На рис. 13 приведены результаты испытания смеси с 3% бок­сита Тихвинского месторождения. Из опытов видно, что законо­мерность образования второго максимума за счет AlO, содер­жащегося в боксите, оказалась такой же, как при использовании химически чистого AlO 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, 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

в %

№ сит

Остаток

в %

№ сит

Остаток

в %

№ сит

Остаток

в %

2.5

1.6

1,0

1,0

12,4

24.6

063

04

0315

17,47

8,5

3,2

020

016

010

3,2

5.8

2,6

0063

005

Тазик

1.5

1,0

0,44

Аналогичные результаты были получены при введении в смеси с жидким стеклом не только AlO, но и других добавок, способных образовывать с NaO и SiOтройные системы с высокой темпера­турой плавления. В качестве таких добавок были взяты CaO и MgO. Согласно диаграмме состояния

Рис. 14. Диаграмма состояния системы NaO–CaO–iO.

(рис. 14) максимальная температура плавления тройных соединений, лежащих на ли­нии АА и содержащих SiO: NaO= 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) 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 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 NaO–MgO–SiO (линия A—A на рис. 16) повысить температуру второго максимума работы выбивки до 1400° C (рис. 17).

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.

              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 .............................

Тихвинский боксит ...........................

Фосфорит ...........................................

Жидкое стекло ...................................

Мазут ..................................................

Вода ....................................................

100,0

   ─

   ─

  6,5

  0,5

  1,0

   100,0

     3,5  

      ─

     6,5

     0,5

    1,0

 100,0

     ─

   1,0

   6,5

   0,5

   1,0

 100,0

    ─

   3,0

   6,5

   0,5

   1,0

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 400º 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.

 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(). Ана­логичные результаты были получены при введении в сме­си химически чистого AlO ,MgO, мела и боксита[10,11].

  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.

   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

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 NaO 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 600-800ºC 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

Смесь

Состав, мас. ч.

Кварцевый песок

Феррохромо-

вый шлак

Жидкое стекло

Бентонит

Вода

ДС - РАС

Пластичная жидкостекольная

Пластичная самотвердеющая

НСС

Песчано-глинистая

100

95

95

100

―

5

5

―

6

6

6

―

―

―

―

10

2

2

2

8

―

―

0,07

―

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.

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

        200

     300

   400

    500

   600

Жидкостекольно-шлаковая композиция

НСС

+0,08

+0,08

  –4,40

  +0,20

   –4,60

   +0,40

  –4,50

 + 0,75

   –4,40

   + 1,05

  –4,20

 + 1.55

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 1060°C вязкость ее вследствие расплавления композиции снижается и при 1100°C составляет 8 Па • с. Благодаря этому резко возрастает про­никающая способность композиции в поры между наполнителем, вследствие чего (после охлаждения) прочность НСС значительно уве­личивается, а выбиваемость резко ухудшается.

О расплавлении связующей композиции можно судить по умень­шению прочности НСС, измеренной непосредственно при высоких температурах (табл. 6).

Наблюдалось, что при нагреве до800°C после приложения нагрузки образец рассыпался на куски, а при 800ºC и выше начинал течь.

Нерастворившаяся часть шлака является включениями в связую­щем и частично снижает прочность НСС, поэтому выбиваемость

Таблица 6

Влияние температуры на прочность НСС

Время     выдержки      образцов в

печи, мин

Прочность на сжатие, кгс/см‚ (9,8-10„ Па), при нагреве, °C

200

400

600

800

1000

1200

1300

5

30

45

60

10,0

9,0

8,5

8,0

8,5

7,5

7,0

6,5

7,0

6,0

5,8

5,0

2,0

1.8

1,0

0,5

1,0

0,5

0,2

0

0,3

0

0

0

0

0

0

0

НСС немного лучше, чем у обычных жидкостекольных смесей, не содержа­щих феррохромового шлака.

2.2.Влияние усадки отливки

Кроме температуры, на выбиваемость НСС в значительной мере влияет усадка отливки. Об этом свидетельствуют результаты экспе­риментов с различными железоуглеродистыми сплавами по заливке в форму при 1550°C (табл. 7).

Таблица 7

Влияние усадки сплавов на выбиваемость НСС

Сплав

Усадка сплава, %

Работа выбивки, Дж, при плотности

смеси, 10ƒ кг/мƒ

1,1

1.3

1,5

1,7

Серый чугун СЧ 15-32 Половинчатый чугун Белый чугун

Сталь ЗОЛ

0,9—1,1 1,4—1,6 1,9—2,1 1.9—2,1

5,0—5,5 6,0—6,5 7,0—8,0 7,5—8,0

14—15 18—20 23—25 24—25

46—48 62—64 78—80 78—80

120—125 156—160 195—205 195—205

Поскольку усадка стали больше, чем чугуна, выбиваемость НСС из стальных отливок в 1,5–1,6 раза хуже, чем из чугунных вследствие увеличения сил сжатия на стержень.

2.3. Влияние неорганических добавок на выбиваемость НСС

Выбиваемость НСС улучшается при снижении содержания жид­кого стекла, повышении его модуля и увеличении содержания ферро­хромового шлака, благодаря повышению температуры плавления жидкостекольно-шлаковой композиции и увеличению ее вязкости.

Добавка шлака улучшает выбиваемость НСС, поскольку при этом повышается температура плавления жидкостекольно-шлаковой ком­позиции (рис. 24). Однако содержание феррохромового шлака более 5% ведет к уменьшению текучести смеси и снижению ее прочнос­ти, особенно поверхностной. Уменьшение количества жидкого стекла ниже 6% также ведет к снижению конечной прочности НСС. Поэтому для получения НСС с удовлетворительной выбиваемостью необходимо строго дозировать состав НСС, особенно количество жидкой компо­зиции.

