ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАЛИВКИ НА ОБРАЗОВАНИЕ ПРИГАРА В СТАЛЬНЫХ ОТЛИВКАХ

АННОТАЦИЯ

В статье исследуется влияние температуры заливки на образование пригара на поверхности стальных отливок при литье в песчано-глинистые формы. Проведён эксперимент с изменением температуры заливки в диапазоне 1540–1660 °C. Оценивались толщина пригара, шероховатость поверхности и доля дефектной поверхности. Установлено, что повышение температуры заливки приводит к увеличению глубины проникновения металла в формовочную смесь и усилению пригара. Оптимальной температурой заливки для исследуемых условий является 1580–1600 °C, при которой достигается минимальная толщина пригара и удовлетворительное качество поверхности отливок.

ABSTRACT

The article investigates the influence of pouring temperature on the formation of burn-on on the surface of steel castings produced in sand–clay molds. An experiment was carried out with variation of the pouring temperature in the range of 1540–1660 °C. The thickness of burn-on, surface roughness, and the proportion of defective surface were evaluated. It was established that an increase in pouring temperature leads to deeper penetration of molten metal into the molding mixture and intensifies burn-on formation. The optimal pouring temperature under the studied conditions is 1580–1600 °C, at which the minimum burn-on thickness and satisfactory surface quality of castings are achieved.

Ключевые слова: стальные отливки, песчано-глинистые формы, температура заливки, пригар, качество поверхности.

Keywords: steel castings, sand–clay molds, pouring temperature, burn-on, surface quality.

Введение

Литейное производство является одной из ключевых отраслей машиностроения, обеспечивающей получение сложных деталей из различных металлических сплавов. Значительная часть стальных отливок производится методом литья в песчано-глинистые формы благодаря его технологической простоте и экономичности.

Однако при производстве стальных отливок часто возникает дефект поверхности, известный как пригар. Он образуется вследствие взаимодействия расплавленного металла с компонентами формовочной смеси при высоких температурах. Пригар ухудшает качество поверхности, увеличивает затраты на очистку отливок и может снижать эксплуатационные характеристики изделий.

Одним из наиболее важных технологических параметров, влияющих на образование пригара, является температура заливки расплава. При повышении температуры увеличивается жидкотекучесть металла и глубина его проникновения в поры формовочной смеси, что способствует образованию прочного сцепления металла с песком.

Целью данного исследования является изучение влияния температуры заливки на образование пригара на поверхности стальных отливок и определение оптимального температурного режима процесса литья.

Материалы и методы исследования

Экспериментальные исследования проводились с целью оценки влияния температуры заливки жидкой стали на интенсивность образования пригара на поверхности отливок. В качестве исследуемого материала использовалась углеродистая конструкционная сталь марки Ст45, применяемая для деталей, работающих при значительных механических нагрузках. Химический состав стали соответствовал стандартам: углерод — 0,42–0,48 %, кремний — 0,17–0,37 %, марганец — 0,50–0,80 %, сера — ≤0,04 %, фосфор — ≤0,035 %.

Плавка металла проводилась в индукционной печи средней частоты ёмкостью 50 кг с использованием стального лома, возврата литниковых систем и ферросплавов для корректировки состава. Температура расплава контролировалась оптическим пирометром с точностью ±5 °C. Перед заливкой расплав раскисляли алюминием в количестве 0,03 % от массы металла для снижения растворённого кислорода и предотвращения газовых дефектов [1].

Формы для эксперимента изготавливались из кварцевой песчано-глинистой смеси. Основой был кварцевый песок марки 1К2О2 с содержанием SiO₂ около 96 %, связующим — бентонитовая глина 8 %, влажность смеси — 3,5 %. Средний размер зерна песка составлял 0,25 мм, обеспечивая хорошую точность поверхности отливок. Смесь перемешивалась в лабораторном смесителе 8 минут для равномерной структуры [2].

Для эксперимента использовались цилиндрические отливки диаметром 60 мм и высотой 120 мм, масса каждой — около 2,5 кг. Конструкция литниковой системы обеспечивала стабильное заполнение формы без турбулентности, время заливки составляло 4–5 секунд. Температура заливки варьировалась от 1520 до 1660 °C с шагом 35 °C. Для каждого режима изготавливалось по пять отливок, всего — 25 образцов [3].

