Некварцевые огнеупорные наполнители формовочных и стержневых смесей: минералогический состав, свойства, классификация.
Некварцевые материалы имеют либо более высокую, чем у кварца, огнеупорность, либо являются химически нейтральными к компонентам литейных сплавов. В качестве таких материалов применяют: электрокорунд, циркон, дистен-силли-манит, хромиты и магнезиты различных составов, оливиниты, дуниты, шамот, муллит и пр.
Электрокорунд в пылевидном состоянии получают путем электроплавки технического глинозема с последующим измельчением и классификацией. Физические свойства электрокорунда приведены в табл. 1,1. Содержание Al2O3 в электрокорунде должно быть не менее 99,0 %, примесей - не более: Si02 -0,63 %, СаО - 0,13 %, Fe203 -0,14 %, Na20+K20 - 0,3 %.
При обжиге чистого глинозема переход у-Al2O3 в корунд а- Al2O3 считается полным. Однако при электроплавке технического глинозема при температурах 1300-1450 С присутствующие примеси препятствуют полноте такого превращения, и поэтому в электрокорунде всегда присутствует бетта-модификация Al2O3. Содержаниее такой фазы определяется содержанием щелочных и щелочно-земельных окислов; бетта-глинозем ухудшает свойства корунда. Большинство специалистов по огнеупорным материалам рекомендуют обжиг у-глинозема осуществлять при температурах 1450-1700 С и использовать корунд в тонкодисперсном состоянии. В результате огнеупорные изделия имеют практически полную химическую инертность к расплавам и меньшую усадку из-за отсутствия модификационных превращений.
Цирконовый концентрат, используемый главным образом в противопригарных покрытиях, представляет собой ортосиликат циркония ZrSiO4, Выпускаемей цирконовый порошок имеет следующей химический состава: ZгО2 -58-62%; SiO2 - 32-34%; Fe203 - 0,5-1,0 %; Ti02- 0,1-0,2 %; Al2O3 - 0,4 -0,6 %; MgO - 0,1-0,2 %; остальное - потери при прокаливании.
Циркон является химически инертным материалом по отношению к жидким сплавам, не претерпевает полиморфных превращений.
Дистен -силлиманит представляет собой смесь двух минералов: дистена и силлиманита, имеющих общую формулу Al2O3* SiO2 и отличающихся кристаллографическим строением.
Дистен-силлиманит при температуре 1298-1348 С превращается в муллит 3Al2O3* SiO2. При таком превращении выделяется SiO2 и объем минерала увеличивается на 15 %. Предварительный обжиг с целью частичной муллитизации при температурах выше 1000 С позволяет предотвратить термическое расширение противопригарных покрытий.
Хромистые железняки - содержат в разном количестве минералы хромит FeCrO4 магнохромит (Mg, Fe) Cr2O4, алюмохромит (Fe, Mg) (Сг,А1)204.
Хромистый железняк поставляется агломерационными фабриками в размолотом виде. В технических условиях указано: размер зерна не более 3 мм, содержание оксида хрома не менее 36 %, закиси железа не более 13 %, оксида кальция не более 1,5 %. Основным показателем качества хромистого железняка является отношение Cr2O3/FeO, чем больше отношение, тем выше его качество. Огнеупорность хромистого железняка (1850-2050 С) снижается, если к нему добавитm глину или песок. Поэтому пригароопасные места форм и стержней облицовывают чистым хромистым железняком с добавкой только связующего. Хромистый железняк имеет постоянный объем при нагреве, химически нейтрален по отношению к расплаву и отличается высокой теплопроводностью. Однако необходимо помнить, что смесь хромистого железняка со. связующим газонепроницаема.
Хромомагнезит – размолотые отходы огнеупоров металлургического производства, огнеупорность – 2000 С, содержание Mg - 45-46 %, Cr2O3 - 23-24 %, кроме основных SiO2 (6-7 %), AI2O3 (6-7 %), Fe203 (10-11 %), CaO (5-6 %). Применяют его для крупного стального литья.
Магнезит - размолотые отходы огнеупоров. МgСО3 (47,8 %MgO + 52,2 % CO2) и примеси: карбонаты Са, Fe, Мn, а также кварц и тальк. Удельный вес 3620 кг/м1, огнеупорность - 2800 С. Чем больше содержание MgO, тем больше температура плавления. Применяется в облицовочных смесях для крупных стальных отливок.
