Анализ методов улучшения жидкостекольных смесей

случае протекают более полно, чем при испытаниях образцов. Поэтому в

смесях, продутых CO[pic], при этом полностью осуществляется процесс

образования жидкой фазы, вследствие чего наблюдается почти одинаковый ход

кривых, характеризующих работу, затраченную на выбивку стержней, высушенных

и продутых CO[pic].

Таким образом, при нагреве смесей до 800°C образуется жидкий расплав,

который энергично взаимодействует с кварцевым песком, растворяя последний,

в результате чего четко выраженная граница раздела пленки и зерна стирается

и образуется сплошной монолит, обладающий большой прочностью. В этих

условиях появляется «второй максимум», резко затрудняющий выбивку стержней

из отливок.

Рассмотрим причины снижения величины A при нагреве смесей до более

высоких температур и условия образования «второго минимума».

При нагреве смесей до температур, превышающих 800° C, взаимодействие

силикатного расплава с кремнеземом песка усиливается. Как известно,

скорость диффузии возрастает по мере повышения температуры и уменьшения

вязкости среды. Поэтому при высоких температурах диффузия SiO[pic] от

поверхности растворения в расплав значительно возрастает и в целом процесс

растворения кремнезема в силикатном расплаве ускоряется. В результате

растворения содержание SiO[pic] в расплаве непрерывно увеличивается

вплоть до предела растворимости при данной температуре согласно диаграмме

состояния Na[pic]O–SiO[pic]. После достижения предела растворимости этот

процесс прекращается.

При охлаждении образца из образовавшегося расплава начинают выпадать

избыточные кристаллы сначала тридимита, а при температурах ниже 870° C —

кварца. Выпавшие твердые кристаллы в затвердевшем расплаве играют роль

инородных включений — надрезов, нарушающих сплошность пленок и

концентрирующих напряжения, возникающие при охлаждении образца до комнатной

температуры.

Наконец, следует учесть, что чем энергичнее идет процесс растворения

SiO[pic] в расплаве, тем меньше становится относительное содержание в нем

Na[pic]O.

Эти факторы являются основной причиной уменьшения работы, затрачиваемой

на выбивку образцов при их предварительном нагреве до температур,

превышающих 800° С. Естественно, что чем выше температура нагрева расплава,

тем быстрее происходит растворение кремнезема и тем больше растворимость в

расплаве. Следовательно, при охлаждении с более высоких температур расплав

будет содержать относительно большее количество твердых инородных включений

и сплошность силикатной пленки будет в большей степени нарушена, что будет

приводить к дальнейшему уменьшению величины А.

Таким образом, после полного охлаждения пленка, склеившая зерна

кварцевого песка, будет иметь не первоначальный состав, соответствующий,

например, точке a на диаграмме состояния (рис. 6), а состав, в зависимости

от температуры нагрева соответствующий, например, точкам б, в или г. С

другой стороны, если образцы, один раз нагретые до 1200° C (точка б), вновь

нагревать до 800, 1000 и 1200° C, то состав пленки останется неизменным.

Следовательно, работа, затрачиваемая на выбивку вторично нагреваемых

образцов, будет примерно одинаковой при всех температурах вплоть до 1200°

C. Однако величина A должна быть ниже, чем при первом нагреве до 1200° C,

так как при вторичных нагреве и охлаждении увеличиваются напряжения за счет

модифицированных изменений кварца и возникающих термических напряжений.

Подтверждение находим в опытах, приведенных на рис. 8.

Справедливость последней гипотезы подтверждается также опытами, при

которых в качестве наполнителя вместо кварцевого песка был взят цирконовый.

В этом случае не только не было обнаружено уменьшения прочности после

достижения температуры второго максимума, но, наоборот, при нагреве до

более высоких температур (1400° С) прочность непрерывно возрастала.

Рис. 8. Работа, затраченная на

выбивку образцов из

смеси на жидком стекле:

1 — предварительно высушенных

при 200° C;

2 — предварительно прокаленных при 120° С.

Одним из главных вопросов, имеющих основное значение для

практического улучшения выбиваемости смесей, является максимальное

расширение интервала первого минимума работы, затрачиваемой на выбивку

стержней.

