УДК 621.785.51. Ильенков П.Л. (Караганда, КарГТУ) Шеров К.Т. (Караганда, КарГТУ) Твердохлебов Н.И. (Караганда, ТОО «КМЗ им. Пархоменко») СНИЖЕНИЕ ЭФФЕКТА НАУГЛЕРОЖИВАНИЯ ОТЛИВОК В ПРОЦЕССЕ ЛИТЬЯ МЕТОДОМ ГАЗИФИЦИРУЕМЫХ МОДЕЛЕЙ. Литьё по газифицируемым моделям (далее ЛГМ) на сегодняшний день является одним из способов производства отливок, который неуклонно приобретает все большую популярность. Сообщение о возможности литья по моделям, которые не удаляются из формы, а газифицируются под действием тепловой энергии расплава, вызвало у литейщиков огромный интерес. Однако, прежде чем процесс ЛГМ стал промышленной технологией, было проведено множество научноисследовательских, опытно-конструкторских работ, по результатом которых были созданы специальные модельные материалы, противопригарные покрытия, оборудование и технология для изготовления моделей, оборудование для изготовления форм и др. Во время заливки литейной формы металлом, углерод и водород являются наиболее активными компонентами газовой фазы термической деструкции пенополистирола. Образование углерода реализуется в результате радикально-цепных реакций бензола, ацетилена и метана. Установлено, что углерод в газовой фазе может быть как в виде атомов, так и в виде многоатомных частиц. При этом по мере возрастания числа атомов в частице углерода, энергия отрыва растет, иными словами их диссоциация затруднена. В условиях процесса ЛГМ, газовая фаза литейной формы содержит углерод в атомарном виде. Но при повышении температуры заливаемого металла, увеличивается количество трехатомных частиц. Вообще переход атомарного углерода из газовой фазы в жидкий расплав металла имеет три стадии: - образование атомарного углерода в газовой фазе вследствие термической деструкции полистирола; - адсорбция углерода на поверхности расплава, а в случае молекулярного углерода - диссоциация его на поверхности металла; - диффузия атомарного углерода в металлический расплав. Однако, именно молекулярную диффузию атомарного углерода с поверхности металла в процессе его заливки в форму и последующего выравнивания концентрации углерода по объему кристаллизующего расплава вследствие развития конвективного тепломассопереноса, следует рассматривать как лимитирующий аспект процесса насыщения углеродом металла. Скорость растворения углерода в железоуглеродистом сплаве подчиняется первому закону Фика и определяется следующим уравнением 𝑊𝜏 = 𝜇𝐹(𝐶п − 𝐶𝜏 ) = 10−2 𝐺 𝑑𝐶𝜏 𝑑𝜏 , где 𝜇 — коэффициент массопереноса (в данном случае коэффициент молекулярной диффузии углерода в жидкий металл); F— поверхность раздела металл—зазор; 𝐶п — предельная растворимость углерода в металле; 𝐶𝜏 — содержание углерода в металле к моменту τ; G— объем металла. Для технолога на производстве, эффект науглероживания в отливках из железоуглеродистых сплавов при применении технологии литья по газифицируемым моделям, зачастую является достаточно сложной и порой трудноразрешимой проблемой. Ведь на науглероживание отливок, выполненных по технологии ЛГМ оказывают свое влияние многие факторы, а именно: исходное содержание углерода в металле, температура заливки, газопроницаемость формы и противопригарного покрытия, парциальное давление углерода в газовом зазоре между расплавом металла и моделью (на что оказывает влияние фактическая скорость подъема металла в литейной форме и плотность пенополистирольной модели), скорость газификации пенополистирольной модели, время заливки, и наконец отношение площади зеркала металла при заливке к объему отливки. На основании вышеизложенного и результатов исследований, можно попытаться сформулировать некоторые рекомендации для снижения эффекта науглероживания в отливках железоуглеродистых сплавов, полученных с применением технологии литья по газифицируемым пенополистирольным моделям. Их можно кратко изложить следующим образом: - температура заливки не должна превышать необходимую; - следует применять качественные и хорошо подготовленные противопригарные покрытия с большой газопроницаемостью; - должна использоваться система вакуумирования опок; - необходимо рассчитывать оптимальную скорость подъема металла в форме ; - использование специального литейного пенополистирола с повышенной скоростью газификации минимально достаточной плотности; - стремиться располагать модели в форме таким образом, чтобы отношение ее поперечного сечения относительно движения металла при заливке к объему модели было бы минимальным (модель располагается в форме вертикально относительно большего ее размера).