавов 138
4.5.3 Бой керамических оболочковых форм 141
4.5.4 Отработанная модельная композиция ПС 50-50 . 143
4.6 Термостатирование оболочковых форм литья по выплавляемым моделям 148
Выводы по главе 4 . 159
ГЛАВА 5 Промышленное внедрение разработок в условиях действующего производства . 164
5.1 Оценка эффективности внедрения разработок 164
5.1.1 Оценка энергоэффективности внедрения технологии низкотемпературного прокаливания оболочковых форм . 164
5.1.2 Оценка экологичности внедрения технологии низкотемпературного прокаливания оболочковых форм 166
5.2 Организационно-технические мероприятия по внедрению разработок в действующее производство 171
5.3 Перспективы применения разработок . 175
Выводы по главе 5 . 177
Заключение 179
Список литературы 187
- Опыт ресурсосбережения при производстве стального литья по выплавляемым моделям
- Выбор термовременных режимов прокаливания оболочковых форм
- Прогнозирование образования дефектов газового происхождения при изменении технологии литья по выплавляемым моделям
- Методика экспериментальной оценки образования газовых дефектов в стальных отливках, получаемых по выплавляемым моделям
Опыт ресурсосбережения при производстве стального литья по выплавляемым моделям
Перспективным материалом для замены кварцевого песка является плавленый кварц. В результате его применения сокращается количество слоев ОФ, время сушки, расход вспомогательных материалов [38-40]. Использование плавленого кварца (торговая марка «Экосил-мелур») способствует улучшению качества оболочки вследствие низкого коэффициента термического расширения, высокой химической стойкости и малой насыпной плотности указанного материала.
Однако плавленый кварц является более дорогим по сравнению с кварцевым песком. Кроме того, по мнению [41], в спеченном состоянии газопроницаемость плавленого кварца в четыре раза меньше, чем у кристаллического кварца.
Необходимо отметить, что замена пылевидного кварца на более термостойкие, но дорогие наполнители, такие как корунд, прозрачное и непрозрачное кварцевые стекла, циркон, не всегда обеспечивает высокую термостойкость ОФ, так как на нее влияют не только терморасширение материала наполнителя, но и термомеханические изменения связующих материалов при прокаливании и заливке. Термомеханические свойства керамики с одинаковым огнеупорным наполнителем, например, пылевидным кварцем, одинаковы, но на разных связующих материалах, например, на основе жидкого стекла и гидролизованного этилсиликата, значительно различаются [42] .
Наиболее распространенным связующим материалом является этилсиликат. Перед использованием этилсиликат подвергают гидролизу, в результате чего получают спирт и силикагель (спирт улетучивается с поверхности, а силикагель является хорошим связующим, обеспечивающим получение прочной ОФ). Этому вопросы посвящены многочисленные работы [43-45].
Поскольку этилсиликат не растворяется в воде, при гидролизе необходимо вводить растворители: этиловый спирт, ацетон, бензин, изопропиловый спирт и др.
С целью повышения прочности форм и живучести суспензии за счет ускорения гидролиза этилсиликата и стабилизации связующего из-за перехода его из неустойчивой области с рН 0,5-1 в стабильную с рН 2 используют барботирование суспензии [46-48].
Однако применение этилсиликатного связующего создает ряд трудностей в действующем производстве. Необходимость создания в литейных цехах участка гидролиза этилсиликата с целью получения гидролизованного раствора делает процесс более трудоемким. По мнению [49], использование этилсиликатного связующего требует вакуум 18 но-аммиачной сушки ОФ. Кроме того, связующие растворы этилсиликата и суспензии, изготовленные на их основе, обладают ограниченной живучестью (не более семи суток), склонны к огеливанию при незначительных нарушениях условий их эксплуатации, что повышает себестоимость керамических форм за счет значительных безвозвратных потерь материалов. Проведение гидролиза этилсиликата - весьма трудоемкий процесс, чувствительный ко многим внешним факторам. В этой связи в промышленности широко используются готовые связующие на основе этилсиликата, например, такие как ГС-20-Э ГС-12И, разработанные ВИАМ и НИИТАвтопром, а также ГС-20П-А, ГС-32 и другие, в настоящее время выпускаемые НПК «Пента-91» [50].
Технологические варианты отказа от этилсиликатных суспензий с органическими растворителями рассматриваются в работах [51-55].
