Пригар на отливке: причины появления и как его избежать

Пригар — частый дефект в литейном производстве. Его легко спутать с обычной шероховатостью, однако это разные явления. Шероховатость характеризует рельеф поверхности металла, а пригар представляет собой прочно связанный с отливкой слой формовочного материала. Он, как минимум, ухудшает состояние поверхности. Как максимум — повышает износ металлорежущего инструмента при последующей обработке.

Ниже разберем, что именно собой представляет этот дефект, какие существуют виды пригара, по каким причинам он возникает и, главное, как отличить его от других схожих изъянов, появляющихся на поверхности.

Что называют пригаром на отливках

Пригар — это поверхностный дефект отливки, при котором частицы формовочной или стержневой смеси прочно сцепляются с металлом. Он может возникать из-за проникновения расплава в поры формы, спекания смеси или химического взаимодействия металла, его оксидов и материала формы.

Пригар бывает механическим и химическим — в зависимости от механизма формирования:

1. Механический пригар возникает как следствие проникновения жидкого металла, то есть расплава, в поры стенок литейной формы и/или стержня. В поверхностном слое образуется «скелет», удерживающий частицы формовочной смеси.
2. Химический пригар возникает как следствие взаимодействия оксидных пленок, образующихся при высоких температурах, с материалом формы. Особенно выраженным такой механизм может быть при стальном и чугунном литье.

Как выглядит пригар на поверхности отливки

Пригар может выглядеть как грубый участок с прочно приставшим формовочным материалом, шероховатая корка или локальные пятна в местах тепловых узлов, выступов, литниковых зон и участков замедленного охлаждения.

Иногда дефект имеет вид стекловидной шероховатой корки темного или бурого оттенка. Он может покрывать значительную площадь или носить локальный характер, проявляясь отдельными пятнами на наиболее нагруженных участках отливки.

Основные причины пригара на отливках

Появление пригара редко обусловлено только одним изолированным фактором. Как правило, это результат сочетания нескольких нарушений.

Основные причины следующие:

• Недостаточная огнеупорность формы — если формовочная смесь обладает низкой температурой спекания, то при контакте с расплавом может образоваться пригар. Особенно заметным он бывает при использовании кварцевых песков, которые при нехватке защитных добавок могут вступать в химическое взаимодействие с металлом и его оксидами.
• Высокая температура заливки — чрезмерный перегрев расплава ускоряет окислительные реакции и повышает жидкотекучесть металла. В результате он глубже проникает в поры формы и активнее взаимодействует с формовочной смесью.
• Несбалансированная структура поверхности — жидкий металл под воздействием капиллярных сил может проникать через чрезмерно крупный песок и открытые межзерновые поры. Чем более открыта структура поверхности формы, тем выше риск механического пригара.
• Низкая прочность поверхности формы — если форма или стержень имеют слабый поверхностный слой, неравномерное уплотнение или осыпающиеся участки, поток расплава разрушает поверхность. В результате металл легче проникает в формовочную смесь, а частицы песка могут попадать на поверхность отливки.
• Неправильное или непросушенное покрытие — если покрытие было нанесено с нарушением технологии: слишком тонко, неравномерно, с пропусками, либо если оно изначально не обладало достаточной кроющей способностью, оно не сможет сформировать надежный барьер. То же касается плохо высушенных покрытий: остаточная влага в слое краски вскипает при заливке металла, вызывая вспучивание, газовые дефекты, разрушение защитного слоя и, как следствие, повышая риск пригара.

Для форм и стержней в термонагруженных зонах можно рассмотреть ХРОМИКС AFS 45–55 — хромитовый песок. Он применяется как высокоогнеупорный заполнитель для литейных форм и стержней, особенно на участках с сильным тепловым воздействием.

Как отличить пригар от шероховатости, песчаных включений и газовых дефектов

Пригар может напоминать шероховатость, а шероховатость — дефекты песчаной или газовой природы. Визуально они бывают схожи, но природа возникновения у них разная:

• Пригар — это слой формовочного материала, прочно сросшийся с металлом. Он обычно твердый, спекшийся и трудно удаляется с поверхности.
• Шероховатость — это особенность текстуры металла. Инородного прочно приставшего слоя здесь нет.
• Песчаные включения — это частицы или комки формовочной либо стержневой смеси, попавшие в металл или оставшиеся на поверхности. Они могут выкрашиваться из отдельных полостей и оставлять локальные углубления.
• Газовые дефекты — это округлые раковины, поры или подкорковые пустоты с относительно гладкими стенками.

