Тема: контроль качества формовочных и стержневых смесей. Выбор смесей

ЛЕКЦИЯ 14.

План лекции

1. Структура смеси.

2. Назначение формовочных и стержневых смесей.

3. Требования к смесям.

4. Контроль качества смесей.

Известно, что одним из наиболее экономичных методов формообразо- вания является получение заготовок посредством литья. При этом отходы ме- талла в стружку в 1,5-2,0 раза меньше, чем при изготовлении деталей из по- ковок или проката. К тому же более 30 % общего выпуска отливок по массе используют в промышленности без механической обработки.

Вместе с тем в литейном производстве, в силу его технологических особенностей, брак продукции находится на наиболее высоком уровне по сравнению с другими видами металлообрабоки. Более 50 % всего брака отли- вок прямо или косвенно связано с качеством формовочных материалов и сме- сей.

Вопросами совершенствования процессов смесеприготовления и кон- троля свойств формовочных материалов и смесей постоянно занимаются на- учно-исследовательские и учебные институты, промышленные предприятия. Разработаны и внедряются новые формовочные смеси и технологические процессы, неуклонно растет автоматизация процессов.

Формовочная смесь представляет собой многокомпонентную систему,

состоящую из огнеупорного зернистого наполнителя, связующего и добавок.

По признаку наличия связующего смеси можно отнести к песчано-

глинистым, песчано-жидкостекольным и песчано-смоляным.

Структура формовочной смеси. Структура – это в общем случае вза- имное расположение и характер связей между элементами, образующими це- лостную систему. Элементы формовочной смеси при более внимательном изучении сами оказываются системами, состоящими из более мелких частей, образующих иерархию элементов различных уровней. Связи между элемен- тами структуры внутри уровня и между уровнями определяют функциониро- ванием формовочной смеси в виде целостной системы.

Элементы структурных уровней формовочной смеси различаются, пре- жде всего, своими размерами (табл. 31) [9]. Макроуровень (от 10о до 10-3 м) – элементами являются слои стенки формы. Наблюдение структуры уровня можно производить невооруженным глазом. В общем случае стенка формы

состоит из следующих четырех слоев: опоки или кожуха, обеспечивающего прочность и возможность манипуляций с формой; наполнительной смеси, обеспечивающей жесткость формы как целого; облицовочной смеси, обеспе- чивающей сохранение размеров и конфигурации отливки в условиях высоких температур, возникающих при взаимодействии формы с жидким сплавом; по- крытия, которое должно обладать высокой огнеупорностью, обеспечивающе- го высокое качество поверхности отливки.

Иерархия структур литейной формы

Таблица 31

Размеры	10о; 10-1; 10-2	10-3; 10-4; 10-5	10-6; 10-7
Уровень	Макро	Микро	Субмикро
Средства изучения	Невооруженный глаз	Оптический микроскоп	Электронный микроскоп
Элементы структуры	Слой стенок литейной формы	Зерна основы формовочной смеси	Частицы связующих добавок
	Стенки формы	Формовочные смеси
Наполни- тельная смесь	Облицо- вочная смесь	Покрытие	Основа смеси песок	Оболочки зерен, глина, пылевидный кварц
Оболочковые формы	Смолы
Жидкосте- кольные	Смоля- ные	Облицов- ка кокиля	Молеку- лярные кристаллы	Мицел- лы

Структур-

ные со- ставляю- щие

Элементами микроуровня (от 10-3 до 10-5 м) являются зерна огнеупор- ной основы смеси. Микроструктуру изучают под оптическим микроскопом. Для уяснения микроструктуры смеси можно заменить ее моделью, состоящей из жестких сфер одинакового размера, скрепленных между собой точечными контактами через пленку связующей добавки. Расстояние между центрами любой пары соприкасающихся сфер равно их удвоенному радиусу. В неуп- лотненном состоянии сферы образуют рыхлую систему, в которой пористость

составляет 70 % и более; в этом случае общая плотность при плотности квар- цевых зерен 2,6 г/см3 будет около 1 г/см3. Смежные сферы могут создавать многочисленные «арки».

В реальных формовочных смесях зерна основы не являются строго сфе- рическими; не имеют строго одинаковых размеров; контакты между зернами не точечные, а образуют некоторые площадки; в пределах одного микрообъ- ема различные ячейки имеют несколько разные размеры и углы ромбоэдра. Упаковка реальных формовочных смесей в ячейках носит статистический ха- рактер. В разрыхленных смесях имеется много ячеек, в которых не все сосед- ние частицы соприкасаются между собой. Это значит, что ромбоэдр превра- щается в многоугольник и среднее значение его угла в этом случае больше

90о. Если размеры зерен смеси сильно различаются между собой, то плот-

ность упаковки оказывается больше, чем в системе из одинаковых зерен, а га-

зопроницаемость меньше.