Удовлетворительная выбиваемость НСС наблюдается при содер­жании в смеси не более 6,0—6,5%   жидкого стекла   с    модулем    не

менее 2,7 и плотностью (1,48—1,52) • 103 кг/м3 или 8—8,5% жидкостекольной компози­ции с плотностью (1,29—1,31) • 103 кг/м3 при содержании феррохромового шлака не      менее 4—5%.

Из рис. 25 видно, что выбиваемость значительно улучшается с по­нижением плотности НСС и уменьшением температуры прогрева. Хорошая выбиваемость НСС наблюдается при плотности (1,0–1,1)´ 103 кг/м3 и температуре прогрева не более 600° С. Однако для по­лучения достаточной прочности 1,5–3,0 кгс/см2, или (14,7–29,4)´  104 Па, через 1 ч плотность НСС необходимо выдерживать в пре­делах (1,3–1,4)´103 кг/м3.

Чтобы улучшить выбиваемость НСС, как уже указывалось, необ­ходимо вводить в нее добавки. Многие неорганические добавки улуч­шают выбиваемость НСС при прогреве до 700–1200°C, однако мак­симального эффекта можно добиться при прогреве до 800–900° С. Улучшение выбиваемости при этом обусловлено, в основном, повыше­нием температуры плавления и вязкости жидкостекольно-шлаковой композиции. Исследования, проведенные в КПИ и другими авто­рами, показали, что из неорганических добавок лучшие результаты по улучшению выбиваемости НСС дают оксид и гидроксид алюминия (2,0–2,5%), алюминиевая пудра (0,5–0,6%), а также фосфоритная мука, шамот, вспученный перлит и вермикулит (по 1%). Однако при вводе неорганических добавок выбиваемость НСС улучшается мало, так как в смесь нельзя ввести необходимое количество добавки (3–5%) из-за сильного снижения текучести, а в некоторых случаях и ухудшения прочности смеси. Поэтому перед вводом в НСС неорганические добавки следует подвергать специальной обработке.

Известно, что глина улучшает выбиваемость  НСС. Добавки в НСС пятихатской глины, обожженной при 700°C, резко уменьшает работу выбивки стержней из стальных и чугунных отливок (табл. 8).

    Из-за резкого снижения текучести содержание глины в НСС не превышает 1,0%. Такое количество глины не оказывает существенного влияния на выбиваемость НСС. Перед вводом в НСС большего (>3–4%) количества глины её необходимо предварительно обработать СДБ, инден-кумароновой смолой, мазутом или прокалить при 700–750°С. Обработанная таким образом глина в количестве 3–4% улучшает выбиваемость НСС в интервале температур 400–1200°С, поэтому ее можно рекомендовать в качестве добавки для улучшения выбиваемости НСС из чугунных и стальных отливок.

Таблица 8

Влияние добавки отожжённой глины на выбиваемость НСС

Сплав

Работа выбивки стержней, Дж, при содержании глины и НСС, %

―

2

4

6

8

Сталь

Чугун

161,40

52,90

102,60

32,64

10,08

4,47

9,00

1,02

3,84

0,97

.

2.4. Влияние органических добавок на выбиваемость НСС

Большинство органических добавок снижает прочность НСС после прогрева до 800°C и заметно улучшает выбиваемость НСС из чугунных отливок[2,7]. Наиболее рациональными и экономичными следует считать следующие добавки: древесные опилки (0,6–1,0%), древесный пек или крепитель ДП (1,0–1,5%), каменный уголь или кокс (1,5–2,0%) и др. При большем содержании этих добавок снижается текучесть НСС. Чтобы уменьшить влияние опилок на текучесть НСС, их необходимо замачивать в воде в соотношении 1 : 1, а еще лучше — в воде с добав­кой 0,025% ПАВ. При этом в НСС вводится соответственно меньшее количество воды и ПАВ. Лучшие результаты получают при добавле­нии опилок с размерами ситовой фракции около 2 мм. Выбиваемость НСС при прогреве до 700–800°C улучшается также, если добавить к ней 0,5–1,0% патоки; 1,0–1,5% торфа; 1,5–2,0% графита; 0,7–1,0% твердой СДБ и др.

Из добавок, которые существенно не влияют на текучесть и проч­ность НСС, но улучшают выбиваемость, следует отметить гидрол производства Верхнеднепровского крахмало-паточного завода и Бесланского (Северная Осетия) маисового комбината. Гидрол Бесланского комбината перед вводом в НСС необходимо нейтрализо­вать.

Влияние добавки гидрола на выбиваемость НСС после нагрева до различных температур показано в табл. 9.

Из таблицы видно, что добавка гидрола улучшает выбиваемость НСС при прогреве их до температуры не выше 800°C, поэтому гидрол заметно улучшает выбиваемость НСС только из чугунных отливок.

Новолачные смолы (№ 15, 18, 76, 104, 180, пульвербакелит, идитол и др.) улучшают выбиваемость НСС лишь при прогреве до 800° С. При прогреве выше этой температуры выбиваемость НСС резко сни­жается. Поэтому добавка новолачных смол улучшает выбиваемость НСС лишь из чугунных отливок. Выбиваемость НСС из стальных от­ливок улучшается только при добавке идитола.

Резольные смолы (№ 214, 236, 228 и др.) при добавке их 0,3–0,5% резко уменьшают работу выбивки при нагреве НСС до 1200°C, т. е. они эффективны для улучшения выбиваемости НСС как из чугунных, так и из стальных отливок. Однако эти смолы снижают текучесть сме­сей.

