1. За якими показниками класифікують формувальні піски? Як визначають склад формувального піску?

1. За якими показниками класифікують формувальні піски? Як визначають склад формувального піску?

Залежно від розмірів зерен піску, він ділиться на дві групи:

· зернова основа - всі частинки з розмірами більше 0,02 (0,022) мм;

· глиниста складова - всі частинки з розмірами менше 0,02 (0,022) мм незалежно від їх хімічного складу.

Розмір зерен піску визначається шляхом просівання його наважки через набір сит. Піски за формою зерен розділяють:

· округлі;

· напівокруглі;

· гострокутні;

· осколкові.

Поверхня зерен в пісках може бути шорсткою, повністю або частково покрита обо­лонкою з іншої речовини, частіше всього глиною.

Класифікація формувальних пісків. Загальні технічні умови ГОСТ 2138-91. Справжній стандарт розповсюджується на формувальні піски на основі кварцу, вжи­вані в ливарному виробництві як формувальний матеріал при виготовленні ливарних форм і стрижнів.

Формувальні піски залежно від масової частки глинистої складової (частинок глинистих матеріалів і уламків зерен кварцу і інших мінералів розміром менше 0,02 мм) підрозділяють на кварцові (К), пісні (Т) і жирні (Ж). Кварцові і пісні формувальні піски підрозділяють на групи в залежності:

· від масової частки глинистої складової;

· діоксиду кремнію;

· коефіцієнта однорідності;

· середнього розміру зерна.

Жирні формувальні піски підрозділяють на групи в залежності:

· від межі міцності при стисненні у вологому стані;

· середнього розміру зерна.

Групи кварцових пісків містять до 2,0% глинистої складової. Групи кварцових пісків приведені в таблицях 2.1- 2.4.

Пісні піски містять від 2,0 до 12,0% глинистих складової. Групи пісних пісків наве­дені в таблицях 2.3-2.6.

Жирні піски містять від 12,0 до 50,0% глинистої складової. Групи жирних пісків на­ведені в таблицях 2.4 і 2.7

Таблиця 2.1 – Вміст глинистої складової в кварцових пісках
Група	Масова частка глинистої складової %, не більш
	0,2
	0,5
	1,0
	1,5
	2,0
Таблица 2.2 - Вміст 8і02 в кварцових пісках
Група	Масова частка діоксиду кремнію %, не менше
К1	99,0
К2	98,0
Кз	97,0
К4	95,0
К5	93,0
Таблиця 2.3 - Коєфіцієнт однорідності кварцових пісків
Група	Коефіцієнт однорідності %
О1	Понад 80,0
О2	70,0 - 80,0
Оз	60,0 - 70,0
О4	50,0 - 60,0
О5	До 50,0
Таблиця 2.4 - Середній розмір кварцових пісків
Група	Середній розмір зерна, мм
	До 0,14
	0,14 - 0,18
	0,19 - 0,23
	0,24 - 0,28
	Понад 0,28
Таблиця 2.5 – Вміст глинистої складової в пісних пісках
Група	Масова частка глинистої складової %, не більш
	4,0
	8,0
	12,0
Таблиця 2.6 - Вміст Sі02 в пісних пісках
Група	Масова частка діоксиду кремнію %, не менше
T1	96,0
T2	93,0
Тз	90,0
Таблиця 2.7 - Міцність жирних пісків в вологому стані
Група	Межа міцності при стисненні у вологому стані, МПа
Ж1	Понад 0,08
Ж2	0,05 - 0,08
Жз	До 0,05

Позначення марок кварцових і пісних пісків складається з позначень груп по масовій частці глинистої складової, масовій частці діоксиду кремнію, коефіцієнту однорідності і середньому розміру зерна. Приклад.

2К₁О_з02 - кварцовий формувальний пісок з масовою часткою глинистої складової від 0,2 до 0,5%, масовою часткою діоксиду кремнію не менше 99,0%, коефіцієнтом однорідності від 60,0 до 70,0% і середнім розміром зерна від 0,19 до 0,23%.

1Т₂ 0₃02- пісний формувальний пісок з масовою часткою глинистої складової 4%, масовою часткою діоксиду кремнію не менше 93,0%, коефіцієнтом однорідності від 60,0 до 70,0% і середнім розміром зерна від 0,19 до 0,23%.

Позначення марок жирних пісків складається з позначень груп по межі міцнос­ті при стисненні у вологому стані і середньому розміру зерна. Приклад. Ж₃О16 - жирний формувальний пісок з межею міцності при стисненні у вологому стані від 0,05 до 0,08 МПа і середнім розміром зерна від 0,14 до 0,18 мм

2. Як поділяються формувальні піски в залежності від вмісту у них глинистої складової? Назвіть види формувальних глин та їх властивості.

Формувальні піски залежно від масової частки глинистої складової (частинок глинистих матеріалів і уламків зерен кварцу і інших мінералів розміром менше 0,02 мм) підрозділяють на кварцові (К), пісні (Т) і жирні (Ж). Кварцові і пісні формувальні піски підрозділяють на групи в залежності:

· від масової частки глинистої складової;

· діоксиду кремнію;

· коефіцієнта однорідності;

· середнього розміру зерна.

Жирні формувальні піски підрозділяють на групи в залежності:

· від межі міцності при стисненні у вологому стані;

· середнього розміру зерна.

Таблиця 2.1 – Вміст глинистої складової в кварцових пісках
Група	Масова частка глинистої складової %, не більш
	0,2
	0,5
	1,0
	1,5
	2,0
Таблица 2.2 - Вміст 8і02 в кварцових пісках
Група	Масова частка діоксиду кремнію %, не менше
К1	99,0
К2	98,0
Кз	97,0
К4	95,0
К5	93,0
Таблиця 2.3 - Коєфіцієнт однорідності кварцових пісків
Група	Коефіцієнт однорідності %
О1	Понад 80,0
О2	70,0 - 80,0
Оз	60,0 - 70,0
О4	50,0 - 60,0
О5	До 50,0
Таблиця 2.4 - Середній розмір кварцових пісків
Група	Середній розмір зерна, мм
	До 0,14
	0,14 - 0,18
	0,19 - 0,23
	0,24 - 0,28
	Понад 0,28
Таблиця 2.5 – Вміст глинистої складової в пісних пісках
Група	Масова частка глинистої складової %, не більш
	4,0
	8,0
	12,0
Таблиця 2.6 - Вміст Sі02 в пісних пісках
Група	Масова частка діоксиду кремнію %, не менше
T1	96,0
T2	93,0
Тз	90,0
Таблиця 2.7 - Міцність жирних пісків в вологому стані
Група	Межа міцності при стисненні у вологому стані, МПа
Ж1	Понад 0,08
Ж2	0,05 - 0,08
Жз	До 0,05

Групи кварцових пісків містять до 2,0% глинистої складової. Групи кварцових пісків приведені в таблицях 2.1- 2.4.

Жирні піски містять від 12,0 до 50,0% глинистої складової. Групи жирних пісків на­ведені в таблицях 2.4 і 2.7

Пісні піски містять від 2,0 до 12,0% глинистих складової. Групи пісних пісків наве­дені в таблицях 2.3-2.6.

