Реферат: Анализ методов улучшения жидкостекольных смесей

--PAGE_BREAK--Таблица 1 Химический состав бокситов

Месторо- ждение

боксита


Содержание компонентов в %


Потери при про -   каливани

в %

Al<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">O<img width=«11» height=«25» src=«ref-1_425094877-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">



SiO<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">



Fe<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">O<img width=«11» height=«25» src=«ref-1_425094877-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">

CaO


МgO



TiO<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">





P<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135">O<img width=«11» height=«25» src=«ref-1_425412626-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">

Красноок- тябрьское
Северо­уральское
Тихвинское



40,1
55,6
47,12



3,1
3,09
19,4



30,9
23,4
13,51



0.46
1,92
1,6



0.2
—
0.31



1,9
2,3
—





0,12
—
0,05



23,0
12,72
18,24



<img width=«317» height=«145» src=«ref-1_425412816-2364.coolpic» hspace=«12» alt=«Подпись: Рис. 13. Работа, затраченная на выбивку нагретых и охлажденных образцов из смесей с добавкой 3% боксита:1—высушенных при 200° C; 2 — продутых CO.» v:shapes="_x0000_s1052"><img width=«331» height=«215» src=«ref-1_425415180-22402.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1070">    На рис. 13 приведены результаты испытания смеси с 3% бок­сита Тихвинского месторождения. Из опытов видно, что законо­мерность образования второго максимума за счет Al<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">O<img width=«11» height=«25» src=«ref-1_425094877-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">, содер­жащегося в боксите, оказалась такой же, как при использовании химически чистогоAl<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">O<img width=«11» height=«25» src=«ref-1_425094877-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141"> 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<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142">, 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



<img width=«424» height=«371» src=«ref-1_425438535-65967.coolpic» v:shapes="_x0000_s1112">
Аналогичные результаты были получены при введении в смеси с жидким стеклом не только Al<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143">O<img width=«11» height=«25» src=«ref-1_425094877-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">, но и других добавок, способныхобразовывать с Na<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">Oи SiO<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">тройные системы с высокой темпера­турой плавления. В качестве таких добавок были взяты CaO и MgO. Согласно диаграмме состояния

Рис. 14. Диаграмма состояния системы
Na<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147">O–CaO–iO<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148">
.

(рис. 14) максимальная температура плавления тройных соединений, лежащих на ли­нии АА и содержащих SiO<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">: Na<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">O= 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)<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> 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<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153"> 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.

<img width=«350» height=«251» src=«ref-1_425506411-28037.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1053">
<img width=«326» height=«118» src=«ref-1_425534448-1257.coolpic» hspace=«12» alt=«Подпись: Рис. 15. Работа, затраченная на выби — вку образцов из смеси с добавкой 1,1% мела: 1 — высушенных при 200° C; 2—продутых CO.» v:shapes="_x0000_s1054">
1.4.5.Влияние окиси магния

    Добавление окиси магния в смесь в небольших количествах (до 0,6%) позволяет в соответствии с тройной диаграммойNa<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154">O–MgO–SiO<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155"> (линия A—Aна рис. 16) повысить температуру второго максимума работы выбивки до 1400° C(рис. 17).
<img width=«420» height=«361» src=«ref-1_425536087-42157.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">
<img width=«459» height=«36» src=«ref-1_425578244-659.coolpic» hspace=«12» alt=«Подпись: Рис. 16. Диаграмма состояния системы Na O–MgO–SiO.» v:shapes="_x0000_s1055">
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.

<img width=«337» height=«160» src=«ref-1_425578903-18503.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158">


            

              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.

   Этимобъясняется улучшение выбиваемости смесей известными до­бавками окислов неорганических веществ (Аl2Оз, MgO,CaO) карбонатов (СаСОз,MgCO3),соединений2CaO.Si02в различной форме и чистых металлов, например Аl иMg.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.

<img width=«403» height=«365» src=«ref-1_425597597-40492.coolpic» v:shapes="_x0000_s1117">     продолжение
--PAGE_BREAK--
   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 резкооблегчает 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.



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 Cвведение 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.

<img width=«446» height=«119» src=«ref-1_425638089-1678.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 18. Работа, затра¬ченная на выбивку образ¬цов из смеси: а ─ с добавкой 2% раствора битума в уайт-спирите; б—с добавкой мочевины; в —с до¬бавкой 2% древесной муки: /—высушенных при 200° C; 2 — продутых СО.» v:shapes="_x0000_s1074">
<img width=«549» height=«337» src=«ref-1_425639767-58503.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">

 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(<img width=«107» height=«25» src=«ref-1_425698270-311.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163">). Ана­логичные результаты были получены при введении в сме­си химически чистогоAl<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">O<img width=«11» height=«25» src=«ref-1_425094877-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165"> ,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 приих 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].

<img width=«307» height=«228» src=«ref-1_425715957-25449.coolpic» v:shapes="_x0000_s1120">
 Опыты (рис. 20) показа­ли, что путем увеличения скорости охлаждения обра­зцов,

<img width=«260» height=«137» src=«ref-1_425741406-1364.coolpic» hspace=«12» alt=«Подпись: Рис. 20. Работа, затраченная на Выбивку образцов, нагретых до 800° C и затем охлажденных с разной скоростью: 1—высушенных при 200° C; 2— продутых CO.» v:shapes="_x0000_s1064">
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.
<img width=«328» height=«276» src=«ref-1_425742770-15801.coolpic» v:shapes="_x0000_s1123">



<img width=«288» height=«166» src=«ref-1_425758571-1800.coolpic» hspace=«12» alt=«Подпись: Рис. 21. Работа, затраченная на выбивку стержней, продутых CO, из отливок при различной скорости их охлаждения:1-остывание вместе с формой; 2 — выбивка через 1ч; 3—выбивка через 15 мин; 4—про-дувка воздухом после заливки.» v:shapes="_x0000_s1066">
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

<img width=«342» height=«261» src=«ref-1_425760371-22976.coolpic» v:shapes="_x0000_s1130">





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 содержа­нияNa<img width=«12» height=«25» src=«ref-1_425063903-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170">Oв 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


    продолжение
--PAGE_BREAK--Одним из недостатковжидкостекольных 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.

<img width=«326» height=«468» src=«ref-1_425783538-25298.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1040">

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 жидкостекольнойсамотвердеющей 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

,5



1,0

0,5

0,2





0,3




















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 различнымижелезоуглеродистыми 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, 10ƒкг/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.

<img width=«336» height=«250» src=«ref-1_425808836-12417.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1035">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%.

<img width=«304» height=«382» src=«ref-1_425821253-3462.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1039">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.

<img width=«307» height=«117» src=«ref-1_425824715-1090.coolpic» hspace=«12» alt=«Подпись: Рис. 25. Влияние плотности НСС на её выбиваемость после прогрева при температурах:1– 600º C; 2– 900º C; 3– 1100º C.» v:shapes="_x0000_s1102">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



.

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°Cработа выбивки несколько увеличивается. Поэтому инден-кумароновые смолы улучшают выбиваемость стержней из НСС из стальных отливок.

    продолжение
--PAGE_BREAK--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





0,2





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

Стерж­ни из НСС при добавке смолы B/Iв 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 поГОСТ 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

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 вНСС можновводить 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 группувходят вещества, которые при нагреве не претер­певают агрегатных изменений и в которых после нагрева до 1200°Cкоксовый 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°Cсажистого 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
    продолжение
--PAGE_BREAK--