Оливиниты и дуниты - природные магнезиальные силикаты с общей формулой R2S04, где R - Mg, Fe, Mn, Ni, Co, Zn, Са, Наиболее часто применяется оливин - (Mg, Fe)2SiO4, огнеупорность - 1750-1830 "С.
Шамот Основная фракция шамота концентрируется на трех смежных ситах: для марки 0315 - в количестве не менее 80 %, для марки 063 - не менее 90%. Содержание фракций на верхних и нижних ситах также регламентировано. Химический состав шамота следующий, %; не менее 36 Al2O3, 59,3 SiO2, 2,0 Ti02, 1,5 Fe203, 0,5 CaO, 0,4 MgO, 0, 15 K20. Водопоглощение до 5 %, Тпл более 2023 К.
Противопригарные материалы для формовочных смесей. Рекомендации по их применению.
Графит. Для литейщиков основным показателем графита является зольность, которую желательно ограничивать пределами 12-15 %, но фактически она колеблется от 15- до 25 %, что существенно снижает противопригарные свойства графита. Применяют графит в противопригарных покрытиях для чугунного литья.
Каменный уголь. Состав угля должен быть не более 10 % зольность, выход летучих компонентов 30-40 %, содержание серы до 1 %, влажность 3-4 %, коксовый остаток должен представлять полный агломерат.
Выгорая из поверхностного слоя формы, уголь создает восстановительную атмосферу (газовую подушку) между формой и сплавом за счет выделения СО и С02, восстанавливая окислы железа до неактивных форм, в результате чего не образуется химического пригара в виде фаялита (FeO-SiO2).
Чугунные отливки имеют массу от граммов до десятков тонн. Процесс кристаллизации и длительность контакта формы с жидким металлом для каждой отливки различен. Восстановительная атмосфера должна присутствовать в форме весь период кристаллизации, что невозможно обеспечить при использовании углей одинаковой дисперсности. Поэтому для конкретных условий производства выбирают либо порошкообразный уголь со средним диаметром частиц 0, 16 - 0,05 мм или гранулированный уголь (модуль мелкости 52-72).
Гранулированный уголь имеет ряд преимуществ по сравнению с порошковым: не снижает газопроницаемости смесей, дольше горит, не воспламеняется при хранении, не выделяет пыли в рабочих зонах. В связи с перечисленными достоинствами он находит все большее применение.
Иногда вместо каменного угля в смеси вводят мазут в количестве 1,5-2,5 % в зависимости от толщины стенки. Мазут дешевле каменноугольной пыли, легче распределяется в объеме смеси, имеет более низкую температуру газификации и раньше создает восстановительную атмосферу в форме Однако из мазута выделяется гораздо больше газов, чем из угля, а это может вызывать образование газовой пористости в отливках. Используют его в цехах с усиленной вентиляцией.
Для чугунных отливок с толщиной стенки меньше 5 мм каменный уголь желательно не использовать, т.к. чугун охлаждается раньше, чем начинается газовыделение из угля. Предпочтительнее такие формы припыливать (или вводить в смесь) древесным углем с размером частиц 0,05-0,1 мм. Лучшими считаются березовый и ольховый угли, как наиболее трудновоспламеняамые. Поэтому его используют для цветных сплавов и художественного литья.
С этой же целью используются пеки (каменно-угольный, нефтяной, древесный), которые, благодаря образованию полукокса и выделению пиролитического (блестящего) углерода, совершенно не смачиваются жидким чугуном.
Важно отметить, что углеродистые противопригарные добавки тем эффективнее, чем полнее создают восстановительную атмосферу, т.е. имеют больший углеродный потенциал У - СО / СО2, и больше выделяют "блестящего" углерода.
Для стального литья в качестве противопригарных добавок углеродистые материалы использовать нельзя из-за опасности науглероживания сталей, поэтому применяют более огнеупорные, чем кварц, химически инертные к сплавам материалы. К ним относятся: корунд, циркон, магнезиальные силикаты, шамот, которые вводят тонкодисперсными (до 30%) в состав облицовочных смесей для форм и в краски.