Выбором более сложных, например тройных систем с определенным

соотношением компонентов, можно получить необходимую заданную температуру

образования второго максимума.

Обратимся к диаграмме состояния системы

Na[pic]O—Al[pic]O[pic]—SiO[pic](рис. 9). Расчет по соответствующей изотерме

диаграммы состояния (рис. 9) показывает, что для получения второго

максимума при 1400° C в смесь, содержащую 5% жидкого стекла, модуля 2,7

(SiO[pic]—31,6%; Na[pic]O—12.0%), необходимо добавить 0,97% Al[pic]O[pic].

Соответствующие опыты, проведенные с введением в смесь, содержащую 5%

жидкого стекла, дополнительно 3% химически чистого Al[pic]O[pic],

количество которого по срав-нению с расчетным было значительно

увеличено для более четкого выявления закономерности и ввиду возможного

неполного усвоения

глинозема, подтвердили изложенные представления.

[pic]

Рис. 9. Диаграмма состояния системы

Na[pic]O—Al[pic]O[pic]—SiO[pic].

Линия A—A соответствует сплавам, в которых модуль

жидкого стекла равен 2.7.

[pic]

Из опытов (рис. 10) видно, что при добавке Al[pic]O[pic] второй

максимум, в соответствии с расчетными данными, «передвинулся» с 800 до

1400° С. При этом интервал первого минимума увеличился с 400—600 до

600—1200° C. Кроме того, величина второго максимума при добавлении в смесь

Al[pic]O[pic] также заметно уменьшилась, что объясняется появлением на

зернах наполнителя инертного слоя, непрореагировавшего с силикатом натрия

глинозема, значительно снизившего адгезию пленок, а также, возможно,

меньшей прочностью алюмосиликатов натрия. Исходные свойства смеси при

добавлении глинозема изменились незначительно. При содержании 5% жидкого

стекла и 3% Al[pic]O[pic] смесь после продувки CO[pic] имела предел

прочности при сжатии 11.0 кГ/см 2, что вполне удовлетворяет технологическим

требованиям.

1.4.Влияние неорганических добавок

1.4.1.Влияние глины

Одной из наиболее распространенных добавок, вводимых в формовочные

смеси для улучшения выбиваемости, в том числе в смеси с жидким стеклом,

является глина. В проведенных опытах она содержала 27% Al[pic]O[pic].

Расчёт показывает, что для образования второго максимума при 1200є C в

смесь необходимо ввести 3,0% глины (0,81% Al[pic]O[pic]); при дальнейшем

увеличении глины максимум соответственно будет перемещаться вправо и

составлять 1300 и 1400є C.

Как видно из диаграммы состояния, изменением модуля стекла и введением в

смеси надлежащего количества Al[pic]O[pic] могут быть выбраны силикатные

системы, обеспечивающие получение второго максисума при 1500, 1600є C и

более высоких температурах.

[pic]

Рис.11.Работа, затраченная на выбивку образцов из смесей:

а —без глины; б—3% глины; в — 5% глины; г — 9% глины.

Результаты опытов показывают совпадение экспериментальных данных с

расчетными (рис. 11). Они подтверждают также целесообразность введения в

смеси с жидким стеклом глины и дают удовлетворительное объяснение

эффективности ее действия как средства, существенно облегчающего выбивку

стержней из отливок. Отметим, что при перемещении второго максимума

вправо работа, затраченная на выбивку образцов, нагретых до температуры

второго максимума, снижается в несколько раз (рис. 11). При значительном

содержании в смесях глины (более 5%) хотя и резко облегчается выбивка

стержней, однако исходная прочность оказывается низкой, что затрудняет

практическое использование этих смесей.

Для улучшения исходных свойств целесообразно заменить глину веществом, не

способным вступать в ионогенное взаимодействие с жидким стеклом и

содержащим большое количество Al[pic]O[pic].