Субмикроуровень (от 10-5 до 10-7 м), элементами которого являются частицы глины, связующих добавок и молекулярные кристаллы. Т.е. детали

пленок связующих добавок. Изучение структуры возможно только под элек- тронным микроскопом. Элементы субмикроуровня определяют прочность связи между зернами основы смеси, в особенности для глин и других высы- хающих, затвердевающих и химически твердеющих добавок.

К этому уровню относятся размеры частиц пылевидного кварца, со- ставляющие зерновую основу огнеупорного покрытия, и молотого угля. В свою очередь, их связующие добавки должны иметь еще более тонкую струк- туру.

Характеристика и области применения формовочных и стержневых смесей.

Неотверждаемые смеси для формовки по-сырому. Смеси для формовки по-сырому используют для изготовления форм на автоматических линиях, встряхивающих формовочных машинах, пескометах, а также вручную. Фор- мовочные смеси в зависимости от способа уплотнения по величине предела прочности на сжатие во влажном состоянии разделяют на три группы: уплот- няемые прессованием (0,15-0,22 МПа), встряхиванием или вибрацией с по- следующим прессованием (0,10-0,14 МПа) и встряхиванием (0,05-0,08 МПа).

Единые смеси с наиболее высокой прочностью во влажном состоянии используют для получения литейных форм прессованием на автоматических линиях безопочной формовки. Высокая прочность безопочных форм необхо- дима для сохранения их постоянных размеров при воздействии металлоста- тического давления во время заливки, а также транспортировки стопки форм.

Сочетание высоких прочностных свойств, требуемых газопроницаемо- сти и ряда других технологических свойств смеси может быть обеспечено при использовании исходных материалов с определенными свойствами. Основу смеси составляют сухие кварцевые пески классов 1К, 2К или 3К групп 02 (по ГОСТ 2138-74) с концентрированной зерновой структурой с содержанием глинистой составляющей не более 2 %.

Для приготовления формовочных смесей, уплотняемых прессованием, используют бентонитовые молотые глины только прочносвязующей группы с низким и средним содержанием примесей. Предпочтительно использование активированных и природных натриевых бентонитовых глин, обладающих высокой связующей способностью во влажном состоянии и долговечностью. В качестве противопригарной добавки для чугунных отливок взамен пыле- видного кварца желательно применять гранулированный каменный уголь или полистирол.

Для устранения хрупкости прессованных форм и поддержания влажно-

сти на требуемом уровне применяют крахмалосодержащие добавки. Погло-

щая большое количество воды, они предохраняет смесь от быстрого высыха-

ния, снижают ужиминообразование и повышают формуемость. В качестве пластифицирующей добавки иногда применяют патоку, декстрин, злаковую муку.

Составы и свойства смесей для автоматических линий приведены в табл. 32, 33 [10].

Смеси для формовки по-сухому. Песчано-глинистые смеси для формов-

ки по-сухому применяют преимущественно при получении ответственных и сложны крупных отливок. Высушенные формы должны обладать высокой прочностью.

Для отливок массой меньше 1000 кг используют кварцевые пески груп- пы 02; для отливок массой свыше 1000 кг – пески групп 04 и 0315. При ука- занном способе формовки применяются каолиновые глины с высокими проч- ностью в высушенном состоянии и термохимической стойкостью. С целью поддержания высокой прочности форм после просушки вводят водные свя- зующие (ЛСТ). Для улучшения податливости и газопроницаемости сухих смесей вводят демпфирующие добавки: распаренные в воде древесные опил- ки или торф. Для устранения пригара формы окрашивают противопригарны- ми красками.

Облицовочные смеси высшей огнеупорностью для производства пре- имущественно стальных отливок готовят, заменяя кварцевый песок огне- упорным наполнителем с особо высокими противопригарными свойствами. Такая замена целесообразна только в том случае, если пригар неустраним бо- лее дешевыми средствами, например, с помощью противопригарных покры- тий. Смеси для формовки по-сухому представлены в табл. 34.

Наполнительные смеси. Несмотря на то, что наполнительная смесь не соприкасается с жидким металлом и не подвержена действию высоких темпе- ратур, к ней предъявляются определенные требования. Газопроницаемость наполнительной смеси должна быть не меньше, чем у облицовочной. Это не- обходимо для беспрепятственной фильтрации газов. Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа, наполнительной смеси для машинной и ручной формовки должен соответствовать следующим номам: чугунных от- ливки по-сырому 0,025-0,035; то же по-сухому 0,035-0,045; стальные отливки по-сырому и по-сухому 0,030-0,040.

Использование в составе стержневых и облицовочных смесей кислых связующих и катализаторов может привести к потере прочности наполни- тельной смеси вследствие дезактивации глины. Это вынуждает контролиро- вать рН наполнительной смеси и своевременно ее освежать.

