в частности, от наличия в нем пористости. Герметичность и пористость чугуна

являются взаимно связанными величинами, одна из которых обусловливает

другую. Поэтому оценка герметичности чугуна в дальнейшем будет произведена

на основании пористости.

1 РАЗНОВИДНОСТИ НАРУШЕНИЙ ПЛОТНОСТИ СЕРОГО ЧУГУНА

Целесообразно различать следующие виды пористости чугуна:

а) микропористость - обуславливается пространством графитовых

включений, а также межкристаллическим пространством;

б) макропористость - является следствием образования рассредоточенной

пористости типа усадочной, газовой и пр.

в) грубая пористость - имеет место при образовании в отливках грубых

пороков, таких как усадочные, песчаные, шлаковые раковины, трещины,

неслитины и т.

1 Микропористость

При анализе микропористости полагаем:

- что плотность графитных включений не зависит от формы, характера и

залегания, и во всех случаях равна 2.25 г/см3;

- межкристаллическое пространство по сравнению с объемом графитовых

включений очень мало и поэтому в дальнейшем оно учитываться не будет;

- плотность основной металлической массы для всех исследуемых образцов

чугуна является постоянной величиной, равной 7.8 г/см3 .

На основании принятых выше условий можно предполагать, что

микропористость чугуна в основном образуется за счет пространства,

занимаемого графитными включениями [24]. Пространство графитных включений

определяется количеством свободного углерода - Сгр:

Сгр = Собщ - Ссвяз,

(6-1)

Общее содержание углерода Собщ и связанный углерод определяются

химическим анализом. Кроме того, количество связанного углерода

определяется структурой металлической основы, при этом

Ссвяз = 0.8(Кп,

(6-2)

где Кп - количество перлита в металлической основе чугуна.

При определении микропористости целесообразно пользоваться

относительными величинами количества и объема графита, а также основной

металлической массы чугуна [24].

Если обозначить:

(гр - удельный вес графита;

(м - удельный вес металлической основы чугуна;

gгр - относительный вес графита в чугуне;

gм - относительный вес;

Кгр - относительный объем графита в чугуне;

Км - относительный объем металлической части чугуна,

тогда относительный объем графита и металлической части

чугуна определяются по формулам (6-3),(6-4).

[pic]

(6-3)

[pic]

(6-4)

где Vгр и Vм - абсолютные объемы графита и металла.

Формулы (6-3),(6-4) позволяют определить относительный объем графита и

металлической основы чугуна в зависимости от его химического состава.

[pic]

(6-5)

аналогично:

[pic]

(6-6)

Зная относительный объем графитных включений, можно определить

расчетную плотность чугуна, при условии отсутствия в нем микропористости.

(т = Кгр((гр+Км((м.

(6-7)

Величина (т называется теоретическим удельным весом чугуна.

Формулой (6-7) для определения теоретического удельного веса чугуна не

всегда удобно пользоваться, т.к. для этого необходимо знать относительные

объемы графита и металлической основы чугуна.

Подставляя в формулу (6-7) значения Кгр и Км из формул (6-5) и (6-6)

после преобразования получим:

[pic]

(6-8)

т.к. gгр+gм = 1, тогда:

[pic]

(6-9)

В качестве критерия для оценки микропористости следует принять

количество свободного углерода в чугуне, а также характер его расположения,

имея ввиду степень разобщения металлической основы чугуна.

Как известно, графит в чугуне может иметь пластинчатую, хлопьевидную

или глобулярную форму, кроме того, графитные включения отличаются между

собой размерами и характером залегания.

2 МАКРОПОРИСТОСТЬ

Макропористость чугуна обуславливается рассредоточенной газовой и

рассредоточенной усадочной пористостью. Такой вид пористости отличается

небольшими размерами газовых и усадочных пор, которые обычно по объему

отливки располагаются более или менее равномерно [24].

Макропористость определяется в относительных величинах или в процентах.

Для определения макропористости серого чугуна используется следующая

формула:

[pic]

(6-10)

где (т - теоретический удельный вес серого чугуна;

( - действительный удельный вес чугуна.