Все более широкое применение в ЛВМ находят водные этилсиликатные связующие в связи с изменением требований по экологической чистоте производства и их более низкой стоимостью. Так, например, разработан новый способ гидролиза этилсиликата, позволяющий получать водные растворы с более высокими связующими свойствами и живучестью [56]. Отмеченные достоинства новых связующих достигаются присутствием в их составе полиэтоксисилоксанов с большой длиной цепочки олигомерных молекул, обладающих в десятки раз меньшей скоростью гидролиза, чем этоксисилоксаны, входящие в состав этилсиликата. Условием образования полиэтоксисилоксанов служит проведение процесса гидролиза по безэмульсионной схеме малым количеством воды с последующим разбавлением полученных концентрированных растворов до требуемого содержания условного диоксида кремния. При этом наиболее высокими связующими свойствами обладают растворы, содержащие в своем составе в 1,5 раза меньше этилсиликата в сравнении с используемыми в промышленности чисто этилсиликатными водными составами, что позволяет значительно экономнее расходовать дорогостоящий кремнийорганический материал.
В качестве связующего, улучшающего прочностные свойства оболочки, может выступать «Сиалит-20», представляющий собой стабильный водный коллоидный раствор частиц кремнезема размером 8-10 нм и являющийся готовым связующим [57-59].
В последнее время используют литейную керамику, изготовленную на основе водных суспензий, содержащих минимальное количество органических соединений или не содержащих их вообще. Это связано с ужесточающимися требованиями техники безопас 19 ности, санитарно-гигиеническими нормами и повышением требований к экологичности технологических процессов [60-62].
Кроме того, активно разрабатываются новые виды бескремнеземных связующих [63], такие как, например, алюмоорганическое связующее типа алкоксиалюмоксановых оли-гомеров [64]. В результате обеспечивается повышение термостойкости и прочности керамической оболочки.
Устранение негативного влияния диоксида кремния на качество поверхности отливок и повышение огнеупорной стойкости формы обеспечивает бескремнеземное готовое связующее Алюмокс на основе -А1203 [65]. При этом, несмотря на преимущества данного связующего в части снижения трудоемкости приготовления суспензии, методы сушки, пригодные для форм на основе этилсиликата, для Алюмокс не применимы, поскольку для получения качественных ОФ сушку требуется проводить в два самостоятельных этапа с выдержкой каждого слоя в камере с высокой влажностью до полного удаления растворителя с последующим выветриванием каждого слоя от избыточной влаги. В противном случае наблюдается сползание наносимого слоя с модели вместе с предыдущим. Кроме того, прокалку ОФ на Алюмокс требуется проводить при температурах порядка 1300С.
С целью замены экологически вредного и дорогостоящего этилсиликата некоторые исследователи предлагают использовать в качестве связующего ЛВМ алюмоборфосфат-ный концентрат. При этом суспензию готовят на алюмоборфосфатном концентрате и пылевидном кварце, а обсыпку проводят зернистым материалом, являющимся отверди-телем к связующему [66-68].
Выбор термовременных режимов прокаливания оболочковых форм
Анализ термовременного режима прокаливания в технологическом процессе производства отливки в условиях действующего производства дает возможность судить о ре-сурсо- и энергоэффективности данной операции и, соответственно, всей технологии ЛВМ в целом.
Оптимизация указанных выше параметров позволяет минимизировать временные и энергетические затраты на операцию прокаливания керамических оболочек в соответствии с необходимостью внедрения новых энерго- и ресурсосберегающих экологически безопасных технологий (см. п.1.3).
Выбор термовременного режима прокаливания ОФ для каждого конкретного случая (производственной технологии) осуществляется с учетом следующих основных факторов: технической схемы прокаливания керамических оболочек (в опорном наполнителе, либо без опорного наполнителя); используемого материала ОФ; особенностей конст 61 рукции будущей отливки; типа прокалочной печи в зависимости от способа нагрева (электрический или газовый).
