Физико-химические основы литейного производства (стр. 14 )

- пористость наполнителя;

- диаметр песчинок.

Удельный газовый поток при вакуумировании залитой формы

,

где - плотность воздуха при нормальных условиях (=1,205 кг/м3);

- плотность воздуха при температуре формы в рассчитываемом сечении кг/м3 (= 352,32/Т).

Количество выделившихся газов рассчитывают по уравнению (1)

Рисунок 14.

Сначала при заливке формы отмечается скачкообразное выделение газов – первый пик, затем интенсивность газовыделения падает, а далее образуется второй, более продолжительный по времени пик. Под действием теплового удара пленка начинает плавиться и начинает разлагаться на газообразные компоненты. Одновременно под действием перепада давлений в ВПФ жидкая газифицирующая пленка фильтруется в поверхностные слои наполнителя формы и конденсируется на холодных зернах песка. Вследствие этого интенсивность газовыделения уменьшается. Затем происходит нагрев поверхностных слоев наполнителя теплом отливки, в результате чего постепенно возрастает интенсивность газообразования. Далее, с уменьшением газотворного запаса фильтрата интенсивность газовыделения постепенно вновь уменьшается. Деструкция пленки заканчивается через 9…12 мин от начала заливки.

Рисунок 15.

В результате прогрева формы теплом отливки газотворный слой в наполнителе меняет свое положение. Причем газовыделение в слое формовочного наполнителя, прилегающего к поверхности отливки, прекращается через 10…15 с от начала контакта металла и пленки. В ходе перемещения фронта газовыделения в глубь формы постепенно расширяется зона фильтрации. Одновременно увеличивается слой наполнителя без фильтрата.

Следует отметить, что объем газового потока в наполнитель при заливке ВПФ и при последующем твердении отливки постепенно увеличивается. Это связано с разгерметизацией формы и фильтрацией атмосферного воздуха из мест разгерметизации к отсасывающему коллектору.

Состав парогазовой фазы, образующейся при термодеструкции полимерной пленки.

Пленки, используемые при изготовлении вакуумно-пленочной формовки (EVA и СЕВИЛЕН), представляют собой сополимер этилена и винилацетата (их соотношение 1:2).

Основными продуктами реакции разложения полимерной пленки должно быть С, СО2, СН4, Н2, углеводороды от С2 до С5, уксусная кислота или уксусный альдегид и вода.

При сравнении состава парогазовойсмеси, образующейся при термодеструкции на воздухе полимерной пленки EVA и СЕВИЛЕН, заметно различие состава парогазовой смеси в области высоких температур при деструкции в атмосфере воздуха и в гелии для пленки EVA уже при температуре 1573К газовая смесь состоит в основном из простейших газов, а в пленке СЕВИЛЕН из всей гаммы обнаруженных компонентов. С повышением температуры увеличивается концентрация водорода, а концентрация паров воды уменьшается для обоих случаев.

Дополнительная выдержка газовой смеси при температуре термодеструкции существенно не изменяет ее состав. Отмечается лишь повышение концентрации водорода. По составу парогазовой смеси полимерные пленки EVA и СЕВИЛЕН являются эдентичными.

Новый материал – полимерная пленка МИРАВИТЭН по термодеструкции мало отличается от предыдущих, за исключением отсутствия СО во всем исследуемом интервале температур.

Количество и состав парогазовой смеси при пиролизе пленки МИРАВИТЭН дает возможность рассчитать процесс взаимодействия ее с материалом отливки при заливке формы и последующим охлаждением отливки. Это необходимо для управления технологическими режимами изготовления отливки и формирования ее эксплуатационных свойств.