При формовке пo-сырому легкоотделяемый пригар на стальных отливках получают за счет добавок хлоридов и фторидов металлов, пятиокиси ванадия, сульфатов натрия и алюминия, перманганата калия, марганцевой и железной руд, красного шлама, гематитовой руды и др.
При формовке пo-сухому для стальных отливок используют облицовки, вставки, краски на высокоогнеупорных материалах (хромомагнезит, циркон, корунд и др.)
Технологические добавки. Рекомендации по их применению.
Для придания форме определенных свойств в состав смесей и красок вводят специальные добавки. Эти материалы часто называют вспомогательными, но именно они обеспечивают качество отливок. Такими добавками можно регулировать отдельные свойства или комплекс свойств смесей, красок, что в итоге определяет качество литейной формы. Классифицируют добавки относительно тех свойств смесей и красок, которые с их помощью можно оптимизировать. Основные группы добавок: противопригарные; отвердители и катализаторы; растворители; поверхностно-активные вещества (ПАВ), изменяющие теплофизические свойства; изменяющие живучесть смесей, облегчающие выживаемость смесей; стабилизаторы суспензий; улучшающие податливость смесей: легирующие или модифицирующие. Из противопригарных материалов, разлагающихся при высоких температурах с выделением газов СО и СО2 и создающих в форме для чугунного литья восстановительную атмосферу, нашли широкое применение графит скрытокристалический, уголь каменный и другие материалы. Технологические добавки. Формовочные и стержневые смеси содержат в своем составе одну или несколько добавок, позволяющих добиться максимального уровня целого комплекса технологических свойств. Выбор обусловлен типом сплава и формы, условиями производства и требованиями, предъявляемыми к отливкам. Текучесть - это подвижность смеси под действием нагрузки. Улучшают ее добавками поверхностно-ак тивных веществ, которые изменяют физико-химические явления на границе раздела твердой и жидкой фаз в смесях и красках: смачиваемость, гигроскопичность, вязкость, трение, адсорбцию и др. В числе их должны быть названы в первую очередь поверхностно-активные вещества, в частности алкиларилсульфонаты, широко применяемые в литейном производстве. Эти добавки рекомендуются, главным образом, для жидкостекольных смесей. Эффективность добавок нужно оценивать комплексно - по прочности и выбиваемости. Как правило, максимальный положительный эффект дает сочетание двух добавок упрочняющем при нормальной температуре и разрушающей после нагрева и охлаждения. Например, для смесей по CO2-процессу вводят упрочняющие добавки: бораты, полифосфаты натрия, акриловые кислоты, полимеры и разрушающие - гидрол, глюкозу, декстрин, битум, уголь, сахара, спирты, карбонаты. Некоторые из органических разрушающих добавок одновременно повышают прочность, например декстрин, многоатомные спирты. Другие, в частности сахаросодержащие продукты, крахмал, повышают гигроскопичность смесей и приводят к их разупрочнению при длительном хранении. Имеются примеры добавок двойного действия среди анионактивных ПАВ, которые стабилизируют прочность и при достаточном содержании в смеси (0,8-1,0%) действуют как разрушающие добавки. Податливость - это способность формы или стержня не препятствовать усадке металла. Выбиваемость - это работа, затрачиваемая на разрушение форм и стержней. Эти свойства улучшают выгорающими (органическими) и разупрочняющими (неорганическими) добавками. Живучесть - это способность смеси полностью сохранять свои рабочие свойства в течение определенного времени. Для повышения живучести жидкостекольных смесей вводят добавку водного раствора гидрооксида натрия или калия. Для повышения живучести песчано-смоляных смесей используют добавки алифатических аминов, аминоспиртол. гликоле П. Живучесть песчано-глинистых смесей повышается за счет добавок крахмалите, ЭКР. Прочность - это способность смесей противостоять различным нагрузкам при изготовлении, транспортировке и заливке форм металлом. Корректируют ее в зависимости от типа связующего и требований. Глины и бентониты активируются добавками соды, что позволяет повысить прочность форм из сырых песчано-глиннстых смесей. Термостойкость - это способность смеси противостоять термическим нагрузкам без изменения ее физико-химического состояния. Повышают прочность в случае использования смесей с малотермостойкими органическими связующими, например с карбамидными смолами. С этой целью используют добавки дешевых водорастворимых смол пиролиза древесины, а также ЛСТ. древесный пек или растворы его в органических растворителях, графит, борную кислоту и др. Прилипаемость - это склонность смеси прочно сцепляться с поверхностью оснастки, что вызывает частичное, а иногда и полное разрушение формы или стержня. Прилипание наблюдается в том случае, когда силы сцепления между смесью и поверхностью модели и ящика (адгезия) больше, чем силы сцепления между отдельными зернами смеси (когезия). При изготовлении стержней прилипание больше, чем при изготовлении форм, т.к. стержневые смеси содержат связующие в большем количестве, чем формовочные. Для уменьшения прилипания к стенкам и к стержневым ящикам применяют керосин или смесь керосина и мазута, смесь керосина и графита. С этой целью используют и припылы - графит, ликоподий, тальк. Теплофизические свойства - это такие св-ва смеси, которые ответственны за процессы теплообмена между металлом и формой. Корректируют эти свойства с помощью теплорегулируюших добавок - материалов с особыми теплофизнческимн свойствами: вспученный вермикулит, хризолитовый асбест, перлитовый вспученный песок, диатомит (инфузорная земля), трепел, древесные опилки, мел. древесноугольная пыль, кварцевая мука и др.