Так, например, при применении технической схемы прокаливания без опорного наполнителя значительно сокращается общая продолжительность реализации операции прокаливания за счет отсутствия необходимости дополнительных затрат на нагрев опорного наполнителя, и соответственно снижается энергоемкость всего технологического процесса. Однако при этом теоретически температура загрузки ОФ в прокалочную печь должна быть приближена к комнатной. Это связано с необходимостью постепенного нагрева ОФ вместе с печью и, соответственно, минимизацией возникающих напряжений, вызывающих трещинообразование. Тем не менее, на практике, например, по опыту ОАО «Арзамасский приборостроительный завод им. П.И. Пландина» [238], температура загрузки оболочек в прокалочную печь составляет 250-300С. Скорость нагрева оболочковых форм составляет 150-200С/ч, температурный максимум прокаливания может достигать 1050С, а выдержка при максимуме не менее 4 часов. Общая продолжительность прокаливания может достигать 9 часов (рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 – Базовый режим прокаливания ОФ без опорного наполнителя на предприятии ОАО «Арзамасский приборостроительный завод им. П.И. Пландина»
При прокаливании в опорном наполнителе, находящемся в опоках при нагреве ОФ, его температура возрастает медленнее, чем температура печи. Поэтому форму рекомендуют нагревать с определенной скоростью, а затем давать выдержку в печи с целью выравнивания температур по ее объему и, соответственно, уменьшения возникающих тер 62 мических напряжений [239]. Это особенно важно, если для прокаливания используются нагревательные печи, в которых сложно управлять необходимой скоростью нагрева. В результате линия нагрева в графике термовременного режима прокаливания приобретает вид ступенчатой ломаной, аппроксимация которой позволяет говорить о соблюдении рекомендуемой скорости нагрева в печи, а продолжительность цикла прокаливания в опорном наполнителе существенно увеличивается.
На ОАО «Правдинское конструкторское бюро» (НПО «Правдинский радиозавод») загрузка опок с ОФ и наполнителем проводится в печь с температурой 300С. Для оболочковых форм на основе кварца рекомендуемая скорость нагрева составляет 150С/ч [5, 18], температурный максимум прокаливания составляет 900С, а выдержка - 6-7 часов в зависимости от сложности отливок и размеров опок (рисунок 2.3). Общая продолжительность прокаливания может достигать 11 часов.
Материал ОФ (кристаллический кварц, корунд, дистенсиллиманит, плавленый кварц и т.д.) также оказывает влияние на выбор термовременного режима их прокаливания, который определяется протеканием полиморфных превращений в материале керамической оболочки, сопровождающихся изменением объема, и соответственно возникнове 63 нием напряжений и снижением трещиностойкости ОФ. Помимо этого, немаловажную роль играют коэффициент линейного термического расширения материала формы, его теплофизические свойства (теплоемкость, теплопроводность), структура материала и количество примесей в нем.
Особенности конструкции получаемых отливок также вносят свой вклад при формировании термовременного режима прокаливания ОФ. Поскольку для получения тонкостенных ажурных отливок требуются более высокая температура заливки формы, а также более высокая степень удаления из нее остатков модельной композиции и высокая газопроницаемость оболочки, при выборе термовременного режима прокаливания необходимо предусматривать существенно меньшую скорость нагрева оболочек, а также большие значения температурного максимума прокаливания и длительности выдержки при нем.
При назначении температуры подачи оболочек под заливку металлическим расплавом следуют известным рекомендациям [217] о том, что детали с резкими переходами толщин при условии правильной посадки их на блоки заливаются при температуре оболочковых форм 600-700С; ажурные мелкие отливки заливают в опоки при температуре 750-850С.
Типы прокалочной печи являются важным фактором, который необходимо учитывать при реализации прокаливания керамических оболочек.
Электрические печи потребляют в ходе операции прокаливания более 25% всей установочной мощности [125]. Кроме того, вследствие неравномерного прогрева в электрических печах из-за наличия так называемых «затененных мест» повышается вероятность растрескивания ОФ.
Электрические и газовые печи, являясь печами-теплообменниками, передают тепло, выделяющееся в печи, обрабатываемому материалу. В газовых нагревательных печах, благодаря интенсивной конвекции, в рабочем пространстве отсутствуют «теневые зоны», обусловленные максимальными тепловыми потоками на участках вблизи нагревателей электрической печи, что обеспечивает достаточную равномерность прогрева загруженных ОФ [240].
Рабочие камеры газовых печей работают под избыточным давлением, подсосы извне практически отсутствуют, что позволяет рентабельно использовать всю зону печи от загрузки до выгрузки, поскольку подстуживание около загрузочных и разгрузочных окон сведено к минимуму. Кроме того, газовое пламя дает возможность осуществлять циркуляцию воздуха в зоне прокаливания, что в свою очередь приводит к равномерному нагреву опок [217].
Замена электрических печей на газовые позволяет сокращать длительность прокаливания ОФ, сократить межремонтные периоды и улучшить качество проведения данной операции [99].