Таблица 9

Влияние добавки гидрола на выбиваемость НСС

Добавка

гидрола, %

Работа выбивки, Дж

после нагрева до температур, °C

Из отливок

20

200

400

600

800

1000

1200

Чугуна

стали

—

1

2

3

5

2,2

2,2

2,2

2,2

2,2

1,8

1,6

1,8

2,2

2,8

1,4

1,2

1.5

1,8

2,0

1,6

1.0

0,8

0,6

0,5

2,2

1,0

0,8

0,7

0,7

3,2

1,8

1,5

1,4

1,3

5,0

2,8

2,5

2,2

2,0

10—12

7,0

5,0

3,0

1,0

20—25

18

16

13

12

Полихлорвиниловая смола (ПВХ-С60) снижает прочность НСС при прогреве до 1000–1200°C, а поэтому также улучшает выбиваемость из чугунных и стальных отливок.

Из продуктов коксохимического производства особого внимания заслуживают инден-кумароновые, стирольно-инденовые и каменно­угольные смолы. Влияние инден-кумароновых смол на выбиваемость и другие свойства НСС после нагрева до различных температур пока­зано в табл. 10 и 11.

Из табл. 10 видно, что все инден-кумароновые смолы резко снижа­ют прочность НСС при прогреве до 1000°C и только при 1200°C работа выбивки несколько увеличивается. Поэтому инден-кумароновые смолы улучшают выбиваемость стержней из НСС из стальных отливок.

Таблица 10

Влияние добавки инден-кумароновой смолы на выбиваемость НСС

Марка

инден-кумаро-

новой молы

Добавка

смолы,

%

Работа выбивки, Дж, после нагрева до

температур, °C

20

200

400

600

800

1000

1200

НСС

без смолы

—

2,2

1,6

1,4

1,8

2,2

3,2

5,0

B\I

0,3

0,5

2,2

2,2

2,2

0,7

0,4

0,1

0,4

0,2

0,1

0,2

0

0

0,2

0

0

0,4

0,2

0,1

0,6

0,4

0,3

Д/IV

0,3

0,5

1,0

2,2

2,2

2,2

1,0

0,5

0.3

0,6

0,4

0,1

0,5

0,3

0,1

0,5

0,3

0,1

0,6

0,4

0,2

0,8

0,7

0,6

Д/V

0,3

0,5

1,0

2,2

2,2

2,2

1,0

0,7

0,5

0,8

0,5

0,3

0,6

0,5

0,3

0,6

0,5

0,3

0,8

0,8

0,6

1,0

0,9

0,8

Таблица 11

Влияние добавки инден-кумароновой смолы на свойства НСС

Марка инден-кумароно­вой

смолы

Добавка смолы, %

Текучесть,

мм

Устойчивость пены,мин

Прочность на

сжатие, кгс/см2

(9.8-104 Па), через, ч

1

24

НСС без смолы

—

110

8—10

2,0

6,0

В/I

0,3

0,5

1,0

1,5

2,0

110

108

108

106

105

8

7

8

8

7

2,0

2,0

2,2

2,2

2,5

6,0

6,0

6,2

6,5

6,5

Д/IV

0,3

0,5

1,0

1.5

2,0

112

110

110

108

106

8

7

7

8

7

2,0

2,0

2,0

2,2

2,0

6,0

6,0

6,5

6,2

6,0

Д/V

0,3

0,5

1,0

1,5

2.0

110

110

110

108

106

8

8

8

7

7

2,0

2,0

2,0

2,2

2,2

6,0

6,0

6,2

6,2

6,5

Стерж­ни из НСС при добавке смолы B/I в количестве 1,0% высыпались из отливки. Преимуществом инден-кумароновых смол является также и то, что при добавке до 2% они практически не влияют на текучесть, прочность и другие технологические свойства НСС (см. табл. 11).

Резкое улучшение выбиваемости НСС при добавке инден-кума­роновых смол  объясняется   выделением   при нагреве значительного количества сажистого углерода, который распределяется в жидкостекольной композиции и поэтому снижает прочность смеси. Разло­жение этих смол при нагреве подробно рассматривается в работах Д. М. Колотило.

Инден-кумароновые смолы выпускаются коксохимзаводами по ГОСТ 9263—66.

Хорошие результаты по улучшению выбиваемости НСС получены при добавке в смесь каменноугольной смолы марки B (ГОСТ 4492– 65) (табл. 12).

Для улучшения выбиваемости обычных быстротвердеющих жидкостекольных смесей добавляют мазут. Впервые он был применен на Коломенском заводе тяжелых станков.

Способ улучшения выбива­емости НСС добавкой мазута привлекает своей дешевизной, простотой и удобством дозирования. Однако попытки многих литейщиков применить мазут для улучшения выби­ваемости НСС оказывались безуспешными, поскольку не все его марки пригодны для этой цели: при вводе 0,1–0,3% мазута резко уменьша­лась устойчивость пены, а жидкая подвижность НСС исчезала еще в смесителе.

Таблица 12

Влияние добавки каменноугольной смолы на выбиваемость НСС

Добавка каменно-угольной смолы, %

Работа выбивки, Дж

после нагрева до температуры, °C

Из отливок

20

200

400

600

800

1000

1200

Чугуна

стали

―

0,5

1,0

2,0

2,2

2,2

2,2

2,2

1,6

2,4

3,0

4,0

1,4

1,5

1,5

2,8

1,8

0,8

0,8

1,0

2,2

1,3

0,6

0,2

3,2

1,8

1,4

0,6

5,0

2,6

2,2

1,7

10–12

1,0

0,5

0,2

20–25

17,0

7,0

1,5

В связи с этим в КПИ было изучено влияние различных марок ма­зута на технологические свойства НСС. Известно, что на нефтепере­рабатывающих заводах разделяют нефть на составляющие в зависимос­ти от температуры кипения (конденсации) последних. Полученный в результате перегонки нефти мазут является полупродуктом и носит название прямогонного или мазута ABT (от названия установки — атмосферно-вакуумно-трубчатая). При крекинге мазута образуется крекинг-остаток, часть которого используется как товарный мазут, а часть — для получения нефтяного кокса.