1.4.2.Влияние шамота

В качестве инертного к жидкому стеклу материала, богатого

Al[pic]O[pic], был исследован шамот. Как и следовало ожидать, физико-

механические свойства смеси при добавлении шамота не ухудшились (предел

прочности на сжатие после продувки CO[pic] составлял 12—13 кГ/см2. Однако

влияние шамота на температуру образования второго максимума не

обнаруживалось (рис. 12) — второй максимум образовался при 800є С, т. е.

при той же температуре, что и в смесях без добавок. Объясняется это, по-

видимому, тем, что муллит (3Al[pic]O[pic]•2SiO[pic]) —основная составляющая

шамота — инертен к расплаву жидкого стекла и не дает с последним тройных

соединений.

При высоких температурах муллит очень устойчив и не подвергается

разложению даже вблизи температуры плавления (1810° С).

[pic][pic]

При температуре 500—600° C из глины удаляется практически вся влага, в

том числе и кристаллизационная, в то же время процесс муллитизации при этих

температурах еще не начинается и химическая активность глинозема

сохраняется, что должно способствовать смещению второго максимума в область

более высоких температур. Действительно, из рис. 12, б видно, что смесь с

добавкой 5% глины, прокаленной при 600° C, дает второй максимум прочности

при 1200° C, т. е. там же, где и смесь с добавкой необожженной глины.

Напротив, в глине, прокаленной при 1300° C, процесс муллитизации прошел

практически полностью, поэтому ее добавление в смеси не изменило

температуру образования второго максимума (рис. 12, б), так же как это

имело место при добавлении шамота (рис. 12, а).

1.4.3.Влияние боксита

Опыты И. В. Валисовского и А. М. Лясса показали, что для снижения

величины работы, затрачиваемой на выбивку стержней, необходимо применять

материалы, содержащие Al[pic]O[pic], способные образовывать тройные

соединения с Na[pic]O и SiO[pic]. Одним из таких материалов, содержащих

значительно большее количество Al[pic]O[pic], чем глина, является боксит, в

состав которого входят гидраргиллит Al[pic](OH)[pic], бёмит AlOOH, диаспор

HAlO[pic]. Все эти материалы при нагреве разлагаются с образованием

активного ? — Al[pic]O[pic].

Наиболее известными в России являются Краснооктябрьское, Североуральское

и Тихвинское месторождение бокситов (табл. 1).

Таблица 1

Химический состав бокситов

|Месторо- |Содержание компонентов в % |Потери |

|ждение | |при про |

|боксита | |- |

| | |каливани|

| | | |

| | |в % |

| |Al[pic]|SiO[pi|Fe[pic]|CaO |МgO |TiO[pi| |P[pic| |

| |O[pic] |c] |O[pic] | | |c] | |]O[pi| |

| | | | | | | | |c] | |

| | | | | | | | | | |

| | | | | | | | | | |

|Красноок- |40,1 |3,1 |30,9 |0.46 |0.2 |1,9 | |0,12 |23,0 |

|тябрьское | | | | | | | | | |

|Североураль|55,6 |3,09 |23,4 |1,92 |— |2,3 | |— |12,72 |

|ское | | | | | | | | | |

|Тихвинское |47,12 |19,4 |13,51 |1,6 |0.31 |— | |0,05 |18,24 |

На рис. 13 приведены результаты испытания смеси с 3% боксита

Тихвинского месторождения. Из опытов видно, что закономерность образования

второго максимума за счет Al[pic]O[pic], содержащегося в боксите, оказалась

такой же, как при использовании химически чистого Al[pic]O[pic] и глины.

При этом небольшая (3%) добавка боксита влияет так же, как и добавка 5—7%

глины.

Физико-механические свойства смесей с добавками боксита высокие (предел

прочности при сжатии образцов, продутых CO[pic], 10— 12 кГ/см2), что

создает возможности для их практического использования, особенно если

учесть, что СССР обладает огромными запасами боксита.

Таким образом, введение в смеси с жидким стеклом небольших добавок

боксита позволяет расширить зону, благоприятную для условий выбивки

(«первый минимум»), с 400—600° C (рис. 13) до 400—1000° C (рис. 13) и в

несколько раз сократить трудоемкость выбивки стержней после их нагрева до

температуры образования второго максимума.

