УМКДП 050709 Формовочные материалы и смеси

Министерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский государственный технический университет     Утверждаю Первый проректор ___________Исагулов А.З. «____» _________ 2013 г.           УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ   по дисциплине ELBD 3208 «Формовочные материалы и смеси» для студентов специальности  5B070900 – «Металлургия»                      Факультет Машиностроительный   Кафедра    Металлургия, материаловедение и нанотехнологии   2013 г.

Предисловие Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя разработан: к.т.н., доцент кафедры ММиН Канунникова С.Г. к.т.н., доцент кафедры ММиН Кузембаев С.Б. магистр металлургии, ассистент кафедры ММиН Салина В.А.       Обсужден на заседании кафедры ММиН Протокол № _______ от «____»______________200___ г. Зав. кафедрой _____________Турсунбаева А.К.   «____»____________200___ г.               (подпись)       Одобрен методическим бюро факультета ___________________________ Протокол № ________ от «_____»_____________200___ г. Председатель ___________ Шеров К.Т. «____»____________ 200___ г.

      1 Рабочая учебная программа

 

1.1 Сведения о преподавателе и контактная информация

Канунникова Светлана Гавриловна, к.т.н., доцент кафедры ММ и Н

Кузембаев Серик Бопаевич, к.т.н., доцент кафедры ММ и Н

Салина Валентина Алексеевна, магистр металлургии, ассистент кафедры  ММ и Н

Кафедра ММ и Н находится в главном корпусе КарГТУ (адрес), аудитория 313, контактный телефон 1024.

 

1.2 Трудоемкость дисциплины

Семестр	Количество кредитов	Вид занятий					Количество часов СРС	Общее количество часов	Форма контроля
		количество контактных часов			количество часов СРСП	всего часов
		лекции	практические занятия	лабораторные занятия
	ECTS
6	3	30	—	15	45	90	45	135	экз.
	4,5

 

1.3 Характеристика дисциплины

Дисциплина «Формовочные материалы и смеси» является дисциплиной по выбору ВУЗа, цикла «Профильные дисциплины», в которой рассматриваются основные сведения об исходных формовочных и стержневых материалах, видах смесей.

1.4 Цель дисциплины

Целью изучения данной дисциплины является изучение теории и практики обработки и применения формовочных материалов, вопросов выбора оптимальных составов формовочных и стержневых смесей, методик контроля технологических свойств смесей и литейных форм.

 

1.5 Задачи дисциплины

Задачи дисциплины следующие:

в зависимости от служебных характеристик материалов отливок студент должен определить рациональный состав формовочных и стержневых смесей, а также противопригарных покрытий формы.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны:

иметь представление о:

—       значении качества и контроля формовочных материалов для получения точных литых заготовок;

—       производстве чугунных и стальных отливок для различных отраслей машиностроения и металлургической промышленности;

—       новых методах формообразования;

—       перспективном развитии в области новых формовочных материалов и современных составов смесей, красок, технологии изготовления форм.

 

знать:

Свойства и применение основных видов формовочных материалов, виды формовочных и стержневой смеси.

уметь:

Разрабатывать, планировать новые составы формовочных и стержневых смесей для получения конкретных отливок, пользоваться современными методами контроля качества материалов и готовой продукции.

Приобрести практические навыки физико-механических и технологических свойств формовочных и стержневых смесей.

 

1.6 Пререквизиты

Для изучения данной дисциплины необходимо усвоение следующих дисциплин (с указанием разделов (тем)):

 

 

1.7 Постреквизиты

Знания, полученные при изучении дисциплины «Формовочные материалы и смеси», используются при освоении следующих дисциплин:

1. Технология литейного производства.
2. Теория формирования металлических систем.
3. Специальные виды литья.
4. Оборудование литейных цехов, промышленные роботы и манипуляторы I

 

1.8 Содержание дисциплины

1.8.1 Содержание дисциплины по видам занятий и их трудоемкость

Продолжение таблицы

 

1.9 Список основной литературы

1. Степанов Ю.А. и др. – Формовочные материалы – М.: Машиностроение, 1980 г.

2. Исуковский С.С. и др. Формы и стержни из ХТС – М.: Машиностроение, 1978 г.

3. Берг П.П. – Формовочные материалы – М.: Машиностроение, 1973 г.

4. Трухов А.П. и др. – Формовочные материалы – М.: Издательский центр «Академия», 2005 г.

 

1.10 Список дополнительной литературы

5.  Могилёв В.К. и др. – Справочник литейщика – М.: Машиностроение,

6. Исагулов А.З. и др. – Расчеты элементов литейной формы. Учебное пособие – Караганда, КарГТУ, 1988 г.

7. Исагулов А.З. и др. – Методические указания к лабораторным работам. КарГТУ, 1990 г.

 

1.11 Критерии оценки знаний студентов

Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма максимальных показателей успеваемости по рубежным контролям (до 60%) и итоговой аттестации (экзамену) (до 40%) и составляет значение до 100% в соответствии с таблицей.

Рубежный контроль проводится на 7-й и 14-й неделях обучения и складывается исходя из следующих видов контроля:

 

1.12 Политика и процедуры

При изучении дисциплины «Формовочные материалы и смеси» прошу соблюдать следующие правила:

1. Не опаздывать на занятия.

2. Не пропускать занятия без уважительной причины, в случае болезни прошу предоставлять справку, в других случаях – объяснительную записку.

3. Не жевать резинку.

4. Отключать сотовые телефоны.

5. Активно участвовать в учебном процессе.

6. Быть терпимыми, открытыми, откровенными и доброжелательными к сокурсникам и преподавателям.

 

1.13 Учебно-методическая обеспеченность дисциплины

Ф.И.О автора	Наименование учебно-методической литературы	Издательство, год издания	Количество экземпляров
			в библиотеке	на кафедре
Основная литература
1. Степанов Ю.А. и др.	Формовочные материалы – М.:	Машиностроение, 1980	50	—
2. Исуковский С.С. и др.	Формы и стержни из ХТС – М.:	Машиностроение, 1978	30	—
3. Берг П.П.	Формовочные материалы – М.:	Машиностроение, 1973	10	—
4. Трухов А.П.

и др.Формовочные материалы – М.:

Академия,

2005

10

—

Дополнительная литература

5. Могилёв В.К.

 

и др.Справочник литейщика – М.:

Машиностроение, 1984

 

30

2

6. Исагулов А.З.

 

и др.Расчеты элементов литейной формы. учебное пособие

Караганда, КарГТУ,

1988

20

10

7. Исагулов А.З.

 

и др.Методические указания к лабораторным работам

КарГТУ,

1990

20

20

 

 

 

 

 

 

2 График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

Вид контроля	Цель и содержание задания	Рекомендуемая литература	Продолжительность выполнения	Форма контроля	Срок сдачи
лаб.раб. №1	Углубление теоретических знаний.	[1,4,7]	1 недели	текущий	2-я неделя
контр. работа	по 1-му разделу: исходные формовочные материалы и свойства (пески)	[1,2,3]	2 недели	текущий	3-я неделя
лаб.раб. №2	Углубление теоретических знаний	[1,4,7]	2 недели	текущий	6-я неделя
контр. работа	По 2-му разделу: Исходные формовочные материалы и свойства (глины)	[1,2,5,6]	2 часа	рубежный	7-неделя
лаб.раб. №3	Углубление теоретических знаний	[1,3]	2 недели	текущий	8-я неделя
контр. работа	По 3-му разделу: Вспомогательные материалы	[1,2,5,6]	2 недели	текущий	9-я неделя
лаб.раб. №4	Углубление теоретических знаний	[1,2,3]	2 недели	текущий	10-я неделя
лаб.раб. №5	Углубление теоретических знаний	[1,2,5,6]	2 недели	текущий	12-я неделя
лаб.раб №6	Углубление теоретических знаний	[1,2,5,6]	2 недели	текущий	12-я неделя
контр. работа	По 4-му разделу: Классификация формовочных песков	[1,2,5,6]	2 часа	текущий	12-я неделя
лаб.раб №7	Углубление теоретических знаний	[1,2,5,6]	2 часа	рубежный	14-я неделя
контр. работа	По 5-му разделу: Определение среднего размера зерна	[1,2,5,6]	2 часа	текущий	15-я неделя
Экзамен	Проверка усвоения материала дисциплины	Весь перечень основной и дополнительной литературы	2 контактных часа	Итоговый	В период сессии

 

3 Конспект лекций

Тема 1 Цель и задачи курса ФМС. История развития литейного производства в усовершенствовании машиностроения. (2 часа)

 

План лекции

1. Техника и технология литейного производства в период конец XVIII – первая четверть XX века.

2. Техника и технология литейного производства в период от первой четверти ХХ века до конца 1940 года.

3. Техника и технология литейного производства в период 1905 – 1990гг.

 

Технология получения отливок известна человечеству с древ­нейших времен. Ее история начиналась на заре земных цивилиза­ций ранее 4 тыс. лет до н. э. За такой исторический период литей­ное производство превратилось в одну из отраслей промышлен­ности, использующей наряду с древнейшими традициями все современные достижения науки и техники: компьютерные технологии, лазеры, электронику и автоматику, композиционные материалы, сплавы с заранее заданными свойствами, биотехноло­гии и др.