Стержневые смеси, отверждаемые тепловой сушкой. Составы стерж- невых смесей выбирают по классу сложности стержней (табл. 35). Стержне- вые смеси, отверждаемые тепловой сушкой, распределяются на следующие группы: песчано-масляные; на неводных синтетических связующих; на вод- ных связующих; песчано-глинистые и смеси для изготовления стержней в го-

рячих ящиках.

Таблица 32

Типовые песчано-бентонитовые смеси, применяемые для формовки по-сырому при изготовлении стальных отливок

Смесь и способ формообразования	Отливки	Состав формовочных смесей, масс. доля, %	Физико-механические и технологические свойства смесей
обо- рот- ная смесь	квар- цевый песок	бентонит	добавки	проч- ность на сжатие, МПа	влаго- содер- жание, %	общее содер- жание мелочи, %	содер- жание актив- ного бенто- нита, %	газо- прони- цае- мость. ед., не менее
Единая для автоматических пескодувно-прессовых ли- ний безопочной формовки типа Дисаматик	Мелкие	92-95	5-8	1,2-2,0	0,05-0,1 крахмалистые	0,17-0,21	3,1-3,5	11-13	7,0-8,0
Единая для автоматических линий формовки прессова- нием	Мелкие Средние	82-92	6-12	3,0-6,0	0,05-0,1 крахмалистые 0,01-0,03 ПАВ	0,09-1,30	3,5-4,5	10-12	5,5-7,0
Единая для машинной фор- мовки встряхиванием с подпрессовкой	Мелкие Средние	88-92	5-7	2,5-4,0 бентонито- вая суспен- зия	0,04-0,08 крахмалистые	0,05-0,07	3,5-5,0	8-10	4,5-5,5
	Мелкие	40-80	16-53	6-10	0,01-0,03 ПАВ	0,04-0,06	3,5-4,0	8-11	4,5-5,5
Средние	40-75	20-52	8-12	0,5-1,2 ССБ	0,04-0,07	4,0-5,0	10-13	5,0-6,5
Крупные	40-60	33-51	10-13	1,0-1,5 ССБ	0,05-0,07	4,5-5,5	12-14	5,5-7,0

Облицовочная для машин- ной формовки встряхива- нием с подпрессовкой

Таблица 33

Типовые песчано-бентонитовые смеси, применяемые для формовки по-сырому при изготовлении чугунных отливок

Смесь и способ формообразова- ния	Отливки	Состав формовочных смесей, масс. доля, %	Физико-механические и технологические свойства смесей
оборот- ная смесь	кварце- вый песок	бенто- нит	молотый уголь или за- мена	добавки	проч- ность на сжатие, МПа	влаго- содер- жание, %	газо- прони- цае- мость. ед., не менее	общее содержа- ние ме- лочи, %	содер- жание активно- го бен- тонита, %	потери при прока- лива- нии, %
Единая для авто- матических песко- дувно-прессовых линий безопочной формовки типа Ди- саматик	Мелкие	93-98	2,5-6,0	0,2-1,0	0,1-1,2	0,02-0,06 крахмали- стые	0,17-0,21	3,2-4,0		11-13	7,0-8,0	3,5-5,0
Единая для авто- матических линий формовки прессо- ванием	Мелкие	91-96	3,0-7,0	1,2-3,0 бентонито- угольная суспен- зия	0,02-0,04 крахмали- стые	0,15-0,19	3,1-3,5		9-12	6,0-7,0	3,0-4,0
Мелкие Средние	88-93	6,0-10	0,5-1,5	0,5-1,0	0,01-0,03 ПАВ	0,09-0,14	3,5-4,0		9-12	6,0-7,0	3,5-4,5
Единая для ма- шинной формовки встряхиванием с подпрессовкой	Мелкие Средние	93-94	5,0-6,0	0,5-1,0	0,5-1,0 пек	-	0,05-0,07	3,5-4,5		8-10	4,0-5,5	3,5-4,5
Средние	90-95	3,0-8,0	1,0-2,5	1,0-1,5	0-0,5 мазут	0,04-0,06	3,5-4,5		9-11	4,5-6,0	4,0-4,5
Облицовочная для машинной фор- мовки встряхива- нием с подпрес- совкой	Средние Крупные	40-75	20-50	4,0-8,0	1,0-2,0	1,0-1,5 ССБ	0,04-0,06	4,0-5,0		8-10	4,0-5,5	3,5-4,5