По данным Ново-Краматорского машиностроительного завода в

экспериментальных условиях были получены хорошие результаты при

одновременном введении в смеси с жидким стеклом 3% боксита и 12% шамотного

порошка (табл. 2).

Таблица 2

Зерновой состав шамотного порошка (глинистая составляющая 18,29%)

|№ сит |Остаток | |№ сит |Остаток | |№ сит |Остаток | |№ сит |Остаток|

| |в % | | |в % | | |в % | | | |

| | | | | | | | | | |в % |

|2.5 |1,0 | |063 |17,47 | |020 |3,2 | |0063 |1.5 |

|1.6 |12,4 | |04 |8,5 | |016 |5.8 | |005 |1,0 |

|1,0 |24.6 | |0315 |3,2 | |010 |2,6 | |Тазик |0,44 |

Аналогичные результаты были получены при введении в смеси с жидким стеклом

не только Al[pic]O[pic], но и других добавок, способных образовывать с

Na[pic]O и SiO[pic]тройные системы с высокой температурой плавления. В

качестве таких добавок были взяты CaO и MgO. Согласно диаграмме состояния

Рис. 14. Диаграмма состояния системы Na[pic]O–CaO–iO[pic].

(рис. 14) максимальная температура плавления тройных соединений, лежащих на

линии АА и содержащих SiO[pic]: Na[pic]O= 2,5—3,0, составляет 1200° С.

Расчет показывает, что для достижений этой температуры плавления при 5%

жидкого стекла достаточно ввести в смесь 0,5— 0,6% чистой окиси кальция.

Однако смесь, содержащая даже такое незначительное количество CaO, обладает

очень плохими физико-механическими свойствами: малой прочностью и большой

осыпаемостью стержней, по-видимому, из-за большой гигроскопичности окиси

кальция. Предварительное гашение CaО, добавление в смесь необходимого

количества воды или использования гидроокиси кальция Ca(OH)[pic] не

улучшило существенно свойства смеси.

1.4.4.Влияние мела

Вместо окиси кальция в опытах был применен мел в количестве 1,1%,

необходимом для получения второго максимума при 1200° С. Смесь обладала

удовлетворительными технологическими свойствами. Предел прочности образцов

при сжатии после продувки СО[pic] составлял 12 кГ/см2 . Появление второго

максимума (рис. 15) наблюдалось при температуре 1200° C, что соответствует

расчету. Увеличение в 3—5 раз количества мела, вводимого в смесь,

практически не изменяет положения второго максимума, что вытекает из

рассмотрения диаграммы состояния (рис. 14).

Таким образом, добавка мела в стержневую смесь подтвердила

справедливость описанных общих закономерностей и показала перспективность

применения мела в качестве средства, облегчающего выбивку стержней из

отливок.

1.4.5.Влияние окиси магния

Добавление окиси магния в смесь в небольших количествах (до 0,6%)

позволяет в соответствии с тройной диаграммой Na[pic]O–MgO–SiO[pic] (линия

A—A на рис. 16) повысить температуру второго максимума работы выбивки до

1400° C (рис. 17).

[pic]

Однако смесь, содержащая окись магния, так же, как и CaO, гигроскопична,

поэтому для получения удовлетворительных физико-механических свойств смеси

в нее необходимо вводить дополнительное количество воды, либо

предварительно «гасить» MgO.

[pic]

Рис.17.Работа,затраченная на выбивку образцов из смеси с добавкой 0,5% MgO;

1 — высушенных при 200° C;

2 — продутых CO[pic].

1.4.6.Влияние добавок доменного шлака

Исследовали возможность использования гранулированных доменных шлаков

Енакиевского металлургического завода в составе жидкостекольных смесей для

улучшения их выбиваемости[5]. Из представленной схемы (рисунок) следует,

что для улучшения выбиваемости быстротвердеющих смесей, подвергнутых

нагреву до 700—900°С, необходимо предотвратить образование или снизить

количество стекловидного вещества — продукта взаимодействия щелочных

силикатов связующего с кремнеземом наполнителя. В состав смесей вводят

вещества, отличающиеся большей химической активностью к щелочным силикатам

жидкого стекла, чем кремнезем наполнителя.