Позначення марок кварцових і пісних пісків складається з позначень груп по масовій частці глинистої складової, масовій частці діоксиду кремнію, коефіцієнту однорідності і середньому розміру зерна. Приклад.

2К₁Оз02 - кварцовий формувальний пісок з масовою часткою глинистої складової від 0,2 до 0,5%, масовою часткою діоксиду кремнію не менше 99,0%, коефіцієнтом однорідності від 60,0 до 70,0% і середнім розміром зерна від 0,19 до 0,23%. 1Т₂ 0₃02- пісний формувальний пісок з масовою часткою глинистої складової 4%, масовою часткою діоксиду кремнію не менше 93,0%, коефіцієнтом однорідності від 60,0 до 70,0% і середнім розміром зерна від 0,19 до 0,23%.

Позначення марок жирних пісків складається з позначень груп по межі міцнос­ті при стисненні у вологому стані і середньому розміру зерна. Приклад. Ж₃О16 - жирний формувальний пісок з межею міцності при стисненні у вологому стані від 0,05 до 0,08 МПа і середнім розміром зерна від 0,14 до 0,18 мм

До формувальних глин відносять горні породи, які складаються з тонкодиспер- сних часток (22 мкм) водних алюмосилікатів, які володіють в'яжучою здатністю і термохімічною стійкістю та здатних забезпечувати достатньо міцні формувальні су­міші.

За походженням глини бувають:

· первинними;

· вторинними (осадковими);

· метаморфічними.

Первинні глини виникли при розкладенні кристалічних гірських порід або при випадінні осаду з водних розчинів і перенесенні з місця утворення в друге місце.

Вторинні глини виникли в результаті розмивання первинних глин і вторинного їх відкладення.

Метаморфічні глини виникли в результаті ущільнення первинних та вторинних глин під впливом гідростатичних або динамічних впливів.

Формувальні глини складаються з мінералів груп каолініту, гідрослюди та мо- нтморілоніту.

Каолініт (А1₂0₃-28і0₂-2Н₂0) має температуру плавлення 1750⁰С. В сухому стані глина поглинає вологу, утворює пластичне тісто. При температурі 900-1050⁰С повні­стю руйнується кристалічна решітка, розпадаються на суміш аморфних речовин - глінозем (А1₂0₃) і кремнезем (8і0₂); при 1200-1280⁰С утворюється новий мінерал - мулліт (3АІ203-28і0₂).

Монтморілоніт (А1₂0₃-48і0₂-Н₂0-пН₂0) має температуру плавлення 1250-1300⁰С і є дуже м'яким матеріалом. При 600⁰С відбувається незворотня дегідратація мінерала, і він втрачає здатність до поверхневого набухання; при нагріванні в діапазоні темпе­ратур 100-150⁰С відбувається поверхнево-зв'язаної, а при 500-7000С - хімічно- зв'язаної (конституційної) води.

Гідрослюда є проміжним продуктом при розкладанні слюди в каолініт. До мінералів цієї групи відносять моно терміт, за структурою кристалічної решітки схожий на мо­нтморилоніт.

Згідно ГОСТ 3226-91, в залежності від мінералогічного складу, формувальні глини поділяються на три вида:

1) К-каолінові і каоліно - гідрослюдисті, які вміщують основні мінерали - каолі­ніт або каолініт з гідрослюдою;

2) Б-бентонітові, осн. породоутворюючий мінерал - монтморіллоніт;

3) П-полімінеральні, які вміщують любий глинистий мінерал.

Най­більш поширеними в ливарному виробництві є каолінові глини.

Таблиця 2.12 - Класифікація глин в залежності від межі міцності при стисненні в вологому стані

Група глин	Межа міцності при стисненні, МПа, не більш
Позначення	Найменування	Бентонитової	Каолінової і каоліно - гідрос- людистої та полімінеральної
П	Міцнов'яжуча	0,13	0,10
С	Середньов' яжуча	0,11	0,08
М	Малов'яжуча	0,09	0,05

В залежності від межі міцності при стисненні в сухому стані каолінові та каоліно- гідрослюдисті глини поділяються на підгрупи (таблиця 2.13).

Таблиця 2.13 - Класифікація глин в залежності від межі міцності при стисненні в сухому стані

	Сума обмінних катіонів глини, мг екв/ 100 г
Група глин	сухої глини
	Бентонітові глини	Каолінові і другі глини
З високою сумою обмінних катіонів
З середньою сумою обмінних катіонів
З низькою сумою обмінних катіонів		Не нормується

За сумою об'ємних катіонів формувальні глини поділяються на групи (таблиця2.14).

Таблиця 2.14 - Класифікація вогнетривких глин за сумою обмінних катіонів

	Сума обмінних катіонів глини, мг екв/ 100 г
Група глин	сухої глини
	Бентонітові глини	Каолінові і другі глини
З високою сумою обмінних катіонів
З середньою сумою обмінних катіонів
З низькою сумою обмінних катіонів		Не нормується

В залежності від вмісту шкідливих домішок (Ре₂0, СаО, Ка₂0₃, К₂0₃, МдО) формувальні глини поділяють на групи (таблиця 2.15).

Таблиця 2.15 - Класифікація вогнетривких глин від вмісту шкідливих домішок

Група глин	Масова доля шкідливих домішок, % не більш
	Найменування	Ре20	Ка203+К203	Са0+Мg0
Т1	З низьким вмістом домішок	2,5	1,5	2,0
Т2	З середнім вмістом домішок	4,5	3,0	5,0
Т3	З високим вмістом домішок	8,0	5,0	8,0

За числом пластичності глини поділяються на чотири групи:

1) високо пластичні;

2) середньо пластичні;

3) задовільно пластичні;

4) мало пластичні.

За колоїдальністю глини поділяють на три групи і визначають за ГОСТ3594.10- 91 (таблиця 2.16)

Таблиця 2.16 - Класифікація вогнетривких глин по колоїдальності

Група глини	Колоїдальність глини, % не менш
Позначення	Найменування	Бентонитової	Каолінової
В	Висококолоїдальна
С	Середньоколоїдальна
Н	Низькоколоїдальна		-

Згідно ГОСТ 3226-91 формувальні глини досліджуються по таким параметрам:

· хімічного складу;

· вологості;

· міцності;

· довговічності;

· колоїдальності;

· гранулометричного складу.

Формувальні глини обирають для приготування суміші в залежності від спосо­бу формування и виду ливарного сплаву. Чим вища температура заливання, товщина і маса виливка, тим більш вогнетривку і високоміцну глину необхідно використову­вати.

В масовому виробництві при формуванні в вологі форми бентонітові глини ви­користовуються частіше, чим другі види глин. При цьому найкращі результати дося­гають при використанні бентонітових глин, які активовані содою.

Зернова будова формувальних глин суттєво впливає на їх в'яжучу здатність. Глини з більш дисперсною будовою має більшу в'яжучу здатність. Позначення глини.

При позначенні формувальної глини вказують її параметри в такій послідовності:

· вид глини (К або П);

· група міцності в вологому стані (П, С, М);

· група міцності в сухому стані (1,2,3);

· група по вмісту шкідливих домішок (Т₁, Т₂, Т₃).