Согласно ГОСТ 10585 — 65, товарный мазут как топливо выпуска­ется следующих марок: флотский (Ф5 и Ф12); топочный (40, 100 и 200) и для мартеновских печей (МП). Основной частью мазута любой марки является прямогонный мазут, крекинг-остаток либо их смесь. Мазуты различных марок различаются, в основном, вязкостью, температура­ми вспышки и застывания, теплотой сгорания. Содержание в мазуте керосина, газойля, солярной фракции и других примесей ГОСТом не регламентируется. На многих заводах в мазут для снижения темпе­ратуры застывания, уменьшения вязкости и др. вводят керосин, га­зойль и другие составляющие.

Нефтепродукты по-разному влияют на свойства НСС. Например, керосин, газойль, соляровая фракция  резко уменьшают текучесть НСС даже при добавке их в очень малом количестве (0,1%). В то же время прямогонный мазут  и крекинг-остаток  можно вводить в НСС в коли­честве до 3% без значительного изменения текучести смеси. Это обусловлено большой молекулярной массой прямогонного мазута и кре­кинг-остатка по сравнению с легкокипящими нефтепродуктами я вследствие этого малой способностью его к гашению пены.

Исследования изменения поверхностного натяжения  жидкостекольной композиции с ДС-РАС при добавке к ней различных нефте­продуктов показали, что при добавке керосина ее поверхностное на­тяжение растет с 32 . 10-3 Н/м до 41 . 10-3 Н/м, тогда как при до­бавке мазута оно сохраняется практически постоянным. Поэтому в НСС можно вводить прямогонный мазут, крекинг-остаток или их смесь которые не загрязнены легкокипящими нефтепродуктами в НСС нельзя добавлять мазут Ф5, который согласно ГОСТу содер­жит не менее 20% керосино-газойлевой фракции.

В КПИ исследовано влияние на свойства НСС мазутов разных марок, выпускаемых Одесским, Херсонским, Кременчугским На-дворнянским, Дрогобычским, Новокуйбышевским и Ухтинским (Коми) нефтеперерабатывающими заводами. Исследования по­казали, что мазуты марки 40, выпускаемые Одесским, Херсонским Дрогобычским и Надворнянским заводами, из-за содержания в них керосина, соляровой фракции и др., не пригодны для улучшения выбиваемости НСС, так как быстро гасят пену и резко снижают текучесть смеси. Прямогонный мазут и крекинг-остаток указанных заводов впол­не пригодны для ввода в НСС с целью улучшения выбиваемости по­скольку не содержат легкокипящих фракций. В табл. 13  показано влияние различных марок мазута Одесского нефтеперерабатывающего за­вода на свойства НСС.

При добавке 2–3% прямогонного мазута или крекинг-остатка НСС сохраняет хорошую текучесть, высокую прочность.

Таблица 13

Влияние добавки мазута на свойства НСС

Марка

мазу­та

или вид

Добавка мазута в НСС, %

Теку­честь

, мм

Устой-

чи­вость

пе­ны,

мин

Прочность,

кгс/см2

(  8*104 Па)

Газопроница-

емость, ед.

1 ч

24 ч

1 ч

24 ч

40

40

0,5

1,0

90                             6–7

Смесь не течёт

3,5

―

9,5

—

102

—

275

—

Прямо-

гонный

0,5

1,0

2,0

3,0

100

100

100

90

13

11

8

5

1.8

1.7

1.8

2,5

7,0

8,7

10,0

12 ,0

42

46

80

90

326

398

400

500

Крекинг

Остаток

0,5

1,0

2,0

3,0

105

100

100

90

10

8

9

4

1,8

2,5

1,9

3,0

5,0

6,1

6,7

12,0

10

55

67

50

610

610

540

610

Хорошие результаты дает мазут марки 100, выпускаемый Кре­менчугским, Ухтинским и Новокуйбышевским заводами. Мазут марки 100 Кременчугского завода представляет собой обычный прямогонный мазут и его можно вводить в НСС до 3%. При этом текучесть НСС вполне удовлетворительная, прочность высокая (2,0—3,5 кгс/см2, или (19,6—34,6) • 104 Па через 1 ч) и газопроницаемость хорошая (60—80 ед. через 1 ч и 500—700 ед. через 24 ч после заливки).

Мазут марки 100, а также прямогонный мазут и крекинг-остаток Ухтинского завода можно вводить до 4% без заметного ухудшения текучести и других свойств НСС, поскольку они не содержат легкокипящих примесей.

В табл. 14 показано влияние количества мазута на выбиваемость НСС.

Из таблицы видно, что мазут резко улучшает выбиваемость НСС, даже при прогреве смеси до 1200° С.

При введении органических добавок выбиваемость НСС в большой мере зависит от количества сажистого углерода, образующегося из

Таблица 14

Влияние добавки мазута на выбиваемость НСС

Добавка мазута, %

Работа выбивки, Дж, при нагреве НСС до температуры, °C

20

200

400

600

800

1000

1200

―

0,5

1,0

2,0

2.2

2,2

2,2

2,2

1,8

3.0

4.0

6,0

1,4

2,4

2,0

1,8

1,6

2,0

1,5

1,3

2,2

1,5

1,0

0,8

3,2

2,0

1.5

0,7

5,2

2,5

1,7

0,7

этой добавки при нагреве смеси. Добавки, выделяющие большое коли­чество сажистого углерода (инден-кумароновые смолы, мазут и др.), улучшают выбиваемость намного больше, чем  углерод - содержащие до­бавки, образующие меньше сажистого углерода.