Этим объясняется улучшение выбиваемости смесей известными добавками

окислов неорганических веществ (Аl2Оз, MgO, CaO) карбонатов (СаСОз, MgCO3),

соединений 2CaO. Si02 в различной форме и чистых металлов, например Аl и

Mg. Доменные шлаки представляют собой комплексную добавку неорганического

вещества и содержат 40—50% CaO; 3—5% MgO;

6—10% Аl20з. По гранулометрическому составу они незначительно отличаются от

кварцевых песков (~60% составляют зерна размером до 2, 5 мм, около 20% — 2,

5—5 мм), что не вызывает затруднений при приготовлении смесей. Установлено,

что применение шлаков в состоянии поставки с влажностью 20—25% невозможно в

связи с резким ухудшением свойств смесей. Использование высушенных шлаков

из-за их высокой гидравлической активности приводит к снижению пластичности

и живучести смесей. Оптимальные свойства смесей достигаются при введении в

их состав доменных шлаков влажностью 8—10% и размером зерен не более 7 мм.

Введение в смеси 10% шлака не приводит к изменению их прочности после

тепловой обработки при 200°С, при 15 и 20% шлака прочность смесей

незначительно уменьшается, но остается достаточно высокой (соответственно

11, 0 и 9, 0 кг/см2). Газопроницаемость смеси увеличивается с 49 до 326 при

добавке 20% доменного шлака.

Применение даже 10—15% шлака снижает в 2—5 раз работу выбивки смесей. Еще

в большей степени уменьшается работа выбивки при 20% шлака.

Смеси с 10 и 15% шлака были использованы для изготовления стержней

отливок весом от 0, 5 до 3, 0 т. При этом трудоемкость выбивки стержней из

жидкостекольных смесей с доменным шлаком и песчано-глинистых смесей

практически не отличалась.

1.4.7.Влияние фосфорита

Интересные результаты при использовании неорганических добавок были

получены на Бежицком сталелитейном заводе П. А. Лобановым и Н. М.

Козьминым. Они установили, что добавка в смеси фосфорита резко облегчает

выбивку стержней (табл. 3). При этом следует учесть опасность насыщения

поверхности отливок избыточным содержанием фосфора.

Таблица 3

Влияние добавки фосфорита на выбиваемость смесей с жидким стеклом.

| Компоненты смесей | Состав в весовых частях |

|Луховицкий песок |100,0 | 100,0| 100,0 | 100,0 |

|............................. |- | |- |- |

|Тихвинский боксит |- |3,5 |1,0 |3,0 |

|........................... |6,5 |- |6,5 |6,5 |

|Фосфорит |0,5 |6,5 |0,5 |0,5 |

|..................................|1,0 |0,5 |1,0 |1,0 |

|......... | |1,0 | | |

|Жидкое стекло | | | | |

|..................................| | | | |

|. | | | | |

|Мазут | | | | |

|..................................| | | | |

|................ | | | | |

|Вода | | | | |

|..................................| | | | |

|.................. | | | | |

|Число ударов копра до разрушения | | | | |

|образцов |35 |8 |3 |2 |

|..................................| | | | |

|........... | | | | |

1.5.Влияние органических добавок

В первом разделе главы было показано, что многие исследователи

рекомендуют введение в смеси органических добавок, которые при выгорании

должны разрывать пленку связующего материала и тем самым облегчать выбивку

стержней. Такое утверждение в качестве общего принципа не может быть

принято.

Выгорание органических связующих добавок происходит, как правило, при

температурах более низких, чем 800° C, а при 800° C начинается образование

жидкой фазы силикатов. Поэтому, если прорывы пленок вследствие выгорания

органических добавок имели место, то они исчезнут, как только произойдет

расплавление силикатов и образование жидкой фазы[10,11].