Подытоживая сказанное, можно констатировать, что выбранный термовременной режим прокаливания должен обеспечить минимум газотворности ОФ, а также максимум их трещиностойкости как на стадии прокаливания, так и дальнейшей заливки расплавом, поскольку именно с этими характеристиками формы связано абсолютное большинство имеющего место брака стальных отливок.
Проведение прокаливания ОФ с применением технологических добавок к их материалу (см. п.2.2), по нашему мнению, позволит интенсифицировать протекание соответствующих физико-химических процессов и за счет этого сделать термовременной режим этой операции более экономичным без снижения качества получаемых отливок. Данное положение принимаем как рабочую гипотезу.
В качестве технологических добавок к материалу ОФ для варианта прокаливания без опорного наполнителя автором предлагается использовать дихромат калия, а для варианта прокаливания ОФ с опорным наполнителем - селитры и перманганат калия.
Согласно модельного представления об операции прокаливания ОФ, полагаем, что целевые задачи прокаливания решаются до достижения температуры 600С (см. п.2.1): заканчивается термическая диссоциация связующих гелей; проходит первое полиморфное превращение кварца; идет удаление остатков модельной композиции и продуктов термодеструкции компонентов; реализуется спекание оболочки. Поэтому, с гарантией осуществления выше названных процессов выбираем температурный максимум прокаливания, равный 650-700С.
Для снижения вероятности растрескивания ОФ, в соответствии с рекомендациями [217], выбираем температуру загрузки форм в нагревательную печь равной 300С для обоих вариантов технической схемы прокаливания (как с опорным наполнителем, так и без него).
Прогнозирование образования дефектов газового происхождения при изменении технологии литья по выплавляемым моделям
Обращая внимание на второе слагаемое в выражении (3.14), учитывая, что гв гн, , а также Т 0, ц 1, Е 0, 0, определяем, что оно будет иметь отрицательный знак. При этом первое слагаемое в выражении (3.14) всегда положительно. Это означает, что в точках, находящихся на внутренней поверхности цилиндра, термические напряжения имеют отрицательный знак (что соответствует сжатию), а механические напряжения положительны (что соответствует растяжению).
Выполнение условия (3.12) будет свидетельствовать об удовлетворительной трещиностойкости ОФ и минимальной вероятности растрескивания оболочки при заливке металлическим расплавом. Напротив, нарушение этого условия будет сигнализировать технологу-литейщику о необходимости корректировки технической схемы ЛВМ.
В качестве исходных данных для расчета наряду с рабочими характеристиками конкретной технологии ЛВМ (, h, T), задаваемыми технологом, применяются величины rв, rн, Е, , . Значение гн оценивается как половина усредненного отношения площади сечения формы к соответствующему периметру. Величина гв принимается равной величине гн, уменьшенной на значение толщины стенки ОФ, задаваемой технологом. Значения величин Е, и , в соответствии со вторым допущением предлагаемой методики, выбираются по справочным данным для материала огнеупорной основы формы (в нашем случае - для кварца). Величина [р] в формуле (3.12) принимается технологом равной величине горячей прочности ОФ, которая может быть определена в лабораторных условиях для каждого конкретного материала форм и температуры по известным методикам. Для снижения трудоемкости реализации предлагаемой методики и обеспечения наглядности промежуточных и окончательных результатов расчетов может быть сформирован и использован соответствующий программный модуль в любом расчетном математическом пакете, например, в среде MathCAD.
Для производственной практики не менее важной является возможность расчета конструктивных размеров оболочки, обеспечивающих трещиностойкость формы. В этой связи проведем оценку минимально допустимой толщины стенки ОФ [260].
При заливке металлическим расплавом ОФ испытывает как механические, так и термические напряжения. В связи с этим возникает реальная опасность разрушения оболочки, если толщина ее стенки будет не достаточной для предотвращения этого. Отсюда вытекает необходимость оценки этой толщины хотя бы в самом первом, грубом приближении.
Будем рассматривать оболочку как сосуд, наполненный горячей жидкостью и охлаждаемый снаружи (на рисунке 3.3 направление теплового потока показано сплошными стрелками, а механическое воздействие жидкости – пунктирными).