После охлаждения при комнатной температуре 40–50 минут отливки извлекались из форм, очищались от остатков смеси и подвергались визуальному осмотру для выявления участков пригара. Для анализа структуры пригара выполнялись металлографические исследования на шлифах с увеличением 100–500 крат, что позволяло определить толщину слоя, характер взаимодействия металла с формой и глубину проникновения расплава [4].

Количественная оценка пригара включала определение площади поверхности, покрытой пригаром, в процентах от общей площади, и измерение средней толщины слоя по нескольким поперечным шлифам. Для повышения точности на каждом образце проводилось не менее пяти измерений. Также оценивалась трудоёмкость удаления пригара механическим способом на дробемётной установке, что позволило косвенно оценить прочность сцепления слоя с металлом [5].

Основные технологические параметры эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Параметры проведения эксперимента

Дополнительные параметры формовочной смеси, определённые в ходе лабораторных испытаний, приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Физико-механические свойства формовочной смеси

Результаты и обсуждения

В результате проведённых экспериментальных исследований была установлена зависимость интенсивности образования пригара от температуры заливки расплава. Повышение температуры жидкой стали приводит к усилению взаимодействия металла с материалом формы, что сопровождается увеличением площади поверхности отливок, покрытой пригаром, а также ростом толщины пригарного слоя.

Экспериментальные данные представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Влияние температуры заливки на образование пригара

Анализ полученных данных показывает, что с увеличением температуры заливки от 1520 до 1660 °C площадь поверхности, покрытой пригаром, возрастает с 6 до 29 %. Одновременно наблюдается увеличение средней толщины пригара с 0,18 до 0,60 мм. Рост толщины пригарного слоя приводит к увеличению трудоёмкости очистки поверхности отливок, что подтверждается увеличением времени механической обработки.

Металлографический анализ показал, что при температурах выше 1600 °C происходит более интенсивное проникновение расплава в поры формовочной смеси. В зоне контакта металла и формы образуется плотный силикатно-оксидный слой, формирующий трудноудаляемый пригар.

Заключение

В результате проведённого исследования установлено, что температура заливки расплава оказывает существенное влияние на процессы формирования пригара на поверхности стальных отливок. Экспериментальные данные показали, что с повышением температуры жидкой стали наблюдается увеличение площади поверхности, покрытой пригаром, а также рост толщины пригарного слоя. При этом отмечается увеличение трудоёмкости последующей механической очистки отливок [6].

Металлографический анализ подтвердил, что при температурах заливки выше 1600 °C усиливается взаимодействие расплава с формовочной смесью и возрастает глубина проникновения металла в поры формы, что приводит к формированию плотного силикатно-оксидного слоя на поверхности отливки. Полученные результаты могут быть использованы при оптимизации технологических параметров литейного процесса с целью снижения интенсивности образования пригара и повышения качества поверхности стальных отливок.

Список литературы:

1. N.D.Turakhodjayev,  Sh.M.Xojibekova. Образование пригаров в литых стальных изделиях. "Экономика и социум" №6(133) 2025 www.iupr.ru
2. N.D.Turakhodjayev,  Sh.M.Xojibekova. Po‘latdan tayyorlangan quyma mahsulotlarda kimyoviy kuyishlarning hosil bo‘ishi. O‘zbekistonda mashinasozlikning zamonaviy yo‘nalishlari va dolzarb muammolari. TDTU OF 13-14 may 2025-y.
3. S.A.Rasulov “Quyma mahsulotlarni loyihalash va ishlab chiqarish”. O‘quv qo‘llanma. T.: “Fan va texnologiyalar” nashriyoti, 2019. 48-55 bet.
4. Дорошенко СП., Дробязко В.Н., Ващенко К.И. Получение отливок без пригара в песчаных формах. - М.: Машиностроение, 1978. - 208 с.
5. Куманин И.Б. Вопросы теории литейных процессов. - М.: Машиностроение,1976. -216 с.
6. Васильев В.А. Физико-химические основы литейного производства: Учебник для вузов. - М.: Интермет Инжинеринг, 2001.-336 с.