Шлаковые включения

Шлаковыми называют включения, имеющие вид и состав шлака. Чаще всего шлаковые включения расположены в верхних частях отливок или на их поверхности. Оставшиеся после удаления шлака полости в теле отливки могут иметь гладкую или шероховатую поверхность с неровными краями. В зависимости от причин образования встречаются отдельные, изоокисления некоторых примесей чугуна (кремния, марганца), составляет обычно 4—7% массы металлической шихты.

В процессе переливов и заливки в формы расплав взаимодействует с материалом футеровки ковшей и с атмосферой, также образуя шлаки. Шлак обычно стремятся удалить с поверхности расплава, но частицы его остаются в расплаве. Эти частицы могут при заливке попасть в форму и образовать неметаллические (шлаковые) включения в отливке.

При заливке формы расплав все время находится в контакте с формовочной смесью, которая может разрушаться. Частицы смеси попадают в расплав и при затвердевании отливки остаются в ней в виде песчаных включений. Песчаные включения возникают также вследствие попадания формовочной смеси в форму при сборке, простановке стержней, обдувке формы, кантовке или даже из-за небрежности или недостаточной квалификации рабочих.

Следует отметить, что чаще всего источником неметаллических включений являются образовавшиеся ранее дефекты (например, лигированные открытые включения разнообразных размеров и конфигурации; включения, обнаруживаемые в теле отливки и имеющие выход к поверхности в виде небольшого отверстия; рассеянные включения, расположенные на поверхности отливки в виде сыпи, и т. д.

Шлаковые включения в большинстве случаев серого цвета различных оттенков.

Основная причина образования шлаковых включений — проникновение шлака вместе с расплавом в рабочую полость литейной формы. Возможность такого проникновения определяется количеством и природой шлаковых включений в расплаве, а также надежностью технологических приемов, предотвращающих их попадание в отливку. Шлак попадает в расплав обычно при механическом перемешивании его с расплавом в процессе плавки и при выпуске из плавильного агрегата. Вследствие меньшего удельного веса шлаковые частицы в расплаве стремятся укрупниться и всплыть на поверхность. Однако при недостаточной выдержке металла в ковше перед заливкой, что наблюдается в массовом и серийном производстве, шлаковые частицы не успевают всплыть и могут попасть в форму вместе со сплавом.

Очень мелкие шлаковые частицы, образующиеся вследствие физико-химических реакций в расплаве, обычно не приводят к образованию существенных дефектов. Так, мелкие и тонкостенные отливки затвердевают значительно раньше, чем эти частицы успеют всплыть и укрупниться. Однако в крупных и медленно охлаждающихся отливках, особенно при недостаточной выдержке расплава в ковше, они могут укрупниться и всплыть к окончанию затвердевания. В таких случаях в отливках образуется большое количество шлаковых включений.

При отливке деталей из чугуна с шаровидным графитом, модифицированного магнием, в них обнаруживаются шлаковые включения в виде черных пятен. Исследования показали, что такие включения состоят из соединений магния с серой и кислородом и располагаются на горизонтальных поверхностях отливок, в верхних частях или под стержнями. С увеличением содержания серы до 0,08—0,12% количество черных пятен сильно возрастает.

Способы предотвращения шлаковых включений. Основные способы предотвращения шлаковых включений в отливках можно разделить на две группы: способы, направленные на наиболее полное отделение шлака в процессе плавки и подготовки расплава к заливке, и способы, обеспечивающие задержку шлака в литниковой системе за счет применения специальных элементов и приспособлений, а также выбора соответствующих сечений ее составных частей.

В производственных условиях практически исключается возможность длительной выдержки жидкого металла в ковшах, поэтому большое значение имеет повышение температуры перегрева и понижение вязкости шлака. При низкой вязкости шлака его частицы легко укрупняются и всплывают, захватывая по пути мельчайшие частицы других неметаллических включений. Последние из-за ничтожно малых скоростей подъема самостоятельно всплывать не успевают.

Таким образом, для предотвращения возможности образования шлаковых включений процесс шлакообразования и вязкость шлака следует регулировать в процессе плавки путем подбора и строгой дозировки флюса соответствующего состава. Вязкость шлака необходимо периодически контролировать.

При выпуске металла из плавильного агрегата следует исключить возможность попадания шлака вместе с металлом. Это достигается применением копильника в вагранках, установкой на желобах специальных шлакоотделителей, например типа сифонов и т. д. Шлак, образующийся на поверхности расплава в ковше, следует счищать железными или деревянными скребками. Удаление шлака в этом случае облегчается при повышении его вязкости путем присыпки чистым и сухим кварцевым песком. Шлак, приставший к стенкам ковша, должен быть удален перед заливкой

в него расплава. Возможность попадания шлака в полость литейной формы существенно уменьшает применение стопорных, чайниковых и сифонных ковшей.

Установка шлакоуловителей позволяет отделить расплав от шлака вследствие разности их удельных весов. Эффективность задержки шлака зависит также от правильности подбора размеров и соотношений площадей сечения отдельных элементов литниковой системы. Литниковая система должна быть построена таким образом, чтобы частицы шлака, попадающие вместе с металлом из ковша, и крупные частицы формовочной смеси, отделяющиеся от стенок ее каналов, были задержаны и не попали в полость формы.

Для обеспечения возможно более быстрого заполнения литниковой системы и всплывания шлаковых частиц необходимо последовательно увеличивать площади сечения элементов от питателей к стояку. Для уменьшения скорости движения расплава на выход из питателей в цветном и стальном литье считают полезным их делать с плавным расширением.

Наиболее распространено применение следующих литниковых систем:

• тормозящих, в которых литниковый ход состоит из двух или более колен, располагающихся в различных половинах формы и направленных под углом друг к другу;
• дроссельных, в которых между стояком и питателем предусматриваются узкие щелевидные каналы, обеспечивающие спокойный вход металла в форму;
• с центробежными шлакоуловителями, применение их позволяет значительно уменьшить брак по шлаковым включениям;
• дождевые, в которых стояк соединяется с кольцевым шлакоуловителем, расплав из последнего поступает в полость формы через цилиндрические или щелевидные питатели;
• сифонные, обеспечивающие подачу металла в форму на одном или нескольких уровнях;