Для упрощения принимаем, что температура и температурные напряжения изменяются поперек стенки оболочки линейно. Тогда перепад температур t можно выразить через количество теплоты, проходящей через стенку в единицу времени на единицу поверхности (плотность теплового потока), по закону Фурье:
Eaq Учитывая, что ОФ на основе кварца более чем на 90% состоит из этого материала, значения , Е и выбираются по справочным данным для кварца. Величина R рассчитывается как половина усредненного отношения площади сечения формы к соответствующему периметру. Плотность заливаемого расплава берется по справочным данным, величина металлостатического напора h задается технологом для конкретной лит-никово-питающей системы. Плотность теплового потока q может быть рассчитана в соответствии с законом теплопроводности Фурье как отношение количества теплоты ОФ, отнесенное к площади ее поверхности, в единицу времени.
Оценка термостойкости / трещиностойкости оболочковой формы при литье по выплавляемым моделям с использованием низкотемпературного прокаливания
В последнее время вс большее внимание уделяется снижению высокой ресурсозат-ратности литейных технологий, в том числе ЛВМ.
В этой связи представляют интерес любые разработки, направленные на снижение энерго- и материаломкости процесса, обеспечение его экологической безопасности и ресурсосбережения при реализации.
Предлагаемая техническая схема низкотемпературного прокаливания ОФ [243, 244], состоящая во введении в состав материала ОФ определенного количества кислородсодержащих веществ, интенсифицирующая процесс прокаливания ОФ за счет выделения дополнительного количества кислорода, получаемого в ходе экзотермических реакций, имеет ряд специфических особенностей. К ним можно отнести: более высокие пористость материала формы, удельная поверхность пор в оболочке и меньшая температура формы при заливке металлическим расплавом. В первом приближении эти обстоятельства предопределяют риски получения брака отливок из-за недостаточной трещино-стойкости оболочек при контакте с металлом. Таким образом, необходимой становится сравнительная оценка соответствующих эксплуатационных характеристик форм, изготовленных по новой технологии ЛВМ с применением технической схемы низкотемпературного прокаливания ОФ и базовой (заводской) технологии.
Согласно работе [329], энергия, подведнная при заливке металла, затрачивается на упругую деформацию ОФ, а также преобразуется в кинетическую энергию, связанную с образованием и ростом трещин в оболочке, и поверхностную энергию. Развитие трещин приводит к появлению новых поверхностей и, как следствие, к росту эффективной поверхностной энергии, которая в свою очередь уменьшает кинетическую энергию волны упругой деформации. По мнению автора [330], энергия, приходящаяся на единицу объ-ма оболочки, подвергаемой термоудару, представляет собой сумму энергий упругой деформации каркаса оболочки и образования трещин.
Основываясь на этом, а также допуская, что передача тепла при заливке формы металлом осуществляется теплопроводностью, профессор Александров В.М. с коллегами [145, 146] предложили в качестве критерия термостойкости ОФ точного литья принять время , которое способна выдержать форма после заливки расплава без растрескивания и разрушения
Методика экспериментальной оценки образования газовых дефектов в стальных отливках, получаемых по выплавляемым моделям
Цель опытно-экспериментального опробования заключалась в проверке эффективности реализации схемы низкотемпературного прокаливания ОФ ЛВМ в опорном наполнителе в условиях участка точного литья ОАО «Правдинское конструкторское бюро».
Рассматривались следующие варианты реализации операции прокаливания: Вариант 1 – базовый, соответствующий технологии, реализуемой на ОАО «Правдин-ское конструкторское бюро» в настоящее время, без ввода технологических добавок в состав материала ОФ.
Вариант 2 – с новым термовременным режимом с технологическими добавками дихромата калия K2Cr2O7 и борной кислоты H3BO3 в состав обсыпочного материала многослойной ОФ, начиная со второго слоя.
Модели изготавливались из парафино-стеариновой модельной композиции марки ПС 50-50 в соответствии с технологией ОАО «Правдинское конструкторское бюро»
Приготовление огнеупорной суспензии на основе гидролизованного раствора этилси-ликата, подготовленного совмещенным способом, проводилось с применением в составе суспензии кварца пылевидного молотого марки Б ГОСТ 9077-82 «Кварц молотый пылевидный. Общие технические условия». В качестве материала обсыпки использовался формовочный песок 3К2О3020 ГОСТ 2138-91 «Пески формовочные. Общие технические условия», предварительно прокаленный в термической печи в течение 1,5 ч при температуре 900-950С. Готовую суспензию равномерно наносили на модельные блоки путем двух-трехкратного погружения с целью удаления пузырьков воздуха с поверхности блока и предоставления возможности стечь излишкам покрытия. Модельные блоки с нанесенной огнеупорной суспензией плавно погружались в псевдокипящий слой песка с последующими медленным поворотом и выдержкой в песке не менее 5 секунд.
