Материал: Теория литейных процессов

Классификация песков на группы по величине зерен основной фракции (ГОСТ 2138-74)

Формовочные глины - горные породы, состоящие из тонкодисперсных частиц водных алюмосиликатов. Они обладают связующей способностью и термохимической устойчивостью, что позволяет использовать их в качестве связующего для приготовления прочных и не пригорающих к отливке формовочных смесей.

В зависимости от минерального состава различают виды глин: бентонитовые (Б), каолиновые и каолиногидрослюдистые (К), полиминеральные (П). При делении глин на группы используют следующие классификационные признаки (ГОСТ 3226-77).

) Прочность во влажном состоянии (см. табл.); различают глины: П - прочносвязующие,

С - среднесвязующие, М - малосвязующие

) Коллоидальность; различают глины: В - высококолоид (коллоидальность: глин Б - не менее 90%, прочих глин - не менее 60%), С - средненеколоид, (соответственно 50 и 30%), Н - низкоколоид, (соответственно 25% и не нормируется).

) Сумма обменных катионов; различают глины со следующим соединением суммы обменных катионов, мг-экв на 100 г сухой глины: высоким (для глин Б не менее 80, глин К и П не менее 35), средним (для глин Б не менее 50, глин К и П не менее 30, глин К и П не нормируется). При преобладании в обменном комплексе Na+ и K+ бентонотовые глины называются натриевыми; при преобладании Ca2+ и Mg2+ - кальциевыми или кальциево-магниевыми.

) Пластичность; различают четыре группы глин: высоко-, средне-, умеренно- и малопластичные. Для каждой группы число пластичности соответственно не менее: 30,20,10, не нормируется.

) Содержание вредных примесей - Fe2O, Na2O, + K2O, CaO + MgO. Глины подразделяются на три группы: Т1 - с низким содержанием примесей; Т2 - со средним содержанием; Т3 - с высоким содержанием (см. табл.)

) По пределу прочности при сжатии (Qсж) сухом состоянии глины делят на подгруппы:

- прочносвязующую; 2 - среднесвязуюшую; 3 - малосвязующую; (см. табл.)

Изготовляют 14 марок бентонитовых формовочных глин, 16 марок каолиновых и каолиногидрослюдистых и 10 марок полиминер, в глинах содержится, %, не более: сульфидной серы 0,2; CO2 2; влаги (молотая г) 8. долговечность глин должна быть не менее 50%. Молотые глины по гранулометрическому составу должны иметь остаток на сетке, %: № 04 - не более 0,5; № 016 - не более 5; проходить через сетку № 016 - не менее 80. ГОСТ 3226-77. При маркировке глины на первом месте ставят вид глины, затем сорт, класс и группу, например, КIII/2Т2 - каолинитовая глина III сорта 2-го класса 2-й группы.

3. Связующие материалы

литейный модель формовочный песок

Связующие вводят в формовочные и стержневые смеси для связывания песчинок и придания прочности в сыром или сухом состоянии формовочным и стержневым смесям.

Связующие должны удовлетворять следующим требованиям:

1)      равномерно распределятся по поверхности формовочных песков при приготовлении формовочных и стержневых смесей;

2)      обеспечивать достаточную прочность в сыром или сухом состояниях;

)        придавать смеси пластичность для заполнения всех полостей форм;

)        не прилипать к модели и стержневому ящику во время изготовления стержней и форм;

)        способствовать быстрому высыханию стержня и формы и не поглощать влагу при сборке форм и хранении стержней на складе;

)        не выделять много газов при сушке и заливке металла в форму, обеспечивать податливость формы и стержня;

)        не снижать огнеупорность формовочной или стержневой смеси и не увеличивать пригар на отливках;

)        способствовать легкому удалению стержня из отливки;

)        быть безвредными для работающих и окружающих людей (т.е. не разъедать руки и не выделять вредные газы), быть дешевым и не дефицитным.

