Спецтехнологии ЛГМ

Морозов В.А. г. Луганск

О газоходных каналах в пеномоделях для стального литья

С целью снижения науглероживания стального литья по ЛГМ-технологиям и уменьшения количества газовых раковин применяются газоходные каналы в пеномоделях отливок.

Одним из условий их успешной работы является совпадение векторов вакуума и подъема жидкого металлав отливке. В результате исследования распределения углерода по телу отливки в зависимости от суммарной площади сечения газоходных каналов выявлена зависимость: содержание углерода – площадь газоходных каналов. При площади газоходных каналов более определенного оптимума содержание углерода в верхней части отливки ниже на 30%, а в нижней выше на 30%. Цифры усредненные. А при суммарно площади газоходных каналов равном оптимуму все в пределах допусков.

Исходя из практических исследований оптимальная суммарная площадь газоходных каналов равна 1мм2 на 1 кг массы отливки или 0,4 мм2 на 1 г пеномодели. Форма газоходных каналов должна быть круглой o 2,5….4 мм с обязательным раструбом на выходе из пеномодели, площадь сечения раструба должна быть в 10 раз больше сечения газоходного канала.
Выходное отверстие раструба закрывается сеткой для ограждения от попадания песка и не красится.

Места установки газоходных каналов определяются по максимальному массиву пенополистирола в модели. При увеличении суммарной площади газоходных каналов выше оптимального на практике наблюдаются большие газовые раковины, повторяющие конфигурацию газоходного канала.

О газовых раковинах  в стальных отливках при ЛГМ-процессе

В реальной практике получения стального литья по ЛГМ-процессу отрицательным фактором в общей массе преимуществ процесса являются газовые раковины (газовая пористость) различной величины. Большинство производственников уповают на низкое качество пенополистирола и плохую краску.
Ведутся усиленные поиски «волшебного» полистирола и чудо-краски. Затрачиваются достаточно большие средства и усилия для получения вышеуказанных компонентов и обработки технологии, а результат в большинстве случаев прежних.

Из зарубежных источников известно, что в типичной форме ЛГМ, заливаемой сталью, общее количество полистирола (условной газотворной органики) составляет 0,3% от общей массы заливаемого металла. Сопоставляя эту величину с примерно 5% для самотвердеющей и 12 % для песчано-глинистой сырой формы (средние величины).
Сравнивая вышеприведенные цифры в первоначальной момент заливки формы, имеем содержание условной газотворной органики в пеностерольной форме лишь 2, 5% от содержания ее в сырой форме и 6 % от содержания в самотвердеющей. Из этого следует, что источник газовых раковин вероятнее искать в другом месте техпроцесса.

Одним из вариантов является процесс выплавки стали. Из общеизвестных справочных материалов для земляной технологии видно, что нераскисленная сталь в отливке дает газовую пористость и даже газовые раковины (синего цвета). Это происходит в том случае, когда реакция выделения газов продолжается в процессе заливки формы, т. е. сталь недостаточно раскислена перед заливкой. Тот факт, что сталь в форме ведет себя спокойно, еще не говорит о том, что она полностью раскислена и отливка буде свободна от газовых раковин. Газы могут выделяться в теле отливки, не выходя за пределы формы.
Все зависит от степени раскисления стали. Это видно по цвету и форме раковин, их расположению.

Из вышеизложенного видно, что одним из основных направлений борьбы с газовыми раковинами в стальном литье по ЛГМ-процессу, является технологический контроль за полным раскисленнием стали на стадии ее выплавки.

Векторный подход при получении биметаллических отливок

Получение биметаллических отливок по ЛГМ – технологии очень простое, но в реальной практике спекания пеномодели с металлическими вставками далеко не всегда обеспечивает удержание последних в период заливки. В данном случае применяют шпильки (как в «земляных» технологиях).
В действующих технологиях ЛГМ удержать металлические вставки шпильками в песке не всегда удаётся.
Практический опыт получения отливок с металлическими вставками говорит:
• вибростол должен обеспечивать уплотнение песка до 1,8 т/м3;
• вектор виброуплотнения должен быть перпендикулярен осям шпилек;
• векторы газовакуумных полей должны быть перпендикулярны осям шпилек;
• струя, заливаемого металла, не должна воздействовать на металлическую вставку.
Выполнение указанных условий обеспечивает удержания металлических вставок при заливке формы чугуном или сталью.
Для практической реализации данной технологии достаточно тандема: вибростол 622 и контейнер 846.

Векторный подход к технологии

При получении специализированного стального литья по ЛГМ-процессу возникает множество проблем, решить которые стандартным способом не возможно.
Для обеспечения равномерности содержания углерода по телу отливки необходимо обеспечить одно направление векторов газового потока в пеномодели и газовакуумного потока в контейнере, в то же время эти два вектора должны быть противоположны вектору заливаемого металла при верхнем подводе его к отливке. Выполнение этих условий решает поставленную задачу в пределах отклонения по ГОСТ, одновременно обеспечивает отсутствие газовых раковин. С целью улучшения условий газификации пеномодели в период заливки необходимо обеспечить подачу кислорода (воздуха) в контейнер. Кроме того, для низкоуглеродистых сталей в период кристаллизации в контейнер желательно подать СО2 в количестве 20…30 см3/сек на 1 г пеномодели. Векторы кислорода и СО2 должны совпадать с вектором газовакуумного потока.

Кроме вышесказанного необходимо обеспечить такое расположение отливок и литниково-прибыльной системы в контейнере, чтобы действующее газовакуумное поле не охлаждало подвод металла к отливке.
Для обеспечения всех требований необходимо иметь верхний подвод металла, а литниково-прибыльная система при этом должна занимать 0,6 высоты контейнера. Это создаст дополнительный напор металла, а совместно с воздействием вакуума и дополнительное давление металла на уровне 0,1Мпа.

Пеномодели должны иметь специальные газовые каналы по всей высоте согласно принятому вектору газового потока.
Техническое выполнение всех требований векторного подхода к технологии ЛГМ обеспечивают: контейнер модели 846 и вибростол модели 622.

Изложенная векторная теория в практической жизни обеспечила получение специализированного стального литья в массовых объёмах с высокими механическими свойствами, выше, чем при общепринятых «земельных» технологиях.

Повышение механических свойств стали с помощью векторной технологии

Практический опыт работы с векторной технологией ЛГМ определил направление модернизации литейного оборудования для дальнейшего повышения механических свойств стали.
Это достигается повышением уловного напора метала в форме с помощью вакуума. В период заливки металла в форму векторы вакуума и заливаемого металла должны иметь одно направление.
При увеличенных сечении и высоте литниковой части вакуум создаёт дополнительное давление метала в форме, которое превышает 0,1 Мпа. По окончании процесса заливки вектор вакуума должен изменить направление на противоположное, что обеспечить дегазацию полости и равномерное распределение углерода по телу оливки.

Переключение вектора вакуума не обходимо провести через 10…15 сек. после окончания периода заливки.

Все мероприятия по созданию заданной газовой среды в форме выполняются по известной векторной технологии. Для обеспечения вышеизложенных технологичеких приёмов необходим контейнер с двумя независимыми вакуумами и двумя газовими контурами.

Этим условиям отвечает контейнер модели 901 в тандеме с вибростолом молели 622 или 8532.