В современной научно-технической и исторической литературе отдельным вопросам и периодам развития литейного производ­ства были посвящены работы многих специалистов в данной об­ласти: П.Н.Аксенова, Г.Ф.Баландина, А.А.Горшкова, Б.Б.Гуля­ева, Л.И.Леви, Л.М.Мариенбаха, Ю.А.Нехендзи, Г.М.Орлова, А. М. Петриченко, Б.В.Рабиновича, Н.Н.Рубцова, В.М.Шестопала и др.

Для развития литейной техники и технологии характерны не­которые общие закономерности, в частности расширение ассор­тимента применяемых природных материалов (в первую очередь по их прочности), постоянное совершенствование применяемых естественных и искусственных материалов (также по их прочнос­ти), рациональное количественное использование материалов, со­здание искусственных материалов с заранее заданными свойства­ми и др.

Техника и технология литейного производства в период конец XVIII в. — первая четверть XX в. В период мануфактурного производства в России были подготовлены материальные и экономические предпосылки машинного производства. Первые машиностроительные заводы в России, которые начали строить в конце XVIII в., были литейные.

Удешевление продукта и рост потребности самих металлурги­ческих заводов способствовали постепенному развитию машино­строения, которое в свою очередь дало металлургическим заводам средства для совершенствования и роста. Одновременно с маши­ностроительной индустрией возникли новые технические средства, являющиеся областью сбыта продуктов чугунолитейного про­изводства, в частности развитие рельсовых путей, мостостроение, применение пара для движения судов (1807) и паровозов (1827) и т.д.

Первая в России паровая машина с использованием литых дета­лей собственного производства была построена на Александров­ском металлургическом заводе в Петрозаводске (1790). Частный завод Берда (1792) в течение первых же лет с момента основания производил литые детали для паровых машин, токарных станков для Тульского оружейного завода, а также для паровых судов.

В 1846 г. в России были построены первые паровозы и вагоны широкой колеи (1524 мм) для Николаевской железной дороги (Петербург — Москва). Этот год считается началом отечественно­го заводского паровозо- и вагоностроения.

В области технологии формовки российские литейщики имели большой опыт по производству колоколов, пушек, который рас­крыт в работе Н.Н.Рубцова. Это была так называемая «мед­ленная формовка», применявшаяся и в более ранний период. Дан­ная непроизводительная технология, требующая повышенной ква­лификации литейщиков, сопряжена с высоким браком литья.

С развитием машиностроения возникла потребность в произ­водстве большого количества точных однотипных отливок, кото­рые стали формовать с помощью моделей и разъемных опок в песчано-глинистые формы. Во второй половине XIX в. этот способ сделался основным при производстве машиностроительного ли­тья, хотя в данном более прогрессивном методе формовки, как и в прежнем «медленном», весь процесс производства форм осуще­ствляется в основном вручную. Эмпирический, рецептурный под­ход применялся как к подбору оптимальных составов формовоч­ных смесей, так и к установлению необходимых физико-механических свойств отливки. В результате получаемые разнообразные составы смесей зависели от местных условий.

С середины XIX в. в литейных цехах начинают применять при изготовлении литейных форм механические приспособления, ко­торые до 1870-х гг. применялись редко. Только в снарядном массо­вом производстве уже с 1860-х гг. использовались протяжные фор­мовочные машины. По способу действия немецкий металлург того времени А.Ледебур подразделил формовочные машины на три категории: 1) осуществляющие протяжку модели из формы; 2) осуществляющие набивку формы формовочной смесью и про­тяжку модели; 3) обеспечивающие изготовление с помощью сег­мента тел вращения, например формовку зубчатых колес, требу­ющих большой точности при больших размерах.

Однако на долю машинной формовки приходилось лишь 8 % выпуска литья. С помощью машин формовались только мелкие от­ливки. Разделение труда в литейных цехах этого периода почти пол­ностью отсутствовало, использовался последовательный режим ра­боты. Формовщики занимались не только изготовлением форм, они также подготавливали формовочную смесь, вели заливку и выбив­ку форм. Практически литейщик выполнял все операции по изго­товлению отливки, кроме плавки металла, приготовления облицо­вочных смесей и стержней. Основным типом литейщика того вре­мени был не литейщик-оператор, а литейщик широкого профи­ля, который практически выполнял все функции. Техника литей­ных цехов ограничивалась установкой примитивных ручных кон­сольных и тихоходных мостовых кранов и простейших бегунов, гли­номялок, грохотов, барабанов для очистки полученного литья.

С развитием машиностроения возросли требования и к конструкционному материалу, из которого отливались детали машин. В первую очередь возросли требования к его прочности, а это вы­звало переход к изготовлению изделий из литой стали, в связи с чем получили развитие разные способы ее производства. Появле­ние нового более дешевого и быстрого способа получения ста­ли — бессемеровского процесса (1856) — разрешало эту пробле­му. Первыми заводами в России, которые наладили у себя бессемеровский процесс, были Нижне-Салдинский на Урале и Обуховский в Петербурге.

Первая мировая война 1914 — 1918 гг. явилась мощным стиму­лом для производства предметов вооружения, послужила экзаме­ном, в частности, машиностроению и литейному производству. Большая потребность в снарядах, особенно крупных калибров, не могла быть удовлетворена производством одних лишь штампован­ных снарядов; развитие получил выпуск литых снарядов, произ­водство которых оказалось более дешевым.

При производстве снарядов из сталистого чугуна заводам предоставлялась полная свобода выбора как способов получения метал­ла, так и типов плавильных печей. В то же время по прочности сталистый чугун должен был строго удовлетворять техническим условиям, состоявшим из испытаний образцов на удар под копром и на разрыв. Например, образцы для испытания на разрыв должны были иметь предел прочности не ниже 230 Н/мм² (23 кгс/мм²).

Для литья снарядов формовку вели самыми разными способа­ми. Большие снаряды формовали в трех опоках (один разъем на Центрирующем утолщении, а другой у дна снаряда, чтобы можно было подвести металл снизу через искривленный конец литника). Для изготовления снарядов применялась и машинная формовка. Способ быстрой формовки требовал особой формовочной смеси и специальной формы головки модели снаряда, обеспечивающей Достаточное уплотнение формы. Модели, имевшие приблизительно форму снарядов, впрессовывались под давлением в формовоч­ную смесь, заполнявшую опоку, таким образом, достигалось формообразование.

По объему производства отливок из черных сплавов Россия в этот период занимала четвертое место в мире после США, Герма­нии и Англии.

Таблица 1.1 Сведения о литейном производстве России к 1913 г.

Вид отливок	Выпуск, т	Число цехов и участков	Средний выпуск отливок на одно предприятие, т	Число рабочих
Из серого чугуна	576000	Нет сведений
Из ковкого чугуна	7111	То же
Из цветных, медных и других сплавов	23405	232	2600	17996
Из стали	77153	46	1700	35453
Итого	683669	278	2475	53538

 

Техника и технология литейного производства в период от пер­вой четверти XX в. до конца 1940-х гг. Этот период совпадает с осуществлением планов индустриализации советской республи­ки, когда потребовались высокие темпы развития техники и тех­нологии, в том числе и литейного производства. Массовый вы­пуск сложной продукции машиностроения должен был базиро­ваться на массовом производстве отливок.

Для снабжения литьем группы машиностроительных заводов отдельных районов страны в Москве был построен завод «Станколит», в Ленинграде — «Ленстанколит» и в Тбилиси — «Тбилис­ский центролит». Основные технологические процессы формовки и производства стержней на этих литейных предприятиях цели­ком были переведены на машинную формовку с применением встряхивающих и прессовых формовочных машин и пескодувных _стержневых машин. Вагранка, как основной плавильный агрегат в чугунолитейных цехах новых заводов, оказалась хорошо приспо­собленной к непрерывной выдаче металла на конвейер. Принцип работы вагранок был сохранен, увеличена лишь их производи­тельность, механизирована загрузка. Старые и реконструирован­ные литейные цехи обеспечивали норму съема литья с 1 м² пло­щади цеха примерно 2,0…3,5 т в год. Новые литейные цехи с не­прерывным потоком производства увеличили эту норму до 10… 17 т. в год при годовом выпуске литья до 100 тыс. т.

Внедрение конвейерного поточно-массового производства отливок было гигантским скачком в развитии техники и технологии литейного производства, изменившим сам принцип его организации. Резко возросшая потребность в механизации всех других отраслей промышленности привела к созданию мощных заводов,  обеспечивающих производство самого разнообразного оборудования для многих отраслей промышленности. Были созданы заводы по производству невиданного до сих пор тяжелого оборудования для металлургии, машиностроения и химии, в их числе «Уралтяжмаш», «Уралхиммаш», Краматорский машиностроительный и др. Развитие паровозостроения и вагоностроения также потребо­вало поставок высококачественного чугунного и стального литья. Характер продукции этих заводов для среднего и тяжелого маши­ностроения — единичное и мелкосерийное литье — связан с осо­бым инженерным решением многих задач и технологии литейных цехов этих заводов. Потребовалось применение большого количе­ства грузоподъемного и тяжелого оборудования, а также пескометной формовки. Для подобного рода машиностроительных за­водов были построены литейные цехи как составная часть этих  заводов (например, на «Уралтяжмаше»).

В 1930 г. на заводе «Красная Пресня» впервые выпускаются пневматическая встряхивающая машина типа машины Баденского за­вода и прессовая пневматическая машина со штифтовым подъемом, которые заменяют старые ручные машины.

К числу выпускаемых стержневых машин относятся шнековые машины, машины для круглых стержней типа «Перфект», маши­ны для фасонных стержней типа «Осборн-42» и др.

