Первичные свойства формовочных песков

К ним относят химико-минералогический состав, зерновой состав, песчаная основа и глинистая составляющая песков.

ХИМИКО-МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ

КВАРЦ (SiO2) – основная составляющая часть песка. Его плотность = 2,65 г/см3, tпл= 1713 градусов. Твердость измеряется по шкале Мооса и составляет 7 единиц. Зерна кварца имеют различную окраску, обусловленную количеством примесей.

В качестве примесей могут использоваться полевые шпаты. Они все близки по хим составу и физ свойствам.

СЛЮДА – присутствует в песках в виде блестящих темных или серебристых чешуек. Наиболее распространенные слюды: мусковит (белая каллийская слюда) и бионит (черная жедезо-магнезиальная слюда). Твердость по шкале Мооса от 2 до 3 единиц. Плотность мусковит – 2,7, температура плавления – 1150, бионит- плотность-3,2, температура плавления –1400.

Полевые шпаты и слюды содержатся в некоторых песках в количестве до 15%. Из-за более низкой, чем у кварца tпл и взаимодействия с оксидами расплавленного Ме эти примеси вызывают образованием пригара на отливках. Желтая или буроватая окраска песков говорит о наличии гидроксида Fe в виде тонких пленок на поверхности зерен (существенно снижающую качество песка).

Наиболее вредной примесью в песках является феррит FeS.

Из других примесей отмечают ГЛАУКОНИТ(водный алюмосиликат FeиMg). В формовочных песках присутствует в виде мелких зерен округлой формы, окрашивает пески в зеленый цвет.

Глауконит в песке истерается и образовывается пыль, понижается газопроницаемость и повышается возможность образования газовых раковин и пригара.

ЛЮБОЕ СОЕДИНЕНИЕ FE В ПЕСКАХ - ОТРИЦАТЕЛЬНО.

ЗЕРНОВОЙ СОСТАВ

Совокупность всех зерен песка (зерновой состав) определяет большинство технологических свойств смесей. Совокупность частиц попадающих по размерам в один интервал является фракцией песка. Фракция с размерами частиц < 0,02мм независимо от хим состава называются ГЛИНИСТОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ.

Наибольшее значение имеет величина зерен, а также их форма и поверхность. Пески условно делятся по форме зерна на группы:

1. Округлой формы

2. Полуокруглой формы

3. Остроугольной формы

4. Осколочной формы

Поверхность зерен может быть гладкой, шероховатой, чистой или покрытой оболочкой другого вещества.

ТИПИЧНЫЕ ВИДЫ ОБОЛОЧЕК НА ПОВЕРХНОСТИ ПЕСКОВ

1. Глинистые (самые распростарненные)

2. Железистые

3. Переходные

В зависимости от содержания глинистой составляющей формовочные пески делятся на кварцевые и глинистые.

Кварцевые пески должны содержать не>2 % глинистой составляющей 90-97% кварца и до 10% посторонних примесей.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ ПЕСКОВ

К ним относится: насыпной вес, влажность, прочность, огнеупорность, газопроницаемость и другие определяющие пригодность для изготовления литейных форм.

НАСЫПНОЙ ВЕС зависит от минерального состава. Чем > плотность материалов, входящих в состав песка, тем > насыпной вес.

Насыпной вес тем больше, чем больше он уплотнен, и тем меньше, чем больше влаги он содержит.

ВЛАЖНОСТЬ

Вода в формовочных песках делится на 2 вида:

1. Вода, не входящая в состав минералов.

2. Вода, входящая в состав минералов.

1. располагается на поверхности зерен и в промежутках между ними. Она образует несколько слоев. После удаления воды из песка в нем остается гигроскопическая и пленочная вода, количество которой в % характеризует водопоглощающую способность песка. Эта способность зависит от размеров и удельной поверхности зерен песка. Для крупного - 1,57% - водопоглощающий, для мелкого – 2,73%, для пыли – 4,75%.

2. Делится на гидратную: конституционную и кристаллизационную, и цеолитную.

