Дефекты, вызванные сажей, и профилактические меры для отливок из высокопрочного чугуна, изготовленных методом литья по выплавляемым моделям.
1. Механизм образования
Пенополистирол сначала плавится в жидкий полистирол под воздействием высокой температуры расплавленного металла, а затем жидкий полистирол расщепляется на жидкие полимеры, основными компонентами которых являются стирол, бензол и др., и далее расщепляется на мелкомолекулярные газообразные соединения под воздействием тепла. В процессе литья эти продукты должны выходить из полости через покрытие. Жидкий продукт сначала смачивает покрытие, растекается по его поверхности, а затем проникает в капиллярные поры покрытия. Под действием отрицательного вакуумного давления и статического давления жидкого металла эффект проникновения усиливается. Из-за высокой скорости заполнения расплавленным металлом жидкие продукты пиролиза не успевают полностью расщепиться и газифицироваться, и в условиях высокой температуры и дефицита кислорода образуется твердая сажа. Исследования показали, что высокое содержание углерода в чугуне является непосредственной причиной образования сажи, а смачиваемость жидкого полистирола покрытием — основной причиной ее образования.
2. Факторы, влияющие на дефекты, связанные с сажей, и соответствующие профилактические меры.
2.1 Влияние огнеупорных наполнителей в покрытиях на образование сажи: Тип, форма частиц, размер частиц и распределение огнеупорных наполнителей влияют на смачиваемость жидкого полистирола покрытием. Смачиваемость жидкого полистирола покрытиями из боксита лучше, чем покрытиями из кремнеземного порошка и талька, что в основном определяется структурными характеристиками и физическими свойствами поверхности огнеупорных наполнителей. Частицы боксита имеют относительно округлую форму, большие поры и пористую структуру. Открытые микропоры обеспечивают капиллярное отведение жидкостей, повышая их смачиваемость; в то время как частицы кремнеземного порошка имеют многоугольную форму, расположены слоями и переплетаются, что уменьшает размер пор и, следовательно, снижает эффект капиллярного отведения жидких продуктов.
2.2 Влияние связующих на образование сажи: Органическое связующее в покрытии плавится практически одновременно с пенополистирольным пенополистиролом под воздействием тепла высокотемпературного расплавленного металла. Если органическое связующее имеет сродство с жидким полистиролом, это способствует смачиванию и проникновению жидкого полистирола в покрытие. В то же время органическое связующее испаряется под действием высокотемпературного расплавленного металла, что увеличивает пористость между огнеупорными наполнителями, улучшает проницаемость жидкого продукта и позволяет жидкому полистиролу быстро выходить из покрытия, а также уменьшает образование сажи на поверхности отливки.
2.3 Влияние высокотемпературной воздухопроницаемости покрытия на образование сажи: Практика доказала, что высокотемпературная воздухопроницаемость покрытия оказывает важное влияние на образование сажи. Чем выше воздухопроницаемость покрытия, тем больше поры между частицами, что способствует быстрому выходу жидкого полистирола и продуктов его крекинга, и тем меньше сажи образуется на поверхности отливки.
2.4 Влияние материалов пенопластиковых моделей на образование сажи: В соответствующей литературе указывается, что разные материалы моделей имеют разные механизмы пиролиза и производят разные продукты пиролиза. Исходя из состава материала модели, соотношение атомов углерода и водорода в молекуле ЭПММА составляет 5:8, а весовое соотношение — 60:8; в то время как соотношение атомов углерода и водорода в ЭПС составляет 8:8, а весовое соотношение — 92:8. Таким образом, видно, что ЭПММА имеет низкое содержание углерода, и углеродистый остаток, полученный в результате крекинга, составляет лишь 5/8 от ЭПС. Следовательно, использование материала ЭПММА приводит к образованию меньшего количества сажи, что может уменьшить образование сажи в отливках из высокопрочного чугуна.