Смесеприготовительное оборудование того периода представ­лено усовершенствованной конструкцией бегунов типа «Симпсон-2», которые вытеснили бегуны старой конструкции с нижним и верхним приводом, а старые машины для подготовки формовоч­ной смеси были заменены аэраторами типа «Рапа» производитель­ностью 40 м³/ч и машиной «Ройер» производительностью 10 м³/ч.

На основе конструкторского бюро завода в 1937 г. организова­но Центральное конструкторское бюро литейного оборудования (ЦКБЛО). В этот период резко изменились структура выпускаемой литейной техники и удельный вес ее отдельных групп (табл. 1.2).

По сравнению с периодом 1929—1932 гг. возрос удельный вес пневматических, формовочных и стержневых машин за счет сни­жения использования ручных и смесеприготовительных машин. Кроме того, появился новый вид литейного оборудования — вы­бивные машины. К 1937 г. в литейном производстве страны было задействовано 14 тыс. разных машин и освоено 56 новых типов машин. Ранее выпускавшиеся встряхивающие и прессовые фор­мовочные машины постепенно вытеснялись более производитель­ными формовочными машинами типа «Осборн» моделей 275, 332, 333, 405, 702, «Лансберг» (полуавтомат), «Никольс», «Герман» и др. Наряду с этими образцами на заводе разработана оригинальная отечественная конструкция ручных машин со штифтовым подъемом, имеющая ряд преимуществ по сравнению с иностран­ными машинами этого типа.

 

Таблица 1.2. Литейное оборудование СССР в 1937 г.

Литейные машины	Число единиц литейного оборудования	Удельный вес оборудования каждого вида в общем выпуске литейных машин, %
Формовочные, ручные	242	0,5
Формовочные пневматические	958	39,0
Стержневые, ручные	138	0,5
Стержневые, пневматические	463	5,0
Смесеприготовительные	2408	44,0
Очистные	313	8,5
Выбивные	199	2,5
Итого	4721	100

 

Значительное усовершенствование претерпела смесеприготовительная техника, учитывались опыт и потребности вновь со­зданных мощных цехов. Для усовершенствования очистных бара­банов внедрена очистка струями песка, освоены пескоструйные столы и пескоструйные камеры. Выбивные машины были пред­ставлены пневматическими решетками, вибрационными коромыслами, пневматическими толкателями и выбивными горизонтальными машинами для выбивки стержней и т.д.

Около 80 % всего литейного оборудования страны выпускалось на заводе «Красная Пресня», остальное составляли литейные ма­шины, выпускаемые другими предприятиями, в числе которых Горловский завод им. С. М. Кирова, мастерские Днепропетровского индустриального института, Усманский завод и т.д. или заводы-потребители, производящие оборудование для нужд своих цехов, — ЗИЛ, ГАЗ, «Станколит», завод им. П.И.Войкова и др.

Недостаточным было также изготовление лабораторной аппа­ратуры для литейных цехов. Приборы для испытания формовочных смесей, выпускаемые на Усманском заводе, не удовлетворя­ли потребности в них. Тем не менее дальнейшее совершенствова­ние литейной техники продолжалось. Разрабатывались и осваива­лись крупные формовочные машины типа «Герман» с подъемной силой 3…5 т, формовочные машины с разделением операций встряхивания, прессования и выема модели, пескометов стацио­нарного и передвижного типов, машин для литья под давлением и др. В 1940 г. налажен серийный выпуск 32 моделей машин, в том числе четырех машин для литья в металлические формы. Всего в 1940 г. выпущена 421 литейная машина. К 1941 г. в литейном про­изводстве страны было задействовано более 32 тыс. различных машин. Специальное печное оборудование нельзя было изготов­лять местными силами. В то время в США около 40 фирм были заняты изготовлением печного оборудования для литейных це­хов, в Германии — около 35, в Англии — 25, а в СССР эту задачу решала только одна организация.

Постоянно растущие требования к качеству литья и непрерыв­ная борьба за снижение брака вызвали усиление контроля техно­логического процесса. К этому времени в большинстве литейных цехов имелась необходимая контрольная аппаратура отечествен­ного производства, в частности для испытания формовочных ма­териалов.

В 1931 г. организован трест «Союзформолитье», на который были возложены задачи изыскания новых месторождений, их разработ­ки для снабжения заводов формовочными песками, производства аппаратуры для испытания песков и др. К работам по изучению свойств формовочных материалов приступили тогда же специали­сты-литейщики ЦНИИТмаша, Оргавтопрома, Московского автозавода и др. В результате появились разработки стандартных методов исследования и испытания формовочных материалов и смесей, введены в действие стандарты на формовочные пески и гли­ны. Были начаты исследования взаимодействия жидкого металла и литейной формы. Большое влияние на развитие учения о фор­мовочных материалах оказали работы ученых П. П. Берга, К. Н. Кар­лова, И. Б. Куманина, А. М.Лясса, С. К. Колачевой, А. А. Рыжико-ва, А.Л.Туманского и др.

Для подготовки инженерно-технических работников быстро развивающегося литейного производства в нашей стране были со­зданы специальные литейные кафедры в МВТУ (ныне МГТУ) им. Н. Э. Баумана, в МИСиСе, в Ленинградском политехничес­ком, Уральском политехническом, Киевском политехническом, Харьковском политехническом и ряде других институтов. Наряду с подготовкой специалистов-литейщиков сотрудники этих кафедр развернули научную деятельность. Был организован выпуск специальной технической литературы и учебников.

Техника и технология литейного производства в период 1950 — 1990-е гг. В истории машиностроения на этот период приходится создание специализированной отрасли литейного производства — литейного машиностроения. За последние 50 лет литейное маши­ностроение прошло ряд этапов своего развития. Литейная техника начального периода заменяла только энергетическую, транспорт­ную функции человека, а также его функцию технологического изменения материала. Благодаря созданию машин с автоматизи­рованным циклом работы стала возможна замена и контрольно-измерительной функции человека. В настоящее время выпускаются автоматические линии, управляете ЭВМ, т.е. заменяется последняя функция человека в производстве — логическая.

В области техники и технологии плавки литейных сплавов пер­спективными являются прямая электроплавка черных металлов в индукционных, вакуумно-индукционных, плазменно-индукционных и дуговых печах, а также дуплекс-процессы с применением электропечей. Созданы магнитодинамические установки бесковшовой заливки, позволяющие более эффективно управлять про­цессами приготовления сплавов, внепечной обработки, форми­рования и кристаллизации отливок.

Благодаря модифицированию, легированию и термической об­работке созданы новые типы чугунов с особыми физическими свой­ствами. На основе достижений отечественной (ЦНИИТмаш, ГАЗ, НИИСЛ и др.) и зарубежной науки разработана технология полу­чения структурного графита шаровидной формы, обеспечившая повышенную прочность чугуна а около 1200 Н/мм² (120 кгс/мм²). Особый интерес представляет новый вид чугуна с вермикулярной формой графита (разработки ЦНИИТмаша).

В перспективе значительно уменьшится доля отливок углероди­стой стали, тогда, как производство отливок из стали, модифици­рованной редкоземельными элементами (РЗМ), непрерывно рас­тет. Наиболее перспективны экономнолегированные, а также ва­надиевые стали. Управление природой включений и структурой стали для получения заданных ее свойств — путь, на котором возможен значительный прогресс в сталелитейной технологии.

Продолжает совершенствоваться технология литья из цветных сплавов и, в первую очередь, из алюминиевых и магниевых спла­вов. В последнее время сравнительно широкое применение полу­чило изготовление отливок из титановых сплавов. Большое разви­тие получили композиционные материалы, применяющиеся для отливок, работающих в сложных термодинамических условиях, например в турбо- и ракетостроении, где требуются материалы с повышенными физико-механическими свойствами.

Перспективными являются технологические процессы, разра­ботанные в ЦНИИТмаше совместно с заводами тяжелого маши­ностроения и станкостроения. Эти процессы основаны на затвер­девании формовочной смеси с органическими или неорганичес­кими связующими материалами с заданными свойствами в осна­стке. При этом удается значительно повысить точность размеров отливок. Для данной технологии характерны следующие перспек­тивные направления: замена горячих технологий холодными; Уменьшение доли связующих благодаря упрочнению добавок; ис­пользование связующих на основе протеина и др. Большой инте­рес представляет разработанная во ВНИИлитмаше технология изготовления формовочных смесей, основанная на техническом при­менении биологических процессов.

В настоящее время литье в сырые формы является самой рас­пространенной технологией в цехах массового производства. Зна­чение этого процесса сохранится в обозримом будущем. В после­дние годы метод изготовления сырых форм получил дальнейшее развитие благодаря созданию и эффективному использованию ав­томатических линий.

Широко внедряется пескометный способ набивки литейных форм, чему способствует освоение производства пескометов с дистанционным и программным управлением.

Специалистами ТНИИСа и ВНИИлитмаша разработано про­граммирующее устройство для автоматизации процесса пескомет­ной формовки. Применение методов программного управления при набивке литейных форм позволяет существенно стабилизировать рабочий процесс, увеличить производительность и оздоровить ус­ловия труда. На бывшем заводе «Станколит» в качестве объекта управления был взят пескомет модели 296М производительнос­тью до 25 м³/ч по уплотненному объему смеси, используемой для изготовления средних и крупных форм.