После выделения конституционной воды формовочные свойства песка ухудшаются. Зерна становятся менее дисперсными. Цеолитная вода входит в структуру минерала, но не участвует в строении кристаллической решетки. При нагревании эта вода выделяется постепенно. Влажность формовочных песков характеризуется соединением в них механически перемешанной воды и гигроскопической влаги.

ПРОЧНОСТЬ

Сухой кварцевый песок не имеет механической прочности, т.к. является сыпучим телом. Прочность влажного песка зависит от содержания и свойств жидкости, глинистой составляющей размеров форм и зерен кварца. С увеличением влажности песка прочность должна расти до максимума за счет сил поверхностного натяжения, а затем будет снова возрастать при дальнейшем увлажнении песка.

Прочность глинистых песков во влажном состоянии больше чем у безглинистых.

Прочность формовочных песков и смесей может быть определена во влажном, высушенном и нагретом состояниях при различных видах нагрузки (сжатии, растяжении, изгибе).

На сжатие проводят испытание во влажном состоянии, на растяжение – в сухом.

ОГНЕУПОРНОСТЬ

Т.е. свойство материала противостоять не расплавляясь воздействию высоких температур. Определяется по ГОСТу 4069-69 с помощью стандартных керамических присосок. Огнеупорность формовочных песков зависит от минералогического состава, зернистости и продолжительности нагревания. Кварцевые пески, состоящие в основном из зерен кварца (tпл = 1713 С) содержат другие минералы понижающие tпл песка. К этим минералам (примесям) относят: Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, щелочи.Введение небольшого количества Al2O3 снижает tпл SiO2ти смесь из этих эелементов образует эвтектику с tпл 1545С=>чем мельче зерна песка, тем быстрее они прогреваются и плавятся при более низкой температуре.

ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ

Т.е. способность песка пропускать через себя воздух. Газопроницаемость формовочного песка зависит от размера, формы и состояния поверхности зерен, однородности зернового состава, влажности и содержания глинистой составляющей. В следствие большого размера пор крупнозернистые пески имеют самую высокую газопроницаемость. Остроугольные зерна хуже уплотняются, чем округлые=>размеры пор у них больше. Но поверхность остроугольных зерен более шероховатая и создает большое сопротивление прохождению воздуха=>газопроницаемость остроугольных зерен может быть выше, равна, ниже, чем у округлых.

С увеличением количества воды в песках с низким содержанием глины приводит к снижению их газопроницаемости. Для песков со значительным содержанием глины газопроницаемость с добавлением воды сначала увеличивается, затем уменьшается. Газопроницаемость определяют при естественной или оптимальной влажности.

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИ СВОЙСТВА

Теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость и коэффициент тепловой аккумуляции влияют на процессы взаимодействия заливаемого Ме со стенками формы.

ФОРМОВОЧНЫЕ ПЕСКИ- сложные дисперсные системы, состоящие из зерен кварца, воды и воздуха=>теплофизические свойства их не постоянны.

Формирование кристаллического строения отливки, её свойств тесно связаны с интенсивностью отвода тепла от нее в процессе затвердевания и охлаждения.

Интенсивность отвода теплоты определяется коэффициентом аккумуляции формовочной смеси.

Теплоаккумулирующая способность обуславливает получение качественной поверхности отливок и условия их затвердевания. Для кварцевого песка величина тепловой аккумуляции составляет 1260 Вт*с^1/2 / (м^2*C).

Хромомагнезитовый песок применяют ….из высоколегированный сталей.

ШАМОТ – получают путем обжига каолинов и огнеупорных глин. Шамот не имеет структурных превращений, инертен по отношению к расплавленному Ме, что позволяет получать отливки высокого качества.

ФОРМОВОЧНО-СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ

Это смесь формовочных материалов, соответствующих требованию технологического процесса литья и изготовления литейной формы (литейных стержней) по ГОСТу 18169-86.

Формовочная смесь представляет собой дисперсную систему, состоящую из множества твердых частиц, зерен наполнителя или огнеупорной основы, окруженных и связанных между собой связующим, который равномерной оболочкой покрывает поверхность зерен или располагается в местах их контакта.