Добавки узкоспециального назначения. Рекомендации по их применению.
Добавки узкоспециального назначения. При термическом разложении азотсодержащих смол выделяются азот и водород, последние же, растворяясь в жидком металле, могут служить источниками образования газовых дефектов (раковин, пор) в отливках, прежде всего стальных. Эффективным средством предупреждения газовых дефектов оказывается введение в смеси или противопригарные покрытия тонкодисперсных порошков оксида железа или диоксида' марганца. Отвердители и катализаторы - это добавки, которые обеспечивают быстрое химическое отвердение смесей Отвердителями для жидкостекольных пластичных и жидких смесей являются: феррохромовый шлак, нефелиновый шлам, пропилен карбонат, углекислый газ, глиноземный спек, ацетаты этиленгликоля. Растворители используют в основном в качестве дисперсной среды формовочных красок и разделительных составов: этиловый, фурилованой, изопропиловый, бутиловый спирты, ацетон, керосин, бензин, этилацетат. Основными характеристиками растворителей являются: растворяющая способность, температура кипения, скорость испарения, взрывоопасность и токсичность. Наиболее высокой активностью обладают хетоны (ацетон, циклогексонон). Спирты характеризуются более ограниченной растворимостью; они только частично растворяют смолы и не растворяют каучуков. Наименьшая растворявшая способность у смесей углеводородов: бензина, Уайт-спирита, керосина. Стабилизаторы - это добавки, повышающие седиментационную устойчивость (стойкость против расслоения на жидкую и твердую фазы) суспензий. Стабилизаторы представляют собой вещества, неограниченно набухающие в жидкости и создающие коллоидные растворы, в результате чего вязкость дисперсионной среды . возрастает. Стабилизаторы разделяют на две большие группы: для водных суспензий и неводных (на органических растворителях). В качестве стабилизирующей добавки применяют дисперсные глины с высокой степенью набухаемости. Защитные присадки используют при литье магниевых сплавов. Эти сплавы способны самовозгораться при заливке, а также при соприкосновении со стенками форм и стержней. В качестве присадок в данном случае применяют борную кислоту, фтористую присадку, серный цвет, которые разлагаются при высокой температуре и создают газовую прослойку, препятствующую окислению сплава. Припылы -порошкообразные материалы (серебристый графит, тальк, цемент и др.) наносят на рабочие поверхности моделей и стержневых ящиков с целью предотвращения прилипания к ним формовочных и стержневых смесей Антисептики - вещества, предотвращающие брожение органических добавок в красках. К ним относятся: формалин технический, изопропиловый и спирт, салициловая кислота и бензонат натрия. Легирующие и модифицирующие добавки диффундируют из смесей в поверхностный слои отливки и либо измельчают в нем структуру, либо придают особые свойства поверхности отливок. Эти добавки повышают твердость поверхностного слоя отливки, а в других случаях, наоборот, снижают твердость поверхностного слоя, отливки и улучшают ее механическую обрабатываемость Такими добавками являются теллур, свинец, сера, сурьма, висмут и их соединения.
23. Процессы подготовки исходных материалов и влияние их на качество (обогащение, измельчение, активация).
