Но даже если в округе отсутствуют чистые формовочные смеси и приходится использовать загрязненные примесями материалы, их недостатки можно скомпенсировать разными способами. Так, расплавления можно избежать отливкой в довольно влажную форму - испаряющаяся влага быстро остужает металл, соприкасающийся со стенками формы, так что его температуры уже недостаточно для расплавления частиц формовочной смеси, да и образующаяся корка успешно противостоит привариванию частиц. Главное, чтобы сама поверхность все-таки не содержала много влаги - иначе пар начнет не только охлаждать, но и корежить металл. А так - сначала своим испарением чуть в глубине формы вода остужает металл, и когда пар все-таки добирается до поверхности формы - он встречает уже прочную корку металла, через которую проникнуть неспособен - остается идти только в обратную сторону - через весь массив формы, к ее стенкам.
Можно управлять процессом пригорания и по-другому - делать более теплопроводные формовочные смеси - например, добавкой ферросилиция - тогда тепло быстрее отходит от внутренних стенок формы - и частицы также не расплавляются. Этот же прием используют и для управления кристаллизацией отливок. Мы - правда, по другому - также применяли управляемую кристаллизацию, например, для отливки колец ДВС - кольца отливались в металлическую форму, в которой внешняя стенка охлаждалась водой - застывание металла шло от внешней стенки, соответственно, кристаллы выстраивались по направлению к ней - износостойкость колец возрастала в несколько раз.
А ведь примеси могут и вступать с металлом в химические реакции, и тогда на поверхности появляется химический пригар. Так, если в формовочной смеси окажутся сульфиды или сульфаты - например, гипс - то, прореагировав с горячим железом, они образуют на нем корку сульфида железа. Да и легирующие добавки металла - те еще штучки. Так, марганец может окислиться, а закись марганца легко реагирует с кварцем - образуются силикаты марганца. Поэтому такие стали, а особенно стали с высоким содержанием марганца - как ту же сталь Гатфильда, использовавшуюся на гусеничных траках - надо отливать в формовочные смеси, в которых не используется песок, а, например, измельченный магнезит. Да и с другими окислами - например, с окислами железа - кварц охотно реагирует с образованием силикатов, а ведь окислы железа могут присутствовать и в материалах формовочной смеси. Но и отсутствие магнезита можно компенсировать хитрыми ходами - добавлять противопригарные добавки - например, уголь, торф или мазут. Под действием высокой температуры их углерод сгорает, то есть соединяется с присутствующим кислородом, и, соответственно, металлам уже будет не с чем соединяться - окислы не образуются, кремнию будет не с кем реагировать. На каждое действие найдется противодействие. Так порой в формовочную смесь добавляют даже масло, солому, опилки, а поверхность могут покрыть органической краской - все эти материалы, сгорая, и дадут необходимый углерод. Причем если крупнокусковые материалы - типа соломы или торфа - добавляют во всю массу, то красками, графитом или мазутом могут покрыть только поверхность формы - это мало того что даст углерод, так еще защитит металл от соприкосновения с другими материалами формовочной смеси. Защитит в самый ответственный момент - до образования корки, когда в основном и случаются всякие пригары и ужимины. Защитит в том числе и пропитав поверхностный слой формы - сделает его крепче, меньше кусков от нее отвалится при отливке и пришкварится к металлу. А если в краску добавить огнеупорные вещества типа талька или растертого шамота, то это придаст дополнительной огнеупорности самой форме - и тогда можно применить и более грязные материалы основной формы.
В общем - все зависит от исходных материалов - есть чистые и подходящие - отлично, нет - повозимся с присадками и замазками. Правда, смазывать красками узкие сечения нельзя - сталь не смачивает краску, и в этих местах возможны неслития металла. Ну да со сложными отливками всегда была отдельная морока. Так, для них очень важна теплопроводность материала формы, иначе быстрый и неравномерный прогрев может просто покорежить форму, и отливка выйдет кривобокой.