Понять, что именно перед вами, можно с помощью небольшого механического теста — например, аккуратно потереть поверхность напильником:

• если приставший слой снимается с трудом, а под ним остается грубая спекшаяся корка или следы прочно удерживаемого песка, это с высокой вероятностью пригар;
• если инородные вкрапления легко выкрашиваются из полости, то это песчаные включения;
• если заметны углубления с гладкими стенками, то речь может идти о газовых дефектах.

Как снизить риск пригара

Риск появления пригара удастся снизить только комплексным подходом.

Вот что именно можно сделать:

• Оптимизировать гранулометрический состав — по возможности следует стремиться к использованию сбалансированных составов. Например, крупнозернистого песка в сочетании с более мелкой фракцией. Такая смесь будет менее склонна к проникновению металла внутрь формы.
• Повысить огнеупорность на стадии смесеприготовления — в отдельных случаях в составы формовочных и стержневых смесей вводят огнеупорные или противопригарные добавки, например циркон, графит или тальк. Это помогает повысить стойкость поверхности к спеканию и взаимодействию с расплавом.
• Контролировать температуру заливки — важно соблюдать температурно-временные рамки, не допускать неоправданного перегрева, но и не снижать температуру ниже технологически допустимого диапазона.
• Обеспечить надлежащую прочность и плотность формы — этого можно достигнуть равномерной набивкой, чтобы не оставалось «рыхлых» зон, а также применением добавок, предусмотренных технологией конкретного производства.

Как подобрать покрытие при повторяющемся пригаре отливки

Если пригар появляется систематически, нужно искать первопричину. Подбор покрытия должен коррелировать с природой заливаемого сплава, типом формы или стержня, температурой заливки, сложностью отливки и характером дефекта.

Для чугунного литья покрытие выбирают по марке чугуна, массе отливки и требованиям к поверхности. Для серого чугуна могут применяться графитовые составы. Для тяжелого чугунного литья — корундовые покрытия. Для крупного высокопрочного чугуна могут использоваться покрытия с высокой огнеупорностью, например цирконовые.

Для серого чугуна и сплавов на основе меди можно рассмотреть ГАС-1 — графитовое покрытие. Для мелкого и среднего стального литья, а также тяжелого чугунного литья применяется СКП — корундовое покрытие. Для среднего и крупного стального литья может использоваться СЦП VP / СЦП 2.0 — цирконовое покрытие.

Для тонкостенного чугунного литья и цветных металлов могут применяться тальковые покрытия. Для мелких и тонкостенных отливок особенно важны равномерность слоя, хорошая укрывистость, отсутствие потеков и сохранение точности поверхности.

Что касается стального литья, здесь требуются наполнители, более стойкие к высокой температуре и взаимодействию с оксидами железа: цирконовые, корундовые или хромитовые. Для проблемных тепловых узлов, где металл охлаждается медленнее, могут применяться хромитовые покрытия.

Для таких участков можно рассмотреть ХПП — хромитовое покрытие. Оно используется преимущественно для стального литья и за счет захолаживающего эффекта помогает защищать от пригара тепловые узлы — участки, где металл охлаждается медленнее.

При производстве отливок из марганцовистой стали, а также при использовании хромитовых песков может применяться МПП — магнезитовое покрытие.

Общие моменты, которые нужно учитывать при выборе покрытия:

1. Наполнитель должен иметь температуру плавления выше температуры заливаемого металла и не образовывать с его оксидами легкоплавких соединений.
2. Если форма или стержень чувствительны к влаге либо нет возможности длительной сушки, чаще выбирают спиртовые противопригарные покрытия. Если технологический процесс допускает водную основу и обеспечен правильный режим сушки, могут применяться водоразбавляемые составы.
3. Дисперсность наполнителя и специальные добавки подбирают так, чтобы покрытие формировало сплошной защитный слой, снижало проникновение металла в поры и при этом сохраняло необходимый газоотвод.

Заключение

Пригар на отливках — дефект, который нельзя игнорировать. Спекшаяся корка или слой формовочного материала на поверхности металла не только портит вид изделия, но и повышает износ режущего инструмента при механообработке.

Избавиться от пригара сложно, поэтому лучше не допускать его появления изначально. Превентивный подход заключается в грамотном подборе состава смеси, повышении ее огнеупорности при необходимости, контроле температуры заливки и правильном выборе противопригарного покрытия. Выбор покрытия должен соответствовать типу заливаемого сплава, форме, стержню, температуре и характеру дефекта.

Важно помнить, что даже с качественным материалом могут возникнуть проблемы, если нарушена технология нанесения или сушки. Только комплексный контроль позволяет существенно снизить риск пригара и получать более стабильное качество отливок.