Приклад: КС1Т₃ - каолінова, середньов'яжуча в вологому стані, міцнов'яжуча в сухому стані і з високим вмістом шкідливих домішок.

При позначенні бентонітової глини вказують її параметри в такій послідовності:

група міцності в вологому стані (П, С, М); група міцності на розрив в зоні конденсації води (міцнов'яжуча-1, серед- ньов'яжуча-2, малов'яжуча-3); термічна стійкість (висока стійкість Т₁, середня стійкість Т₂, низька стійкість Т₃); літера (А-порошкова активована, Н- натрієва глина, К- кальцієва глина). Приклад: П2Т₃А - міцнов'яжуча в вологому стані, середньов'яжуча по міцності в зоні конденсації води, термічно низькостійка та порошкова активована.

Згідно ГОСТ 3226-91 формувальні глини рекомендується використовувати в складах піщано-глинистих сумішей в залежності від способу формування і матеріалу виливка. Наприклад, для чавунних виливків зі стінками товщиною 10-50 мм і дріб­них сталевих при формуванні в вологі форми рекомендовано використовувати глини марок КП3Т₃; для других виливків з стінками товщиною більше 20 мм при форму­ванні в сухі форми - глини марок КП1Т₁.

3. В’яжучі матеріали, їх особливості. Рідке скло, його склад і особливості.

В'яжучі матеріали. Щоб в'яжучий матеріал забезпечував міцність формувальної суміші, необхідну для виготовлення форми і не руйнувався при механічній і физико- хімічній дії рідкого і тверднучого металу, він повинен володіти низкою необхідних властивостей.

Основні вимоги до в'яжучих матеріалів.

1. Висока питома міцність для досягнення максимальної міцності формувальної су­міші при мінімальній витраті в'яжучого.

2. Висока термостійкість. Матеріал не повинен руйнуватися нижче мінімально не­обхідної міцності при контакті з рідким металом, поки він не охолодиться від темпе­ратури заливки до втрати рухливості.

3. Максимальна втрата міцності після охолоджування виливків для забезпечення до­статньої підатливості, низької залишкової міцності форми і легкої вибиваємості су­міші з виливків.

4. Додання формувальним сумішам необхідної текучості для досягнення максималь­ного ступеня ущільнення при мінімальній роботі.

5. Відповідність по тривалості процесу зміцнення форми (стрижня) прийнятому тех­нологічному циклу виробництва.

6. Виключення схильності суміші прилипати до модельного оснащення.

7. Негігроскопічність для запобігання руйнування і зниження інших физико- механічних і технологічних властивостей, при зберіганні (витримці) форм і стриж­нів до заливки металом.

8. Негазотворність при нагріві рідким металом для попередження поразки виливків різними газовими дефектами., продуктів їх розкладання, що виділяються при залив­ці форм металом і погіршують санітарно-гігієнічні умови труда в цеху, негативно впливають на навколишнє середовище.

9. Низька вартість, щоб їх застосування не викликало підвищення собівартості вили­вків.

10. Недіфіцитність, щоб матеріали могли поставлятися ливарним цехам у необхідній кількості.

В'яжучого, яке б задовольняло одночасно всім цим вимогам немає. Тому в практиці вибирають такий в'яжучий матеріал, який, виходячи з конкретних умов виробництва, задовольняє більшості вимог.

В основі класифікації в'яжучих матеріалів, вживаних в ливарному виробництві, лежать дві основні ознаки:

природа матеріалу (органічні і неорганічні, водні і неводи);

характер твердіння (оборотний проміжний, необоротний).

Hеорганічні водні в'яжучі. Рідке скло - добрий в'яжучий матеріал, широко вживаний в ливарному виробництві. Застосування рідкого скла, як в'яжучого, дозволило одержувати холоднотверднучі суміші ХТС. Основна його перевага полягає в тому, що:

· дозволяє застосувати швидкісну технологію виготовлення форм і стрижнів;

· підвищує точність форм і виливків;

· підвищує продуктивність праці.

Розчинене або рідке скло (силікат-глиба) є з'єднанням кварцу з солями лужних мета­лів (сода або сульфат натрію з вугіллям), виражене загальною формулою К₂0-п8і0₂, де К- натрій або калій.

Силікат натрію, розчинений у воді, використовується в ливарному виробництві для отримання рідкого скла (ГОСТ 3263-78). Залежно від висхідних матеріалів силікат- глиба підрозділяється на содову і сульфатну, а кожна з них - на марки А, Б і В.

М=К-((8і0₂%)/(К₂0%)), де К коефіцієнт, що показує співвідношення молекулярної маси лужних окси­дів до молекулярної маси кремнезему. Для натрієвого рідкого скла

М=((8Ю₂%)/(К₂0%))=((61,994)/(60,06))=1,032. Надалі під модулем рідкого скла розумітиметься вираз:

М=1,032- ((8і02%)/(N20%)). При виготовленні ливарних форм і стрижнів для крупних виливків, що мають багатоступінчатий цикл виробництва, застосовують рідке скло з модулем М=2,0-2,3. Для ливарних форм і стрижнів, твердіння яких проводиться за допомогою продуван­ня СО₂, повинне бути особливий швидким і для цього доцільно застосовувати рідке скло з модулем М=2,6-3,0.

В'язкість рідкого скла, залежить від вмісту води, густини і модуля, не повинна перевищувати 1мПа-с. В цьому випадку товщина плівок на піщинках складає 1,0-2,5 мкм.

Із збільшенням модуля збільшується міцність формувальної або стрижневої суміші у вологому стані, але зменшується в сухому. Модуль рідкого скла можна штучно зни­жувати шляхом добавки до нього їдкого натра з густиною, близькою до густини рід­кого скла.

Скріплення піщинок при застосуванні рідкого скла полягає в тому, що в суміші відбувається виділення і гідратація кремнезему, який розчиняється в залишку рідко­го скла. Весь процес тверднення протікає в три стадії:

1) розкладання силікату натрію, що протікає значно інтенсивніше у присутності вуг­лекислого газу:

Ка20-28Ї02 +СО2= Ка2СО3+28іО2+0;

2) утворення гелю кремнієвої кислоти:

ш8і0₂+пН₂О= т 8Ю₂-пН₂О;

3) в останній стадії частково віддаляється волога, яка входить до складу гелю крем­нієвої кислоти:

ш8і02-пН2О= т 8і02-рН2О+(п-р) Н2О. При гідратації до кремнезему може приєднатися різна кількість води, проте не­обхідно пам'ятати, що гель кремнієвої кислоти буде тим міцніше, ніж менше води він міститиме. Найміцнішу плівку гелю дає з'єднання 28Ю₂-Н₂О, що містить близько 13% води. Цим пояснюється порівняно низька міцність сумішей, що тверднуть в ре­зультаті продування холодним вуглекислим газом. Значно більш високі показники міцності виходять, якщо продування проводити гарячими газами, що містять 15-20% вуглекислого газу. На практиці частіше за все застосовують продування стрижнів ву­глекислим газом безпосередньо в стрижневих ящиках з подальшим підсушуванням в сушилі при температурі 250-300⁰С.