РИСУНОК

А) Связующее равномерной оболочкой покрывает зерна огнеупорной основой.

Б) Связующее расположено в местах контакта зерен наполнителя.

А) и Б):

1. Зерно огнеупорного наполнителя

2. Связующее

3. Поры

ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ – природные и искусственные материалы, используемые для изготовления неМе-х литейных форм(стержней), а также формовочных красок и разделительных составов.

Материалы, используемые при разработке и приготовлении форм(стержней) называются ИСХОДНЫМИ. Они разделяются на 3 группы:

1. Основная огнеупорная часть(наполнитель)

2. Связующее

3. Технологические добавки, выполняющие функции отвердителей(катализаторов), поверхностно активных веществ, противопригарных реагентов, а также компонентов, регулирующих некоторые технологические свойства: текучесть, пористость, податливость, газопроницаемость, тепловую активность, выбиваемость, прилипаемость, прочность.

НАПОЛНИТЕЛИ – должны обладать высокой огнеупорностью, термической прочностью, инертностью к расплавленному Ме, механической прочностью, однородным зерновым составом и минимальной стоимостью.

СВЯЗУЮЩЕЕ – предназначено для соединения зерен огнеупорной основы между собой.

Формовочные смеси различают по:

1. Назначению(для отливок из чугуна, стали, цветных сплавов)

2. Применению при формовке(единые облицовочные, наполнители)

3. Составу(песчано-глинистые, быстро твердеющие, специальные)

4. В том числе от состояния форм перед заливкой в них сплава(т.е. для сырых, сухих, подсушиваемых и химически-твердеющих форм)

Единые смеси должны обладать прочностью, пластичностью, газонепроницаемостью. Они достигаются применением высококачественных кварцевых песков(марок 1к, 2к), бентонитовых глин, специальных добавок.

Формовочные смеси должны обладать высокой прочностью и термохимической устойчивостью, т.к. температура заливки стали>t заливки других литейных сплавов.

Формовочные смеси для чугунных отливок готовят из глинистых песков. В качестве противопригарной добавки в смеси для формовки по-сырому добавляют каменноугольный порошок.

При формовке по-сырому крупных форм используют облицовочные и наполнительные смеси. В облицовочной смеси для формовки по-сухому, особенно форм тонкостенных отливок в целях увеличения податливости добавляют опилки или торфяную крошку.

Формовочные смеси для отливок из цветных сплавов должны обеспечивать чистоту поверхности отливок. Особенно это важно для сплавов, имеющих большую жидкотекучесть(оловянные бронзы).

СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ

К ним предъявляют более жестокие требования, чем к формовочным. Прочность стержня в сухом состоянии и его поверхностная твердость должны быть больше этих же параметров формы.

Стержневые смеси должны иметь большую огнеупорность, податливость и небольшую гигроскопичность, особенно при формовке по-сырому, высокую газопроницаемость, хорошую выбиваемость.

При единичном и серийном изготовлении форм и стержней применяют ПЖС(песчано-жидкостекольные смеси). Они плохо выбиваются, плохо поддаются регенерации и дают повышенный пригар на чугунных отливках, но благодаря развитию химии полимеров произошли перемены, в ходе которых разработаны высокопроизводительные процессы изготовления форм и стержней на новой основе. Главными особенностями новых процессов является сокращение продолжительности или ликвидация теплового упрочнения смесей, максимальное уменьшение или ликвидация процесса уплотнения, а также сокращение финишных операций.

Первым достижением в области технологии формы стало создание смесей с жидким стеклом, отверждаемых углекислым газом (СО2-процесс) или кратковременной сушкой.

Особенностью смесей на жидком стекле является высокая прочность и быстрое отверждение. Наряду с ЖСС широкое распространение получили ПСС (пластические самотвердеющие смеси), характеризующиеся стабильностью процесс и высокими противопригарными свойствами, выбиваемость становится затруднительной.