Смеси для форм чугунных и стальных отливок, заливаемых по-сухому

Таблица 34

Смесь	Состав смеси, масс. ч	Состав смеси
обо- ротная смесь	квар- цевый песок	глина низко- сорт- ная	бен- тонит	противопри- гарные до- бавки	технологиче- ские добавки	прочность на сжатие во влажном со- стоянии, кПа	газопро- ницае- мость. ед.	влаж- ность, %	прочность на разрыв в су- хом состоя- нии, кПа
Для круп- ных чугун- ных отливок	30-90	10-70	-	2-6	уголь, кокс до 3, ЛП до 1,5	опилки до 5	40-60	более 30	4,5-7	100-200
30-50	50-70	5-15	-	уголь, кокс до 5, ЛП до 3	опилки 3-10, СДБ до 3	30-60	более 50	5-9	100-200
40-70	30-60	4-7	2-4	уголь, кокс до 4	опилки, асбест 2-4, СДБ до 2	50-60	более 60	5-8	150-250
	20-50	50-80	5-10	-	асбестовая крошка 4-5	СДБ до 3	30-50	более 60	5-8	250-350
40-60	40-60	4-7	2-4	СДБ до 2	50-60	более 60	5-7	250-350

Для круп-

ных сталь-

ных отливок

Стержневые смеси для изготовления стержней в нагреваемой оснаст- ке. Основой таких смесей являются сухие кварцевые пески классов 1К, 2К зернистостью 02 или 01, 016 с содержанием глины не более 0,5 %. Водород- ный показатель песка (рН) не превышает 7.

Классификация стержней по сложности

Таблица 35

Класс сложности	Внешний вид	Особенности стержня
I		Сложной конфигурации с очень тонкими сече- ниями; омываемые жидким металлом по всей по- верхности, за исключением небольшого количе- ства знаков; образуют в отливках необрабатывае- мые полости, к поверхностям которых предъяв- ляются повышенные требования. При заливке подвергаются сильному тепловому воздействию
II		Сложной конфигурации, но с более развитыми знаками по сравнению сл стержнями I класса. На- ряду с массивными частями имеют очень тонкие выступы и переходы, образующие в отливке не- обрабатываемые каналы и полости, к поверхно- стям которых предъявляются повышенные требо- вания
III		Средней сложности, не имеют особо тонких час- тей и переходов, опирающихся на большие знаки, образуют в отливках полости, легко доступные для осмотра и механической обработки. К литым поверхностям полостей предъявляются повы- шенные требования
IV		Простой конфигурации, образуют в отливках внутренние обрабатываемые и необрабатываемые поверхности, а также внешние поднутрения сред- ней и невысокой сложности. Упрочняются про- волочными и литыми каркасами. Газ от стержня во время заливки и от каркасов при очистке уда- ляется свободно
V		Массивные, простой конфигурации, образуют большие полости внутри отливок и на их внеш- них поверхностях. В основном упрочняются ли- тыми каркасами

В качестве связующих используют различные синтетические смолы,

отверждающиеся в горячей оснастке. Улучшение технологических свойств смесей достигается введением различных добавок. Для изготовления стерж- ней в горячих ящиках используют два вида смесей: сухие и сырые.

Сухие песчано-смоляные смеси разделяют на механические и плакиро- ванные. Механические смеси представляют собой механическую смесь песка, порошкообразного связующего и различных добавок. Сухие песчано- смоляные смеси используют только при бункерном способе формирования оболочковых (полых) стержней, где смесь обращается в закрытом объеме.

Плакированные смеси представляют собой сухой зернистый материал, зерна которого покрыты пленкой, включающей связующее и различные до- бавки. Для нанесения пленки на зерна песка применяют холодный, теплый и горячий способы плакирования. Плакированные смеси обладают высокой те- кучестью и не расслаиваются при любом способе формообразования, в том числе и пескодувном. Их приготовляют из компонентов, приведенных в табл. 36 [10].

Смеси для форм и стержней, отверждаемых без нагрева. Получение форм и стержней, отверждаемых без применения печной сушки, обеспечива- ют смеси для СО2-процесса, пластичные самотвердеющие смеси (ПСС), на- ливные самотвердеющие смеси (НСС) и холоднотвердеющие смеси (ХТС).

Смеси для СО2-процесса включают в качестве связующего жидкое стекло. Отверждение смесей происходит при продувке углекислым газом.

При этом протекает химическая реакция, в результате которой жидкое стекло необратимо коагулирует с выделением кремнегеля.

Используют пески (ГОСТ 2138-91) класса 1К или 2К зерновой группы

0315, 02. По содержанию глинистых составляющих к пескам особые требова-

ния не предъявляются, ток как жидкое стекло хорошо сочетается с глиной.