Классификация связующих (табл.…). В основе классификации заложены два признака: природа материала (органические и неорганические, водорастворимые - водные и нерастворимые - неводные); характер затвердевания (необратимый, промежуточный, обратимый). Водные и неводные связующие не смешивают между собой, т.к. это почти всегда понижает прочность смеси, как во влажном, так и в сухом состоянии, особенно если в качестве водного связующего используют формовочную глину.

Необратимо затвердевающие связующие при затвердевании претерпевают сложные химические превращения на основе полимеризации или поликонденсации вещества. Обратимо затвердевающие восстанавливают свои свойства после охлаждения (битумы, пеки, канифоль) или при действии растворителя (декстрин, пектиновый клей).

Связующие, затвердевающие обратимо, придают наибольшую прочность сухим стержням, 490 кПа (более 5 кгс/см2) на 1 % связующего; связующие с промежуточным характером затвердевания - среднюю прочность 294 - 490 кПа (3 - 5 кгс/см2) на 1 % связующего, обратимо затвердевающие - наименьшую прочность 294 кПа (до 3 кгс/см2) на 1 % связующего. В соответствие с этим связующие разделяют на три группы по удельной прочности на разрыв в сухом состоянии.

Органические связующие выделены в два класса: А - неводные; Б - водные; неорганические занимают класс В и являются водными.

Органические химически твердеющие связующие. В эту группу входят органические неводные (А-1, А-2) и водные (Б-1) связующие, которые сообщают смеси низкую прочность, хорошую текучесть во влажном состоянии и высокую прочность в сухом. Для повышения прочности во влажном состоянии в смесь добавляют глину, декстрин и другие связующие.

Химически твердеющие связующие разделяют на две группы: масла и синтетические смолы.

Масла могут быть растительные, из нефтепродуктов, из сланцев.

К растительным маслам относятся льняное масло и олифа. Олифа представляет собой растительное масло с добавкой катализатора, ускоряющего процесс сушки.

К связующим на основе масел из нефтепродуктов относят петролатум, растворенный в уайтспирте в отношении 1:1 (связующие П). Недостатки этого связующего - сравнительно высокая прилипаемость, низкая поверхностная прочность стержней и большая продолжительность их сушки. С целью устранения указанных недостатков на основе петролатума были разработаны другие связующие (ПТ, ПС) с улучшенными свойствами.

К группе органических химически твердеющих связующих относят комбинированные связующие, изготовляемые смешением нескольких связующих, что уменьшает расход дефицитных масляных связующих. К таким связующим относят 4ГУ - раствор растительного масла и канифоли в уайтспирте и др.

Связующие группы А-1, А-2, такие как олифа, П, ПТ, 4ГУ, вводят в стержневые смеси в количестве 1,5 - 2 %. Температура сушки этих смесей 200 - 2200С.

При применении указанных выше связующих необходима сушка стержней - длительная операция, требующая значительных энергозатрат, площадей, занимаемых сушилами. По этой причине все более широко в производстве применяют в качестве связующих синтетические смолы, позволяющие устранить операцию сушки стержней. Эти смолы могут быть термореактивные и термопластичные. Термопластичные смолы при нагреве плавятся, а при охлаждении затвердевают обратимо. Термореактивные смолы при нагреве сначала размягчаются, а затем вследствие необратимых химических процессов затвердевают; их применяют при изготовлении оболочковых форм и стержней. Преимущество таких связующих в том, что процесс твердения происходит с большой скоростью с образованием прочной и эластичной пленки связующего. Это позволяет резко ускорить процесс изготовления стержней и форм.

В литейном производстве наиболее широко применяют пульвербакелит - фенолоформальдегидную смолу, смешанную с 7 - 8 % утропина - отвердителя. Это связующее при содержании его в смеси 4 - 6 % позволяет получить прочность смеси в сухом состоянии до 5,8 - 7,92 МПа (60 - 80 кгс/см2).

Для изготовления стержней широко используют фурановые смолы (фенолоформальдегидные смолы с добавками фурилового спирта). Эти смолы применяют для изготовления стержней по нагреваемой оснастке.