Для изготовления литейных стержней распространение получи­ли пескометные машины, серийный выпуск которых налажен на ряде заводов литейного машиностроения. На заводах внедряется раз­работанный ВНИИлитмашем процесс сушки и охлаждения форм под вакуумом, позволяющий значительно сократить цикл изготов­ления чугунных отливок и повысить стабильность их свойств.

При всех своих преимуществах литье в сырые песчаные формы имеет недостатки, в числе которых непроизводительная перера­ботка около 70 % формовочных смесей, не участвующих в про­цессах формирования отливок.

Развитие современных технологических процессов показывает, что изготовление форм и стержней в литейном производстве вступило в период, когда современные средства механизации и автоматизации, резко сокращающие и исключающие ручной труд и существенно увеличивающие производительность труда, основываются, как правило, на использовании новых свойств и новых составов формовочных смесей. Период широкого использования сырых стержней, в значительной степени снижающих точность отливок, давно прошел. Перспективными, отвечающими современным требованиям литейного производства, являются процессы, в которых затвердевание стержней, изготовленных из смесей с органическими и неорганическими связующими материала­ми, происходит в оснастке, что повышает точность размеров стержней и отливок. Примером могут служить быстротвердеющие смеси.

С быстрым распространением холоднотвердеющих смесей в литейном производстве возникает острая проблема регенерации этих смесей, так как для изготовления 1 т отливок с применением формовочных смесей на смолах холодного отверждения (ХТС) требуется в среднем 3 т песка. Применение технологии изготовле­ния форм из ХТС без использования регенерата экономически нецелесообразно. Кроме того, если учесть, что в ближайшем бу­дущем разработка месторождений формовочных песков, как уже отмечалось выше, резко сократится, то ясно намечается тенден­ция к возрастанию использования технологических процессов с экономным расходованием формовочных материалов. Примером может служить V-процесс, магнитная формовка и др. Актуальным является решение проблемы регенерации формовочных смесей с использованием всех достижений науки и техники. Для регенера­ции ХТС рекомендуются механический и термический методы при явных экономических преимуществах механического метода. Гид­равлический метод для регенерации ХТС не используется, так как пленки смолы нерастворимы в воде.

Проблема очистки литья была решена путем создания прин­ципиально нового метода, основанного на использовании элект­рогидравлического эффекта. Метод был изобретен и разработан в 1950-х гг. в нашей стране. В Николаевском ЦКБ электрогидравли­ки разработаны и изготовляются машины для очистки литья на основе электрогидравлического эффекта.

Анализ основных направлений развития литейного производства в XX в. на базе его патентно-информационной модели. Изобретения являются достоверной информационной базой, отражающей основные направления развития литейного производства, которая может служить основой для отраслевой информационной моде­ли, поскольку структура и динамика изобретательской активно­сти являются объективными показателями состояния развития ли­тейного производства.

Обсуждая современное состояние и перспективы возрождения литейного производства России, специалисты отрасли называют следующие первоочередные мероприятия:

• создание банка данных по материалам, технологиям, обору­дованию с целью оценки научно-технического потенциала ли­тейного производства;

• разработка концепции реструктуризации литейного произ­водства;

• повышение качества литья, а следовательно, и конкуренто­способности продукции литейного производства;

• дальнейшее освоение компьютерной техники и ее внедрение в литейное производство.

Многолетняя ретроспектива информационной модели и несом­ненный потенциал упреждения изобретений позволяют исполь­зовать информационную модель для анализа и проведения про­гнозных расчетов развития литейного производства.

Динамика появления изобретений как закономерность имеет характер чередуемых подъемов и спадов при преимущественном росте числа изобретений. Причем даже при снижении числа изоб­ретений на макроуровне научный и технический прогресс в от­расли не останавливается.

Список используемой литературы [4 с. 3 — 6]

 

Тема 2 Понятие о формовочных материалах, их основные виды. Требования к формовочным материалам. (2 часа)

План лекции

1. Понятие о формовочных материалах, их основные виды.

2. Требования, предъявляемые к формовочным смесям и формам.

3. Огнеупорность и прочность формовочных смесей.

4. Теплофизические свойства формовочных смесей.

 

Материалы, которые используются для изготовления литей­ных форм, называют формовочными. К основным формовочным материалам относят формовочные пески (огнеупорная составля­ющая), связующие и специальные добавки. При их смешивании по заданной технологии получаются формовочные и стержневые смеси. Иногда их объединяют общим названием «формовочные смеси».

Требования, предъявляемые к формовочным смесям и формам. Формовочные смеси и формы испытывают совместные меха­ническое, тепловое и химическое воздействия заливаемого спла­ва, и к ним предъявляются требования по многим критериям, рассмотренным далее.

Огнеупорность — способность формовочных смесей выдерживать высокие температуры, сохраняя целостность формы.

При выборе формовочных смесей учитывают температуру за­ливки сплава. Это особенно важно при изготовлении крупных толстостенных отливок, для которых время воздействия жидкого металла на форму возрастает. Температура поверхности формы при этом достигает температуры заливки металла, что может привес­ти к оплавлению, спеканию формовочной смеси. Температуры плавления некоторых сплавов и огнеупорность формовочных сме­сей для них приведены в табл. 2.1.

 

Таблица 2.1. Огнеупорность формовочных материалов с учетом температуры плавления заливаемых сплавов

Сплав, марка	Температура плавления сплава, ºС	Огнеупорность, ºС
Сталь, 35Л	1500	1700
Чугун, СЧ20	1170	1500
Бронза	1080	1200
Алюминиевый	600	800…1000

 

Прочность — способность форм (стержней) противостоять внешнему воздействию, без разрушения и без изменения геомет­рических параметров. Требования к прочности смесей меняются в процессе изготовления отливки. Прочность должна быть достаточ­ной, чтобы обеспечить целостность формы при протяжке, перемещении ее на конвейере, где возможны соударения, а также при заливке, чтобы противостоять статическому и динамическому давлению и тепловому воздействию жидкого металла.

Значения прочности формовочных смесей при сжатии для сырых форм находятся в пределах σ_W = 0,05…0,2 Н/мм², в том числе для ручной формовки — до 0,05 Н/мм², для машинной — от 0,05 до 0,1 Н/мм² и для автоматизированных формовочных линий от 0,1 до 0,2 Н/мм².

Для изготовления крупных отливок характерно существенное повышение металлостатического давления и теплового воздействия на форму, поэтому для исключения подутия отливок необходима либо поверхностная сушка формы (подсушенные формы), либо сушка на всю толщу формы (сухие формы). Прочность формы при этом повышается. Для обеспечения заданных геометрической точ­ности и точности размеров отливок рекомендуется выбирать фор­мы с учетом массы отливок: для отливок массой до 1 т использу­ют сырые формы, отливки массой от 1 до 2 т изготавливают в подсушенных формах, а отливки свыше 2 т — в сухих формах.

Прочность смесей для стержней после теплового или химичес­кого упрочнения достигает σ_р= 1…3 Н/мм², при этом прочность смесей при сжатии для стержней в неупрочненном состоянии яв­ляется низкой (0,005 Н/мм²).

В процессе затвердевания и охлаждения отливки форма и стер­жень должны иметь хорошую податливость для предотвра­щения горячих и холодных трещин в отливках.

Во время выбивки необходимо обеспечить хорошее отделение формовочных смесей от отливки, т. е. их выбиваемость.

Выбиваемость, или остаточная прочность, — способность формовочных смесей отделяться от отливки при выбивке. Оста­точная прочность песчано-глинистых смесей не должна превы­шать σ_ост= 0,2 Н/мм².

Теплофизические свойства смесей определяют теп­лообмен отливки и формы, от которого зависит скорость затвер­девания, а следовательно, и структура отливок, и их механиче­ские свойства, а также время выбивки отливок. Кроме того, о^т теплообмена отливки с формой зависит глубина прогрева формы, от которой, в свою очередь, зависит потеря активности компонентами смеси и необходимое их освежение (восстановление технологических свойств).

Теплофизические свойства формовочных материалов оцениваются коэффициентами теплоаккумуляции b_ф и температуропроводности а_ф:

, Вт · с^1/2/(м² · К); а_ф = λ/(сρ), м²/с,

 

где — коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К); с — удельная теплоемкость, Дж/(кг·К); ρ — плотность вещества, кг/м³.

Пластичность — способность формовочных смесей деформироваться и сохранять полученную деформацию после снятия нагрузки.

Газотворность — способность формовочных смесей выделить газы при заливке металла.

Газопроницаемость — способность формовочных сме­сей пропускать газы.

Гигроскопичность — способность формовочных смесей адсорбировать влагу из окружающей среды, при этом часто меха­нические свойства уплотненных смесей (особенно стержневых) снижаются.

Долговечность — способность формовочных смесей к мно­гократному использованию.

Список используемой литературы [1 с.]

 

Тема 3 Общая характеристика огнеупорных материалов и их свойства. Формовочные пески и их происхождение. Минералогический состав песков. (2 часа)

План лекции

1. Кварцевые пески.

2. Происхождение кварцевых песков.

3. Минералогический состав кварцевых песков.

 

Кварцевые пески. Основой кварцевых песков является диоксид кремния SiO₂ — кремнезем. Чем больше кремнезема содержится в песке, тем он качественнее. На механические свойства формовочных и стержне­вых смесей, особенно холоднотвердеющих, оказывает влияние водородный показатель рН, который представляет собой отрица­тельный логарифм концентрации водородных ионов, т.е. рН = -(logH⁺). В нейтральном растворе концентрация Н⁺ и ОН^— оди­накова рН = 7, для щелочной среды рН > 7, для кислой среды рН< 7. Чистые пески имеют показатель рН, близкий к 7.