Во многие жидкостекольные смеси специально добавляют глину для повышения прочности во влажном состоянии и улучшения выбиваемости по- сле заливки. Можно использовать любые другие огнеупорные зернистые на- полнители. Применяют молотую каолиновую или бентонитовую формовоч- ную глину (ГОСТ 3226-90). Можно использовать среднесвязующие глины со средним содержанием вредных примесей. Основным связующим материалом являются жидкие содовые или содовосульфатные стекла. Используется также калиевое жидкое стекло. Каустическую соду (едкий натр) вводят обычно в смесь для регулирования величины модуля жидкого стекла. Величина модуля определяет живучесть смеси.

При изготовлении крупных литейных форм и стержней, особенно при формовке по шаблонам, модуль жидкого стекла следует снижать до 2,0-2,3. По требованиям техники безопасности каустическую соду вводят в смесь в виде водного раствора 10-20 %-ной концентрации.

Смеси для СО2-процесса используют для изготовления стержней (табл. 37), а также в качестве облицовочных при изготовлении форм (табл. 38). Различие в составах смесей состоит в том, что в стержневых сме- сях чаще и в большем количестве применяют разупрочняющие добавки.

Компоненты	Состав смеси, % по массе
для углеро- дистой стали	для специ- альных сплавов	для чугунов	для сплавов
ковкого	серого	медных	алюминиевых	магниевых
Кварцевый песок: 1К02А/Б 1К01А/Б	-	-				-
Добавки (сверх 100 %): связующие СФ пропитанная бентонитовая глина окись железа пропитанная древесная мука стеарат кальция фторборат аммония	- 0,75 - 0,05 -	- - - 0,05 -	- 1,5 - 0,05 -	5,5 - - 0,05 -	- - 0,05 -	5,5 1,5 - 0,05 -	- - - - 0,15 0,15	0,75 - 0,05 -	- - 0,05 -	- - 0,05 -	- - 0,5 0,05 -	- - 0,05 -	- - 0,05 1,5

Примерный состав сухих песчано-смоляных смесей для изготовления оболочковых форм и стержней пескодувным или бункерным способом

Таблица 36

Примечание. Смесь №1 для серого чугуна содержит 0,6 % уротропина и 4,5 % смолы СФ-010 и СФ-015, 0,15 % борной кислоты;

смесь №2 для углеродистых сталей – 20 % карбоната кальция, смесь 2 для специальных сплавов – 0,75 % двуокиси марганца.

№ сме- си	Назначение смеси	Состав смеси, % по массе	Физико-механические свойства
квар- цевый песок	гли- на	жид- кое стекло	10 %- ный раствор едкого натра	ма- зут	газо- прони- цае- мость, ед., не менее	предел прочности, МПа	влаж- ность, %
на сжатие во влаж- ном со- стоянии	на растя- жение по- сле теп- ловой сушки	на рас- тяжение после продувки СО2
	Изготовление стержней ме- ханизированными способа- ми для стальных и чугун- ных отливок		-	4,0-5,5	0,5-1,5	0,5		0,004-0,007	1,0-1,5	0,20-0,30	3,0
	Изготовление стержней с повышенной податливо- стью для отливок из стали, чугуна и цветных сплавов	94-97	3-5	4,5-6,0	0,5-1,5	-		0,012-0,030	0,8-1,2	0,10-0,25	3,0-4,5
	Изготовление стержней с облегченной выбиваемо- стью для отливок из стали		-	4,0-5,0	1,0	-		0,005-0,007	0,5	0,18-0,22	3,3-4,2
	То же для отливок из чугу- на		-	5,0	-	-		0,010-0,015	0,5-0,8	0,15-0,20	2,8-3,0
	То же для отливок из стали и чугуна	50-70	-	5,0-6,0	0,5-1,5	0,5		0,012-0,025	0,8-1,0	0,20-0,30	3,5-4,5

Стержневые быстротвердеющие смеси для СО2-процесса

Таблица 37

Примечание. Кроме компонентов, указанных в таблице, смеси содержат: №2 – 1,5 % древесных опилок, 3 % боксита; №4 – 5 %

асбестовой крошки; №5 – 30-50 % оборотной смеси. Жидкое стекло, раствор едкого натра, древесные опилки, асбестовую крошку и мазут добавляют сверх 100 %.

Отливки	Состав смеси, % по массе	Физико-механические свойства
обо- рот- ная смесь	квар- це- вый песок	пыле вид- ный кварц	гли- на	жид- кое стекло	10 %- ный рас- твор едкого натра	ка- мен ный угол ь	ма- зут	газо- прони- цае- мость, ед., не менее	предел прочности, МПа	влаж- ность, %
на сжатие	на растя- жение по- сле теп- ловой сушки	на рас- тяжение после продувки СО2
Мелкие чугун- ные	30-50	47-65	-	3-5	4-6	1,0-1,5	4-6	0,5		0,022- 0,030	0,5	0,2	3,0-4,0
Стальные при повышенных требованиях к качеству по- верхности	-	81-89	10-15	1-4	4-6	1,0-1,5	-	0,5		0,020- 0,040	0,6	0,2	3,0-4,5
Стальные и чу- гунные	21-30	67-74	-	3-5	4-6	1,5	-	0,5		0,020- 0,035	0,6	0,2	3,0-4,0
Из цветных сплавов	30-50	47-65	-	3-5	4-6	1,0-1,5	-	0,5		0,020- 0,040	0,6	0,2	3,0-4,0