Исходные формовочные материалы, применяемые в качестве компонентов смесей, перед использованием подвергают соответствующей подготовке. Формовочный песок сушат, а затем просеивают. Температуру сушки определяют исходя из содержания в песке глинистой составляющей. Для песков, в которых содержание глинистых составляющих более 10%, температура сушки не должна превышать 250–300°С. Пески с меньшим содержанием глинистой составляющей сушат при температуре 500°С. Сушку песка осуществляют в горизон-тальных барабанных сушилах.
Рис. 7.1. Схема горизонтального барабанного сушила:
1 – топка; 2 – течка для загрузки песка; 3 – дымосос;
4 – выходное отверстие; 5 – барабан; 6 – привод;
7 – винтовые насадки для распределения высушиваемого материала
Горизонтальное барабанное сушило показано на рис. 7.1. Загрузку песка в барабан 5 производят непрерывно. При вращении барабана, установленного под углом к горизонту, песок движется по наклону под действием собственной массы и распределяется внутри барабана по продольным каналам насадок 7. Высушенный песок поступает в ленточный транспортер, а после охлаждения – к месту потребления. Производительность горизонтальных барабанных сушил в зависимо-сти от модели составляет до 45 т песка в час.
Рис. 7.2. Схема установки для сушки и охлаждения песка в «кипящем» слое:
1 – сушильная камера; 2 – приемная воронка; 3 – транспортер;
4 – течка; 5 – газораспределительная решетка; 6 – топка; 7 – трубопровод;
8 – шибер; 9 – трубопровод; 10 – вентилятор; 11 – смесительная камера;
12 – воздухораспределительная решетка; 13 – транспортер;
14 и 16 – желоба; 15 – охладительная камера
Влажный песок по ленточному транспортеру 3, через приемную воронку 2 и течку 4 поступает в сушильную камеру 1 на газораспре-делительную решетку 5. Топливо подается по трубопроводу 7 и сжи-гается в топке 6. Из топки горячие газы поступают в смесительную камеру 11, в которой они частично охлаждаются холодным воздухом до 900–1000°С, а затем продуваются через газораспределительную решетку 5. При продувке песок переходит в состояние псевдокипе-ния, в процессе которого зерна песка обдуваются горячими газами и трутся друг о друга, частично очищая свою поверхность от примазок других минералов. Высушенный горячий песок по желобу 16 посту-пает в охладительную камеру 15, в которой он повторно продувается через воздухораспределительную решетку 12, но уже холодным воз-духом. К установке воздух нагнетается вентилятором 10 по трубо-проводам 9. Регулирование подачи воздуха производят шиберами 8. Охлажденный песок по наклонному желобу 14 поступает на ленточ-ный транспортер 13, а затем к месту потребления. Производитель ность установок для сушки песка в «кипящем» слое в зависимости от модели составляет от 3 до 24 т/ч.
Формовочные пески с высоким содержанием глинистой состав-ляющей (более 10%) после сушки с целью разминания комьев под-вергают дроблению с применением оборудования, предназначенного для грубого дробления формовочных материалов. К данному виду оборудования относятся щековые, валковые, молотковые и роторные дробилки.
Схема одного из видов этого оборудования – щековой дробилки – приведена на рис. 7.3. Материал, предназначенный для дробления, за-гружают в зазор 1, образованный подвижной 3 и неподвижной 2 ще-ками. Дробление кусков осуществляется с помощью эксцентрикового вала, передающего колебательное движение подвижной щеке через шатун 6, который, поднимаясь с помощью распорок 5, приближает ее к неподвижной щеке, а, опускаясь, позволяет ей под действием пружины отойти обратно. Загруженный кусковой материал при этом опускается и измельчается до величины, соответствующей наименьшему расстоя-нию 4 между щеками, после чего проваливается вниз. Производитель-ность дробилок данного типа составляет до 5–6 м3/ч.
Рис. 7.3. Схема щековой дробилки:
1 – верхний зазор; 2 – неподвижная щека; 3 – подвижная щека; 4 – нижний зазор; 5 – распорки; 6 – шатун
Просеивание песка с целью отделения спекшихся комочков и мелких камней (гальки) производят с помощью полигональных бара-банных сит или вибрационных установок (грохотов), имеющих раз-меры ячеек 3–5 мм.