Температура плавления кварца 1713 °С, а огнеупорность в за­висимости от чистоты составляет 1500…1770 ºС, твердость по шкале Мооса равна 7. При нагревании в кварце происходят модификационные превращения: β-кварц, стабильный при нормальной (20ºС) температуре, переходит при температуре 573°С в α-кварц. Это превращение сопровождается увеличением объема кварца в зависимости от его состава на 0,86… 1,30 %. Объемные изменения кварца влияют на образование ужимин.

Кварцевые пески чаще всего используются в качестве огнеупорной составляющей при приготовлении смесей. Кварцевый песок и глина образуются в природе путем выветривания горных пород. В зависимости от состава горной породы образуются отло­жения с разным соотношением песка и глины, причем продукты выветривания часто относятся ветром или водой, т. е. происходит частичное или полное их разделение. Пески, имеющие более крупные и тяжелые зерна, оседают быстрее, чем частицы глины, т.е. последние переносятся дальше. В процессе переноса приобретается форма и формируются свойства песка.

По принятой в России геологической классификации кварцевые пески разделяют на эоловые и элювиальные, леднико­вые, морские, дельтовые, озерные.

Кварцевые пески, образовавшиеся вследствие выветривания горной породы (эоловые и элювиальные), отличаются высокой равномерностью размеров частиц со средним их диаметром 0,2…0,3 мм. К ним относится пески месторождений в районе р. Волги (Орловское), на Урале (Басьяновское) и др.

Пески ледниковые имеют неравномерную зернистость с боль­шим содержанием глинистых составляющих. В литейном произ­водстве они используются только после обогащения, т.е. после промывки и удаления глинистых частиц. К ним относятся пески месторождений в Ленинградской (Крупельское), Псковской (Струги Красные), Волгоградской (Чапурниковский карьер) областях и др.

Значительными являются месторождения кварцевых песков морских отложений. Эти пески отличаются высокой однородно­стью, малым содержанием глинистых частиц и примесей. К ним относятся известные месторождения Московской (Люберецкие ка­рьеры), Ростовской (Ореховские), Самарской (Балашейские), Челябинской (Кичигинские) областей и др.

Кварцевые пески дельтовые и элювиальные образовались вслед­ствие выноса разрушенных горных пород реками, морскими тече­ниями или паводковыми водами, накопления и их высыхания. К ним относятся месторождения Московской (Луховицкое) и Ле­нинградской (Новинское) областей.

Список используемой литературы [1,3]

 

 

 

 

Тема 4 Классификация формовочных песков по ГОСТ 2138-91. Определение содержания глинистых составляющих (2 часа).

План лекции

1. ГОСТ 2138-91 – его изучение по параметрам.

2. Определение содержания глинистых составляющих

 

Классификация песков по ГОСТ 2138—91. Формовочные пески на основе кварца в зависимости от содер­жания глинистой составляющей по ГОСТ 2138 — 91 подразделяют на кварцевые (до 2 % глинистой составляющей), тощие (свыше 2 до 12%) и жирные (свыше 2 до 50%). Глинистой составляющей называются частицы с условным диаметром 22 мкм. Если в мине­рале таких частиц больше 50 %, то их относят к глинам. Кварцевые и тощие пески подразделяют на группы в зависимости от содержания глинистой составляющей (табл.4.1), кремнезема (диоксида кремния) (табл. 4.2), по коэффициенту однородности (табл.4.3) и среднего размера зерна кремнезема (табл.4.4). Жирные пески подразделяют на группы в зависимости от предела прочности при сжатии (табл. 4.5) и среднего размера зерна (см. табл.4.4).

 

Таблица 4.1. Классификация кварцевых и тощих песков по содержанию глинистой составляющей

Группа	Содержание глины, масс. %, не более, в песке
	кварцевом	тощем
1	0,2	4,0
2	0,5	8,0
3	1,0	12,0
4	1,5	—
5	2,0	—

 

Таблица 4.2. Классификация кварцевых и тощих песков по содержанию кремнезема

Кварцевый песок			Тощий песок
Группа	SiO2, масс. %, не менее		Группа	SiO2, масс. %, не менее
К1	99		Т1	96
К2	98		Т2	93
К3	97		Т3	90
К4	95
К5	93

 

Таблица 4.3. Классификация песков по коэффициенту однородности

Группа	Коэффициент однородности, %
О1	Свыше 80
О2	Свыше 70 до 80
О3	Свыше 60 до 70
О4	Свыше 50 до 60
О5	До 50

Таблица 4.4. Классификация кварцевых, тощих и жирных песков по среднему размеру зерна

Группа	Средний размер зерна, мм
01	До 0,14
016	Свыше 0,14 до 0,18
02	Свыше 0,19 до 0,23
025	Свыше 0,24 до 0,28
03	Свыше 0,28

 

Таблица 4.5. Классификация жирных песков по пределу прочности                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   при сжатии

Группа	Предел прочности при сжатии во влажном состоянии, Н/мм2
Ж1	Свыше 0,08
Ж2	Свыше 0,05 до 0,08
Ж3	До 0,05

 

Примеры марок песков: ЗК₃О₂02 — кварцевый песок с содержанием глинистых не более 1 %, кремнезема — не менее 97%. Коэффициент однородности песка — свыше 70 до 80 %, средний размер зерна — свыше 0,19 до 0,23 мм;

Ж₁016 — жирный песок с пределом прочности при сжатии бо­лее 0,08 Н/мм² и средним размером зерна свыше 0,14 до 0,18 мм; 2Т₂016 — тощий песок с содержанием глинистых составляю­щих не более 8 %, кремнезема — не менее 93 %, средний размер зерна свыше 0,14 до 0,18 мм.

Определение содержания глинистых составляющих. Для определения содержания глинистых составляющих исполь­зуется метод осаждения (применяемое иногда название «метод отмучивания» не отражает физической сути метода). Пробу песка массой 50 г засыпают в стеклянную банку и заливают водой (475 см³), затем добавляют 25 см³ 1 %-ного раствора едкого на­трия (для лучшего отделения глинистых составляющих от песка).

Для перемешивания раствора используют смеситель — лопаст­ную мешалку (рис. 4.1, а). Смеситель состоит из подставки 4 с вертикальной направляющей 3, по которой перемещается голов­ка 7 с электродвигателем, включение которого осуществляется тумблером 10. В нижней части головки 1 насажены вал 9 с быстро вращающейся лопастью 7 и три регулируемые направляющие прутки-лопатки 8 с поперечным эллиптическим сечением, служа­щие для повышения эффектив­ности перемешивания. В подстав­ке аппарата находится резиновая прокладка 5 с соответствующей выемкой для установки стеклян­ного сосуда 6. Перемещение го­ловки 1 по направляющей 3 про­изводится вверх и вниз при на­жатии рычага 2, фиксация — при отжатии рычага.

 

Рис. 4.1. Аппарат для определения глинистых составляющих методом осаждения:

а — лопастная мешалка; б — слив воды с частицами менее 0,022 мм че­рез сифон;

1 — головка с электро­двигателем; 2 — рычаг; 3— направ­ляющая; 4 — подставка;

5— резино­вая прокладка; 6 — стеклянный со­суд; 7 — лопасть; 8 — прутки-лопат­ки;

9 — вал; 10 — тумблер; 11 — ча­стицы крупнее 0,022 мм

 

Раствор интенсивно переме­шивают в лопастной мешалке в течение 10 мин, далее добавля­ют воду до отметки 150 мм. Затем осадок взбалтывают стеклянной палочкой и дают в течение 10 мин отстояться, после чего воду сли­вают сифоном до отметки 25 мм (рис. 4.1, б). Процесс повторяют, но с выдержкой 5 мин, до тех пор, пока вода не станет прозрачной. Скорость осаждаемых час­тиц определяют по закону Стокса, используя уравнение

 

υ = d²(ρ₁ —  ρ₂)g/(18η)

 

где d — диаметр частиц, м; ρ₁ — плотность осаждающейся части­цы, кг/м³; ρ₂ — плотность воды, кг/м³; g — ускорение силы тяже­сти, g = 9,81 м/с²; η — динамическая вязкость, Па·с.

Если ρ₁ = 2650 кг/м³, ρ₂ = 1000 кг/м³, η = 0,001165 Па·с при 15ºС, то для глинистых частиц крупностью менее 0,022 мм υ =  0,000308 м/с.

Время опускания частицы крупностью 0,022 мм с верхнего уров­ня Н= 150 мм до отметки 25 мм составит τ = S/υ = 0,125/0,000308 = 406 с. Поэтому в первом опыте выдержку принимают равной 10 мин, а в последующих — 5 мин.

При изменении температуры воды изменяется ее динамичес­кая вязкость, а значит и время осаждения частиц. Поэтому при испытаниях важно поддерживать постоянную температуру воды. «Все частицы менее 0,022 мм удаляются из раствора после 10 и последующих 5 мин отстаивания. Остаток песка высушивают и взве­шивают. Относительное содержание глинистых составляющих в пес­ке, %, определяют по уравнению

 

Гл = (т_исх – т_ост)100/т_исх,

 

где т_исх — масса исходной навески песка, т_исх = 50 г; т_ост — масса остатка песка после осаждений и высушивания, г.