Макропоры в зависимости от их величины очень резко снижают

герметичность чугунных отливок. Их появление в чугуне зависит от большого

числа факторов.

Так рассредоточенная газовая пористость образуется за счет выделения

растворенных или реакционных газов в чугуне. Растворимость газов в металле

зависит от температуры и давления. На рис.6-1 показана кривая растворимости

водорода в железе [30].

[pic]

Рис.6-1. Растворимость водорода в железе

На этой кривой имеются участки, которые характеризуют собой

растворимость газа в твердых металлах, в период расплавления и в жидком

состоянии. Переход от одного состояния в другое сопровождается

скачкообразным изменением растворимости газов.

Растворимость газов в зависимости от давления определяется из формулы

[24]:

[pic]

(6-11)

где Q - количество растворенных газов;

Р - давление;

К - постоянная величина.

Реакционные газы образуются в следствие химических реакций, имеющих

место в сплаве, при повышенном содержании в них окиси железа.

FeO + C = CO + Fe

Образование газов приводит к появлению в металле отдельных пузырьков. В

зависимости от свойств металла и скорости газообразования, пузырьки

принимают те или иные размеры и начинают двигаться вверх; скорость движения

пузырьков определяется из формулы Стокса:

[pic]

(6-12)

где r - диаметр пузырька ;

g - ускорение свободного падения;

( - вязкость жидкого металла.

Согласно этой формулы величина пузырьков зависит от плотности и

вязкости жидкого металла. Степень газонасыщенности отливки определяется

количеством растворенных газов в металле, а последняя зависит от его

раскисленности и режим охлаждения самой отливки.

Касаясь рассредоточенной усадочной пористости, следует напомнить, что

она определяется объемной усадкой, которая, в свою очередь, зависит от

температурного интервала кристаллизации серого чугуна. С увеличением

углеродного эквивалента в чугуне общий объем усадочной пористости

уменьшается.

Важным фактором, влияющим на образование усадочной пористости, является

также жесткость литейной формы: чем больше жесткость формы, тем меньше

объем усадочных пороков. Поэтому при литье в сухие формы и в формы из

жидкостекольных и цементных смесей часто не требуется простановка прибылей,

в то время как при литье в сырые формы они необходимы.

Рассеянная пористость в отливках, как правило является результатом

совместного образования газовой и усадочной пористости.

3 ГРУБАЯ ДЕФЕКТНАЯ ПОРИСТОСТЬ

Грубая дефектная пористость обуславливается различными макропороками

отливок, которые обычно являются браковочным признаком [24]. К ним

относятся местные и рассеянные газовые, земляные, шлаковые, усадочные

раковины, неслитины, спаи, трещины и.т.д.

Такие дефекты приводят к местным нарушениям сплошности чугуна и резкой

потере его герметичности.

Пористость чугуна является важной характеристикой определяющей его

герметичность. Под пористостью следует понимать отношение объема пор к

объему образца.

[pic]

(6-13)

где V1 - объем макро- и микро пор;

V2 - объем образца.

Как указывалось выше, в сером чугуне имеются поры заполненные графитом

и поры, свободные от него.

Относительный объем пор занятых графитом, определяется по формуле (6-

5).

Относительный объем свободных от графита можно определить по формуле (6-

10).

Общая относительная пористость или просто пористость будет равна сумме

этих видов пористости:

m = Кгр + К.

(6-14)

2 ФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕРМЕТИЧНОСТИ СЕРЫХ ЧУГУНОВ

Серые чугуны представляют собой очень сложные железоуглеродистые

сплавы, заключающие в себе большое количество изолированных друг от друга

свободных и заполненных графитом пор самой разнообразной формы и размеров.

Характер пор в чугуне, их размер и количество зависят от многих факторов,

основными из которых являются: химический состав, структурное строение,

технология изготовления отливок, их термообработка и условия эксплуатации.