17. Фильтрация металлического расплава в поры песчаной литейной формы

Фильтрация металлического расплава в поры песчаной литейной формы. Большинство литейных форм, исключая металлические, имеют пористое строение. При заполнении формы жидкий расплав повторяет ее внутренние очертания, и стремиться проникнуть в поры между частицами формы. Металл скрепляет частицы формовочной смеси, что вызывает повышенный износ инструмента при механической обработке отливок и ухудшает товарный вид литья. Для правильного выбора зернового и химического состава смеси, необходимо знать закономерности проникновения металла в поры стенки литейной формы. Силами, способствующими проникновению металла в поры формы, являются гидростатический напор и поверхностное натяжение. Параметрами, препятствующими проникновению металла, являются газовое давление в форме и низкая температура ее прогрева. Максимальная глубина проникновения металла лимитируется глубиной прогрева формы до температуры плавления, т. к. жидкий металл не может проникнуть в глубь формы, если ее температура ниже температуры ликвидуса металла.

Ликвидус - на фазовых диаграммах линия полного плавления твёрдых фаз. Схожее, но противоположное, понятие - солидус.

Температура ликвидуса (по H. Yoder, 1976) TL - это максимальная температура насыщения первичной твёрдой фазой расплава данного валового состава. Выше этой температуры система полностью жидкая. Иными словами, это температура, при которой в равновесных условиях выпадает первый кристалл. Хотя при понижении температуры будет выпадать всё больше кристаллов, возможно получение однородного вещества при T < TL путём достаточно быстрого охлаждения, т. е. с помощью кинетического ингибирования процесса кристаллизации.

Фа́зовая диагра́мма (диаграмма состоя́ния) — графическое отображение равновесного состояния физико-химической системы при условиях, отвечающих координатам рассматриваемой точки на диаграмме (носит название фигуративной точки).

Солидус - линия на фазовых диаграммах, на которой исчезают последние капли расплава, или температура, при которой плавится самый легкоплавкий компонент. Схожий, но противоположный термин, - ликвидус.

Иными словами, солидус - кривая, которая показывает для каждой температуры состав твёрдой фазы, которая может находиться в равновесии с жидкой.

Прогрев формы и капиллярное проникновение металла осуществляется последовательно, поэтому скорость суммарного процесса определяется по более медленному. Для выявления условий проникновения металла в поры формы необходимо рассмотреть каждый из этих процессов.

После прогрева стенки формы до температуры плавления заливаемого металла расплав получает возможность фильтрации в поры формы. Его движение описывают уравнением потенциального течения вязкой несжимаемой жидкости при условии неразрывности. (Уравнение Навье-Стокса)

Рассмотрим систему при следующих допущениях:

1.  движение расплава проходит в единичном капилляре произвольного радиуса Ri, имеющим температуру расплава;

2.  металличсекий расплав представляет собой несжимаемую жидкость. Действительно, для большинства металлов коэффициент сжатия β=(20…200)∙10-6 Па;

3.  в тонком пограничном слое изменение всех величин в направлении, перпендикулярном поверхности твердого тела, проходит быстрее, чем в тангенциальном направлении;

4.  движение расплава в капилляре настолько медленное, что может быть описано законами стационарного движения. При малых скоростях течение жидкости имеет ламинарный характер.

5.  расплав течет вдоль капилляра в направлении x (течений в других направлениях нет).

6.  диаметр капилляра значительно меньше его длины.

7.  на поверхности расплава, заполняющего капилляр, действует капиллярная сила

,

где - поверхностное натяжение расплава, Н/м;

- угол смачивания материала формы расплавом, град;

8.  внешнее избыточное давление на поверхность расплава намного меньше капиллярного.

Принятые допущения позволяют применить для расчета скорости проникновения металла в поры формы формулу Пуазейля:

где dP/dx – градиент давления в движущем металле.

Для расчета скорости проникновения металла в поры формы необходимо принять соответствующий закон изменения градиента давления по длине капилляра. Допустим, что

(1)

где - перепад давления в капилляре на участке длиной x

(2)

где ρ – плотность жидкого металла, кг/м3

После подстановки ф. (2) в ф. (1) получим

; (3)

где h – максимальная высота подъема металла в капилляре.

Продолжительность движения жидкого металла по капилляру определяется уравнением:

(4)

С учетом формулы (3)