Образование неметаллических включений в отливках

Источники включений и газов в расплавленном металле включают в основном несколько аспектов: остатки и газы от термического разложения и испарения моделей, шлак и газы, образующиеся при плавке расплавленного металла, оксидный шлак, образующийся при окислении расплавленного металла, растворение специфических газов высокотемпературным расплавленным металлом и внешние примеси, попадающие в герметичную полость формы.

Среди этих шлаков и газов наибольшую долю занимает шлак, образующийся при плавке расплавленного металла, за ним следуют шлак, образующийся в результате реакций между растворенными газами в высокотемпературном расплавленном металле и самим металлом, а также оксиды, образующиеся при окислении расплавленного металла. Фактически, остатки от испарения и термического разложения моделей занимают относительно небольшую долю. Тем не менее, плохая герметизация полостей моделей позволяет проникать внешним примесям, что может вызвать серьезные дефекты массивных включений.

Эти шлаки, газы и внешние твердые примеси имеют низкую плотность. Они медленно всплывают вверх во время заполнения и охлаждения расплавленного металла перед затвердеванием и дрейфуют в области с более низким боковым давлением под действием отрицательного давления. Если такие шлаки и газы выходят из отливок, пока металл остается жидким, дефекты включений или газовых раковин не возникают.

На предприятиях литья по выплавляемым моделям вакуумные камеры систем вакуумирования песочницы в основном расположены в нижней части и по периметру стенок песочницы. Направление отсоса отрицательного давления перпендикулярно естественному направлению всплытия шлаков и газов, что препятствует всплытию и удалению примесей и газов.

Термодинамические и кинетические факторы, определяющие образование и удаление включений в расплавленном металле, способствуют возникновению дефектов включений в отливках по выплавляемым моделям, одновременно препятствуя их устранению. Из-за разнообразного сырья и вспомогательных материалов, используемых отечественными литейными заводами, и под давлением постоянного снижения затрат, закупаемая сталь и чугун содержат сложные составы и обильные примеси.

Большинство литейных заводов плавят стальной лом в индукционных печах средней частоты для производства отливок, что приводит к высокому содержанию примесных элементов в расплавленном металле. Между тем, материалы моделей, используемые отечественными предприятиями литья по выплавляемым моделям, в основном представляют собой пенополистирол для строительства и упаковки. Сложные физические и химические реакции между заполняющим расплавленным металлом и материалами моделей приводят к образованию обильных продуктов пиролиза, что еще больше увеличивает количество включений в расплавленном металле.