Такое влияние сажистого углерода подтверждают также опыты, при которых в НСС вместе со смолами вводили окислитель – нитрат аммония. Окислитель уменьшал количество сажистого углерода, вследствие чего выбиваемость ухудшалась. Размер частиц и рас­пределение образовавшегося сажистого углерода оказывают большое влияние на выбиваемость НСС. Например, при вводе 0,25% сажи вы­биваемость НСС составляла около 17 Дж, тогда как при вводе 0,5% инден-кумароновой смолы, из которой образуется тоже примерно 0,25% сажистого углерода, выбиваемость составляет лишь 1 Дж.

Количество выделяющегося при нагреве сажистого углерода за­висит от строения вводимых в НСС органических веществ и возрастает с увеличением молекулярной массы и при переходе от линейного к цик­лическому строению молекулы вещества. Так, инден-кумароновые смолы, молекулы которых имеют два бензольных кольца, образуют 40–45% сажистого углерода, а синтетические смолы, молекулы ко­торых имеют одно бензольное кольцо – 25­­–30 процентов.

При нагреве фенолоформальдегидных смол количество выделяюще­гося сажистого углерода и влияние смол на выбиваемость НСС зависят от количества находящегося в них фенола. Чем больше в них фенола, тем больше образуется сажистого углерода и тем лучше выбиваемость НСС. Рассмотренные выше резольные смолы (№ 228, 214 и др.) содер­жат больше связанного фенола, поэтому выделяют при нагреве больше сажистого углерода и больше улучшают выбиваемость НСС по срав­нению с новолачными смолами (№ 15, 104 и др.).

По механизму действия на улучшение выбиваемости НСС органи­ческие вещества можно разделить на три группы.

 К первой группе можно отнести вещества, воздействие которых на выбиваемость смеси связано с выделением при нагреве большого коли­чества газов, например, древесные опилки с окислителем. Такие до­бавки эффективны при нагреве НСС не выше 700–720° С. При более высокой температуре поры в расплавленной композиции завариваются и выбиваемость НСС не улучшается. Вещества первой группы улуч­шают выбиваемость НСС только из чугунных отливок.

Во вторую группу входят вещества, которые при нагреве не претер­певают агрегатных изменений и в которых после нагрева до 1200°C коксовый остаток составляет 90–95%. К веществам данной группы от­носятся черный и серебристый графит, нефтяной и каменноугольный кокс и др. Вещества этой группы улучшают выбиваемость НСС в ос­новном из чугунных отливок и лишь незначительно из стальных.

 К третьей группе относятся вещества, образующие при нагреве значительное количество сажистого углерода, который, распределя­ясь в НСС, препятствует спеканию пленки композиции. В зависимости от количества выделяющегося при 1200°C сажистого углерода веще­ства третьей группы, в свою очередь, можно разделить на три под­группы.

  В первую подгруппу входят вещества, выделяющие до 20% сажистого углерода (торф, патока, гидрол и др.). Они эффек­тивно улучшают выбиваемость НСС из чугунных отливок при прогре­ве смеси до 700–720° С.

Ко второй подгруппе относятся вещества, которые вы­деляют 20—30% сажистого углерода (смолы № 74 и 104, древесные  опилки и др.). Они значительно улучшают выбиваемость НСС из чу­гунных отливок и в некоторой степени и из стальных (при нагреве НСС не более 1000–1200° С).

Вещества третьей подгруппы выделяют более 30% са­жистого углерода и эффективно улучшают выбиваемость НСС как из чугунных, так и из стальных отливок. К этой группе относятся смолы инден-кумароновая, стирольно-инденовая, каменноугольная, № 236, мазут и др.

3. Выбиваемость ЖСС с жидкими отвердителями

3.1.Выбиваемость ЖСС с ацетатом этиленгликоля

   Повышенное внимание литейщиков к жидкостекольным смесям с жидкими отвердителями объясняется рядом важ­ных преимуществ этих смесей по сравнению с другими ЖСС: пониженным содержанием связующе­го при больших прочностных показателях, лучшей выбиваемостью из отливок и гарантией высокого качества поверхно­сти.

   Применяющиеся за рубежом жидкие отвердители, выпус­каемые специализированными фирмами, представляют собой ацетаты глицерина или этиленгликоля. В нашей стране промыш­ленное производство таких отвердителей отсутствует.        В 1975 г. НПО «ЦНИИТмаш» были разработаны ЖСС с жидким отвердителем пропиленкарбонатом— сложным эфиром пропиленгликоля и угольной кислоты. Вы­пускается он опытными партиями ПО «Ангарскнефтеоргсинтез». Смеси с пропиленкарбонатом применяют в настоя­щее время на 13 заводах страны при получении стержней и форм для стальных, чугунных и алюминиевых отливок.

   Из смесей с пропиленкарбонатом изготовляют: стержни для стальных отливок — на Харьковском турбинном заводе им. Кирова, Старо-Краматорском заводе им. Орджоникидзе, ПО «Электротяжмаш» (г. Харьков), «Сибтяжмаш», «Сибэнергомаш», стержни для чугунных отливок — на Гомель­ском и Сумском заводах «Центролит», формы для чугун­ных отливок — на Московском чугунолитейном заводе «Станколит» и ПО «Ташкентский тракторный завод», стержни по­вышенной сложности для алюминиевых отливок — на Харь­ковском заводе им. Малышева и др.