Все высокоогнеупорные наполнители формовочных смесей и про-тивопригарных красок (хромит, хромомагнезит, магнезит и др.) долж-ны иметь такой зерновой состав, который соответствовал бы их назна-чению. В противном случае их перед применением измельчают (дро-бят, размалывают) и просеивают. Например, хромитовые пески при-меняют обычно таких групп: 01, 016 и 02. Кусковой хромит подвер-гают измельчению в дробильно-размольных машинах: щековых и ко-нусных дробилках, а затем в размольных вальцах или бегунах с про-сеиванием на ситах до получения фракции 3,2–0,5 мм. Измельчение хромита до размера зерен менее 0,06 производят в трубных мельницах.
Формовочную глину используют в сухом молотом состоянии или в виде водной суспензии. Подготовка глины заключается в следующем. Комовую глину сначала подвергают сушке в барабанных сушилках. Температура сушки обычной глины не должна превышать 200–250°С, а бентонитовой – 150–180°С. При более высоких температурах глина будет терять свою связующую способность. Дробление и размол глин обычно происходит в две стадии: грубое и тонкое дробление.
Рис. 7.4. Схема шаровой мельницы:
1 – загрузочная воронка; 2 – барабан из стальных пластин; 3, 5 – сита; 4 – лопатки для повторного сбрасывания в барабан крупных частиц; 6 – разгрузочное окно
В барабан вместе со стальными шарами загружают глину, кото-рая, прошла стадию грубого дробления. Во время движения барабана шары размалывают глину, которая, проходя через решетчатые стен-ки, выходит наружу через разгрузочное окно. Глина, не прошедшая через решетчатые стенки барабана, специальными лопастями по-вторно направляется в барабан для дробления. С целью увеличения производительности шаровые мельницы оснащаются специальными проточными сепараторами, которые улучшают процесс отделения недомолотой глины для повторного размалывания. Производитель-ность шаровых мельниц составляет до 6–7 т/ч.
Требования к формовочным и стержневым смесям, используемым на автоматических формовочных линиях.
Единая смесь — это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Такие смеси применяют при машинной
формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производствах. Единые смеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить их долговечность. В смесь при переработке каждый раз вводится значительное количество освежающих материалов для поддержания прочности и газопроницаемости смеси в заданных пределах.
Единые формовочные смеси состоят из 95—85% оборотной смеси и 5—15% свежих формовочных материалов. Единые и облицовочные смеси в сыром состоянии имеют предел прочности на сжатие 0,3—0,8 кгс/см2, а после сушки— 1—2 кгс/см2, газопроницаемость смесей 60—120 ед.
Смеси для ювелирного литья. Рекомендации по выбору их состава.
Дия литью ювелирных изделий сложной конфигурации из сплавов меди (Тпл до 1100С) широкое распространение получил так называемый энтион-процесс с применением кристобалито-гипсовых форм.
Главными особенностями современного процесса являются следующие технологические операции.
1. Применение вакуума и вибрации при изготовлении водных суспензий и монолитов литейных форм для удаления из них газовых пузырьков, адсорбируемых частицами гипса и поверхностью восковых моделей.
2. Применение технологических добавок, замедляющих схватывание гипса и удлиняющих период текучести формовочных суспензий.
3. Применение в качестве компенсаторов усадки гипса кристобалита,
превращение которого происходит в интервале температур 250 - 300 °С сопровождается значительным эффектом объемного расширения.
Для точного литья цветных металлов в формовочных смесях вкачестве связующего применяют высокопрочный гипс. При гидротермальной обработке гипсового камня насыщенным водяным паром в закрытых аппаратах (автоклавах) образуется альфа-полугидрат (высокопрочный гипс), а в от крытых сосудах - бетта-полугидрат (строительный гипс). При смешивании порошкообразного гипса с водой образуется дигидрат CaSO4H2O - твердое камневидное вещество. Химическая реакция разложения гипса (двуводного сульфата кальция) теоретически протекает при температуре 107 °С.
В интервале температур 170 - 200 °С происходит дальнейшая потеря гипсом кристаллизационной воды, образуется так называемый растворимый ангидрит CaSO4, активно соединяющийся с водой. При температуре 200 -400 °С происходит почти полное удаление из гипса кристаллизационной воды. Образуется смесь нерастворимого и растворимого ангидрита. При температуре выше 450 °С гипс переходит в намертво обожженный гипс -ангидрит CaSO4. При температурах 750 - 800 °С образуется эстрих-гипс.