При воздействии на отливку жидкости, находящейся под высоким давлением,

эта жидкость проникает в поры чугуна, а затем, если не встречает

достаточного сопротивления, она просачивается дальше в тело отливки.

Процесс просачиваемости чугунов является очень сложным и в настоящее

время остается почти не изученным. Опыты, проведенные в этом направлении

многими исследователями, не раскрывают в достаточной мере механизма

просачиваемости жидкости через тело чугунных отливок. В связи с этим оценка

просачиваемости чугунов в настоящее время производится по двухбалльной

системе - “текут”, “не текут” [24].

Просачиваемость чугунов находится в обратной зависимости от их

плотности или так называемой герметичности. Поэтому изучение свойств

просачиваемости или проницаемости обычно ведется по величине, обратной их

проницаемости.

Движение жидкости в порах чугуна является чрезвычайно сложным

процессом. Даже в простейших случаях фильтрации, когда пористая Среда

образована из большого количества систематически уложенных шаров, точного

гидромеханического решения движения жидкости не имеется. Впрочем, это не

так важно, т.к. при изучении герметичности чугунов в большей степени имеют

значение усредненные характеристики потока жидкости также как скорости

просачивания, расхода и т.д., а не форма движения жидкости в самих порах.

В настоящее время создана достаточно обоснованная теория движения

жидкости и газов в естественных пористых средах. В ней разработаны основные

положения в случае движения жидкостей и газов в естественных пористых

средах и определены физические законы фильтрации.

В первом приближении движение жидкости через стенки чугунных отливок,

находящихся под большим давлением, должны подчиняться тем же самым

закономерностям, что и движение жидкостей в естественных пористых средах

[24].

Однако при движении жидкости в порах чугуна имеются существенные

различия, которые по нашему мнению будут заключаться в следующем:

1. Естественные пористые среды имеют сплошные каналы, а серые чугуны -

изолированные поры. Поэтому потери давления во втором случае будут

определяться не только внутренним сопротивлением движения жидкости в

порах, но и сопротивлением, возникающим в результате разрушения

основной металлической массы, расклинивающим действием жидкости.

2. Перепад давлений, даже при незначительной толщине стенок отливок

гидросистем, всегда будет значительно больше по сравнению с перепадом

давления при фильтрации в естественных пористых средах.

3. Высокие давления в отливках, как правило, вызывают в них деформации,

что оказывает существенное влияние на герметичность чугуна.

4. Скорость просачивания жидкости в чугуне значительно меньше скорости

фильтрации в пористых средах. Поэтому динамическими и инерционными

факторами, имеющими место при просачивании в дальнейшем при изучении

этого явления можно пренебречь.

5. Наконец, самое главное отличие состоит в том, что при фильтрации в

естественных пористых средах основной целью является увеличение

скорости фильтрационного потока и, следовательно, увеличению расхода

жидкости, в то время как при изучении герметичности серых чугунов

главной целью является изыскание материалов, обладающих максимальной

герметичностью, которая обуславливала бы минимальную или же нулевую

скорость движения потока.

Указанные выше различия, естественно, вносят существенные поправки в те

или иные уравнения движения жидкости в процессе фильтрации, но не изменяют

самих условий, характера и законов движения этой жидкости в теле чугунных

отливок гидросистем.

Поэтому в дальнейшем при выводе основных закономерностей при

исследовании проницаемости серого чугуна или обратной величины нами были

использованы все известные элементы теории течения однородных жидкостей и

газов в пористой недеформируемой среде.

Для изучения законов проницаемости чугуна прежде всего необходимо было

установить зависимость расхода и скорости движения просачиваемости жидкости

от ее давления и герметичности чугуна. Эту закономерность необходимо

установить в пределах малых площадок, величина которых, однако, велика по

сравнению с размерами пор. В этом случае среднюю скорость движения

жидкости через элементарную площадку чугуна можно определить по формуле

[24]:

[pic]

(6-15)

где V - средняя скорость движения жидкости через элементарную

площадку чугуна;

(W - количество просочившейся жидкости через элементарную

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6