Облицовочные быстротвердеющие смеси для СО2-процесса

Таблица 38

Наливные самотвердеющие смеси (НСС) «наливают» в опоки и стерж- невые ящики и не требуют уплотнения. Высокая текучесть смеси достигается тем, что в НСС вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ), образующие мелкие пузырьки пены. Они снижают силы трения между отдельными зерна- ми наполнителя и способствуют их легкому перемещению под влиянием си- лы тяжести.

Свежий песок можно частично заменять регенерированным при содер- жании в нем не более 1 % глинистых составляющих. Повышенное содержа- ние глинистых и пылевидных фракций в песке приводит к резкому ухудше- нию текучести НСС вследствие большой водопоглощающей способности.

НСС с жидким стеклом. Температура песка не должна превышать 30 оС. Если песок имеет более высокую температуру, то текучесть смеси и устойчи- вость пены снижаются, повышается осыпаемость.

В качестве отвердителя используют феррохромовый шлак и нефелино- вый шлам. Пенообразователями служат ДС-РАС, контакт Петрова, некаль, НРВ и другие ПАВ. Для регулирования устойчивости пены используют ста- билизаторы пены и пеногасители.

Большие колебания температур в течение года влияют на текучесть смеси, продолжительность отверждения и устойчивость пены. Стабильность свойств НСС при различных температурах окружающей среды поддержива- ют, корректирую состав смеси. В летнее время количество ПАВ и отвердите- ля снижают, а количество стабилизатора пены повышают. НСС отличаются высокой пористостью, что вызывает необходимость тщательной окраски форм и стержней. Плотность отвержденной НСС зависит от высоты столба смеси и находится в пределах 1250-1400 кг/м3.

НСС, благодаря высокой пористости, выбивается несколько лучше, чем смеси, отверждаемые газом СО2 или ПСС. Для улучшения выбиваемости НСС используют органические разупрочняющие добавки, используемые в смесях для СО2-процесса и в ПСС. Большинство их ухудшают текучесть и прочность смеси.

Цементные НСС. Существенными недостатками цементных НСС явля- ются длительное отверждение смеси в оснастке и медленное упрочнение. Вследствие повешенного содержания цемента в смеси (8-10 %) формы и стержни необходимо подсушивать.

Интенсифицировать процесс твердения цементных НСС позволяет применение сильных ускорителей твердения цементов – алюминатов, карбо- натов и гексаметафосфата натрия, дополнительного помола цемента до удельной поверхности 4500 см2/г (исходная удельная поверхность около

2550 см2/г) с одновременным введением ускорителей твердения [10].

Холоднотвердеющие смеси на карбамидно-фурановых смолах приме- няют в основном для получения отливок из чугуна. С увеличением содержа- ния фурилового спирта термостойкость и конечная прочность смесей возрас- тают. При этом также увеличивается продолжительность отверждения стерж-

ней в оснастке. Поэтому большинство смесей на карбамидно-фурановых смо- лах с нормальным циклом отверждения используют в индивидуальном и мел- косерийном производстве, где допустима выдержка стержней в оснастке в те- чение 30-40 мин.

Холоднотвердеющие смеси на феноло-формальдегидных смолах при- меняют для получения отливок из чугуна и стали. Скорость отверждения сме- сей на смоле ОФ-1 может быть резко повышена, если применить безводные катализаторы.

Смеси, содержащие смолу ОФ-1, модифицированную силоном марки

112-23, и безводный катализатор НТ отверждаются за 30-40 с. Они пригодны для использования в массовом производстве мелких стержней при изготовле- нии чугунных и стальных отливок.

Требования к смесям, свойства и методы контроля.

Общие свойства. Влажность формовочных смесей регламентируется ГОСТ 23409.5-78. Она определяет уровень многих общих, технологических и рабочих свойств смесей. При недостаточном содержании влаги снижаются прочностные свойства смеси, и увеличивается ее осыпаемость. Повышенное содержание влаги также приводит к снижению прочности смесей и к увели- чению их газотворности. При формовке по-сырому для смесей, уплотняемых прессованием, рекомендуется влажность 3-4 %. Для смесей, уплотняемых встряхиванием и применяемых при ручной формовке влажность обычно со- ставляет 4,5-6,0 %.

