Металлизация: Виды и причины дефектов

Основными зонами появления металлизации являются кромки внутри литейной формы или стержня, в которых металл остается жидким в течение длительного времени из-за особенностей геометрии отливаемой детали, а
также сильно нагретые части литейной формы. Данный дефект может образовываться во всех частях отливки, получаемых посредством литья в песчаные формы (преимущественно при литье в сырую форму), независимо от материала, в результате физического/химического взаимодействия расплава и компонентов формовочной смеси.

Тесная взаимосвязь между металлизацией и проникновениями

Фазы расплава, которые приводят к образованию проникновений формовочной смеси (спекание) и металлизации (Рис. 1 и Рис. 2), являются результатом реакций между расплавом и формовочным материалом. Это довольно распространенный дефект, особенно при литье из легированных литейных сталей. Дефект виден на поверхности отливки невооруженным глазом. В группу риска также входят медно-оловянные и медно-цинковые сплавы.

В противоположность действительному физическому/химическому проникновению, металлизация имеет исключительно химическое происхождение. Если тонкая корочка песка из отдельных зерен кварца прилипает к поверхности отливки, используется термин «пригоревшая формовочная смесь (спекание)». Если этот тонкий слой, прилипший к поверхности отливки, состоит из расплавленного песка, а вся поверхность покрыта бугорками, используется термин «металлизация».

Невозможно строго разграничить проникновения и металлизацию. Металлизации всегда предшествуют проникновение и спекание. В любом случае, даже если отливка с данным дефектом не отбраковывается, значительно увеличивается объем работ по очистке такой детали.

Причины

При металлизации на напряжение смачивания может подвергаться такому воздействию, что давление проникновения (см. информацию о проникновениях) снижается при текущем металлостатическом давлении, что значительно активизирует образование проникновений на поверхности отливки. С другой стороны, фазы плавки, которые приводят к образованию слоев силикатов (металлизация), могут возникать в результате реакций металла и формовочного материала с атмосферным кислородом в полости литейной формы. При этом значительную роль играют поры в формовочном материале.

Фактор влияния

С оксидами металлов (например, FeO) при повышенных температурах реагируют как кварцевый песок, так и продукты разложения глины. В результате образуются легкоплавкие ортосиликаты. Ниже приведены уравнения реакций:

2Fe + O2 _ 2FeO

Al2 O3 · SiO2 + 4FeO _ 2(2FeO · SiO2) + Al2 O3

фаялит

Образующиеся в результате данных реакций оксиды железа смачивают формовочный материал намного лучше, чем металлическое железо. Это повышает вероятность спекания и выгорания. В целом в результате реакций между металлом и формовочным материалом возможно образование фаз промежуточных слоев. Данные фазы ведут себя по-разному в зависимости от состава реагентов, их смачиваемости и реакционной способности. Предшествующее проникновение паров металла усиливает предрасположенность к металлизации. Шлаки с содержанием оксида марганца, образующиеся при производстве марганцевой стали, являются весьма агрессивными и усиливают склонность материала к металлизации.