Сушка каждого из пяти слоев суспензии на модельных блоках проводилась на воздухе в течение 5-6 часов.
Выплавление модельной композиции проводилось в горячей воде с температурой 80– 90С. Далее проводились визуальный контроль качества каждой ОФ на отсутствие трещин и их сушка на воздухе в течение 4–5 часов, после чего оболочки заформовывались в опоки.
В качестве опорного наполнителя использовался бой отработанных керамических оболочек.
При этом особое внимание обращалось на следующее [281]: – количество ОФ в прокалочных опоках ограничивалось тремя-четырьмя, поскольку большее их число привело бы к повышению вероятности трещинообразования из-за наложения температурных полей и локального перегрева; – керамический бой, используемый в качестве опорного наполнителя, измельчался до фракции 5-7 мм; – наличие слоя наполнителя между каждой оболочкой и опокой и между оболочками толщиной не менее 50 мм обеспечивало равномерность прогрева форм; в противном случае возросла бы вероятность возникновения и развития трещин в оболочке и, как следствие, дефекта на поверхности отливок.
Прокаливание проводилось в печи СНО 8.16.5/10И2 по термовременным режимам, приведенным в таблице 4.4. № варианта Особенность или название варианта Температура загрузки, С Скоростьнагрева,С/ч Температурный максимум, С Время выдержки, ч
1 Базовый, соответствующий технологии, реализуемой на ОАО «Правдинское конструкторское бюро», без ввода технологических добавок в состав материала ОФ 300 не более 150 900 7
2 С технологическими добавками дихромата калия K2Cr2O7 и борной кислоты H3BO3 в состав обсыпочно-го материала многослойной ОФ, начиная со второго слоя, согласно п. 4.1 300 не более 150 700 4
После проведения прокаливания ОФ выгружались из прокалочной печи и подавались непосредственно под заливку стальным расплавом. Эксперимент проводился с отливками «Кронштейн» (толщина стенок до 4 мм), «Пла 114 стина» (толщина стенок до 4 мм) и «Штырь» (толщина стенок до 5 мм) из стали 20Л ГОСТ 977-88. Всего заливалось по 20 форм для каждого из вариантов. Температура заливки форм составляла 1550-1570С.
1 Базовый, соответствующий технологии, реализуемой на ОАО «Правдинское конструкторское бюро», без ввода технологических добавок в состав материала ОФ 8 форм для отливки «Кронштейн» по 8 отливок в форме; 6 форм для отливки «Пластина» по 4 отливки в форме; 6 форм для отливки «Штырь» по 4 отливки в форме На 24 отливках из 112 зафиксированы дефекты «шероховатость поверхности», «коробление» 21,4
2 С новым термовременным режимом с технологическими добавками дихромата калия K2Cr2O7 и борной кислоты H3BO3 в состав обсыпочного материала многослойной ОФ, начиная со второго слоя, согласно п. 4.1 8 форм для отливки «Кронштейн» по 8 отливок в форме; 6 форм для отливки «Пластина» по 4 отливки в форме; 6 форм для отливки «Штырь» по 4 отливки в форме На 98 отливках из 112 зафиксирован дефект «недолив»; других дефектов не выявлено 87,5
В ходе проведения заливки форм, изготовленных по второму варианту, наблюдались интенсивное газовыделение и «горение» оболочек (рисунок 4.16), сопровождающиеся неприятным запахом.
По мнению автора, наиболее вероятной причиной повышенного газовыделения при заливке ОФ могло стать неполное протекание реакции термического разложения дихромата калия при прокаливании вследствие недостаточной выдержки форм в печи или не 115 герметичности ее рабочего пространства.
Причинами неприятного запаха при заливке ОФ жидкой сталью могли стать следующие обстоятельства:
1) При высоких температурах оставшиеся в ОФ предельные углеводороды CnH2n+2 модельной композиции могут окисляться до летучих спиртов, обладающих неприятным запахом особенно в присутствии водяных паров.
2) Появление в воздухе рабочей зоны ароматических эфиров, которые являются продуктами разложения стеарина модельной композиции, не представляют экологической опасности. Стеарин мог остаться в форме до заливки в связи с неполным удалением модельной композиции из «карманов» литейной формы, что подтверждается фотографией бракованных отливок (рисунок 4.17).