Насыпную плотность формовочных смесей определяют по ГОСТ 23409.13-78. Повышение насыпной плотности способствует выравни- ванию плотности по объему формы. Для песчано-глинистых смесей, уплот- няемых прессованием, рекомендуется насыпная плотность 900-1000 кг/м3, для уплотняемых встряхиванием и применяемых при ручной формовке –

650-920 кг/м3.

Химический состав смесей регламентируется ГОСТ 23409.1-78 и ГОСТ 23409.4-78. Содержание окислов СаО, MgO, Fe2O3, Al2O3, TiO2 харак- теризует свойства смеси как огнеупорного материала и способность к хими- ческим превращениям при нагревании. При пониженном содержании вред- ных примесей снижается пригар на отливках.

Концентрация водородных ионов рН смеси определяется по ГОСТ 23409.22-78. Она оказывает влияние на взаимодействие с жидким ме- таллом и образование дефектов на литой поверхности. Снижение рН песчано- глинистых смесей ниже 7,5 вызывает уменьшение активности бентонитовой глины и снижение прочности смеси.

Минералогический состав смесей определяют по ГОСТ 3594-62. Он по- зволяет выявить природу примесей и ориентировочно судить о пригодности смесей для литейного производства.

Технологические свойства. Уплотняемость устанавливается

ГОСТ 23409.13-78. Она зависит от влажности, содержания глины, размеров и

формы зерен леска. Повышение уплотняемости вызывает вздутие сырых форм. При низкой уплотняемости повышаются осыпаемость форм, брак по раковинам и другим дефектам поверхности отливок. При формовке по- сырому для автоматических линий рекомендуется уплотняемость песчано- глинистых смесей в пределах 35-45 %, для машинной и ручной формовки –

40-45 %.

Формуемость смесей регламентируется ГОСТ 23409.15-78. Она харак- теризует вязкость (сыпучесть) смесей в неуплотненном состоянии. Формуе- мость зависит от влажности смеси. При оптимальной формуемости (70-80 %) обеспечивается равномерная предварительная плотность по объему формы. Сыпучесть сухих песчано-смоляных смесей определяют с помощью стеклян- ной воронки с выходным отверстием 7 мм.

Осыпаемость смесей определяется ГОСТ 23409.9-78. Она зависит от со- става смеси и степени ее уплотнения. Высокая осыпаемость песчано- глинистых смесей наблюдается при недостатке влаги или низком качестве глины. В стержневых смесях, отверждаемых тепловой сушкой, повышенная осыпаемость наблюдается при использовании некачественного связующего, при недостаточном его количестве или пережоге в процессе сушки. В смесях для СО2-процесса повышенная осыпаемость возникает в случае избыточной продувки газом. Повышенная осыпаемость затрудняет сборку форм, вызыва- ет их размыв и появление песчаных раковин и пригара. Осыпаемость смесей не должна превышать 0,5 %. Она характеризует способность смеси к перете- канию при различных технологических операциях: при перемешивании со- ставляющих, заполнении технологических емкостей и уплотнении.

Текучесть при динамическом и статическом уплотнении определяется соответственно по ГОСТ 23409.11-78 и ГОСТ 23409.17-78. Текучесть предо- пределяет способ приготовления и уплотнения смесей. Высокотекучие песча- но-глинистые смеси обладают текучестью при статическом уплотнении

75-80 %, среднетекучие – при 70 %. Подвижность наливных самотвердеющих смесей устанавливают по ГОСТ 23409.25-78.

Гигроскопичность формовочных и стержневых смесей регламен- тируется ГОСТ 23409.10-78. Она зависит от их состава и в основном опреде- ляется свойствами связующих материалов. При повышенной гигроскопично- сти смесей увеличиваются осыпаемость форм и стержней, брак отливок по песчаным и газовым раковинам.

Предел прочности на сжатие во влажном состоянии определяется по ГОСТ 23409.7-78. Испытаниями на сжатие во влажном состоянии подвергают песчано-глинистые и некоторые стержневые смеси до отверждения. Предел прочности песчано-глинистых смесей во влажном состоянии зависит от со- держания активной глины, влажности, зернового состава и степени уплот- нения. Недостаточная прочность вызывает разупрочнение форм, их деформа- цию и ухудшение качества литой поверхности. Предел прочности на сжатие во влажном состоянии наполнительной песчано-глинистой смеси составляет

0,025-0,040 МПа; единой для машинной и ручной формовки – 0,05-0,08 МПа; единой для автоматических линий – 0,15-0,22 МПа (верхний предел прочно- сти относится к смесям для безопочной формовки). Недостаточная прочность стержневых смесей до отверждения затрудняет изготовление стержней и при- водит к потере размеров вследствие осадки. Определяя нарастание прочности на сжатие, оценивают продолжительность отверждення холодно-твердеющих смесей.