Идеальная формовочная смесь должна быть достаточно дешевым, текучим, газообразным веществом, которое при контакте с модельной оснасткой мгновенно затвердевает при нормальной tре, образуя тонкую оболочковую форму с гладкими стенками и высокой прочностью. Форма не смачиваемая и химически инертна по отношению к заливаемому Ме. Имеет достаточную газопроницаемость для удаления газов и воздуха из формы при заливке, сохраняет прочность и стабильность размеров до затвердевания.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПРОТИВОПРИГАРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Бывают органические (пылевидный уголь, мазут, кристаллический графит) и неорганические.

ОТВЕРДИТЕЛИ – благодаря их взаимодействию со связующими способствуют быстрому химическому отверждению смесей без тепловой сушки (СО2 и сепарированный шлак).

КАТАЛИЗАТОРЫ – ускоряют реакцию, сами не претерпевая изменения. В ХТС роль катализаторов играют кислоты.

ПЕНООБРАЗОВАТЕЛИ – используют в наливных самотвердеющих смесях (НСС). Сульфанаты.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФОРМ. СМЕСИ

СМЕСЕПРИГОТОВИТЕЛИ - … из предварительно приготовленных компонентов.

Тщательная подготовка компонентов, исходных материалов, оборотной смеси является усилителем стабилизации свойств.

ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ:

1. Подготовка исходных материалов

2. Подготовка оборотной смеси

3. Приготовление самой смеси

ПОРЯДОК ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ

Исследованиями установлено, что оптимальной является следующая последовательность ввода компонентов при смешивании:

- наполнитель + твердые добавки + связующее (пример: ПГС. Песок + глина – перемешивание каждого компонента в течение 1 минуты + вода – перемешивание 8 минут.

ЖСС: песок + едкий натр + жидкое стекло – перемешивание

ХТС: песок + БСК (бензоло-сульфо - кислота) + смола).

РЕГЕНЕРАЦИЯ ФОРОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ

Под действием высокой t р, а также в результате взаимодействия между отливкой и формой в смесях происходят процессы, необратимо изменяющие состав и свойства слоя смеси, прогретого теплом отливки. Толщина слоя формовочной смеси, в которой происходят эти процессы, приблизительно от t р заливаемого Ме, теплофизических свойств формовочной смеси, толщина стенки отливки и выдержки её в форме до отливки.

Для средних отливок их чугуна и стали толщина этого слоя составляет до 30 мм или приблизительно 15% от Vформы. Основная же масс а формовочных смесей практически не претерпевает изменений и свойства её не меняются=> после выбивки из опок смесь, называемая отработанной, используется повторно, её подвергают операции регенерации (восстановления).

Для этого используют разные способы:

1. Пневматический

2. Гидравлический

3. Термический и тд.

Терморегуляция основана на обжиге формовочной смеси в высококислотной газовой среде.

ФОМОВОЧНАЯ СМЕСЬ

Применяемая в современных технологических процессах (особенно для автоматической формовочной линии) представляет собой многокомпонентную систему, т.к. она должна обеспечивать высокое качество отливок, обладать целым комплексом необходимых свойств и обеспечивать заданную производительность линии. В основу классификации формовочных смесей положено несколько признаков:

1. Род металла – используются смеси для стального и чугунного литья.

2. Срок службы – разовые и полупост-ые формы используются

3. Тип формы – сырая, сухая формовка, с подсушиваемой поверхностью, самовысыхающая, специальные смеси

4. Масса отливок – смеси для мелкого, среднего, крупного литья

5. Применение при формовке – облицовочные, наполнительные, единые, оборотные смеси.

ОБЛИЦОВОЧНАЯ СМЕСЬ - формовочная или стержневая смесь для образования рабочего слоя литейной формы или литейного стержня.

НАПОЛНИТЕЛЬНАЯ – формовочная или стержневая смесь для заполнения опоки или стержневого ящика.

ЕДИНАЯ – формовочная или стер.смесь, использующаяся одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси.

ОТРАБОТАННАЯ – ф или с смесь, использующаяся одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси.