Однако поставка пропиленкарбоната литейному производ­ству ограничена, и промышленный выпуск его в ближайшие годы не планируется. Кроме того, смеси с пропиленкарбо­натом имеют ограниченную живучесть (Ж) 10...12 мин, затрудняющую изготовление крупных форм и стержней, осо­бенно в летний период. Ж смесей с пропиленкарбонатом можно увеличить до 25 мин с помощью сложных эфиров фталевой кислоты, хорошо сочетающихся с пропиленкарбо­натом. Однако использование на практике этого метода ре­гулирования Ж связано с определенными неудобствами. Поэтому НПО «ЦНИИТмаш» в последние годы совместно с химиками ведет работы по получению других более техно­логичных сложноэфирных отвердителей с использованием от­носительно недефицитного и сравнительно дешевого сырья. К таким отвердителям относятся ацетаты этиленгликоля[3].

   В результате исследований, проведенных НПО «ЦНИИТ­маш» совместно с Дзержинским ПО «Синтез», разработана и уточнена технология синтеза отвердителей на основе ацетатов этиленгликоля, определен состав отвердителей в соот­ветствии с требованиями литейного производства.

   С помощью разработанной технологии можно получать отвердители различной активности с заранее заданными свой­ствами. Ж и скорость твердения смесей может регулировать­ся от 8...10 мин до 60.,..90 мин.

 На рис. 26,а, б видна кинетика твердения смесей и Ж при применении отвердителей четырех марок. Различным маркам АЦЭГ даны условные обозначения: 1Б (быстрый) с Ж =8.. 10 мин, 2СБ (средне быстрый) с Ж=18...20 мин, ЗСМ (средне медленный) с Ж==27...30 мин, 4М (медленный) с Ж=50... 55 мин. В случае необходимости может быть получена пя­тая марка АЦЭГ 5ММ с Ж=90 мин. Смеси   содержат 3,5 масс. ч. ЖС и 0,35 масс. ч. ацетатов этиленгликоля.

В Польше разработан и находит применение отвердитель «Флодур», представляющий собой также ацетат этиленгли­коля. Разработанные автором АЦЭГ не только не уступают, но и превосходят по прочностным характеристикам смеси с отвердителем «Флодур».

Рис.26. σ(а) и жидкотекучесть (б) смесей различных марок АЦЭГ

Сравнительные свойства смесей (основа, масс. ч.: 100 лю­берецкого песка; 3,5 ЖС M=2,5;   p=1480 кг/м) с 0,35 масс. ч. отечественного отвердителя АЦЭГ (смеси 1, 3) и 0,4 масс. ч. отвердителя «Флодур» (смеси 2, 4)  приведены ниже.

Ж, мин

1

2

3

4

13

12

22

26

 ,Мпа,через,ч:

1

1,57

0,53

0,83

0,47

8

2,13

1,1

2,6

1,66

14

4,4

3,5

5,0

4,1

Выбиваемость смесей оценивалась по трудоемкости уда­ления опытных стержней сечением 100Х100 мм и высотой 180 мм из стальной отливки (470Х170Х180 мм, стенка тол­щиной 35 мм, масса 150 кг). Трудоемкость выбивки смеси для СО--процесса, содержащей 6 масс. ч. ЖС принята за 100%, ЖСС и ПСС (с 6 масс. ч. ЖС) составила 68%, ЖСС с АЦЭГ (3,5 масс. ч. ЖС) — 38%, ЖСС с АЦЭГ (2,5 масс. ч. ЖС) — 12,5%, ЖСС с синтетической смолой— 7,5%.

При введении в смеси с АЦЭГ сахаросодержащих веществ или специальных диспергирующих поверхностно-активных ве-

Рис. 27.Влияние относительной влажности воздуха        (%) на кинетику твердения:

                                  1—30; 2— 50; 3 — 70; 4 — 90.

ществ содержание ЖС может быть снижено с 3,5 до 2,5 масс. ч. при сохранении высоких прочностных свойств и низ­кой осыпаемости, что позволяет почти в 3 раза улучшить выбиваемость, приблизив ее к выбиваемости ЖСС с синте­тическими смолами. По данным автора, снижение содержа­ния ЖС на каждые 0,5 масс. ч. (без введения каких-либо добавок) улучшает выбиваемость смесей со сложноэфирными отвердителями примерно в 2 раза.

   Жидкие отвердители на основе АЦЭГ выгодно отличаются от других сложноэфирных отвердителей, в частности пропиленкарбоната, тем, что позволяют снизить содержание ЖС в смеси путем понижения  без ощутимой потери прочност­ных свойств в пределах допустимой осыпаемости.

  Так,  ЖС можно снизить с 1480...1500 до 1400 и 1450 кг/м при том же содержании в смеси разбавленного ЖС и тем самым дополнительно улучшить ее выбиваемость. В смесях с пропиленкарбонатом снижение плотности ЖС при­водит к заметному сокращению Ж, падению прочности и повышению осыпаемости.

  На кинетику твердения и прочность смесей большое вли­яние оказывает относительная   влажность (W) воздуха (рис. 27). Чем выше относительная W, тем медленнее темп нарастания прочности и ниже ее абсолютные значения. С повышением W с 30 до 90%, что соответствует дождливой сырой погоде, прочность снижается почти в 3 раза, однако это не оказывает существенного влияния на качество гото­вых стержней и возможность их дальнейшего использования.

  Отличительной особенностью смесей со сложными эфирами является их хорошая сыпучесть из-за низкого содержа­ния в смеси жидкой фазы. Вследствие этого смеси облада­ют легкой уплотняемостью, что позволяет использовать виб­роуплотнение взамен встряхивания, прессования, пескомет­ной формовки и пр.