Поэтому никакие органические выгорающие добавки не могут изменить

температуру образования второго максимума и введение таких добавок с целью

расширения благоприятного для выбивки интервала температур (первого

минимума) является бесполезным. Это полностью подтверждается

экспериментальными данными, полученными при введении в смеси с жидким

стеклом многих органических добавок, в том числе часто рекомендованных в

нашей стране и за рубежом — раствора битума в уайт-спирите (рис. 18, а),

мочевины (рис. 18, б), древесной муки (рис. 18, в), древесного пека, сахара

и др.

При всех испытаниях органических добавок температура образования второго

максимума 800° C оставалась неизменной. Это, однако, не означает, что

введение органических добавок для облегчения выбивки стержней во всех

случаях является бесполезным.

Прежде всего при низких температурах прогрева стержней до 400є C

введение органических добавок может содействовать прорыву пленок и снижению

работы, затрачиваемой на выбивку стержней. При высоких температурах,

превышающих 800°C, в условиях недостатка кислорода может происходить

неполное сгорание органических добавок, в результате чего между силикатной

пленкой связующего вещества и зерном наполнителя образуется инертная

прослойка сажистого углерода.

Известно, что инертные прослойки снижают адгезию пленок и уменьшают

прочность смесей. Поэтому введение таких добавок может уменьшить абсолютное

значение величины A, при температуре образования второго максимума или

близких к ней.

[pic]

Положительные результаты могут быть достигнуты лишь в том случае, если

органическая добавка будет расположена на поверхности зерен наполнителя под

силикатной пленкой.

Поэтому при выборе органических добавок следует отдавать предпочтение

порошкообразным (рис. 18, в), которые предварительно (перед добавкой

жидкого стекла) необходимо смешивать с наполнителем.

Растворы в уайт-спирите добавок типа битума имеют меньшее поверхностное

натяжение, чем водный раствор силиката натрия. Если поэтому их вводить в

смеси после жидкого стекла, то они не будут достаточно эффективны. Если же

их ввести в смесь до жидкого стекла, то при перемешивании вязкость

последнего очень быстро возрастает, что будет препятствовать вытеснению

раствора битума на поверхность водного раствора силиката натрия. Благодаря

этому положительное влияние добавки битума сохранится, хотя оно окажется

менее эффективным, чем при применении порошкообразных органических добавок

(рис. 18, а).

Наименьший эффект будет получен при использовании водных растворов,

например, мочевины (рис. 18, б).

1.6.Влияние хрупкой усадки

Результаты опытов (рис. 19) на отливках при разном отношении толщины

стенок отливки к радиусу стержней показали, что второй максимум образуется

примерно при 800° C, а те же смеси с добавкой 3% глины не достигли второго

максимума даже при 1150° C([pic]). Аналогичные результаты были получены при

введении в смеси химически чистого Al[pic]O[pic] ,MgO, мела и

боксита[10,11].

Рис.19.Работа, затраченная на выбивку из отливок стержней, продутых

CO[pic] и изготовлен-ных из смесей:

1 — кварцевого песка с 4% жидкого стекла;

2—кварцевого песка с 3% глины и 4% жидкого стекла.

Сопоставляя результаты испытаний образцов, не подвергавшихся действию

жидкого металла, и образцов, заливавшихся металлом, можно заметить, что

работа, затрачиваемая на выбивку стержней при температуре их нагрева,

соответствующей второму максимуму или близкой к ней, в последнем случае в

несколько раз выше, чем в первом. Основная причина этого заключается в том,

что стержни, установленные в литейной форме, подвергаются не только

нагреву, но и действию сил сжатия, проявляющихся при усадке отливок в

процессе их остывания.

[pic]

Чем тоньше зерновое строение наполнителя или специальной добавки, тем

выше величина работы, затрачиваемой на выбивку стержней. С другой стороны,

для более активного химического взаимодействия веществ их целесообразно

применять в тонкоразмолотом виде.

Таким образом, специальные добавки, вводимые в смесь в

тонкоизмельченном состоянии, обеспечивают значительное расширение

температурного интервала первого максимума, но в зажимаемых местах

стержней, прогревающихся до температуры второго максимума или близких к

ней, величина работы, затрачиваемой на выбивку, остается значительной. Для

снижения работы выбивки необходимо принимать дополнительные меры, к которым

относится, например, обеспечение «хрупкой» усадки стержней при их

охлаждении. Это может быть достигнуто принудительным охлаждением стержней

воздухом или водой, ускоренной выбивкой отливок из форм, применением

оболочковых стержней, двухслойных стержней с облегченной сердцевиной и

др.