4.Класифікація в’яжучих матеріалів, класифікація глин у вологому та сухому стані.

В основі класифікації в'яжучих матеріалів, вживаних в ливарному виробництві, лежать дві основні ознаки:

· природа матеріалу (органічні і неорганічні, водні і неводи);

· характер твердіння (оборотний проміжний, необоротний).

Неорганічні в'яжучі матеріали - це мінеральні речовини. Вони придають форму­вальній суміші в'язкопластичні властивості в сирому стані або тверднуть методами хімічного або фізичного зміцнення. До них відносяться: глини, цемент, гіпс, рідке скло і інш. Ці в'яжучі мають деякі загальні властивості:

· придатні для литва по сирому;

· малочутливі до температури сушки;

· виділяють мало газів при заливці;

· мають погану вибиваємість.

Як органічні в'яжучі застосовується велика група матеріалів: синтетичні смоли, ма­сла, сахариди, лігносульфонати (ЛСТ) і інш. Ці в'яжучі мають деякі загальні власти­вості:

· підвищена текучість в сирому стані;

· можливість регулювання процесу хімічного або теплового ущільнення;

· добра вибиваємість;

· підвищена газотворність;

· токсичність.

Таблиця 2.12 - Класифікація глин в залежності від межі міцності при стисненні в вологому стані

Група глин	Межа міцності при стисненні, МПа, не більш
Позначення	Найменування	Бентонитової	Каолінової і каоліно - гідрос- людистої та полімінеральної
П	Міцнов'яжуча	0,13	0,10
С	Середньов' яжуча	0,11	0,08
М	Малов'яжуча	0,09	0,05

В залежності від межі міцності при стисненні в сухому стані каолінові та каоліно- гідрослюдисті глини поділяються на підгрупи (таблиця 2.13).

Таблиця 2.13 - Класифікація глин в залежності від межі міцності при стисненні в сухому стані

	Сума обмінних катіонів глини, мг екв/ 100 г
Група глин	сухої глини
	Бентонітові глини	Каолінові і другі глини
З високою сумою обмінних катіонів
З середньою сумою обмінних катіонів
З низькою сумою обмінних катіонів		Не нормується

5. За яким принципом класифікуються формувальні і стрижневі суміші? Як класифікуються суміші залежно від класу формувального піску?

Класифікацією властивості формувальних і стрижневих сумішей розділені на наступні ос­новні групи:

1) гідравлічні;

2) механічні;

3) технологічні;

4) теплофізичні.

Гідравлічні властивості формувальних сумішей в основному визначають умови га­зоутворення і видалення газотвірних продуктів порожнини ливарної форми при її заливці металом.

Механічні властивості визначають характеристики міцності ливарної форми в пері­од її виготовлення, а також при заливці і кристалізації виливка.

Технологічні властивості характеризують умови отримання якісних ливарних форм і стрижнів, а також умови виготовлення виливків з якнайменшою трудомісткістю і високою якістю поверхні.

Теплофізичні властивості створюють умови протікання теплових процесів при за­твердінні виливка в ливарній формі.

Залежно від кількості і якості первинних матеріалів міняються физико-механічні по­казники суміші, тому у виробничих умовах суміші піддаються випробуванню на вогкість, газопроникність, міцність і інш.

Залежно від класу формувального піску, що використовується, відрізняють природні і синтетичні суміші.

До природних формувальних сумішей відносять приготовані з формувальних піс­ків з великим вмістом глинистої складової (класу Т, Ж), тому додаткове додавання глини в такі суміші не потрібно.

До синтетичних формувальних сумішей відносяться суміші, в процесі приготуван­ня яких використовують формувальні піски з малим вмістом глинистої складової, які для забезпечення необхідних физико-механічних властивостей вимагають введення додаткової кількості глини.

При сталевому литві для формувальних сумішей використовують кварцові піски зер­нової групи 02, при дрібному литві застосовують піски із зерновою групою 016, а при кру­пному - із зерновою групою 03. Для попередження утворення тріщин у виливках до складу формувальної суміші вводять добавку тирси. В цілях попередження пригару при крупному литві із застосуванням сухих ливарних форм в суміш вводять до 20% маршаліта.

При чавунному литві використовують формувальні піски класу К і Т зернової групи 016, 03. З метою попередження пригароутворення до складу формувальної суміші вводять кам'яновугільний пил. Для поліпшення податливості і газопроникності сухих ливарних форм в суміш добавку тирси.

6. Особливості сумішей для сталевого, чавунного та кольорового литва.

По роду металу, що заливається, розрізняють формувальні суміші для чавунного, ста­левого і кольорового литва.

Суміші для сталевого литва виготовляють з самих кондиційних формувальних мате­ріалів, що забезпечують високу вогнетривкість, газопроникність і інші високі якісні показ­ники ливарних форм і стрижнів, оскільки температурна дія рідкого металу на стінки ливар­ної форми в цьому випадку найвищі.

Формувальні суміші для чавунного литва виготовляють з менш кондиційних форму­вальних матеріалів. Це зв'язано з тим, що температура металу при заливці порожнини лива­рної форми в даному випадку набагато нижче, ніж при заливці сталі.

Для того, щоб отримати виливок без дефектів, формувальні і стрижневі суміші, з яких виготовляють ливарну форму| і стрижні повинні задовольняти комплексу певних физико- механічних властивостей.

При сталевому литві для формувальних сумішей використовують кварцові піски зернової групи 02, при дрібному литві застосовують піски із зерновою групою 016, а при крупному - із зерновою групою 03. Для попередження утворення тріщин у виливках до складу формувальної суміші вводять добавку тирси. В цілях попередження пригару при крупному литві із застосуванням сухих ливарних форм в суміш вводять до 20% маршаліта.

Склад і властивості типових піщано-глинистих формувальних сумішей для сталевого литва приведений в таблиці 3.1.

При чавунному литві використовують формувальні піски класу К і Т зернової групи 016, 03. З метою попередження пригароутворення до складу формувальної суміші вводять кам'яновугільний пил. Для поліпшення податливості і газопроникності сухих ливарних форм в суміш добавку тирси.

Склад і властивості типових піщано-глинистих формувальних сумішей для чавунного литва приведений в таблиці 3.2.

Склад і властивості піщано-глинистих стрижньових сумішей для сталевого і чавунного литва приведений в таблиці 3.3.

7. Склади і властивості піщано-глинистих, піщано-смоляних, хромітових і хромомагнезитових сумішей.

Піщано-глинисті формувальні суміші. Піщано-глинисті суміші найбільш поши­рені в ливарному виробництві (більше 60% від загального об'єму формувальних сумішей) і застосовуються для виготовлення ливарних форм і стрижнів. Залежно від призначення вміст вогнетривкої глини може коливатися від 8 до 16% і більше.

Залежно від класу формувального піску, що використовується, відрізняють природні і синтетичні суміші.

До природних формувальних сумішей відносять приготовані з формувальних піс­ків з великим вмістом глинистої складової (класу Т, Ж), тому додаткове додавання глини в такі суміші не потрібно.