  Для смесей с жидкими отвердителями характерен высокий темп нарастания прочности после окончания живучести, что имеет весьма важное значение для сокращения цикла изго­товления форм и высвобождения оснастки. Извлечение мо­делей из затвердевшей формы можно осуществлять при до­стижении смесью манипуляторной прочности, величина ко­торой для такого типа смесей <0,4 МПа. На рис. 28 .представ­лены соответствующие данные по кинетике нарастания проч­ности смесей со сложными эфирами пои различной Ж, из­меняющейся в интервале 7...110 мин. Смеси   приобретают манипуляторную прочность в течение времени, превышаю­щего Ж примерно в 1,5—2 раза.

Рис. 28. Кинетика твердения смесей  с  различной  живучестью, мин:

1—1; 2—14; 3—23; 4—38; 5—84; б—110

   Смеси с жидкими отвердителями могут заменять жидкостекольные ЖСС,. ПСС, СО- процесс, а, в ряде случаев, и ЖСС с синтетическими смолами и применяться для изго­товления форм и стержней. 

  ЖСС со сложноэфирными отвердителями и технология из­готовления из них форм и стержней имеют следующие пре­имущества:

высокую общую и поверхностную прочность форм и стерж­ней при пониженном содержании связующего;

улучшенную выбиваемость по сравнению с выбиваемостью известных жидкостекольных смесей;

удобство работы с жидкими отвердителями вместо порош­кообразных (феррохромового шлака или нефелинового шла­ма);

повышение чистоты и качества , резкое сокращение дефек­тов и брака отливок по ужимам., пленам и песочным рако­винам;

заметное снижение трудоемкости изготовления форм и стержней;

небольшую токсичность и соответствие повышенным санитарно-гигиеническим требованиям.

    К недостаткам смесей со сложными эфирами можно отне­сти:

более высокую, чем у ЖСС с синтетическими смолами, хрупкость, что может вызывать поломки при изготовлении стержней повышенной сложности;

более трудоемкую, чем у ЖСС со смолами, выбиваемость из отливок;

пониженную водостойкость, в связи с чем рекомендуется применять преимущественно самовысыхающие противопригарные покрытия.

Смеси с АЦЭГ сопоставимы по стоимости со смесями для СО - процесса (с учетом стоимости углекислого газа).

3.2.Выбиваемость ЖСС с жидким

кремнийорганическим отвердителем.

   Жидкостекольные самотвердеющие смеси с жидким кремнийорганическим отвердителем предназначены для повышения ка­чества поверхности отливок и используются как облицовочные смеси для стержней и форм ответственных отливок различных отраслей машиностроения , а также в качестве единой смеси для особо сложных стержней в целях предотвращения образования  поверхностных дефектов.

  В качестве отвердителей и катализаторов твердения приме­няют жидкие кремнийорганические полимеры и органические мономеры. Органические мономеры вводят в ЖС перед приго­товлением смеси; эта композиция может храниться в закрытой тape в течение длительного времени.

Содержание мономера и кремнийорганического полимера оп­ределяют живучесть и прочность смеси. В отличие от жидко­стекольных смесей, отверждаемых сложными эфирами, для при­готовления смеси с жидкими кремнийорганическими отверди­телями может применяться ЖС с М=2,2...3,2, однако лучшие результаты достигаются при использовании высокомодульного стекла. Свойства смесей: живучесть Ж=5...120 мин; че­рез 1 ч (при Ж—60 мин) —0,1...0,2 МПа; (через 24 ч — 4,5...6 МПа; осыпаемость через 24 ч—0,05%; остаточная проч­ность (после нагрева до 800°С и охлаждения — 1 МПа. Смеси могут отверждаться с помощью СО без последующего ухудшения прочностных свойств при хранении стержней и форм.

Жидкостекольные смеси с жидкими кремнийоргаиическими отвердителями позволяют получить смеси с 1...3 масс. ч. ЖС, улучшить качество поверхности и точности отливок (Rz 40 мкм. 3—4-й классы чистоты).

Рассмотрим особенности выбиваемости смесей с жидкими кремнийорганическими отвердителями[14]. На рис. 29 видна температурная зависимость   для смеси с кремнийорганическим

     Рис. 29. Зависимость  жидкостекольной смеси

   (3 масс. ч. ЖС, М ==2,2) на

кварцевом   песке   от

 температуры.

твердителем (кривая 1) и для смеси с пропиленкарбонатом (кривая 2). Если в низко температурной области (Т=400... 600°С) выбиваемость обеих смесей мала, то в высокотемпера­турной (800...1000°С)  смесей с кремнийорганическим от­вердителем в 1,5 раза меньше, а соответственно выбиваемость лучше. Таким образом, применение кремнийорганического отвердителя позволяет улучшать выбиваемость смесей главным образом в высокотемпературной области Существенное влияние на выбиваемость смесей с кремнийорганическими отвердителями оказывает количество ЖС в смеси и М. На рис. 30 видно изменение  после нагрева до 8OO°C и охлаждения в зависимости от содержания ЖС в смеси. Для смеси с пропиленкарбонатом (.кривая 3) и кремнийорга­ническим отвердителем (кривая 2) существенное различие в выбиваемости наблюдается у смесей, содержащих>3 масс. ч. ЖС (М=2,2); у смеси с 2 масс. ч. ЖС (М=2,2) влияние отвердителя на выбиваемость смесей на кварцевом песке прак­тически нивелируется.

Зависимость  от содержания связующего существенно меняется при применении высокомодульного ЖС (М=3,1), что возможно в случае использования кремнийорганического отвердителя. С уменьшением содержания ЖС (М=2,2) с 3 до 2 масс. ч.  снижается почти в 3 раза (кривая 1).

Сопоставить результаты испытаний смеси с высокомодульным ЖС, отверждаемой пропиленкарбонатом, не представля­ется возможным из-за ее малой Ж.

Рис. 30. Изменение  смеси в зависимости от содержания ЖС.

