«Характер формы»

Представим себе схематично взаимодействие формы с жидким металлом (рис. 32). Так как температура жидкого металла значительно превышает температуру формы, последняя начинает интенсивно нагреваться. Нагрев формы сопровождается целым рядом неприятных явлений. Формовочная смесь ограничена размерами опоки и жидкого металла. Если кварцевые зерна весьма плотно прилегают одно к другому (линия а), то в наиболее прогретом, т. е. близком к металлу, слое формы в результате расширения зерен кварца будут накапливаться сжимающие напряжения, которые приведут к вспучиванию формы в сторону жидкого металла по линии б.

При этом связь между нагретым слоем (на рисунке — нижним) и более холодным слоем (на рисунке — верхним) нарушится, и произойдет разрушение нижнего слоя, что приведет к образованию дефектов на поверхности отливки и, в конечном результате, к ее браку.

Рис. 32. Взаимодействие формы с металлом:
1 — форма с температурой 20 °С; 2 — металл с температурой 1350 °С; 3 — газ

При заливке металла в сырую форму, по мере ее прогрева будет происходить процесс образования парогазовой смеси в слоях формы. Поверхностные слои формы прогреваются до температур более 1000°С. При 100°С в слоях формы начнется интенсивное парообразование. А ведь при переходе воды в пар ее объем увеличивается в 1800 раз! При температурах 500—600°С начнут газифицироваться органические добавки формовочной смеси (из стержня уже при 300°С начнут выделяться летучие продукты: пар, газ и т. д. в результате разрушения связующих материалов). Появляется большое количество газов, которые необходимо вывести из прогретых слоев формы. Но если форма переуплотнена, то газопроницаемость ее, которая определяется размерами пор, будет недостаточной, чтобы обеспечить вывод газа за пределы формы. Газу некуда будет деваться, и он устремится в сторону металла. Так образуются газовые раковины в поверхностном слое отливки, которые ухудшают ее внешний вид и уменьшают сечение детали. На обрабатываемых поверхностях отливок такие дефекты вообще недопустимы. Отливка в таких случаях бракуется.

Тогда зачем же плотно набивать форму? — спросит неискушенный читатель. Давайте слабо уплотним форму. Что же произойдет в этом случае? Увеличатся поры между песчинками. Под действием гидростатического напора металл проникнет в поры формы и весь нижний слой (см. рис. 32) окажется в «плену» у металла. После затвердевания металла образуется трудноудалимая корка так называемого механического пригара. Поверхность отливки будет неровной, бугристой и обработать ее режущим инструментом будет практически невозможно. Удаление механического пригара с поверхности отливки — операция весьма трудоемкая. Кроме того, слабая набивка формы может привести к раздутию отливки, т. е. к искажению ее геометрических размеров, или к размыву формы металлом, что приведет к  образованию земляных раковин. В том и другом случае отливка будет забракована.

Случай силового взаимодействия отливки с литейной формой рассматривался в предыдущем разделе. На вопрос, как нужно уплотнить форму и подготовить к заливке, чтобы укротить ее непослушный «характер», отвечают следующим образом: необходимо знать физику процессов взаимодействия жидкого металла с формовочными материалами, механику строения литейной формы, свойства литейной формы при нормальной и высокой температурах и технологические приемы изготовления формы с учетом вышеперечисленных знаний.