До синтетичних формувальних сумішей відносяться суміші, в процесі приготуван­ня яких використовують формувальні піски з малим вмістом глинистої складової, які для забезпечення необхідних физико-механічних властивостей вимагають введення додаткової кількості глини.

При сталевому литві для формувальних сумішей використовують кварцові піски зер­нової групи 02, при дрібному литві застосовують піски із зерновою групою 016, а при кру­пному - із зерновою групою 03. Для попередження утворення тріщин у виливках до складу формувальної суміші вводять добавку тирси. В цілях попередження пригару при крупному литві із застосуванням сухих ливарних форм в суміш вводять до 20% маршаліта.

При чавунному литві використовують формувальні піски класу К і Т зернової групи 016, 03. З метою попередження пригароутворення до складу формувальної суміші вводять кам'яновугільний пил. Для поліпшення податливості і газопроникності сухих ливарних форм в суміш добавку тирси.

Піщано-смоляні суміші. Цей тип сумішей характерний тим, що як в'яжучий мате­ріал в їх склад вводять наступні штучні смоли:

а) фуранові;

б) фенолоформальдегідні;

в) карбамідоформальдегідні і інш.

Процеси тверднення синтетичних смол залежно від структури полімерів і від наявно­сті побічних продувку реакцій називають полімеризацією. При використовуванні смол, фу­нкціональні групи яких схильні до міжмолекулярної взаємодії, їх тверднення здійснюють без каталізаторів, при цьому прискорення процесу тверднення досягають тепловою дією.

Піщано-смоляні суміші є дорогими, тому в основному застосовують тільки для виго­товлення стрижнів і оболонкових ливарних форм.

Ці суміші мають ряд переваг перед піщано-рідкоскляними, а саме:

· кращі умови видалення стрижнів з виливків;

· більш значну питому міцність в'яжучого матеріалу, що дозволяє використовувати ці сумі­ші для стрижнів складної конфігурації відповідального призначення.

До числа недоліків піщано-смоляних сумішей відносять їх токсичність - при заливці ливарних форм виділяються шкідливі речовини, такі фурфурол, формальдегід і інш., тому в приміщенні ливарного цеху необхідно забезпечувати посилену місцеву вентиляцію.

Застосовують сипкі, пластичні і рідкі піщано-смоляні суміші. Сипкі формувальні суміші в початковому стані характеризуються відсутністю зв'язку між зернами. Їх застосовують при виготовленні оболонкових ливарних форм і стрижнів.

Хромітові і хромомагнезитові суміші. Хроміт характеризується низьким коефіцієнтом термічного розширення, великою теплопровідністю і високою температурою плавлення. Коефіцієнт термічного розширення:

· хроміту 0,007;

· циркону і кварцу складають відповідно 0,003 і 0,018-0,024.

Хромовий пісок інертний по відношенню до оксидів розплавленого металу, тому його застосування особливо ефективно при виготовленні формувальних сумішей для виго­товлення виливків з високолегованих сталей, наприклад, з марганцевистих. Ця перевага хроміту перед кварцовим піском визначила його широке застосування для виготовлення формувальних сумішей при виробництві крупних сталевих виливків.

В якості в'яжучих для хромітових формувальних сумішей використовують ЛСТ, гід- рол, рідке скло, патока і інш.

Хромітові суміші використовують як лицювальні в поєднанні з піщано-глинистими або рідкоскляними сумішами. Заміна частини кварцового піску жирним дозволяє зберегти міцність даного шару після високотемпературної сушки і запобігти появі дефектів виливків.

Для отримання високоякісних формувальних сумішей при виробництві виливків і як­найповнішого використання фізико-хімічних властивостей хроміту останній необхідно час­тково або повністю прожарювати так, щоб його ППП не перевищували 2,0%.

Хромітова формувальна суміш з рідким склом характеризується підвищеною міцніс­тю в сухому стані по порівнянню по сумішами з ЛСТ. Це приводить до утруднення процесу вибивання стрижнів. У зв'язку з цим переважно використовувати суміші з ЛСТ, які володі­ють кращими комплексами технологічних властивостей.

Рідке скло як в'яжуче формувальних сумішей отримало менше розповсюдження, ніж ЛСТ, не дивлячись на те, що ливарні форми і стрижні з хромітової рідкоскляної суміші ма­ють більш високу початкову міцність.

Основним чинником, що обмежує застосування рідкого скла як в'яжучого матеріалу для хромітових сумішей, є їх нетривала живучість, обумовлена поглинанням зернами хромі­ту вологи, що міститься в рідкому склі, і хімічною взаємодією рідкого скла з компонентами хроміту. Щоб поліпшити живучість хромиітових сумішей, слід збільшити витрату в'яжучого або додатково вводити в них воду або їдкий натр.

Хромітові суміші із злаковою мукою і рослинним маслом застосовуються головним чином дня виготовлення стрижнів. Суміші з цими в'яжучими легко вибиваються з ливарної форми, володіють податливістю при високих температурах.

Внаслідок значного вмісту пилоподібної фракції у вогнетривкому наповнювачі хро­мітові суміші характеризуються низькою газопроникністю. Проте використовування хромі­тової формувальної суміші в поєднанні з високотемпературною сушкою не представляє не­безпеки з погляду утворення газових раковин.

Одним з недоліків хромітових сумішей є їх нетривала живучість (3-6 год). Живучість хромітових сумішей покращують шляхом добавки вогнетривкої глини або бентонита, прак­тично не знижуючи при цьому вогнетривкості формувальної суміші. Якнайкращу живучість хромітових сумішей забезпечують добавки оліфи, декстрина, патоки і ЛСТ.

Поглинена волога концентрується не тільки на поверхні частинок, але і проникає углиб зерен до тих пір, поки не порівняється вологість на поверхні і в центрі зерна.

Хромомагнезитові формувальні суміші відрізняються від хромітових наступними основни­ми властивостями:

· зниженою спікаємісттю при високих температурах, що полегшує видалення стрижнів з виливків;

· незначним виділенням або повною відсутністю газів;

· нетривалою живучістю, обумовленою повною дегідратацією хромомагнезита і поглинан­ням вологи, що міститься у формувальній суміші;

· низькою газопроникністю або повною її відсутністю в зв'язку дрібнозернистістю хромома­гнезиту.

Формувальні суміші на основі хромомагнезита у багатьох відношеннях поводяться подібно сумішам на основі хромового залізняка - при 1000-1100⁰С утворюється тонка окис­на плівка, яка залишається на поверхні порожнини ливарної форми або виливка. При вико­ристанні хромомагнезита достатньо тонкого помелу оксиди майже не проникають у форму. Формувальна суміш, приготована з хромомагнезита з величиною зерен 0,15-0,42 мм, менш схильна до утворення тріщин, ніж хромітова.

Зерновий склад хромомагнезитового порошку істотно впливає на якість поверхні ви­ливків. При використовуванні грубозернистого хромомагнезита виникає механічний пригар, а дрібного - з'являються газові раковини. У зв'язку з цим рекомендується при виготовленні дрібних і середніх виливків застосовувати більш дрібний хромомагнезит (залишки на двох нижніх ситах і тазі 35-40%). Для крупних виливків вони не повинні перевищувати 30-35%.