Для смесей с пониженным содержанием ЖС выбиваемость улучшается только в том случае, если при их приготовлении не используется ЖС с низким модулем. Применение таких сме­сей показало, что улучшение  Ж, прочности, осыпаемости за счет снижения М жидкого стекла нивелирует эффект улучше­ния выбиваемости от снижения его содержания и даже может привести к ухудшению выбиваемости.

Необходимо отметить еще одну особенность выбиваемости смесей с кремнийорганическим отвердителем: для стержней из смеси на кварцевом песке с 1,5...2,0 масс. ч. ЖС продолжи­тельность гидровыбивки оказалась такой же, как для стержней из смоляных смесей, однако при выбивке с помощью механи­ческого инструмента продолжительность удаления жидкостекольных смесей в несколько раз больше продолжительности удаления смоляных.

Смеси с ЖС и кремнийорганическим отвердителем, исполь­зующие в качестве наполнителя .хромит или хромомагнезит, отличаются рядом особенностей. Содержание ЖС в этих сме­сях составляет 3,5...4,5 масс. ч., что в 2—2,5 раза меньше, чем в применяемых хромитовых смесях, отверждаемых СО. Хромитовые и хромомагнезитовые смеси с ЖС и кремнийоргани­ческим отвердителем могут отверждаться с помощью СО без  последующего ухудшения свойств при хранении стержней и  форм.

Работа выбивки жидкостекольных хромитовых смесей с кремнийорганическим отвердителем  в 10—15 раз меньше ра­боты выбивки хромитовых смесей с 7...10 масс. ч. ЖС. В ин­тервале нагрева 400...1000° С работа выбивки этих смесей практически постоянная (температурные экстремумы выбивки не наблюдаются). Другой аномалией жидкостекольной хромитовой смеси с кремнийорганическим отвердителем является слабая зависимость работы выбивки от модуля ЖС в интервале  400...1000 ° С при одинаковом его содержании.

   Применение кремнийорганических отвердителей в жидкосте­кольных хромитовых смесях позволило существенно улучшить выбиваемость за счет сокращения содержания ЖС и изменения структуры связующей композиции после охлаждения. В то же время использование в хромитовых смесях с 7...10 масс. ч. ЖС добавок (глин, бокситов и др.), обеспечивающих улучшение выбиваемости путем повышения температуры плавления связующей композиции, приводило к ухудшению противопригарных свойств.

Выводы

   Анализ литературных источников показал ,что для улучшения выбиваемости   жидкостекольных смесей из отливок применяют следующие методы:

1)Введение в смесь неорганических добавок(глины,боксита,мела и др.).

Действие неорга­нических добавок на условия выбивки смесей с жидким стеклом принципиально одинаково. Оно основано на том, что в процессе нагрева вводимое вещество реагирует с составляющими жидкого стекла NaO и SiO, образуя соответствующее тройное соединение. Температура плавления тройного соединения соответствует тем­пературе второго максимума работы, затрачиваемой на выбивку стержней.

2)Введение органических добавок(древесного пека,битума ,графита и др.).

При низких температурах прогрева стержней до 400º 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.

3)Уменьшение содержания жидкого стекла.

Т.к жидкое стекло обладает исключительно высокой адгезией к кварцу, то протекает когезионный тип разрушения смеси. В результате прочность смеси будет непосред­ственно зависеть от количества введенного в нее связующего мате­риала. Чем меньше жидкого стекла будет введено в смесь, тем легче окажется выбивка стержней из отливок.

Список использованной литературы

Список использованной литературы:

1. Берг П. П. Формовочные материалы. - М.: Машгиз ,1963.- 408с.

2.Борсук П.А.,Лясс А.М.Жидкие самотвердеющие смеси.-М.:Машиностроение,1979.-   255с.

3.Борсук П.А.Смеси с жидкими отвердителями.//Литейное производство.-1990.-№2.-c.15-17.

4.Винокуров В.В.,Иоговский В.А.,Мармонтов Е.А и др.Улучшение выбиваемости жидкостекольных смесей из отливок.//Литейное производство.-1966.-№2.-c.25-27.

5.Вишняков Х.И. Улучшение выбиваемости жидкостекольных смесей добавками доменного шлака.//Литейное производство.-1976.-№11.-c.42.

6.Грузман В.М.Улучшение выбиваемости жидкостекольных смесей.//Литейное производство.-1999.-№6.-c.30-31.

7.Дорошенко С.П.,Ващенко К.И.Наливная формовка:Монография.-Киев:Вища школа. Головное изд-во,1980.-176c.

8.Дорошенко С.П.,Макаревич А.П.Состояние и перспективы применения жидкостекольных смесей.//Литейное производство.-1990.-№2.-c.14-15.

9.Климкин А.В.Смеси улучшенной выбиваемости.//Литейное производство.-1990.-№2.-c.25.

10.Лясс А.М.Быстротвердеющие формовочные смеси .-.:Машиностроение,1965.-322c.

11.Лясс А.М.,Валисовский И.В.Пути улучшения выбиваемости смеси с жидким стеклом.//Труды ЦНИИТМАШ.-1960.-№6.-c.81-95.

12.Лясс А.М.,Валисовский И.В.Об улучшении  выбиваемости смесей с жидким стеклом .//Литейное производство.-1961.-№9.-с.15-17.

13.Медведев Я.И.,Валисовский И.В.Технологические испытания формовочных материалов.-2-е издание ,перераб.и доп. -М.:Машиностроение,1973.-298c.

14.Ромашкин В.Н.,Валисовский И.В.Смеси с улучшенными технологическими           свойствами.//Литейное производство.-1990.-№2.-c.17-18.

15.Рыжков И.В.,Толстой В.С.Физико-химические основы формирования свойств смесей с жидким стеклом.-Харьков:Вища школа,1975.-128c.

Страницы: 1, 2