Список используемой литературы [1,3]

 

Тема 5 Определение среднего размера зерна и коэффициента однородности по ГОСТ 29234.3-91 область применения кварцевых песков. (2 часа)

План лекции

1. Определение среднего размера зерна и коэффициента однородности по ГОСТ 29234.3-91.

2. Область применения кварцевых песков.

 

Определение среднего размера зерна и коэффициента однородности (ГОСТ 29234.3—91). Средний размер зерна и коэффициент однородности находят после определения зернового состава песка ситовым анализом. Вы­сушенный отмытый песок, полученный после отделения глинис­той составляющей, просеивают в течение 15 мин на вибрацион­ной установке через стандартный (ГОСТ 3584 — 91) комплект сит с размерами ячеек, приведенными в табл. 5.1.

 

Таблица 5.1. Характеристика стандартного комплекта сит (по ГОСТ 3584-91)

Номер сита	Размер ячейки, мм		Номер сита	Размер ячейки, мм
2,5	2,5		0,2	0,2
1,6	1,6		016	0,16
1	1,0		01	0,1
063	0,63		0063	0,063
04	0,4		005	0,05
0315	0,315		Тазик	0

 

Рис. 5.1. Интегральная кривая распределения частиц по размерам:

D — размер стороны ячейки в свету; D_cр — средний размер зерна;

У— содер­жание частиц соответствующих размеров

 

Результаты определения зернового состава представляются в виде интегральной кривой распределения частиц по размерам, которая используется для определения среднего размера зерна и коэффициента однородности. Для построения кривой по оси абс­цисс (рис. 5.1) откладывают в логарифмическом масштабе размер сторон ячеек сетки в свету, а по оси ординат — суммарное содер­жание частиц меньше данного размера, %, которое вычисляют по уравнению

 

,

где — суммарная масса остатков на ситах с ячейками меньше данного размера, г; т_исх — масса исходной навески, т_исх = 50 г.

Средний размер зерна определяется точкой пересече­ния интегральной кривой и прямой, проведенной через ордина­ту, равную 50 %. Средний размер зерна (D_cp) соответствует размеру сторон ячеек сита, через которое проходит 50 % песчаной основы (см. рис. 1).

Для определения коэффициента однородности (О, %) по интегральной кривой находят процентное содержание частиц размером меньше 4/3D_cp и 2/3D_ср (см. рис. 5.1). Коэффициент однородности равен разности этих значений. Например, если на рис. 1 частицам 4/3D_ср соответствует их содержание 83% значению 2/3D_ср — 20 %, то О = У_4/3Dср — У_2/ЗDср = 83 — 20 = 63%

Согласно ГОСТ 2138 — 91 кварцевые пески должны соответствовать определенным требованиям. В соответствии с этими требованиями пески различаются по содержанию влаги, показателю рН, коэффициенту угловатости (табл. 5.2), а также по содержанию вредных примесей (табл. 5.3). Содержание сульфидной серы в кварцевых формовочных песках не должно превышать 0,05 мас.% (определяют при геологической разведке новых месторождении).Кварцевые и тощие пески должны отвечать определенным требованиям по таким показателям, как газопроницаемость, удельная поверхность и потери при прокаливании (табл. 5.4).

 

Таблица 5.2. Классификация кварцевых песков по содержанию влаги, показателю рН и коэффициенту угловатости

Контролируемый параметр	Классификация кварцевых песков по ГОСТ 2138-91
Содержание влаги, мас. %, не более

0,5

4,0

6,0

Сухие

Влажные

СырыеЗначение рН:

до 6,2

6,2 … 7,0

более 7,0

Кислые

Нейтральные

ЩелочныеФорма зерна песка при коэффициенте угловатости не более:

1,10

1,25

1,40

 

Округлая

Полуокруглая

Угловатая

Таблица 5.3. Требования к кварцевым пескам по содержанию вредных примесей

Содержание вредных примесей, мас. %, не более		Классификация содержания вредных примесей
Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (NaO, KaO, MgO, CaO)	Оксид железа (Fe2O3)
0,4	0,2	Очень низкое
0,8	0,4	Низкое
1,2	0,6	Среднее
1,6	0,8	Высокое
2,0	1,0	Очень высокое

 

Таблица 5.4. Требования к кварцевым и тощим пескам по газопроницаемости, удельной поверхности и потерям при прокаливании

Контролируемый параметр	Классификация кварцевых и тощих песков
Газопроницаемость, ед., не менее:

550

350

200

100

30

Очень высокая

Высокая

Средняя

Низкая

Очень низкаяУдельная поверхность, см²/г, не менее:

15

10

5

 

Высокая

Средняя

НизкаяПотери при прокаливании, %, не более:

0,3

1,0

3,0

 

Низкие

Средние

Высокие

 

Область применения кварцевых песков. Кварцевые пески применяются при изготовлении литейных форм для чугунных и стальных отливок. При изготовлении сталь­ных отливок используются пески с диаметром частиц, несколько большим (на одну градацию сита), чем для чугунных отливок. Это необходимо для повышения огнеупорности и газопроницаемости смеси. Для изготовления стержней при использовании в качестве связующего термореактивных смол применяется кварцевый пе­сок, содержащий менее 0,5 % глинистых составляющих. Это свя­зано с тем, что при большем содержании глинистых составляю­щих резко возрастает расход дорогостоящего связующего, что при­водит к удорожанию смесей и отливок. Одновременно возрастает газотворность смесей, что может привести к повышенному браку по газовым раковинам. Смолы относятся к дорогостоящим связу­ющим, однако они обеспечивают существенное повышение точ­ности стержней и отливок.

Показатели качества, регламентируемые для лучших отечествен­ных марок песков, отвечают уровню требований стандартов Гер­мании, Англии, США.

Список используемой литературы [1,3]

 

Тема 6 Некварцевые пески. (2 часа)

План лекции

1. Хромомагнезит.

2. Цирконовый песок.

3. Дистен-силлиманитовый песок.

4. Оливиновый песок

 

Некварцевые пески. Хромомагнезит получают в результате обжига смеси, со­стоящей из 50…70 % хромитовой руды и 30…50 % металлургичес­кого магнезита; он содержит MgO не менее 42 % и Сr₂О₃ не менее 15 %; имеет температуру плавления до 2200°С. Хромомагнезитовый песок рекомендуется получать из отходов кирпича при ре­монте мартеновских и электрических печей путем помола и рас­сева. Оксиды железа образуют с хромомагнезитом тугоплавкие и малоподвижные соединения, которые препятствуют внедрению металла в глубь формы. Хромомагнезитовый песок наиболее целе­сообразно применять при изготовлении крупных отливок из вы­соколегированных сталей. Условия применения хромомагнезитового песка аналогичны условиям использования хромитового песка.

Цирконовый песок представляет собой природный ми­нерал — силикат циркония ZrO₂-SiO₂, встречающийся в россы­пях. Используется цирконовый концентрат естественной крупно­сти после обогащения.

Циркон обладает высокой огнеупорностью (температура плав­ления 2430…450°С), инертностью по отношению к расплавленному железу, марганцу и их оксидам, низким температурным коэффициентом линейного расширения, большой теплоаккумулирующей способностью. Цирконовый песок хорошо совместим с различными связующими: глиной, жидким стеклом, органическими связующими, синтетическими смолами. Формовочные смеси на основе цирконового песка целесообразно использовать при наиболее тяжелых тепловых условиях литья: длительном воздействии высоких температур и высоком металлостатическом давле­нии.

В соответствии с ОСТ 48-82-81 содержание диоксида циркония в зернистом материале должно быть не менее 65 %. Приме­сей оксидов железа, титана (ТiO₂), алюминия (Аl₂О₃) и фосфора (Р₂О₅) соответственно не более 0,1; 0,4; 2,0 и 0,15 мас. %. Влажность цирконового песка должна быть не выше 0,5 мас. %, оста­ток на сите 0315 не допускается, остаток на ситах 016, 01 и 0063 — не менее 90 %.

Дистен-силлиманитовый песок получают на основе природного алюмосиликата Аl₂О₃·SiO₂ в результате выделения его из смеси минералов. Дистен-силлиманит состоит из двух минера­лов — дистена (кианита) Al₂O₃·SiO₄ и силлиманита Al(AlSiO₅) c содержанием не менее 57 % Аl₂О₃ и не менее 39 % SiO₂. Дистен-силлиманитовый песок применяют в основном в красках при по­лучении крупных отливок из легированных и марганцовистых ста­лей. Выпускается по ТУ 48-4-307 — 74 двух марок: КДС3 и КДС3-1. Зерновой состав соответствует остатку на ситах 02; 016; 01 не ме­нее 90%. В марке КДСЗ-1 при массовой доле оксида алюминия выше 54 % на каждый 1 % увеличения Аl₂О₃ допускается повыше­ние содержания диоксида титана на 0,2%. Концентрат марки КДСЗ поставляется навалом в крытых железнодорожных вагонах, оби­тых внутри дегтевой бумагой по ГОСТ 515 — 77, в цементовозах, цистернах или мягких контейнерах по ОСТ 680 — 80.

Оливин представляет собой изоморфную смесь форстерита 3MgO·4SiO₂ (температура плавления 1900°С) и фаялита 2FeO·SiO₂ (температура плавления 1200°С). Добывается оливин в виде кус­ков, и поэтому для использования в формовочных смесях его не­обходимо измельчать и классифицировать. Для приготовления фор­мовочных песков следует применять оливиновые породы, содер­жащие до 10 % фаялита, так как огнеупорность оливина с увели­чением содержания железа понижается.