При заливці сталі в ливарну форму з суміші на основі хромомагнезиту утворюються тугоплавкі і малорухливі з'єднання, перешкоджаючі проникненню металу у формувальну суміш.

Хромомагнезитова суміш, приготована на ЛСТ, пластична, добре формується, але має підвищену газотворну здатність.

Хромомагнезитові суміші, приготовані на основі рідкого скла, володіють високою те­плопровідністю, постійним об'ємом при швидких змінах температур, підвищеною міцністю при високих температурах, не схильні до утворення механічного або хімічного пригару.

Суміші на основі хромомагнезита застосовують для обкладання кутів, виступів, ре­бер, для яких характерний виникнення пригару при використовуванні піщано-глинистих сумішей. Товщина облицьовування суміші 20-30 мм. Ливарна форма пров'ялюється на пові­трі: при тонкому шарі суміші - 4-6 год., при товстому -12-16 год. Виливки, отримані при ви­користовуванні суміші з товщиною стінок 70-80 мм, мають чисту і гладку поверхню.

Застосування хромомагнезитових сумішей забезпечує отримання чистої поверхні ви­ливків. Вибивка форм утруднена, як і у разі використовування сумішей на кварцовій основі, особливо якщо в'яжучим є рідке скло

Важливою технологічною характеристикою хромомагнезитової суміші, що визначає якість виливків, є її живучість.

Суміш, що має в своєму складі пилоподібну фракцію, зберігається більш довгий час, ніж без неї; суміш, приготована на дрібнозернистому хромомагнезиті (зерно менше 1 мм), має нормальну живучість. Суміш не зкомкується, дещо сухувата на дотик.

8. Склади і властивості піщано-масляних та піщано-рідкоскляних сумішей.

Піщано-масляні суміші. Піщано-масляні стрижневі суміші широко застосовуються для виготовлення відповідальних стрижнів І, П, Ш класів в умовах дрібносерійного і великосе- рійного виробництва виливків. Зміцнення стрижнів, виготовлених з таких сумішей, звичай­но здійснюють тепловою обробкою, тобто сушкою, температура якої залежить від вживаного в'яжучого матеріалу і коливається від 170 до 180⁰С при використовуван­ні таких в'яжучих, як декстрина, пектинового клею, а в'яжучих П, ПТ, ГТФ - до 200 - 220 ⁰С.

Окрім в'яжучих матеріалів, до складу піщано-масляних вводять добавки фор­мувальної вогнетривкої глини з метою підвищення міцності стрижнів у вологому стані.

В даний час замість масляних в'яжучих широко використовуються їх замінни­ки (в'яжучі П, ПТ, ГТФ, КО і інш.), що не містять в своєму складі рослинних масел.

Склад і властивості піщано-масляних стрижневих сумішей призначених для чавунних і сталевих виливків, приведені в таблиці 3.14.

Пісчано - рідкоскляні суміші. Відмітною особливістю даного типу сумішей є вико­ристовування в них як в'яжуче рідке скло в кількості 4-7%. Зміцнення ливарних форм і стрижнів може бути здійснено:

· при витримці на повітрі шляхом підв'ялювання;

· хімічним способом, за рахунок їх продування вуглекислим газом (СО₂);

· введенням у формувальну суміш ферохромового шлаку у вигляді добавки як хіміч­ного реагенту, що викликає аналогічно вуглекислому газу коагуляцію рідкого скла. Проте використовування піщано-рідкоскляних сумішей має ряд недоліків.

· До числа недоліків слід віднести:

· утруднену вибиваємість стрижнів з виливків унаслідок підвищеної спікаємості рід­кого скла з кварцовим піском;

· утрудняє витягання стрижнів з нерозбірних ящиків;

· обмежене використовування відпрацьованих сумішей у зв'язку з тим, що в приго­тованих сумішах зростає зміст окислу натрію (Ка₂О), що відноситься до числа шкід­ливих домішок, що знижують вогнетривкість сумішей;

· необхідні заходи по запобіганню суміші від передчасного висихання;

· обмежується термін зберігання стрижнів.

Проте даний спосіб широко застосовується і в умовах індивідуального, дрібно- серійного, і навіть великосерійного виробництва.

Зміцнення рідкоскляної суміші здійснюється шляхом дії СО₂ на рідке скло і видалення вологи.

Найширше застосування отримали рідкі суміші, до складу яких вводиться та­кож зміцнююча добавка ферохромового шлаку, що самозміцнюються. При виготов­ленні крупних ливарних форм звичайно використовують облицювальні самотверд­нучі суміші, а при виготовленні стрижнів - єдині суміші.

В піщано-рідкоскляні суміші додатково вводять наступні необхідні добавки:

· азбестову крихту для поліпшення вибиваємості стрижнів з виливків, а також для міцності сумішей у вологому стані;

· розчин бітуму в уайт-спіриті для поліпшення текучості при ущільненні на машинах і для поліпшення видалення стрижнів з виливків;

· кам'яновугільний пил для зменшення пригароутворення і поліпшення умов вида­лення стрижнів з виливків.

При виготовленні ливарних форм і стрижнів використовують два види піщано- рідкоскляних сумішей:

1) пластичні;

2) рідкі.

Пластичні суміші застосовуються як облицювальний шар. Зміцнення, тобто тверднення виготовлених ливарних форм і стрижнів здійснюється трьома основними способами:

· повітряною сушкою - підв'ялюванням на повітрі; протягом 2 -8 год.;

· тепловою сушкою при температурі 220-250⁰С; протягом 30-60 хв.;

· хімічним шляхом.

Рідкі суміші, на відміну від звичайних пластичних сумішей, що піддаються ущільненню при виготовленні ливарних форм і стрижнів, заливаються в опоки і стрижневі ящики і практично не вимагають ущільнення. Їх застосовують при виго­товленні середніх і особливо крупних по величині ливарних форм і стрижнів, оскіль­ки в цьому випадку, зважаючи на відсутність операції ущільнення суміші їх викори­стовування найбільш ефективно. Утворення рідкого стану досягається за рахунок введення в суміш добавок піноутворювачів - поверхнево-активних речовин.

9. Приготування формувальних сумішей. Міцність формувальних сумішей, її особливості і методи досліджень.

Приготовление формовочной смеси

Для приготовления смесей используются природные и искусственные материалы. Песок – основной компонент формовочных и стержневых смесей. Обычно используется кварцевый или цирконовый песок из кремнезема. Глина является связующим веществом, обеспечивающим прочность и пластичность, обладающим термической устойчивостью. Широко применяют бентонитовые или каолиновые глины.

Сначала подготавливают песок, глину и другие исходные материалы. Песок сушат и просеивают. Глину сушат, размельчают, размалывают в шаровых мельницах или бегунах и просеивают. Аналогично получают угольный порошок.

Затем подготавливают оборотную смесь. Оборотную смесь после выбивки из опок разминают на гладких валках, очищают от металлических частиц в магнитном сепараторе и просеивают.

Приготовление формовочной смеси включает несколько операций: перемешивание компонентов смеси, увлажнение и разрыхление.