ОБОРОТНАЯ – отработанная смесь, подготовленная для повторного употребления в качестве компонента формовочных смесей.

(жуковский, аньсович – формовочные материалы и технология литейной формы. Реферат: СО2 – процесс.колдбокс-процесс. борик)

Смеси отличаются друг от друга степенью освежения, т.е. содержанием свежих формовочных материалов (песок+глина). Например, для наполнения смеси степень освежения должна составлять 0-7%, для единой до 15% для облицовочной до 100.

Основными свойствами формовочных смесей, которые подвергаются текущему контролю являются: влажность, прочность, газопроницаемость, глиносодержание и зерновой состав песчаной основы.

Важным фактором для получения качественных отливок является температура оборотных смесей, которые не должны быть >30-40’С.

СМЕСИ ДЛЯ ФОРМОВКИ ПО-СЫРОМУ

При формовке по сырому имеют значения 3 показателя: прочность при сжатии, газопроницаемость, влажность.

Литейщик, стремящиеся к получению заданной прочности смеси при min количестве бентонитовой глины, что обеспечивает высокую газопроницаемость, т.к. при заливке сырой формы выделяется количество паров воды, которое должно удаляться через форму.

Главное преимущество формовки по-сырому заключается в том, что при её применении сокращается ПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ И РАСХОДЫ НАРАБОЧУЮ СИЛУ.

Формовка по-сырому применяется для любого вида литья, но для этого смесь должна готовиться из качественных и хорошо приготовленных материалов.

Формовочные смеси для стальных отливок, как правило, состоят из песков марок 1к и 2к, содержащие не менее 95 % SiO2 и огнеупорной глины 1-го сорта. Это вызвано тем, что температура заливки стали выше, чем чугуна=> форма должна обладать > огнеупорностью и прочностью. Для изготовления мелких стальных отливок по-сырому применяют облицовочные смеси, а вместо глины для упрочнения формы вводить связующее (ж. стекло).

При изготовлении мелких и средних по массе отливок рекомендуется применять пески с зернистостью от 0,16 до 0,2. Применение более крупного песка делает поверхность отливки более грубой. Формовочные смеси, используемые в условиях механизированного и автоматизированного производства отливок, представляют собой сложную синтетическую систему. Зерновую основу смеси составляют гранул свежего песка и зерна кокса, добавляют мелкую фракцию, которая состоит из каменноугольной пыли и бентонита. Необходимое количество воды, используемое при изготовлении формовочной смеси, определяют из расчета (до 0,5%-на смачивание песчаной основы;~0,3%-суммарно на частицы каменноугольной пыли и количество H2O для использования связующей способности бентонита).

Равномерное распределение бентонита в смеси облегчает процесс перемешивания компонентов в бегунах, улучшает санитарно-гигиенические условия труда (отсутствие запыленности), увеличивается связующая способность бентонита и уменьшается цикл смесепригоовления.

Для улучшения товарного вида отливок и уменьшения пригара в составе формовочно-стержневых смесей используют углеродосодержащие материалы: молотый уголь, каменноугольная пыль, органические вещества. Самый распространенный материал – молотый уголь. Дешев и эффективен. Подачу материалов при получении формовочных смесей для формовки по-сырому осуществляют в последовательности:

1. Подача сухих компонентов в бегуны (оборотная смесь + песок + молотый уголь + бентонит в виде порошка)

2. Подача жидких компонентов смеси (вода, бентонит в виде суспензии)

3. Подача технологических добавок (ПАВ)

4. Перемешивание

Показатель газопроницаемости формовочных смесей регламентируется ГОСТом 23409.6-78, определяется составом смеси степенью её уплотнения.

Предел прочности при сжатии во влажном состоянии регламентируется ГОСТом 23409.7-78.

Формуемость определяется ГОСТом 23409.15-78 и характеризует вязкость (сыпучесть) смесей в неуплотненном состоянии, т.е. способность формовочной смеси хорошо распределяться по высоте и S опоки.

Дата добавления: 2014-01-11