1.7.Влияние ускоренного охлаждения

Эффективность ускоренного охлаждения стержней видна из опытов,

проведенных со смесью, содержавшей кварцевый песок, 5% жидкого стекла и 1 %

NaOH[10].

Опыты (рис. 20) показали, что путем увеличения скорости охлаждения

образцов,

предварительно нагретых до температуры образования второго максимума (800°

С), можно примерно в 3 раза сократить величину А. Аналогичные результаты

были получены при увеличении скорости охлаждения стержней, залитых

металлом.

Здесь также трудоемкость выбивки стержней из отливок при применении методов

ускоренного охлаждения сократилась примерно в 3 раза (рис. 21). Это

подтверждает представления о когезионном типе разрушения смесей и влиянии

на прочность стержней напряжений, возникающих в пленках при их охлаждении.

1.8.Влияние количества жидкого стекла

Из расчетов прочности смесей, известно, что при данном наполнителе и данном

связующем материале в случае когезионного типа разрушения прочность смеси

Рис. 22. Работа, затраченная на

выбивку стержней, высушенных при 200°C из стальных отливок:

1 — смесь с 8% жидкого стекла;

2— то же с 6%; 3 — то же с 4%.

будет непосредственно зависеть от количества введенного в нее связующего

материала. Следовательно, чем больше жидкого стекла будет введено в смесь,

тем труднее окажется выбивка стержней из отливок(рис.22).

Поэтому одним из действенных средств облегчения выбивки является

максимальное (допустимое по другим технологическим показателям) снижение

количества жидкого стекла в смеси.

1.9.Влияние модуля жидкого стекла

Изменение модуля стекла в пределах от 2.0 до 3.0 при незначительном

изменении содержания Na[pic]O в пределах 11,8—12.1 до 14,2—14,6% (ГОСТ

8264—56) мало влияет на условия выбивки стержней[11].

Существенное повышение модуля до 3,5 благоприятно сказывается на

улучшении выбивки, но одновременно заметно ухудшаются технологические

свойства смесей — пластичность, длительность сохранения физико-

механических свойств, что значительно затрудняет использование смесей в

производстве[6]. Поэтому более целесообразной является работа на жидком

стекле низкого модуля (в пределах, предусмотренных ГОСТ 8264—56) с

одновременным принятием мер для облегчения выбивки стержней в соответствии

с приведенными выше положениями.

2.Улучшение выбиваемости жидкостекольных наливных самотвердеющих смесей

2.1.Изменение прочности НСС в зависимости

от температуры нагрева

Одним из недостатков жидкостекольных НСС, тормозящих их более широкое

применение в литейных цехах, является плохая выбиваемость из отливок.

Причина последней – образование при 600-800єC легкоплавких силикатов,

которые при охлаждении приводят к спеканию смеси и резкому повышению её

прочности.

Для улучшения выбиваемости в смеси рекомендуют вводить различные добавки,

однако надёжных критериев выбора этих добавок практически нет. Органические

добавки чаще всего рекомендуют для улучшения выбиваемости смесей из

чугунных отливок, а неорганических из стальных.

Для улучшения выбиваемости жидкостекольных НСС пытались вводить в них те

же вещества, что и для улучшения выбиваемости обычных пластичных

жидкостекольных смесей (уголь, графит, кокс, мазут, опилки, глину, мел,

пульвербакелит и др.). Однако практика показала, что многие из этих веществ

снижают текучесть, устойчивость пены и прочность НСС, а также ухудшают

другие свойства НСС.