Перемешивание осуществляется в смесителях-бегунах с вертикальными или горизонтальными катками. Песок, глину, воду и другие составляющие загружают при помощи дозатора, перемешивание осуществляется под действием катков и плужков, подающих смесь под катки.

Готовая смесь выдерживается в бункерах-отстойниках в течение 2…5 часов, для распределения влаги и образования водных оболочек вокруг глинистых частиц.

Готовую смесь разрыхляют в специальных устройствах и подают на формовку.

Формовочная смесь состоит из наполнителя, связующего и специальных добавок.

Наполнители должны обладать относительно высокой огнеупорностью, термической стойкостью, инертностью к расплавленному металлу, механиче- ской прочностью, низким коэффициентом термического расширения, одно- родным зерновым составом и минимальной стоимостью. На первых этапах развития литейного производства в качестве наполнителей применялись кварцевые пески и пылевидный кварц (маршалит). В связи с ростом требований к качеству отливок стали использовать другие природные, а также искус- ственные материалы.

Наполнители формовочных смесей в первую очередь должны иметь концентрированный гранулометрический состав. Известные наполнители по гранулометрическому составу могут быть разделены на две группы: пески (фракция до 0,1 мм) и порошки (фракция менее 0,063 мм). Пески используют- ся при изготовлении смесей, порошки – противопригарных паст, красок и в качестве добавок.

Связующие материалы определяют прочностные характеристики смесей и красок в исходном и нагретом состояниях. В литейном производстве в качестве связующих используется большое количество материалов.

Применительно к поставленной задаче связующие целесообразно рас сматривать совместно с добавками или реагентами, предназначенными для их отверждения. Основными характеристиками связующих являются прочность на сжатие смеси связующего с песком в отвержденном состоянии, температу- ра начала деструкции и количество выделяющихся при этом газов (газотвор- ность).

Анализ существующих тенденций в отечественной и зарубежной промышленности показал, что в качестве связующего для изготовления форм це- лесообразно применять, прежде всего, огнеупорную глину, портландцемент, жидкое стекло, синтетические смолы; для изготовления стержней – жидкое стекло с порошкообразными и жидкими отвердителями, фенолфурановые, фенолформальдегидные, карбамидно-фурановые, а также фосфатные свя- зующие.

Добавки служат для регулирования технических свойств смесей. Добав- ки к наполнителям используют обычно в виде тонкодисперсных материалов (порошков), увеличивающих плотность смеси. Они повышают прочность смеси за счет активации системы «наполнитель – связующее», препятствуют проникновению металла в форму как порозаполнители. Кроме того, имеетсябольшое число добавок, например, ванадий, теллур, магний, алюминий и другие элементы, которые являются основной составляющей красок для поверх- ностного легирования металла.

Добавки к связующему бывают нескольких типов: отвердители, пенообразователи (поверхностно-активные вещества – ПАВ) и модификаторы.

Основные требования, предъявляемые к смесям. Все свойства смесей делятся на технологические, рабочие и общие. К технологическим свойствам смесей относятся прочность во влажном и упрочненном состояниях, выбиваемость, осыпаемость, текучесть, живучесть и долговечность; к рабочим – прочность в нагретом состоянии, огнеупорность, податливость, газотворность и газопроницаемость, поверхностная прочность, склонность к пригару и теплофизические характеристики смесей. Общие свойства зависят от свойств исходных формовочных материалов и определяют объемную массу, порис- тость, зерновой, минералогический и химический составы. От комплекса свойств смесей наравне с технологическими особенностями зависит качество отливок.

Физико-механічні і технологічні властивості.

Виходячи з вимог отримання точних і якісних виливків в піщаних формах при мінімальних витратах, формувальна суміш на різних етапах технологічного процесу повинна мати наступні оптимальні физико-механічні і технологічні властивості.

Текучість - здатність формувальної суміші переміщатися і пластично деформу­ватися під дією зовнішніх сил або власної маси в напрямі, перпендикулярному до цих сил.

Уплотняємість - здатність формувальної суміші зменшувати об'єм (ущільнюва­тися) під дією зовнішніх сил або власної маси.

Формуємість - комплексна властивість, що характеризує здатність формуваль­ної суміші забезпечувати при даній технології чітке відтворення рельєфу поверхні модельного оснащення, необхідні густину і міцність форми.

Неприліпаємость до поверхні модельного оснащення - для попередження пош­кодження рельєфу поверхні порожнини форми при витяганні моделі.

Міцність при мінімальній витраті в'яжучого, достатню, щоб протистояти меха­нічним навантаженням при витяганні моделей, складанні і транспортуванні форм, розмиванню і продавлюванню їх рідким металом.

Живучість - збереження формувальною сумішшю своїх технологічних власти­востей на період її застосування.

Негігроскопічність, щоб форми (стрижні) при зберіганні не поглинали вологу.

Термостійкість - здатність форми не руйнуватися нижче мінімально допусти­мих величин міцності при контакті з рідким металом.

Вибиваємость - здатність форми руйнуватися після охолоджування виливків.

Газопроникність - здатність форми пропускати гази.

Податливість - здатність форми і особливо стрижнів не перешкоджати усадці виливка.

Негазотворність - формувальна суміш при контакті з рідким металом не по­винна виділяти багато газів, які могли б створити тиск, що приводить до їх проник­нення в метал.

Здатність до регенерації - відновлення властивостей відпрацьованих формува­льних сумішей для їх повторного використовування.

Нетоксичність - відсутність в суміші перевищуючого санітарні норми вмісту шкідливих речовин і виділення їх при заливці і охолоджуванні металу

Низька вартість і недефіцитність компонентів, що входять до складу формува­льних і стрижневих сумішей.

Текучість формувальної суміші визначається силами її внутрішнього тертя і зчеплення між піщинками. Залежно від величини сил внутрішнього тертя і зчеплення розрізняють пластичні, сипкі і рідкорухливі (наливні) формувальні суміші. Для плас­тичних сумішей зчеплення між піщинками має найбільші значення, що визначають їх міцність в сирому стані, а для сипких і наливних сумішей зчеплення близько до нуля. Чим більше міцність (зчеплення) пластичних сумішей, тим менше їх текучість. Текучість формувальної суміші повинна бути достатньою, щоб при даному її складі і мінімальній витраті енергії досягти максимальної і рівномірної щільності форм.

Відомо, що прилипаємість формувальній суміші погіршує якість поверхні форм і внаслідок цього виливків. Для запобігання прилипання суміші до модельного оснащення сили когезії (міцності формувальної суміші) повинні бути більше сил ад­гезії між формувальною сумішшю і поверхнею модельного оснащення. Щоб понизи­ти сили адгезії, необхідно зменшити змочуваність поверхні модельного оснащення в'яжучим формувальній суміші. З цією метою робочу поверхню дерев'яного модель­ного оснащення покривають фарбами і лаками. Крім того, поверхня її повинна бути гладкою.