Но и основные наполнители формы - глина и песок, ну или магнезит для отливок ряда сплавов - тоже бывают разными. Песок дает газопроницаемость, а глина - скрепление, причем зачастую они замешаны в одной и той же породе, только в разных пропорциях - чистых материалов, состоящих только из одного минерала, в природе пожалуй что и не найдешь. Тощие пески - это пески, в которых глинистых составляющих не более десяти процентов (определяется отмучиванием). Это самый желаемый литейщиками песок - ведь с его помощью можно наиболее точно управлять параметрами литья. Так, чем крупнее зерна такого песка, тем выше газопроницаемость смеси. Песок, оставляющий на ситах с размером отверстий примерно полмиллиметра не менее двух третей своих частиц - очень газопроницаемый - 350-450, а пески, которые две трети оставляют на ситах с размером отверстий меньше десятой миллиметра - имеют невысокую газопроницаемость - порядка 20. Для полужирных, жирных, особо жирных песков с содержанием глины от 10 до 50 процентов газопроницаемость не нормируется - ее измеряют перед непосредственным использованием и вносят коррективы либо в состав формовочной смеси либо в порядок литья - то ли меньше сушить, чтобы металл, остужаемый оставшейся влагой, быстрее покрылся коркой, то ли при отливке прикрыть газовыпускные каналы, чтобы повысить внутри давление и тем самым пропихнуть излишки газов через форму, чтобы они не разрушали образующуюся корку металла и не проходили через сам металл. Важна и форма зерен песка - остроугольная форма дает лучшее сцепление, но снижает газопроницаемость.
Но окончательно газопроницаемость формируется при сушке. Глина, как связующий материал, в мокром состоянии - довольно липкая штука, а в сухом состоянии становится не только твердой, но и пропускающей газы. Цель смешивания - смазать все песчинки глиной, чтобы между ними возникли мостики. Причем сразу после смешивания внутреннее пространство между зернами заполнено в основном набухшей глиной - газопропускная способность невысокая. При сушке же глина теряет влагу, соответственно объем сухой глины меньше по сравнению с влажной - влага-то испарилась, полностью или частично, соответственно, занимаемый ею ранее объем освободился - образуется усадка, и между песчинками появляются поры и каналы - газопроницаемость повышается.
Количество глины и степень просушки формы зависит от вида литья и веса отливки. Для чугунного литья, если отливка выполняется в сырую - то есть не до конца или вообще не просушенную форму, то там глины можно и поменьше - до десяти процентов, а при отливках от двух тонн - до двенадцати. Сухие формы применяются для крупных отливок - от десяти тонн и выше. Там уже требуется до двадцати процентов глины, так как в сухом состоянии она обладает меньшей связуемостью, и кроме того сама по себе форма таких объемов требует более высокой крепкости формовочной смеси. Это для чугунного литья, которое выполняется при меньших температурах, чем стальное, соответственно и требования к газопропускной способности форм ниже. Стальное литье выполняется в сырые формы только для отливок весом до полутонны - все остальные - в полусухие или сухие формы. Причем требования по газопропускной способности выше чуть ли не в три раза, чем для чугунного литья - температура плавления стали выше, чем у чугуна, к тому же сталь менее текуча, чем чугун, и для повышения текучести ее порой приходится сильно перегревать - все это приводит к высоким температурам в форме и соответственно повышенному газообразованию.
Но и глина глине - рознь. Так, если глина имеет низкую температуру дегидратации, то есть очень легко отдает воду, то после сушки такие смеси могут просто осыпаться. В этом случае нужна либо другая глина, либо необходимо добавлять краски, мазут - чем можно было бы скрепить частицы песка помимо глины. Преобладающий размер частиц глины тоже имеет большую важность - так, наибольшую твердость дают глины с повышенным содержанием частиц меньше одного микрометра. И вообще, глины обладают разной связующей прочностью. Соответственно, малосвязующие глины с одного месторождения могут быть пригодны для небольших отливок, а вот для крупных отливок потребуются, например, прочносвязующие во влажном, а то и прочносвязующие в сухом состоянии (марки так и называются - ПВ, ПС) глины с других месторождений. Ну или снова - краски и мазут. Важно и количество примесей в глине - увеличение содержания в глине оксидов кальция и магния с полутора до двух процентов снижает огнеупорность глины с 1600 до 1350 градусов.
