Под песчаными включениями понимают открытые (наружные) или закрытые (внутренние) полости в теле отливки, полностью или частично заполненные формовочным или стержневым материалом. В большинстве случаев песчаные включения являются следствием других дефектов, вызванных разрушением рабочей полости формы и приводящих к образованию приливов.
Песчаные включения как самостоятельные дефекты образуются при разрушении (размыве) каналов литниковой системы. Они располагаются чаще всего в верхних частях отливки или на ее поверхности. В сложных разветвленных отливках, с большим количеством стержней их можно обнаруживать и в других местах. Размеры, количество и расположение песчаных включений зависят от характера разрушения или засорения формы, а также от степени последующего раздробления смытых кусочков формы или стержней.
Поверхность литниковых каналов разрушается в том случае, если прочность формовочной смеси, определяемая связью ее частиц между собой, недостаточна для сопротивления давлению и размывающему действию движущегося расплавленного металла. Поскольку весь поступающий в форму жидкий металл обязательно проходит через литниковую систему, эти участки формы находятся в очень тяжелых условиях. Формовочная смесь здесь интенсивно прогревается, имеющиеся в ней связующие разрушаются, что способствует отрыву частиц песка расплавленным металлом. Наиболее часто литниковые каналы разрушаются в местах, где скорость движения струи металла наибольшая, например в зоне пережима струи металла, в дросселях и т. д. В этих местах образуются металлические приливы, всегда заполненные песком, а в отливке на некотором удалении от питателей обычно обнаруживаются включения.
Природные глинистые формовочные смеси способствуют усилению размыва формы, а следовательно, увеличению количества песчаных включений. Образование песчаных включений зависит от конструкции и тщательности выполнения литниковой системы. Например, при расположении стояка над питателем размывание формы увеличивается, при наличии зумпфа (металлоприем-ника) под стояком смягчается удар струи металла и значительно уменьшается ее размывающее действие. Усилению размывания литниковых каналов способствует повышение температуры заливаемого сплава, увеличение длительности заполнения формы и, следовательно, увеличение длительности теплового и механического воздействия на нее жидкого металла, прерывистая заливка и удары металла о стенки литниковых каналов и т. д.
В процессе заливки формы в наиболее неблагоприятных усовиях находятся поверхности стояка (особенно у стыка стояка с воронкой). Если диаметр отверстия воронки больше верхнего диаметра стояка или оси обоих отверстий не совпадают, то кромки стояка могут быть смыты металлом и в отливке образуются песчаные включения. В то же время на отливках могут отсутствовать следы каких-либо повреждений формы.
Источником песчаных включений в отливках могут быть также различные дефекты, главным образом ужимины, возникающие в элементах литниковой системы и прибылях. При исследовании причин появления песчаных включений в отливках гильз цилиндров грузового автомобиля были обнаружены ужимины па питателях и питающих бобышках. Возникающие при образовании этих дефектов высохшие корочки формовочной смеси смывались потоком металла в рабочую полость формы и приводили к образованию в отливке песчаных включений. Исключение этих дефектов позволило существенно снизить брак по песчаным включениям. Появление песчаных включений возможно из-за небрежностей и нарушения технологии при изготовлении литейной формы. К таким причинам можно отнести попадание формовочной смеси в полость формы при ее сборке и спаривании через литниковую чашу пли воронку, отсутствие обдува формы сжатым воздухом пли отсоса из них посторонних частиц, попадание формовочной смеси форму через стояк при обдуве соседних форм и т. д.
Способы предотвращения песчаных включений. Для предотвращения образования песчаных включений следует повышать механическую прочность материала формы. Это достигается увеличением степени уплотнения формовочной смеси, введением в нее достаточного количества глины или бентонита. Компоненты формовочной смеси должны быть хорошо перемешаны.
Образование рассматриваемых дефектов уменьшается при окраншвании литниковой системы, в частности, цирконовой краской, и ее прошпиливании.
Особое внимание должно быть уделено конструированию и тщательному выполнению элементов литниковой системы. В ней не должно быть острых углов и резких поворотов, отдельные ее элементы должны плавно сопрягаться и иметь соответствующие радиусы закругления и галтели. В отдельных случаях для выполнения литниковых каналов рекомендуется применять формовочные смеси повышенной прочности. В основании стояка необходимо предусматривать достаточно глубокие зумпфы, а иногда и специальные стержни. При заливке стали в основание стояка иногда укладывают шамотный кирпич. Такими же кирпичами рекомендуется перекрывать и тупиковые части набираемых из шамотных изделий литниковых ходов крупных стальных отливок.
Необходимо предотвратить образование дефектов в литниковой системе. Так, для ликвидации ужимин полезно выполнять на отдельных ее элементах противоужимную сетку.
Конструкция литниковой системы должна обеспечивать улавливание частичек формовочной смеси, попавшей в расплав при разрушении литниковой воронки и стояка. С этой целью рекомендуется устанавливать под стояком фильтровальную сетку. При необходимости можно применять сухие литниковые чаши. Следует обеспечивать минимальную высоту падения струи расплава при заливке, так как при ее увеличении размывающее действие увеличивается и количество песчаных включений резко возрастает.
Для предотвращения песчаных включений большое значение имеет тщательное соблюдение технологии. Должна быть исключена возможность попадания формовочной смеси в форму при ее сборке, транспортировке и выдерживании перед заливкой. Формы должны быть тщательно продуты сжатым воздухом или очищены путем отсоса. Литниковые воронки и чаши до заливки по возможности должны быть прикрыты кусками фанеры, жести или специальными крышками.