Предел прочности на растяжение смесей во влажном состоянии уста- навливается ГОСТ 23409.7-78. Недостаточная прочность смеси на растяжение приводит к разрушению форм при извлечении моделей, транспортировке и сборке форм, что существенно отражается на надежности работы автоматиче- ских линий, предел прочности на растяжение для машинной формовки и ав- томатических линий следует поддерживать в пределах 0,012-0,035 МПа. Пре- дел прочности на растяжение определяется при контроле качества песчано- глинистых смесей для формовки по-сырому.

Предел прочности на сжатие и растяжение смесей в отвержденном со-

стоянии регламентируется ГОСТ 23409.7-78. Его определяют для контроля качества различных формовочных и стержневых смесей, отверждаемых теп- ловой сушкой, смесей для СО2-процесса, горячей оснастки и холоднотвер- деющих смесей. Недостаточная прочность смесей вызывает повышенную осыпаемость и разрушение форм и стержней. При повышенной прочности снижается податливость форм и стержней, в отливках могут появляться тре- щины.

Прилипаемость смеси к модельной оснастке, ухудшает качество по- верхности форм и стержней, увеличивает шероховатость литой поверхности, вызывает обрывы выступающих частей форм при извлечении моделей. Кон- троль прилипаемости не стандартизован. Для ее определения рекомендуется использовать прибор Гроссмана [6].

Рабочие свойства. Газопроницаемость смесей определяется по ГОСТ 23409.6-78. Газопроницаемость сухих песчано-смоляных смесей опре- деляют обычным методом. Истинная величина газопроницаемости оболочек определяется составом смеси, степенью ее уплотнения и последующей обра- боткой. Низкая газопроницаемость вызывает появление вскипов, газовых ра- ковин и при уплотнении форм прессованием – взрывного пригара. Слишком высокая газопроницаемость ухудшает качество литой поверхности вследст- вие пенетрации расплава в поры формы. Качество смеси оценивают, сопос- тавляя газопроницаемость смеси с ее газотворностью.

Огнеупорность – свойство материала противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур. При высокой огнеупорности формовочных смесей снижается пригар.

Спекаемость смесей регламентируется ГОСТ 23409.20-78. Она опре- деляется температурой начала оплавления нагреваемого формовочного мате- риала и характеризует его противопригарные свойства. Принятая методика

определения спекаемости не воспроизводит химического и механического воздействия жидкого металла на смесь в реальной форме. Для кварцевых пес- ков температура спекания не превышает 1400-1450 °С и зависит от степени оолитизации зерен песчаной основы.

Пригораемость – свойство смеси плотно приставать к поверхности от- ливки и образовывать на литой поверхности неметаллический слой, состоя- щий из зерен песка и сцементированный чаще всего силикатным расплавом или металлом (пригар). Характеристика интенсивности пригара разработана Уральским политехническим институтом.

Теплофизические свойства формовочных смесей зависят от температу-

ры, природы и степени измельчения зерновой основы.

По мере увеличения размеров частиц зерновой основы теплофизиче- ские свойства формовочной смеси повышаются. Значительного изменения теплофизических свойств можно достичь, добавляя в смесь частицы со срав- нительно высокой теплопроводностью, например чугунные опилки.

При повышении содержания связующих материалов (глины, жидкого стекла) увеличиваются площадь контактов между частицами зерновой осно- вы и теплопроводность скелета формы.

С увеличением плотности формы растет ее теплопроводность при низ-

ких температурах (933 К), а при температурах заливки чугуна и стали (1420-

1760 К) теплопроводность уменьшается. Несмотря на это увеличение плотно- сти формы способствует росту коэффициента аккумуляции тепла, что позво- ляет в два-три раза снизить время затвердевания отливки и тем самым улуч- шить ее качество.

Контрольные вопросы.

1. Холоднотвердеющие формовочные и стержневые смеси и требова-

ния, предъявляемые к ним.

2. функциональная роль основных компонентов формовочных и стерж-

невых смесей?

3. Перечислите общие свойства формовочных и стержневых смесей.

Дайте их характеристику. Назовите способы регулирования общих свойств смесей?

4. Перечислите рабочие свойства смесей, дайте их характеристику. На-

зовите способы регулирования рабочих свойств смесей?

5. Дайте характеристику песчано-глинистых смесей для формовки по-

сырому?

6. Дайте характеристику песчано-глинистых смесей для формовки по-

сухому?

7. Охарактеризуйте стержневые смеси на органических связующих?

8. Охарактеризуйте смеси для изготовления стержней в нагреваемой оснастке?

9. Охарактеризуйте жидкие самотвердеющие смеси. Опишите механизм формирования текучести смесей.

10.К каким видам дефектов (несоответствие по геометрии или дефекты поверхности) приводит низкая формуемость и уплотняемость смеси.

Дата добавления: 2014-01-07