Проникновения: Виды и причины дефектов

Главными причинами действительного (механического/физического) проникновения являются металлостатическое давление, динамическое давление при литье, а также давление кристаллизации при затвердевании.

Вероятные механизмы образования

В песчаных формах существует определенная система пор, которая соответствует плотности их утрамбовки. На границе между металлом и формовочным материалом наблюдается равновесие между металлостатическим давлением, капиллярными силами формовочного материала, смачиваемостью и поверхностным натяжением металла. Когда при литье расплав соприкасается с зернами на поверхности литейной формы, под воздействием металлостатического давления он может проникать в поры, пока не будет достигнуто равновесие между поверхностным натяжением на границе раздела фаз литейной формы и давлением проникновения (критическое давление, при котором металл проникает в самый верхний слой зерен). Вследствие этого поверхность отливки становится шероховатой.
На поверхностное натяжение на границе раздела фаз, которое противодействует давлению проникновения, влияют капиллярные силы формовочного материала (в первую очередь, пористость), смачиваемость поверхности литейной формы, а также поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение на границе раздела фаз литейных материалов на основе железа и углерода достигает относительно высоких значений. На величину поверхностного натяжения оказывает влияние, в первую очередь, химический состав основных легирующих элементов и присутствие поверхностно-активных элементов, таких как висмут, свинец, фосфор, кремний и др. Добавление церия, натрия и циркона также повышает поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Расплав смачивает песчаную поверхность литейной формы с различной интенсивностью (в зависимости от шероховатости, глубины смачивания). Чем больше давление проникновения, радиус зерна формовочного материала, радиус его пор и плотности зерен, и чем меньше поверхностное натяжение на границе раздела фаз, тем больше глубина смачивания. На угол смачивания и, следовательно, на смачиваемость поверхности литейной формы, может оказывать существенное влияние образование слоя блестящего углерода.
Величина радиуса пор утрамбованной части литейной формы зависит, в первую очередь, от структуры зерна (размер зерна, гранулометрический состав), присадок (содержание связующего, отложения), интенсивности утрамбовки (плотность утрамбовки), а также от спекаемости формовочного материала.
Мы используем термин «проникновение», если глубина шероховатости превышает или является равной радиусу зерен формовочного материала. Это означает, что разграничить шероховатость и проникновение можно, только учитывая размер зерна формовочного материала.

Таким образом, проникновение может образоваться под влиянием следующих факторов:

  • Размер зерна формовочного материала слишком велик, а его гранулометрический состав имеет широкий диапазон
  • Содержание связующего и отложений слишком мало
  • Содержание материалов, образующих блестящий углерод, слишком мало
  • Неудовлетворительный химический состав литейного материала в сочетании с чрезмерно высокой температурой литья и металлостатическим давлением
  • Недостаточное и неравномерное утрамбование литейных форм и стержней
  • Не отвечающая требованиям литниковая система и, как результат, перегрев литейных форм и стержней