Требования к формовочным и стержневым смесям и их свойствам

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Качество отливки во многом зависит от:

а - технологии изготовления форм и стержней;

б - условий кристаллизации (взаимодействия формы с жидким металлом);

г – химического состава, свойств формовочных и стержневых смесей и технологии их приготовления.

К основным свойствам формовочных смесей относятся: пластичность, прочность. огнеупорность, гигроскопичность, газотворность и газопроницаемость.

Пластичность- способность смеси деформироваться под действием приложенной нагрузки. Формовочные и стержневые смеси должны обладать пластичностью, чтобы точно воспроизводить конфигурацию модели в форме. Таким свойством обладают материалы, которые могут пластически деформироваться под действием слабых усилий, например, нажатия руки. Формовочные смеси имеют структуру, состоящую из зерен кварца, покрытых оболочкой связующего. Благодаря силам сцепления, зерна кварца прочно соединяется между собой. Для отделения их друг от друга или перемещения необходимо приложить усилие сдвига, которое будет тем больше, чем выше вязкость связующего. Таким образом, чем выше вязкость связующего, тем менее пластична формовочная (стержневая) смесь.

Прочность формовочных смесей зависит от их химического состава. Заданная прочность литейной формы достигается уплотнением формовочной (стержневой) смесей в процессе изготовления формы (стержня) и соотношением связующих элементов и наполнителей и различных добавок.

Огнеупорность- способность формовочных (стержневых смесей) противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Стенки полости формы при заливке металла нагреваются до температур, равных температуре металла. При заливке стали эта температура составляет 1580~1550°С, чугуна I340~I400°C, алюминиевых сплавов 700-730°С. Вследствие этого температура плавления материала Формы должна быть выше температуры заливаемого металла, т.е. формовочная смесь должна обладать высокой огнеупорностью - способностью выдерживать высокие температуры без расплавления. Благодаря высокой температуре и протекающим химическим реакциям на границе металл-форма могут образоваться легкоплавкие силикаты металла, проникающие в поры песчаной формы. В результате на поверхности отливок образуется пригар, ухудшающий чистоту ее поверхности.

Кроме температуры и химических реакций, на величину пригара влияет пористость формы, а также продолжительность теплового воздействия жидкого металла на стенки формы. Чем выше огнеупорность формовочной (стержневой) смеси и чем более инертна она к химическим реакциям при высоких температурах, тем меньше пригар на отливках. Во многих случаях стержни со всех сторон окружены жидким металлом и прогреваются им на всю толщину, поэтому стержневые смеси должны приготовляться из более огнеупорных песков.

Гигроскопичность - способность формовочной (стержневой) смеси поглощать воду из воздуха. Гигроскопичность зависит от свойств связующего, входящего в состав смеси. Гигроскопичность смеси должна быть минимальной, так как влагонасыщение поверхности Формы (в процессе сборки и выдержки на воздухе) может быть причиной образования газовых раковин в отливке.

Долговечность- способность смеси почти не терять своих свойств при многократном использовании. Долговечность формовочной смеси является важной характеристикой, определяющей экономичность ее использования.

Формовочная (стержневая) смесь после заливки в форму металла частично теряет свои первоначальные свойства. Такие смеси называются отработанными. Отработанные смеси подвергают регенерации - специальной обработке, при которой удаляются пыль, остатки связующих и т.д. При дальнейшей переработке смеси для повышения прочности в нее добавляют глину. Повторное использование отработанных формовочных смесей, их регенерация значительно снижают расход свежих формовочных материалов и повышают экономичность производства.

Газотворность и газопроницаемость. При нагревании стенок формы (стержня) жидким металлом влага, входящая в состав формовочной смеси, связующие, добавки (опилки, уголь) образуют большое количество паров и газов. Свойство смеси выделять при нагревании пары и газы называется газотворной способностью, пары и газы, образующиеся в слоях формы, соприкасающихся с жидким металлом, под действием тепла расширяются и перемещаются как внутрь формы (по каналам между песчинками) так и через металл. Если сопротивление движению паров и газов по каналам между песчинками будет больше сопротивления движения газов через металл, то в отливке могут появиться газовые раковины. Для получения отливок без газовых раковин формовочная (стержневая) смесь должна пропускать газы, т.е. обладать высокой газопроницаемостью. Из стержней, выполняющих полости и отверстия в отливках, газы, образующиеся при разложении связующего, выделяются более интенсивно. Это способствует образованию газовых раковин в отливке. Поэтому стержневые смеси должны обладать особенно малой газотворной способностью и высокой газопроницаемостью. Газопроницаемость смесей зависит от величины и формы зерен песка, от содержания глины и влаги, а также от степени уплотнения смеси при формовке. Можно приготовить образцы с высокой пористостью, вместе с тем эти образцы не будут газопроницаемы, поэтому можно считать, что в отношении отвода газов имеют значение только те поры и каналы, которые соединяют внутреннюю часть формы с ее поверхностью. Формовочная смесь является газопроницаемой, если через нее при заданном давлении в течение определенного времени проходит определенное количество газов.

В качестве единицы измерения газопроницаемости принимается количество см³ газа (воздуха), проходящего в I мин. через слой формовочной смеси площадью в 1 см²и высотой в I см при разнице давления в I см водяного столба.

Определяется газопроницаемость пропусканием 2000 см³ воздуха комнатной температуры через стандартный образец диаметром, и высотой 5,0см. При этом фиксируют давление воздуха «р» перед образцом и время «» прохождения всего объема воздуха. Величину газопроницаемости вычисляют по формуле:

K = Vh/Fp

где V- объем воздуха, прошедшего через образец в см³, он равен 2000 см³; h – высота образца, в см, (5 см); F - площадь поперечного сечения образца в см2 , она равна 19,635 см²; р - давление воздуха перед образцом в см водяного столба; - время прохождения через образец 2000 см³/мин воздуха.

Подставляя вместо буквенных выражений их значения, формула примет вид:

K = 509,5/p

Газопроницаемость смеси назначается для конкретных условий изготовления отливки. В общем случае можно указать пределы изменения газопроницаемости, ориентировочные значения которых приведены в табл.1.

Таблица 1.