Карбамидные смолы - продукты конденсации мочевины с формальдегидом - хорошо растворяются в воде, их применяют для приготовления быстросохнущих и самовысыхающих связующих МФ17, М, УКС, КФ-35, КФ-90 и т.д. Эти связующие придают низкую прочность смесям во влажном состоянии. после сушки стержни на основе карбамидных смол негигроскопичны и легко выбиваются. Применяют их для ускоренного изготовления стержней по нагреваемой оснастке и холоднотвердеющих смесей.

Органические высыхающие связующие. Эти связующие относятся к классам Б-2 и Б-3, они водорастворимы, хорошо смешиваются с глиной, поэтому, как правило, используют их вместе. Формовочная глина придает стержневой смеси необходимую прочность во влажном состоянии, а связующие - поле сушки стержня.

Барда сульфитного щелока - побочный продукт переработки древесины. В литейном производстве используют выпаренную сульфитную барду плотностью 1,25 - 1,3 г/см3, содержащую около 50 % сухого остатка, называют ее литейным концентратом барды жидкой (ЛКБЖ). Сульфитную барду, выпаренную до плотности 1,4 г/см3 и содержащую 76 % сухого вещества, называют литейным концентратом барды твердой (ЛКБТ). Концентрат барды твердой с содержанием не менее 87 % сухого остатка выпускают в виде порошка марки КБП. Жидкую барду используют без подготовки, твердую барду перед использованием растворяют.

На основе сульфитной барды разработаны комбинированные связующие: СП, состоящие из 95 % (по массе) сульфитной барды и 5 % окисленного петролатума; СБ, содержащее 80 - 90 % сульфитной барды и 10 - 20 % связующего ГТФ. Сульфитную барду, связующие СП и СБ вводят в формовочные и стержневые смеси в количестве 1,5 - 3 %. Температура сушки 160 - 180 0С.

Декстрин - продукт обработки крахмала слабой кислотой при небольшом нагреве - используют в комбинации с другими связующими, а также для приготовления клея для стержней.

Патока - жидкие отходы свеклосахарного производства. Стержни, полученные из смесей на патоке, обладают хорошей податливостью. Патоку используют также для опрыскивания поверхности стержней с цель придания им поверхностной прочности.

Органические затвердевающие связующие относятся к группе А-3. В твердом состоянии они хрупки, поэтому самостоятельно их не используют, а применяют в комбинации с глиной и сульфитной бардой.

Канифоль - продукт переработки смол хвойных деревьев - входит в состав связующих 4ГУ, П.

Неорганические связующие относятся к классу В, наиболее распространены глина, цемент, жидкое стекло, гипс.

Жидкое стекло - водный раствор силикатов натрия или калия переменного состава Na2O*nSiO2*mH2O. жидкое стекло приготовляют 3-х марок: А - с модулем 2,61 - 3,0; Б - с модуле 2,31 - 2,6; В - с модулем 2,61 - 3,0. Модуль жидкого стекла определяют по формуле

где 1,032 - отношение молекулярных масс окиси натрия и двуокиси кремния.

Формовочные и стержневые смеси на жидком стекле приобретают высокую прочность до 2,45 - 2,94 Мпа (25 - 30 кгс/см2) при тепловой сушке (220 - 2600С) или химической сушке (с продувкой углекислым газом СО2). Последний способ позволяет ускорить производственный процесс.

Классификация связующих:

Список литературы

1.      Н.Д. Титов, Ю.А. Степанов «Технология литейного производства (Москва 1978 г.)»

.        В.Н. Иванов «Словарь-справочник по литейному производству (Москва 1990 г.)»

.        Ю.А. Степанов, Г.Ф. Баланди, В.А. Рыбкин « Технология литейного производства»

.        Б.В. Кнорозов, Л.Ф. Усова, А.В. Третьяков, В.К. Ефремов «Технология металлов»

.        П.В. Вашлевский «Справочник литейщика».