После смешивания порошкообразного гипса с водой и образования камневидного тела прочность гипса достигает максимума при высушивании его до постоянной массы. Замедление схватывания гипса может быть достигнуто введением гашеной извести в количестве I - 2%, а также борной кислоты 1,0 - 1,5 % и других соединений.
Смеси для литья по выплавляемым моделям. Рекомендации по выбору их состава.
Выплавляемые модели изготовляют из сплавов легкоплавких материалов; парафина, церезина, буроугольного и торфяного воска и др. Удаление таких моделей из оболочки формы производят в зависимости от свойств используемых модельных составов и применяемого технологического процесса выплавлением в горячей воде, паром, горячим воздухом или в расплаве модельного состава.
Выжигаемые модели изготовляют обычно из полистирола или пенополистирола. Выжигание моделей производят одновременно с прокаливанием оболочки формы в прокалочных печах.
Растворяемые модели изготовляют из составов на основе карбамида (синтетической мочевины), нитрата натрия, нитрата калия и других водорастворимых материалов. Удаление таких моделей из оболочки формы производят обычно в теплой воде.
Для приготовления модельных составов используют в основном парафин, церезин, буроугольный, торфяной или полиэтиленовый воск, карбамид, иногда стеарин и другие материалы. Ни один из указанных материалов самостоятельно не пригоден для получения моделей необходимого качества. Поэтому при их изготовлении используют составы (композиции) из двух-трех модельных материалов и более.
Основными требованиями, которым должны удовлетворять модельные составы, являются невысокая от 60 - 70 до 100 °С температура плавления (для выплавляемых модельных составов), большая жидкотекучесть в расплавленном состоянии, что значительно облегчает изготовление моделей и удаление модельного состава из оболочки формы, минимальная и стабильная усадка при охлаждении и минимальное расширение при нагревании, минимальное время затвердевания в пресс-форме (фактор, влияющий на производительность труда), пригодность для многократного использования, быстрая и надежная спаиваемость, необходимая при соединении моделей с литниковой системой, способность хорошо заполнять полость пресс-формы, точно воспроизводить ее очертания и не прилипать к стенкам полости пресс-формы, механическая прочность и стойкость против деформации при комнатной температуре, а также при повышенных температурах, возникающих в помещении цеха, минимальная токсичность (отсутствие вредного влияния на здоровье работающих), минимальная зольность, не более 0,2 % (повышенная зольность приводит к образованию остатков в форме после прокаливания, вызывающих ухудшение поверхности отливок), хорошее смачивание суспензий, недефицитность.
Невысокая температура плавления модельных составов облегчает их приготовление, изготовление моделей и выплавление их из оболочки формы. Чтобы избежать деформации в цеховых условиях, температура начала размягчения модельного состава должна быть на 5 - 10 °С выше возможной температуры в модельном отделении литейного цеха.
Плотность модельного состава должна быть невысокой (желательно до единицы), что обеспечивает малую массу модельных звеньев и блоков.
Выплавляемые модели могут изготовляться как из расплавов модельных составов, так и из полужидких паст. Модели, отливаемые из расплавов, имеют повышенную прочность по сравнению с пастообразными и более чистую глянцевую поверхность, но усадка и время охлаждения у литых моделей больше. Для снижения нежелательного проявления усадочных явлений модели из расплавов приходится прессовать при высоких давлениях.
Пастообразные составы имеют небольшую и стабильную усадку, быстрее, чем расплавы, охлаждаются в пресс-формах и имеют ряд других достоинств.
При изготовлении пастообразного модельного состава в него обычно вмешивается воздух от 8- 10 до 20 % объема. В результате снижается плотность модельного состава и его расход.
В пресс-форме пастообразный модельный состав и содержащийся в нем воздух сжимаются под давлением прессования. После прекращения прессования и снятия давления с модельного состава находящийся в нем воздух стремится расшириться, что способствует более точному воспроизведению модельным составом формы и размеров полостей пресс-формы.
При выплавлении моделей воздушные включения, равномерно распре деленные в них, частично выполняют роль компенсаторов расширения модельного состава, в результате снижается давление модельного состава на . стенки оболочки формы и уменьшается вероятность ее растрескивания.