Оливин не имеет аллотропических превращений, стоек к ошлакованию оксидами железа, однако при изготовлении стальных отливок оливиновые пески не должны смешиваться с кварцевы­ми песками, поскольку при нагревании они вступают в химичес­кую реакцию, образуя легкоплавкие соединения.

Оливиновые пески можно использовать при изготовлении отливок из чугуна и сталей всех типов, особенно марганцовис­тых.

Список используемой литературы [1,3]

 

Тема 7 Формовочные глины и песчано-глинистые смеси. Классификация глин. (2 часа)

План лекции

1. Каолинитовые глины и монтмориллонитовые глины.

2. Классификация глин по ГОСТ 3226-93.

3. Маркировка глин и физико-механические свойства глин в соответствии с ГОСТ 28177-89.

 

Формовочные глины и песчано-глинистые смеси. Литейными формовочными глинами называются горные породы, состоящие из тонкодисперсных частиц (размером менее 22 мкм) водных алюмосиликатов и обладающие связующей спо­собностью и термохимической устойчивостью, что позволяет ис­пользовать их в качестве связующего для приготовления прочных. Не пригорающих к отливке формовочных смесей. Различают природные глины первичные — оставшиеся на месте образования и вторичные — перенесенные с места образования.

По виду породообразующего минерала используемые глины подразделяются на каолинитовые, монтмориллонитовые и гид­рослюды. Структуру глинистых минералов можно рассматривать как сочетание перемежающихся слоев различных групп атомов кис­лорода, кремния, алюминия, водорода, калия и др. Комбинации из этих слоев образуют пакеты.

Каолинит (Аl₂О₃·2SiO₂·nН₂О) является главной составной частью каолина и большинства других глин. Каолинит — водный алюмосиликат белого цвета, его твердость 2…2,5 по шкале Мооса, плотность 2,58…2,60 г/см³, температура плавления 1750…1790ºС. При нагреве до 100…140°С каолинит теряет гигро­скопическую воду, при 350…580°С он теряет конституционную воду и переходит в метакаолинит (Al₂O₃·2SiO₂), т.е. глина теряет свои связующие свойства. Данный процесс называется «шамотизацией глины». При 900…1050ºС метакаолинит распадается на смесь аморфных составляющих — Аl₂О₃ и SiO₂. В интервале температур 1200…1280°С образуется муллит ЗАl₂О₃·2SiO₂, не обладающий свя­зующей способностью и являющийся огнеупорным материалом.

Пакет каолинита состоит из слоя кремнекислородной тетраэдрической упаковки с атомами кислорода в вершинах и кремния в центре, а также гидроксильных групп, в которых в виде октаэдрической упаковки расположены атомы алюминия. Межплоскост­ное расстояние составляет (7,13…7,20)·10^-4 мкм. Пакеты-соседи удерживаются водородными связями, возникающими между кис­лородом тетраэдров и водородом внешних ОН-групп.

Монтмориллонит (Аl₂О₃·4SiO₂·nН₂О·тН₂О) является ос­новным породообразующим минералом бентонитовых глин (с тем­пературой плавления 1250…1300°С). Химический состав монтмо­риллонита непостоянный. Монтмориллонит — мягкий материал белого, розового, синеватого или зеленоватого цвета; при нагре­ве до 100°С он выделяет 18% воды, в интервале температур 500…700°С теряет конституционную воду и способность набухать в воде. При 735…850°С происходит разрушение кристаллической решетки, и материал превращается в аморфное вещество.

Пакет монтмориллонита состоит из двух кремнекислородных тетраэдрических слоев, расположенных на внешних плоскостях, и одного внутреннего алюмокислородного с гидроксильными ОН-группами октаэдрической упаковки. Межплоскостное рассто­яние составляет (9,2…9,4)·10^-4мкм. В каждом пакете монтморил­лонита, как и в пакете каолинита, ионы связаны между собой прочными валентными связями. Связь между пакетами в монтмо­риллоните осуществляется межмолекулярными силами между од­ноименными внешними ионами кремнекислородного тетраэдра. Эта связь более слабая, чем в каолините, поэтому вода может легко проникать между пакетами, увеличивая межплоскостное расстояние до 21,4·10^-4мкм, а объем — в 10 — 15 раз.

Мусковит (К₂О·3Аl₂О₃·6SiO₂·2Н₂О) относится к двухслой­ным алюминиевым гидрослюдам. Гидрослюдистые глины пред­ставляют собой промежуточные продукты разложения от слюд к каолиниту. Структура кристаллической решетки мусковита анало­гична структуре монтмориллонита с тем лишь отличием, что вме­сто молекул воды между пакетами расположены ионы калия, и каждый четвертый ион кремния в кремнекислородном тетраэдре замещен ионом алюминия. В мусковите за счет ионов калия между пакетами действует валентная связь, однако она слабее, чем ва­лентная связь внутри пакета. Межплоскостное расстояние в мусковите составляет около 10·10^-4мкм. Таким образом, наиболее слабые связи между пакетами у монтмориллонита наиболее проч­ные у мусковита, а каолинит занимает промежуточное положе­ние. Прочность связи между пакетами обусловливает способность глин к набуханию.

Классификация глин. Последними стандартами глины подразделены на огнеупорные формовочные каолинитовые (ГОСТ 3226 — 93) и бентонитовые (ГОСТ 28177-89).

Огнеупорные формовочные глины. Огнеупорность этих глин не ниже 1580ºС, и в соответствии с ГОСТ 3226 — 93 их классифици­руют по ряду признаков, приведенных в табл. 7.1.

По физико-механическим свойствам глины подразделяются в соответствии с ГОСТ 3226 — 93 на марки (табл. 7.2). В приведен­ных марках глин буквы означают следующее: П — прочная, С — среднепрочная, М — малопрочная; а цифры: 1 — высокосвязующая, 2 — среднесвязующая, 3 — малосвязующая. Например, гли­ны марки П2 являются прочными во влажном состоянии и среднесвязующими в сухом состоянии.

 

Таблица 7.1. Классификация каолинитовых глин

Показатель	Норма показателя по ГОСТ 3226-93
	Высокая	Средняя	Низкая
Содержание Al2O3, мас. %	Свыше 33,0	28,0…33,0	23,0…28,0
Содержание железа в пересчете на Fe2O3, мас. %	3,0…4,5	1,5…3,0	Не более 1,5
Потери при прокаливании, мас. %	14,0…18,0	10,0…14,0	Не более 10,0
Коллоидальность, мас. %	Свыше 20,0	14,0…20,0	8,0…14,0
Концентрация обменных катионов, мг-экв/100г сухой глины	Свыше 25,0	15,0…25,0	7,0…15,0

 

Таблица 7.2. Марки и физико-механические свойства огнеупорных глин

Марка	Предел прочности при сжатии, Н/мм2, не менее, по ГОСТ 3226-93
	Влажное состояние глины	Сухое состояние глины
П1	0,050	0,35
П2	0,050	0,25
П3	0,050	0,15
С1	0,035	0,35
С2	0,035	0,25
С3	0,035	0,15
М1	0,020	0,35
М2	0,020	0,25
М3	0,020	0,15

 

Огнеупорные глины добывают в основном предприятия огнеупорной и керамической промышленности. Многие из до­бываемых глин удовлетворяют требованиям ГОСТ 3226 — 93 и ис­пользуются в литейном производстве, как правило, для сухих форм.

Бентонитовые глины. Требования к бентонитовым глинам установлены в соответствии с ГОСТ 28177 — 89. Химико-минерало­гические показатели бентонитовых глин приведены в табл. 7.3.

 

Таблица 7.3. Химико-минералогические показатели бентонитовых глин

Показатель	Норма по ГОСТ 28177-89
Содержание в глине, мас. %:

монтмориллонита, не менее

карбонатов в пересчете на СаСО₃, не более

сульфидной серы, не более

железа в пересчете на Fe₂O₃, не более

30,0

10,0

0,3

12,0Концентрация обменных катионов, мг-экв/100г сухой глины, не менее30,0Коллоидальность, мас. %, не менее10,0Водопоглощение, ед., не менее1,0

По физико-механическим свойствам бентонитовые глины подразделяются на три группы в зависимости от прочности во влаж­ном состоянии: прочная (П) глина с пределом прочности при сжатии не менее 0,09 Н/мм², среднепрочная (С) — не менее 0,07 Н/мм² и малопрочная (М) — не менее 0,05 Н/мм².

По прочности при разрыве в зоне конденсации бентонитовые глины подразделяют на четыре группы: 1-я группа объединяет высокосвязующие глины (не менее 0,0028 Н/мм²), 2-я группа — связующие (не менее 0,002 Н/мм²), 3-я группа — среднесвязующие (не менее 0,0015 Н/мм²) и 4-я группа — малосвязующие (без указания значений прочности). По термической устойчивости различают три группы бентонитовых глин: Т₁ — высокоустойчивая глина с показателем 0,6; Т₂ — среднеустойчивая с показателем не менее 0,3 и Т₃ — низкоустой­чивая без указания значений показателя.

Например, бентонитовая глина марки С1Т₂ является средне-прочной во влажном состоянии (σ_w≤ 0,07 Н/мм²), высокосвязу­ющей по прочности при разрыве в зоне конденсации влаги (σ_з.к ≥ 0,0028 Н/мм²) и имеет среднюю (не менее 0,3 ед.) термическую устойчивость.

