Основными свойствами формовочных смесей, которые всегда регламен­тируются и контролируются, являются влажность, газопрони­цаемость, прочность по-сырому и прочность по-сухому (для стержней и форм, высушиваемых перед заливкой). Остальные технологические свойства — газотворность, формуемость, гигроскопичность, прочность при высокой температу­ре, податливость, прилнпаемость, выбиваемость, склонность к образованию ужимин и засоров, противопригарные свойства— обычно отрабатываются при подборе состава формовочной сме­си и затем периодически контролируются. Стандартных методик оценки этих свойств смеси не существует.

Влажность— один из главнейших факторов, определяющих свойства смеси и качество полученной отливки. Прочность, плотность, газопроницаемость стандартных образцов смеси из­меняется в зависимости от влажности, так как свя­зующие материалы (глина, сульфитная барда, декстрин, жидкое стекло и др.) также изменяют свои свойства в зависимости от влажности.

Для каждого состава смеси существует оптимальная величи­на влажности. Оптимальную влажность принято выбирать по максимуму прочности во влажном состоянии. Диапазон изме­нения влажности производственных смесей находится в пре­делах 2—8%.

Отклонение влажности в большую или меньшую сторону сказывается на работе технологического оборудования дозиру­ющих устройств и формовочных машин, что изменяет плотность формы. Повышенная влажность является причиной засоров и раковин, ужимин, пористости, поверхностных и объемных газо­вых раковин, искажения размеров отливки и других дефектов.

Газопроницаемостьсмеси, определенная стандартным спосо­бом, не будет идентична газопроницаемости формовочных сме­сей в литейной форме, залитой металлом. При нагреве возрастает вязкость газов и увеличивается их объем. Газы, выделяющиеся из литейной формы, имеют состав, резко отли­чающийся от состава воздуха. Действительная газопроница­емость литейной формы всегда меньше газопроницаемости, опре­деленной стандартным методом. Газопроницаемость смеси назначается для конкретных условий изготовления отливки. Газотворную спо­собность формовочных (стержневых) смесей определяют нестан­дартными методами испытаний на специальных приборах и установках.

Прочность песчано-глинистой смесиво влажном состоянии зависит от зернового состава песка, влажности, содержания гли­ны, ее связующей способности, а также от плотности. Для Прочность формовочной смеси создает глини­стая оболочка, в состав которой, кроме глины и воды, входят противопригарные добавки (каменный уголь, маршалит и др.), органические связующие матери­алы и балластные материалы— продукты распада глин и связую­щих при высокой температуре. Балластные материалы инерт­ны по отношению к воде, и их на­копление в смеси снижает проч­ность, газопроницаемость и про­тивопригарные свойства. Умень­шение содержания глины при од­новременном снижении влажно­сти положительно сказывается на всех технологических свойствах формовочной смеси. Пластичные маловлажные смеси можно получать следующими способами: 1) использовать более дисперсные монтмориллонитовые глины вместо каолинитовых; 2) сочетать монтмориллонитовые глины с небольшими добавками связую­щих материалов, способных образовывать в воде гели повышен­ной вязкости; 3) активировать воду, входящую в состав глини­стой оболочки, добавками ПАВ.

Глинистые оболочки песчинок представляют собой глинистые пасты с содержанием около 50% воды. Механические свойства паст обусловлены сцеплением частиц глинистых минералов в местах контакта через тонкие остаточные прослойки воды, ко­торые частично ослабляют силы молекулярного взаимодействия, но придают системе пластичность за счет большей свободы перемещений в местах контакта частиц. Повышение влажности глинистой пасты сопровождается уменьшением всех ее струк­турно-механических свойств. Изменение свойств глинистой пасты вызывается утолщением водных обо­лочек на поверхности частиц глины.

В связи с тем, что содержание адсорбционно-связанной воды не зависит от влажности, а вода, находящаяся в порах, является свободной, структурно-механические свойства глинистой пасты будут зависеть от содержания слабосвязанной воды, входящей в состав диффузионных двойных слоев ионов.

Пластические свойствасмеси проявляются в определенных пределах влажности, за которыми она становится непригодной для изготовления форм. Рабочие интервалы пластических свойств зависят как от состава смеси, так и от метода уплотне­ния. Пластические свойства оценивают по уплотняемости, формуемости, сыпучести, вязкости, пластичности и текучести.

Уплотняемостьхарактеризует способность смеси уплотняться (сокращать свой объем) под действием внешней силы или собственного веса. Уплотняемость зависит от прочности и вязкости оболочки связующего в местах контакта песчинок. С уменьшением прочности и вязкости работа уплотнения смеси уменьшается. Работа уплотнения масляных стержневых смесей в 8—10 раз меньше работы уплотнения смесей на глине при одинаковой прочности их на сжатие. От уплотняемости формо­вочной смеси зависит производительность труда формовщиков.

Сыпучесть смеси влияет на зависание смеси в бункерах, на заполнение и равномерность распределения смеси при засыпке в споку, на качество и длительность перемешивания смеси в бе­гунах. С сыпучестью непосредственно связана комкуемость — спо­собность смеси образовывать устойчивые комочки.

Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Благодаря низкой прочности во влажном состоянии стержневые смеси на основе масляных связующих, синтетических смол и жидкого стекла не комкуются. Формовочные смеси с глиной, наоборот, сильно комкуются из-за большой прочности и вязкости глинистых оболочек песчинок. Увеличение насыпной (начальной) плотности всегда повышает равномерность уплотнения формы. В связи с этим желательна минимальная комкуемость и хорошая сыпучесть смеси.

Текучесть. В теории течения реальных тел (реологии) под текучестью понимают способность материала течь — необратимо деформироваться под действием приложенных сил. Высокой текучестью обладают маловлажные смеси на основе бентонита с| добавками битума и связующих: КО, КВС, сульфитной барды и др. Напряжения, при которых возникает необратимая деформация, определяются условием текучести, а скорость деформации в момент течения подчиняется закону течения. Условие те­кучести и закон течения являются двумя основными законами деформации реальных тел. Текучесть как технологическое свойство смеси зависит от напряженного состояния и проявляется, 'когда соблюдается условие текучести. При равномерном трех­осном сжатии ни одно реальное тело (даже вода) не может течь. Наоборот, в условиях чистого сдвига и одноосного сжатия реальные тела текут при минимальных напряжениях. Всегда можно создать такое напряженное состояние, чтобы усло­вие текучести выполнялось и тело пластически деформировалось. Часто связывают неравномерное уплотнение формы прессо­ванием с низкой текучестью смеси. Следует особо подчеркнуть, что причина не в низкой текучести смеси, а в том, как показал анализ напряженного состояния, что на некоторых участках фор­мы (главным образом над моделью) условие текучести не выпол­няется и поэтому технологически необходимое перетекание смеси не удается получить. Поэтому прессование плоской, профиль­ной колодкой и диафрагмой не обеспечивает равномерного уплот­нения формы. В то же время многоколодочное поочередное прессование с нижней допрессовкой, прессование моделью с допрессовкой модель­ной плитой и ряд других методов на любой формовочной смеси и практически для любой модели дают возможность получить годную форму. Эти методы позволяют выполнить условие текучести при мини­мальных сжимающих напряжениях в те­чение всего процесса уплотнения формы.

Прилипаемостьопределяют нестан­дартным методом. Смесь заформовывается в гильзу диаметром 50 мм, конусностью 1 : 10. К образцу, установленному в специальном приборе, прикладывается нагрузка, выталкиваю­щая его из гильзы. Образец нагружают дробью до тех пор, пока не будет прео­долена сила адгезии (прилипаемости) об­разца смеси к стенкам гильзы. Гильза мо­жет быть изготовлена из различных ма­териалов с разной чистотой обработки. Способ прост и дает точные стабильные результаты. Прилипаемость смеси вызывается избыточным коли­чеством свободной и слабосвязанной воды в смеси. Поэтому при­липаемость уменьшают путем снижения влажности, введением в состав смеси органических веществ, связывающих свободную во­ду, и технологическими мероприятиями, уменьшающими силы адгезии между смесью и модельной оснасткой.

Свойства формовочной смеси при высоких температурах и в условиях взаимодействия их с металлом изучены не достаточно. Высокая температура влияет на поверхностную прочность и твердость, расширение поверхностного слоя и возникновение в нем сжимающих напряжений, на выгорание органических веществ, выделение газов и спекание смеси. С состоянием поверхностного слоя при высокой температуре связано возникновение таких дефектов отливок, как пригар, раковины и засоры.

33. Виды влаги в литейной форме. Методы определения влажности смесей.

Влажность характеризует процентное содержание влаги в смесях. Влажность зависит от степени дисперсности и минералогического состава. Для глин, поставляемых в порошкообразном состоянии, влажность 6-12%. Большая масса приводит к окомковыванию глин и затрудняет ее подачу и дозирование. Очень низкая влажность сопряжена с технологическими трудностями при сушке или дроблением. Величина влажности определяет значение многих других свойств смеси и оказывает прямое влияние на качество получаемых отливок, например, при повышенной влажности смесей в отливках могут возникать газовые раковины.

В формовочных и стержневых смесях различают следующие виды влаги: химически связанную, поверхностно-связанную и свободную.

Химически связанная влага входит в состав минеральных компонентой смеси (песка и глины). При ее удалении в процессе высокотемпературного воздействия на смесь первоначальные свойства минеральных компонентов утрачиваются вследствие разрушения их кристаллической решетки. Например, при нагреве песчано-глинистой смеси до температуры 300 - 700 *С происходит необратимая дегидратация глины, сопровождаемая потерей ею связующих свойств.

Поверхностно-связанная влага подразделяется на капиллярно-связанную и адсорбированную. Адсорбированная влага удерживается на поверхности смеси электростатическими силами. Толщина слоя такой влаги может походить ло 0.5 мкм. Чем ближе адсорбированная влага расположена к поверхности частички смеси, тем больше она отличается по физическим свойствам от обычной влаги. Например, влаге, находящаяся непосредственно на поверхности частички, толщиной в 3 - 4 молекулы воды, имеет точку кипения выше 100 "С, температуру затвердевания- ниже 0. в плотность больше 1. Такую влагу обычно называют "жесткой" или "нежидкой" Более отдаленные от поверхности слои адсорбированной влаги по физическим свойствам приближаются к обычной капельно-жидкой воде. Капиллярно-связаная влага удерживается на поверхности частичек смеси капиллярными силами.

Свободная влага удаляется из смеси под воздействием силы тяжести. Эта влага характерна для сильно увлажненной смеси или регенерированного мокрым способом формовочного песка. Величину влажности смеси В(%) определяют по изменению массы в процессе сушки навески смеси в 50 г при 105-110вС до постоянной массы В=(М-М1)/М*100, где М и М1 - масса смеси до и после сушки, г.

34. Газопроницаемость форм и стержней, зависимость ее от состава формы. Методы определения газопроницаемости.

Газопроницаемость явл-ся одним из важнейших свойств смеси и характеризует способность ее пропускать газы. При недостаточной газопроницаемости смеси затрудняются условия удаления газообразных продуктов из полости формы в процессе ее заливки. Газопроницаемость смесей зависит от размера зерен формовочного песка, содержания в них мелкозернистых добавок, степени уплотнения и влажности. С уменьшением размеров зерен газопроницаемость снижается, Так как с уменьшением диаметра зерен увеличивается их суммарная поверхность, оптимальное значение влажности возрастает. Газопроницаемость песка зависит от распределения его по размерам зерен. С величением рассредоточенности зернового состава песка газопроницаемость снижается, так как более мелкие зерна, располагаясь между крупными, уменьшают пористость песка. Поэтому в литейном производстве, преимущественно применяются пески с концентрирован­ной зерновой структурой. С увеличением содержания глины газопроницаемость уменьшается, а при увеличении плотности набивки формы — уменьшается.

Зависимость газопроницаемости К от влажности W песчано-глинистых смесей отличается от теоретических представлений рис. 3.19). Кривая 1 изображает теоретическую кривую измене ния газопроницаемости — при увеличении влажности вода заполняет поры и газопроницаемость уменьшается. Реальный процесс отражает кривая 2. До точки А теоретическая 1 и практическая 2 кривые не совпадают. Практическое увеличение газопроницаемо­сти до точки А объясняется тем, что при малой влажности вода способствует укрупнению пылевидных частиц, поры при этом увеличиваются, кроме того, при смачивании каналов снижается трение проходящих газов. При влажности более высокой, чем в точ­ке А, каналы заполнены водой, и газопроницаемость снижается, кривые 7 и 2 на графике совпадают.

Увеличить газопроницаемость смеси названными факторами в текущем производстве практически невозможно. Поэтому реально стремятся повышать не газопроницаемость смесей, а газопро­ницаемость формы и стержней за счет вентиляционных каналов, наколов в форме и стержнях и применением пустотелых стержней.

Определение газопроницаемости смеси проводят путем пропускания воздуха через стандартный образец, изготовленный из испытуемой смеси Коэффициент газопроницаемости: K=Vh/Fpt, где V-объем воздуха, прошедшего через образец, см1; h-высота образца, см; F-плошадь поперечного сечения образца, см ; р-давление воздуха перед входом в образец. Па; т-прододжительность прохождения воздуха через образец. мин Если газопроницаемость низкая, то это приводит к появлению скипов, газовых раковин, пор; а если слишком высокая -ухудшается качество литейной поверх-ти.