Таблица 4

Составы формовочных смесей, применяемых для исследования выбиваемости

| |Состав, мас. ч. |

| | |

| | |

|Смесь | |

| | |

| | |

| |Кварц|Ферро|Жидко| | | |

| |евый |хромо|е |Бенто|Вода |ДС - |

| |песок|- |стекл|нит | |РАС |

| | |вый |о | | | |

| | |шлак | | | | |

| | | | | | | |

|Пластичная жидкостекольная |100 |- |6 |- |2 |- |

|Пластичная самотвердеющая |95 |5 |6 |- |2 |- |

|НСС |95 |5 |6 |- |2 |0,07 |

|Песчано-глинистая |100 |- |- |10 |8 |- |

| | | | | | | |

В связи с этим изучена прочность смесей после нагревания и охлаждения[7].

Их состав приведён в табл. 4. Исследования показали, что при заливке

чугуном технологических проб максимальная температура прогрева НСС в центре

образца, т. е. на глубине 25 мм равна 800°C, а при заливке сталью – 1200°C.

Поэтому добавки, снижающие прочность НСС после нагрева до 800°C, считались

эффективными для чугунного литья, а после прогрева до 1200°C – для

стального.

Выбиваемость НСС и пластичной самотвердеющей смеси (см. табл. 4),

вследствие наличия в них шлака, значительно лучше, чем обычной

жидкостекольной. Несколько лучшая выбиваемость НСС по сравнению с

пластичными самотвердеющими смесями обусловлена большей пористостью НСС.

Однако выбиваемость ее, особенно при нагреве свыше 700°C, хуже, чем у

песчано-глинистых смесей.

Рис.23.Влияние температуры прогрева на прочность при сжатии различных

смесей:

1-самотвердеющей; 2-обычной жидкост-

кольной; 3-НСС; 4-песчано-глинистой.

Кривая прочности обычной жидкостекольной смеси (см. рис. 23, кривая 2)

имеет два максимума и два минимума. Такие же данные получены

исследователями ЦНИИТМаша. Кривые прочности пластичной жидкостекольной

самотвердеющей смеси (кривая 1) и НСС (кривая 3) имеют три характерных

участка: резкое снижение прочности при нагреве до 200°C, небольшое

изменение при 200–600°C; значительное повышение при 600–1000°C и еще более

высокое –при температуре выше 1000° С.

Снижение прочности смесей при нагреве до 200°C объясняется испарением

воды гелем, а также различными коэффициентами термического расширения

кварцевого песка и геля кремневой кислоты. В табл. 5 приведены результаты

изменений объема жидкостекольно-шлаковой композиции и НСС при нагреве их до

600° С.

Таблица 5

Изменение объема композиции и НСС в зависимости от температуры нагрева

|Смесь |Расширение (+) и усадка (–). % при температуре, °С |

| | 100| | 300| 400 | 500 | 600 |

| | |200 | | | | |

| | | | | | | |

|Жидкостекольно-шлакова| | | | | | |

|я композиция |+0,08|–4,40 |–4,60 |–4,50 |–4,40 |–4,20 |

|НСС | |+0,20 |+0,40 |+ 0,75 |+ 1,05 |+ 1.55 |

| |+0,08| | | | | |

В результате нагрева в пленке композиции, скрепляющей зерна наполнителя,

возникают внутренние напряжения, приводящие к образованию трещин и

частичному отрыву пленки композиции от зерна песка. Поэтому сушка стержней

или форм из НСС, выдержанных после изготовления более 2 ч, уменьшает их

прочность. Особенно сильно снижается прочность, если стержни и формы из НСС

выдержаны до сушки сутки и более.

При прогреве НСС до 700–720°C размягчение жидкостекольно-шлаковой

композиции не наблюдается, т. е. она находится еще в твердом состоянии.

После охлаждения прочность смеси существенно не изменяется и выбиваемость

ее вполне удовлетворительна.

Как показали исследования А. П. Семика, в интервале температур 720–1060°С

жидкостекольно-шлаковая композиция плавится. Образующаяся жидкая фаза

взаимодействует с зернами песка и приводит к спеканию смеси при охлаждении,

в результате чего прочность НСС возрастает, а выбиваемость ухудшается.

Вязкость композиции при 720—1060°C превышает 200 Па • с, поэтому

проникающая способность ее в поры смеси небольшая. При нагреве смеси выше

Страницы: 1, 2, 3