Прилипаємість формувальних сумішей знижується при застосуванні модельно­го оснащення з пластмас, особливо з фторопласту. Для зменшення прилипаємості на робочі поверхні модельного оснащення наносять разові антиадгезійні модельні пок­риття - рідкі або пилоподібні. Рідкі покриття (наприклад, в'яжуче, композиція мазут + гас + графит) створюють рідку плівку між поверхнею оснащення і сумішшю,яка різко знижує між ними сили адгезії. Пилоподібні (порошкоподібні) покриття (моде­льні пудри), наприклад графить, лікоподій, також створюють розділовий прошарок між оснащенням і сумішшю, і тим самим знижують прилипаємість. Проте модельні пудри рівномірно нанести на поверхню оснащення важко, крім того, вони погано утримуються на вертикальних поверхнях і тому застосовуються мало.

Найпоширенішою причиною дефектів виливків є недостатня міцність форм і руйнування їх під час контакту з рідким металом. Величина міцності форм на різних етапах виготовлення виливків різна. Вона визначається наступними вимогами:

· забезпечувати чітке і точне відтворення формувальною сумішшю поверхні модель­ного оснащення, при цьому форма не повинна руйнуватися при витяганні моделі, тобто міцність її повинна бути більше питомих зусиль зсуву і відриву моделі від су­міші;

· витримувати тиск рідкого металу (натиск), який не повинен продавлювати форму і приводити до утворення на виливках подутості (місцеве потовщення виливка внаслі­док розпирання форми металом), тобто міцність форми повинна бути більше питомо­го тиску на неї рідкого металу;

· протистояти ерозійному руйнуванню кінетичною енергією потоку металу, що зали­вається, щоб не відбувалися розмивання суміші при заливці і утворення піщаних ра­ковин у виливках;

· міцність форми не повинна знижуватися нижче мінімально допустимих величин за час контакту рідкого металу з поверхнею форми щоб уникнути утворення у виливках ужимин, наростів, піщаних раковин і інших дефектів, тобто тривалість руйнування форми повинна бути більше часу затвердіння корки металу на поверхні виливка;

· після утворення на поверхні виливка твердої корки металу міцність форми повинна знижуватися, щоб забезпечити достатню підатливість виливка, який твердне і добру вибиваємість суміші.

Міцність при стисненні форми повинна бути не менше тиску, створюваного стовпом рідкого металу:

Р = Нрд)

де к - натиск;

р - густина рідкого металу; д - прискорення вільного падіння.

Чим більше натиск металу у формі, тим вище повинна бути міцність форми. З підвищенням натиску металу збільшується при заливці кінетична енергія його стру­меня і внаслідок цього підвищується небезпека розмивання форми потоком рідкого металу, що заливається.

Якщо у формі або на стрижні є виступаючі частини, вони можуть працювати на вигин; зріз і міцності їх повинні бути достатніми для опору цим навантаженням. Оскільки ці показники є лімітуючими, то міцність форми або стрижня в цілому по­винна бути така ж, як і виступаючих частин.

Слід підкреслити, що сильно перевищувати мінімально необхідну міцність фо­рми і стрижня не можна, оскільки через збільшення опору їх усадці у виливку мо­жуть виникнути великі напруги. Те, що велика міцність форми не потрібна, підтвер­джують, наприклад, технології отримання якісних виливків при вакуумно- плівковому формуванні і по моделях, що газифікуються.

Величину необхідної міцності форм і стрижнів слід розраховувати для конкре­тних технологій і конструкцій виливків. Її величина залежить не тільки від метало- статичного тиску (натиску), але і від характеру деформацій (стиснення, розтягуван­ня, зріз, вигин), які вони зазнають.

Для крупних виливків необхідна міцність форм складає 0,5-2 МПа, а для стри­жнів - 1-3 МПа.

Поверхнева міцність має найбільший вплив на якість виливка, так як динамічний вплив струменю металу сприймається в першу чергу поверхневими шарами форми та стрижня. Зараз не існує методів безпосереднього визначення поверхневої міцності, тому останню характеризують величиною "обсипальності ".

Поверхнева міцність суміші залежить від якості і кількості глини, неоднорі­дності складу піску за зернистостю, кількості вологи, кількості і якості в'яжучого, перегріву або недостатньої температури сушіння стрижня. Недостатня кількість або використання малозв'язуючих глин зменшує зцеплення окремих зерен піску, внаслідок чого підвищується обсипальність суміші. Бентоніти при нагріванні до 100⁰С втрачають свою гігроскопічну і частину цеолітної води, внаслідок чого пове­рхнева міцність висушеної суміші з бентонітом буде менше міцності суміші з фор­мувальною глиною. З цього виходить, що для сухих форм бентонітові глини засто­совувати не слід.

Обсипальність характеризується величиною втрати маси поверхневого шару зразка за одиницю часу при його терті об стінки сітчастого барабану, який обетається із швидкістю 60 обертів за хвилину.

При недостатній поверхневій міцності суміші її частки змиваються струме­нем металлу при заливанні і утворюють у виливках різні види дефектів (засмічен­ня, пригар та інш.).

Поверхневу міцність можна поліпшити шляхом підбору складових суміші і дотримання технології її приготування. Гарні результати дає зміцнення поверхні шляхом обприскування розчином зв'язуючих, наприклад, розчином сульфідно - спиртової барди, рідким склом та інш.

Для визначення поверхневої міцності використовується стандартний циліндричний зразок діаметром 50 мм і прилад моделі 056 (рисунок 7.1) з бараба­ном діаметром 110 мм. Барабан приладу обертається із швидкостю 60 обертів за хвилину. Стінки барабану виготовлені з сітки з товщиною проволоки 0,9 мм. Зва­жений зразок уміщують циліндричною поверхнею посередині барабану; при цьому необхідно слідкувати за тим, щоб торці зразка не упиралися у торці барабану. Час випробування 1 хвилина. Після зупинки барабану повторним зважуванням визна­чають массу зразка.

Випробуванням піддають зразки, які виготовлені з вологої суміші, або висушені за установленим для даного складу суміші режимом. Зразки повинні мати рівну по­верхню, без обломів та вибою.

Визначення обсипності виконують на трьох зразках. За показник обсипності прий­мають середнє арифметичне значення отриманих результатів. Якщо отримані дані хоча би одного із зразків відрізняються від середнє арифметичного більш ніж на 10 %, то випробування треба повторити на трьох нових зразках, виготовлених з тієї ж суміші.

Обсипальність визначається у процентах до початкової маси зразка:

О = (Р₁-Р₂)/Р₁ * 100%

де Р₁ - маса зразка до випробування, г; Р₂ - масса зразка після випробування, г.

Для більш глибокого розгляду процесу обсипальності поверхні форм і стрижнів слід ввести поняття «питома обсипальність поверхні». Під «питомою обсипально- стю поверхні» розуміють втрату у масі поверхневого шару зразка за одиницю часу, віднесену до одиниці обсипаної поверхні. Ця величина в значній мірі характеризує дійсний процесс втрати поверхневого шару форм та стрижнів. При стандартних випробуваннях на циліндричних зразках величина питомої обсипальності поверхні може бути визначена за наступною формулою:

У_п = (Р₁-Р₂)/F₆ = (Р₁-Р₂)/(π*d*h)

де Р₁ - масса зразка до випробування, г; Р2 - масса зразка після випробування, г,

F _б - бокова поверхня зразка, яка піддавалась силовому впливу, d, h - розміри зразка.

Дата добавления: 2015-10-21