Наибольшее распространение имеют модельные составы на основе парафина, составляющего более 50 % от массы остальных компонентов: церезина, буроуголышх и торфяных восков и других легкоплавких модельных материалов. Эти модельные составы выплавляют из оболочки формы в горячей воде, в расплаве модельного материала, паром или горячим воздухом В последнее время получает все большее распространение выплавление в автоклавах перегретым паром.
Рассматриваемые модельные составы применяют при изготовлении отливок средней сложности, к качеству поверхности и размерной точности которых не предъявляют высоких требований. При изготовлении более сложных отливок применяют воскообразные составы с повышенной прочностью и теплоустойчивостью (ВИАМ-102, МВС-ЗФ и др.). При изготовлении мелких тонкостенных отливок применяют модели из полистирола, изготовленные на литьевых машинах для пластмасс. Удаление таких моделей из оболочки формы производят во время прокалки формы выжиганием. При этом необходима активная вентиляция помещения прокалочного отделения.
Для изготовления ряда средних и крупных по размерам тонкостенных моделей (полыхтурбинных лопаток и др.) часто используют хорошо растворимые в воде модельные составы на основе карбамида и солей. Эти составы применяют и для отливки стержней, с помощью которых в моделях из воскообразных составов получают сложные полости и каналы.
Возврат воскообразного модельного состава, получаемый после его выплавления из оболочки формы, составляет на разных производствах и для разных по конфигурации моделей 50 - 95 % от первоначального количества. Количество возвращаемого в производство модального состава зависит также от свойств, способа выплавления и применяемого оборудования. Использование возврата модельного состава экономит исходные модельные материалы и снимает себестоимость производства отливок. Недопустимо использовать смесь возврата различных модельных составов, т. к. нельзя предугадать, какими свойствами будет обладать смесь.
При выплавлении моделей модельный состав частично меняет свои свойства, что в некоторых случаях ограничивает его повторное применение. В связи с этим возврат модельного состава обычно применяют в смеси со свежими исходными материалами в количестве от 50 до 70 %.
Для приготовления модельного состава применяют термостаты, плавильные баки, отстойники, пастоприготовительные агрегаты, пастосборники, пастопроводы, насосы и др.
Смеси для изготовления оболочковых форм. Рекомендации по выбору их состава.
При получении плакированного песка используют методы холодного, теплого и горячего плакирования, При холодном плакировании порошкообразный пульвербакилит предварительно растворяют в ацетоне, а затем при приготовлении смеси этот раствор вводят в наполнитель. Смесь в бегунах продувают холодным воздухом через специальное приспособление для более быстрого испарения растворителя. Полученная методом плакирования смесь– плакированный песок – имеет более высокие свойства, чем механические смеси. Теплое плакирование отличается от холодного только вдуванием в смеситель воздуха, нагретого до 100 °С и выше, что значительно сокращает длительность процесса приготовления смеси. При горячем плакировании используют песок, предварительно нагрев его до 120 - 160 "С, а в качестве связующего - порошкообразную сухую новолачную феноло-формальдегидную смолу, которая при перемешивании с горячим песком до ввода катализатора не способна полимеризоваться и переходить в необратимое состояние. После перемешивания с песком в течение 10 мин смола расплавляется и обволакивает песчинки. Когда температура смеси достигает 80 - 90 С в нее вводят в качестве катализатора твердения водный раствор уротропина, перемешивают еще 5 мин и выгружают смесь при температуре не выше 50 °С. Такая смесь содержит 95,5 % кварцевого песка, 4 % смолы и 0,5 % уротропина.
Способ горячего плакирования позволяет получить смеси с высокими физико-механическими свойствами. Однако необходимость нагревания песка и охлаждения смеси, а также тщательного контроля за температурным режимом, чтобы исключить переход смолы в необратимое состояние, осложняет процесс ее приготовления. Учитывая это, в нашей стране в последние годы стал применяться более рациональный способ холодного плакирования с малыми добавками растворителя. При приготовлении смеси просеянный песок загружают в смеситель и при его перемешивании в течение 2 мин вводят 0,8 - 1,2 % фурфурола или другого растворител<
Дата: 2016-10-02, просмотров: 262.
