Как снизить науглероживание при ЛГМ

Пенополистироловая модель и пресс-форма

При изготовлении стальных отливок методом литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) производители сталкиваются с науглероживанием материала отливки, которое обычно носит локальный характер и может быть поверхностным (зоны глубиной менее миллиметра) или объемным (обычно острые углы в тупиковых зонах отливки). Содержание углерода здесь может подниматься до 0,7-1,4%.

Наличие пенополистироловой модели в форме во время заливки жидкого металла создает специфические условия в литейной форме, когда металл контактирует с продуктами газификации модели. Термическая деструкция пенополистирола сопровождается сложными фазовыми и химическими превращениями, в результате которых образуются жидкие, паро- и газообразные, а также твёрдые продукты. Количество и состав этих продуктов определяется, главным образом, температурой заливаемого металла. С повышением температуры увеличивается количество газообразных и твердых веществ и уменьшается количество жидких.

Первичные газообразные продукты разложения модели удаляются из зоны их образования через зазор между моделью и фронтом продвижения металла, под воздействием вакуумирующей системы и, при правильно подобранных технологических параметрах процесса, не оказывает вредного воздействия на качество отливки.   Твердая составляющая продуктов деструкции – активный углерод, содержание которого в продуктах деструкции модели доходит до 70% вес. (при температуре заливки стали), контактируя с заливаемым металлом и потоком отходящих газов, выносится из зоны образования и адсорбируется на зернах кварцевого песка в ближайших к отливке слоях песка. При этом повышается содержание углерода в металле, а вокруг отливки создается слой с повышенным содержанием активного углерода, приводящий к поверхностному науглероживанию отливки, особенно из низкоуглеродистых сталей.

Радикальное решение по устранению науглероживаниядостигается использованием сополимера (монометилметакрилата) в качестве материала моделей. Кажущееся, на первый взгляд, простое решение имеет и подводные камни. Стоимость сополимера раз в пять выше пенополистирола. Сополимер требует высокой культуры производства – очень точного соблюдения температурных и временных режимов предвспенивания и изготовления моделей, что предполагает использование для этих целей высококачественного оборудования европейских производителей или производителей США, Канады. С экономической точки зрения использование сополимера целесообразно при производстве литья  с высокой прибавочной стоимостью, к примеру – блоки цилиндров, головки блоков цилиндров.

Существует ряд приемов, позволяющих в той или иной мере снизить степень науглероживания стальных отливок, но не устранить его в полной мере:

 Использование пенополистирола низкой плотности

Традиционно в Украине плотность изготавливаемых моделей из пенополистирола находится в пределах 0,28-0,32 г/см3. Из рядового пенополистирола, теоретически можно изготовить модели и более низкой плотности, но такие модели имеют очень слабую поверхность и будут подвергаться деформации в процессе окраски, сборки их в «кусты» и, особенно, при формовке нарушая заданную геометрию и чистоту поверхности отливки. В настоящее время из Голландии поступает в Украину новый вид пенополистирола, специально предназначенного для  изготовления моделей с пониженной плотностью (на бочках имеется надпись для моделей γ=0,18).  Модели из такого пенополистирола имеют прочную поверхность и не деформируются. Использование такого пенополистирола позволяет снизить количество, образующегося в процессе деструкции, углерода минимум на 50%.

 Применение противопригарного покрытия с высокой газопроницаемостью

Газопроницаемость противопригарного покрытия (краски) оказывает  важнейшее влияние на степень отвода продуктов деструкции пенополистирола в форму, за пределы тела отливки. Высокой считается газпроницаемость – 70 GF (по шкале прибора Джодж Фишер).

 Выбор оптимальной скорости подъема металла в форме

Скорость подъема металла в форме должна быть оптимальной — для сохранения целостности формы и возможности удаления продуктов разложения модели из зоны их образования. Принято считать, что она должна составлять порядка 2 см/с. На практике, в процессе апробации технологии, замеряют время заполнения формы металлов и в случае необходимости корректируют сечение питателей.

 Использование заливочной воронки со стояком из теплоизоляционного материала

Хорошей практикой на заводах в Европе стало использование теплоизоляционных воронок (или чаш) со стояком (литником) при формировании литниково-питающей системы при литье по газифицируемым моделям, что обеспечивает двойной эффект: с одной стороны, сокращается объем пенополистирола, за счет использования пустотелого стояка, а с другой стороны, возможно снизить температуру заливки форма, а это в свою очередь, еще и уменьшает количество продуктов деструкции пенополистирола.

Использование выпаров на верхних поверхностях отливок

На отливках, расположенных в верхней части форм, желательно приклеивать пластины из пенополистирола, толщиной 4-5 мм, где будут скапливаться жидкие и твердые продукты деструкции, вытесняемые жидким металлом в верхнюю часть формы.

Авторы

Вишнякова Людмила Петровна, г. Киев, т. (моб.): +38 (066) 881-48-03

Виноградов Олег Николаевич — технический директор ООО «Полимер-инжиниринг», г. Киев; e-mail: v@on-v.com.ua; т.: +38 (096) 574-17-11

Статьи по теме

Tags: