Художественные отливки по степени сложности, массе и материалам из которого они изготовлены, весьма разнообразны. Следовательно, формовочные смеси для литейных форм выбираются для каждой отливки

Облицовочная смесь соприкасается с моделью, а следовательно, и с отливкой. Облицовочная смесь, воспроизводящая отпечаток поверхности модели, первая принимает на себя температурные воздействия заливаемого в форму металла и должна обладать хорошей прочностью, пластичностью, огнеупорностью и газопроницаемостью. Поэтому она содержит, как правило, больше свежих формовочные материалов и, как правило, более дорогая, используется в форме в небольших количествах, слоем 20 - 30 мм (на поверхности модели).

Наполнительная смесь состоит в основном из оборотной смеси с небольшим количеством свежих материалов.

Искусственные, или синтетические смеси - наиболее распространенные в производстве художественных и архитектурных отливок. Они представляют собой смесь песка и глины или нескольких песков с большим или меньшим содержанием глины и отработанной смеси. Формовочные смеси для форм чугунных отливок. Состав формовочных смесей зависит от сложности конфигурации и поверхности отливок, толщины их стенок и состояния ли­тейной формы перед заливкой. Смеси для форм ажурных отливок, имеющих сложную поверхность, тонкую стенку и большое число просветов, образующих ажур, должны обеспечивать получение в форме четкого отпечатка сложной поверхности модели и прочность мельчайших болванчиков, даю­щих просветы в отливке. Кроме того, чугун при заливке в форму по срав­нению с цветными сплавами имеет более высокую температуру. Поэтому формовочные смеси для форм, заливаемых чугуном, должны иметь доста­точную огнеупорность.

Повышение температуры заливки чугуна приводит к более интенсивному газовыделению при прогреве формы - формовочные смеси должны иметь хорошую газопроницаемость. Таким образом, формовочные смеси для форм, заливаемых чугуном, при достаточной прочности должны быть газопроницаемыми и огнеупорными.

Формовочные смеси для форм отливок из цветных сплавов Латунь, бронза и алюминиевые сплавы, применяемые в производстве художественного литья, по сравнению с чугу­ном имеют более низкую температуру заливки и большую жидкотекучесть. Поэтому при изготовлении литейных форм представляется возможным применять мелкозернистые формовочные смеси, дающие чистую и гладкую поверхность отливки.

Стержневые смеси в процессе заливки формы находятся в более тяжелых условиях, чем формовочные, поэтому они должны быть более прочными, газопроницаемыми, податливыми, огнеупорными, менее гигроскопичными, с хорошей выбиваемостью из отливки.

Основными материалами для приготовления стержневых смесей, как и для формовочных, является песок и глина. Однако большое количество глины, необходимое для повышения прочности, ухудшает газопроницаемость, податливость, выбиваемость смеси, увеличивает ее пригар к стенкам отливки. Для улучшения качества стержневой смеси в ее состав вместо глины вводят крепители. К ним относятся различного рода масла, декстрин, жидкое стекло и другие специальные материалы.

В технологическом процесс изготовления стержней значительную часть времени занимает их сушка. Трудоемкость и продолжительность процесса сушки стержней устраняются совершенно или сокращаются до минимума при использовании в стержневых смесях в качестве связующего жидкого стекла (5 - 7 %). Стержни из таких смесей твердеют на воздух без обработки, после продувки углекислым газом СО2. Используют их в пластичном и жидком состояниях.

Смеси для ювелирного литья. Рекомендации по выбору их состава.

Дия литью ювелирных изделий сложной конфигурации из сплавов меди (Т_пл 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 растворителя; затем вводят пульвербакелнт и перемешивают составляющие смеси в течение 8 -10 мин. После загрузки пульвербакелита смесь продувают воздухом. Полу­ченную после выгрузки из смесителя размельчают и просеивают.

Применяют сыпучие, пластичные и жидкие песчано-смоляные смеси. Сыпучие смеси в исходном состоянии характеризуются отсутствием связи между зернами. Их применяют при изготовлении оболочковых форм и стержней. Упрочнение смеси в этом случае осуществляют с помощью теп­ловой обработки, обычно в два этапа: первый этап - в течение 20 - 30 с -в контакте с модельной или стержневой оснасткой, нагретой до 180 -240 °С; второй - в течение 350 - 450 °С. При изготовлении сыпучих сме­сей используют термоактивные фенолформальдегндные смолы.

54. Типы кристаллогидратных смесей: составы, свойства, рекомендации по их применению.

К этому типу смесей относят такие, у которых в результате твердения образуется прочный кристаллический каркас, который «цементирует» зерна огнеупорного наполнителя. Такой процесс твердения характерен для цементых, полифосфатных, магнезитовых смесей.

Песчано-цементные смеси применяют главным образом для изготовления крупных форм и стержней в условиях единичного производства отливок. В качестве связующего материала для данного типа смесей используют цемент в количестве 7–10%. Твердение песчано-цементных смесей связывают с выделением из пересыщенного водно-цементного раствора кристаллогидратов, которые, срастаясь друг с другом, образуют прочный кристаллический каркас, связывающий зерна формовочного песка. При использовании портландцемента такими кристаллогидратами преимущественно являются гидросиликаты кальция, а при использовании глиноземистого цемента – гидроалюминаты кальция. С целью ускорения процесса твердения песчано-цементных смесей в их состав вводят специальные добавки, такие, как патока, хлористый кальций, железный корпус, а для улучшения выбиваемости – небольшие добавки СДБ (до 2,5%). Песчано-цементные смеси относят к категории самотвердеющих смесей.

Довольно широкое применение получили и фосфатные смеси.

Выбор связующего для фосфатных смесей обусловлен созданием холоднотвердеющих смесей с заранее заданными свойствами: уплотняемостью в пределах 34 - 45 %, текучестью 68 - 89 %, формуемостью 79 - 98 % и прочностью на сжатие через 0,5; 1; 2; 4; 24 ч, соответственно, не менее 0,3; 0,45; 0,60 и 1,25 МПа Главными из них являются прочностные свойства.

Отверждение смесей достигается кратковременным нагревом и приме пением отвердителей.

Связующее, отвердитель или катализатор отверждения должен быть нетоксичным, быстротвердеющим, высокопрочным и термостойким. Высококачественные связующие, как правило, дорогостоящи, а применение дешевых заменителей приводит к ухудшению санитарно-гигиенических условий труда и повышению брака отливок по засорам и газовой пористости.

По всем технологическим параметрам в настоящее время наиболее перспективными являются металлофосфатные ХТС на основе связующей композиции из оксидов железа или магния и ортофосфорной кислоты.

Существуют и самотвердеющие смеси гидратационного твердения на основе кварцевого песка с каустическим магнезитом (КМ) и технология их применения при изготовлении крупных стальных отливок. Смеси обладают легкой выбиваемостью, хорошими противопригарными свойствами, они экологически чистые и для их приготовления применяются недефицитные и относительно дешевые компоненты. Новые смеси могут применяться при изготовлении стальных отливок массой до 40 т с толщиной стенок до 350 - 400 мм, полноценно заменяя двухслойные стержни и формы с хромитовой облицовкой Смеси могут успешно применяться при изготовлении отливок из марганцовистой стали, устраняя пригар на поверхности отливок.

Одним из основных компонентов магнезиального связующего для получения холоднотвердеющих смесей является каустический магнезит, представляющий собой оксид магния. Получают его обжигом природном магнезита выше температуры диссоциации, но ниже температуры спекание При обжиге образуется отход, так называемый "кальцинированный каустичсский магнезит", который можно использовать как связующий материал. Отверждение смеси достигается при использовании в составе связующей композиции с КМ водных растворов солей магния, а также с водным раствором бишофита, содержащего 24 - 26 % MgCl2. Скорость твердения и прочность смесей в большой степени зависит от содержания в KM MgO и дисперсности материала. Чем выше содержание в KM MgO и больше дисперсность, тем выше прочность и скорость твердения.

Такие смеси являются недорогими, исходные компоненты недефицитны, технологические свойства высоки, отработанные смеси легко регенерируются, не выделяют в атмосферу токсичных веществ.