По гранулометрическому составу и содержанию влаги порошкообразные бентониты должны соответствовать следующим требованиям:

 

Показатель	Норма
Остаток, мас. %, на ситах с размером ячеек, мм, не более:
0,4………………………………………………………………………………..	3
0,16………………………………………………………………………………	10
Содержание влаги, мас. %……………………………………………………..	6… 10

 

Связующую способность бентонитовых глин по пределу прочности при сжатии во влажном состоянии оценивают следующим образом. Отобранную для испытаний глину в порош­кообразном виде предварительно сушат слоем 10 мм на противне при температуре 105… 110°С в течение 3 ч. Далее готовят 3 кг песчано-бентонитовой смеси, состоящей из 95 частей песка и 5 час­тей глины, перемешивая ее в течение 2 мин в лабораторных сме­сителях. Затем добавляют 6…7 см³ воды, закрывают смеситель крышкой и перемешивают увлажненную смесь в течение 20 мин, после чего отбирают пробу смеси для определения ее уплотняемости, которая должна быть выше 60 %. При необходимости про­должают перемешивать смесь в смесителях с открытой крышкой, определяя каждые 1…2 мин показатели уплотняемости и прочно­сти смеси при сжатии. Испытание прекращают с момента сниже­ния прочности при сжатии. За предел прочности принимают сред­нее арифметическое результатов трех определений, при которых прочность при сжатии образцов будет наибольшей.

В процессе испытания прочности при сжатии во влажном со­стоянии определяют также предел прочности при раз­рыве в зоне конденсации влаги, для чего отбирают пробу смеси с показателем уплотняемости 45…50 %.

Для определения прочности при разрыве в зоне конденсации влаги в состоянии оптимальной активации добавляют в смеситель 1 см³ раствора активатора (кальцинированной соды), перемеши­вают смесь в течение 1…3 мин и при повторном достижении по­казателя уплотняемости 45…50 % определяют прочность при раз­рыве в зоне конденсации.

Методика определения термической устойчивости бентонитовых глин основана на определении потери прочности при сжатии во влажном состоянии после нагрева. Для испытаний используют две навески порошкообразной глины массой 200 г, помещенные в две выпарительные чаши. Легким постукиванием по чаше выравнивают поверхностный слой глины и помещают чаши с глиной в предварительно нагретую до температур 550°С муфельную печь. Одновременно прокаливают две навески глины в течение 1 ч при температуре 550°С.

После прокаливания чашу с глиной помещают в эксикатор, выдерживают до комнатной температуры, перемешиванием ло­паточкой усредняют прокаленную глину по составу и отбирают для испытаний навеску массой 100 г. Последовательно готовят смеси массой 2 кг с исходной и прокаленной глиной и продолжают ис­пытание для определения предела прочности при сжатии во влаж­ном состоянии по упомянутой методике.

Термическую устойчивость вычисляют по уравнению

Т_у = σ’/σ»

 

где σ’ — предел прочности при сжатии во влажном состоянии по результатам испытания смеси с прокаленной глиной, Па; σ» — то же, для смеси с исходной глиной, Па.

Кроме рассмотренных показателей бентонитовых глин следует   отметить такие их свойства и методы определения этих свойств, как вид минерала, долговечность, коллоидальность, водопоглощение, активность глины.

Вид минерала можно определять по дифференциально-термическим кривым на специальном приборе. При этом в про­цессе нагрева испытуемого образца (5г) фиксируются изменения массы навески образца, которые сопровождаются экзо- и эндо­термическими эффектами. Характерные температуры t₁, t₂ и t₃ для бентонитов и каолинитов представлены в табл. 7.4.

 

Таблица 7.4. Температурные остановки при нагреве глин

Глина	Характерная температура, ºС
	t1	t2	t3
Каолинит Al2O3·SiO2·nH2O	100…130	400…500	1200, tпл = 1580
Бентонит Al2O3·SiO2·mH2O ·nH2O	100…120	350…550	950, tпл = 950

 

Долговечность является важным параметром формовоч­ных глин, характеризующим их способность сохранять связующие свойства в процессе многократного использования. Метод испы­тания глин на долговечность по ГОСТ 3594.8 — 77 основан на оп­ределении потери прочности сжатия во влажном состоянии после трехкратного нагрева образца смеси до 550°С.

Коллоидальность характеризует способность глин к на­буханию в воде. Степень набухания является важным показателем глин, особенно при использовании их в составе суспензий и про­тивопригарных покрытий. Коллоидальность глин определяется по ГОСТ 3594.10-93.

Навеску глины массой 0,5 г помещают в мерную пробирку, наливают воду до общего объема 15 см³ и взбалтывают до получе­ния однородной суспензии. Добавляют 0,1 г оксида магния и сно­ва взбалтывают в течение 1 мин. Затем пробирку оставляют в покое на 24 ч, после чего измеряют объем образовавшегося осадка и далее вычисляют коллоидальность К, %, по формуле

 

Показатель водопоглощения, характеризующий степень активации и содержание введенной кальцинированной соды, оп­ределяется как соотношение масс воды и глины, которое по ГОСТ 28177 — 89 может колебаться от 1,0 до 6,5 ед.

В формовочных смесях глинистая составляющая состоит из неподвергшейся термическому разложению (не потерявшей конституционную воду) так называемой активной глины и неактивной шамотизированной глины. Поэтому необходимо контролировать как общее содержание мелочи (мелкой фракции размером частиц менее 22 мкм), так и содержание активной глины.

Общее содержание мелочи в смесях для формовки по-сырому должно составлять не более 15 % (обычно 9…12 %), что определя­ется методом осаждения. Содержание активного бентонита может быть определено только косвенными методами по прочности во влажном состоянии на сжатие и на срез, по уплотняемости смеси и по адсорбции метиленового голубого красителя.

Остановимся на ускоренном адсорбционном методе, при ко­тором используют титрование метиленовым голубым в присут­ствии серной кислоты, для чего предварительно нужно построить тарировочный график зависимости объема V поглощенного кра­сителя (метиленового голубого) от содержания активной глины А (рис. 7.1).

 

Рис. 7.1. Тарировочный график зависимости Объема V поглощенного красителя от содер­жания А активной глины

 

Навеску испытуемой смеси (5 г) помещают в колбу объемом 0,5 л, доливают 50 мл дистиллированной воды, кипятят в тече­ние 5 мин, охлаждают до комнатной тем­пературы, добавляют 2 мл 5 %-ного нормального раствора серной кислоты H₂SO₄ и тщательно перемешивают. После этого добавляют по 1 мл метиленового голубо­го (приготовленного из расчета 3,74 г на 1 л дистиллированной воды) до появле­ния светло-зеленого ореола вокруг пятна от раствора смеси с метиленовым голубым, нанесенного стеклян­ной палочкой на фильтровальную бумагу. Если ореол утвердился титрование метиленовым голубым прекращают. По содержаний израсходованного метиленового голубого находят по графику со­держание активной глины.

Следует отметить, что свойства глин, особенно бентонитов определяются большим числом параметров, которые взаимосвя­заны между собой. Поэтому важно установить минимально воз­можное число контролируемых параметров. Одним из методов их установления является метод корреляционного анализа зависи­мостей параметров между собой по значениям коэффициентов парной корреляции.

Сокращение числа контролируемых показателей требует регу­лярного (по крайней мере, не реже одного раза в год) определе­ния и анализа всех параметров для подтверждения установленных зависимостей.

Список используемой литературы [1,3,4]

 

Тема 8 Способы введения глин в формовочную смесь. Активация глин. (2 часа)

План лекции

1. Способы введения глин в формовочную смесь.

2. Активация глин, способы: «сухой» способ.

3. «Мокрый» способ активации глин.

 

Способы введения глин в формовочную смесь. Применяют два способа введения огнеупорных глин и бенто­нитов в формовочную смесь: в порошкообразном состоянии и в виде водной суспензии.

Наибольшее распространение имеет первый вариант, хотя в случае применения суспензии достигаются определенные преиму­щества:

• сокращается время приготовления смеси в бегунах;
• повышается связующая способность глин вследствие набуха­ния и их диспергирования в суспензии;
• улучшаются условия труда из-за отсутствия запыленности;
• упрощается дозирование при введении в состав суспензии угля и других добавок.

В то же время в случае использования суспензии возникает необходимость приготовления высококонцентрированных суспензий, которые образуют высоковязкие структуры. Это, в свою очередь, Не позволяет осуществлять перекачку суспензий по трубопрово­дам — возникают трудности при остановках потока суспензий.

При использовании низкоконцентрированных суспензий (10…12 % глины) возникает опасность переувлажнения смесей.

Использование понизителей вязкости суспензий в виде поверх­ностно-активных веществ (ПАВ) пока не решило полностью на­званные проблемы, поскольку при применении ПАВ наблюдается пенообразование в суспензии.

Специальные добавки в песчано-глинистые смеси. К специальным добавкам в песчано-глинистые смеси относят­ся следующие:

• противопригарные добавки;
• добавки для стабилизации влажности песчано-бентонитовой смеси, улучшения ее пластичности и качества отпечатка;
• противоужиминные добавки;
• добавки для увеличения текучести смесей;
• добавки для увеличения податливости сухих смесей.

Для стабилизации влажности смесей при заливке по-сырому, улучшения пластичности и качества отпечатка используют крах­малит (модифицированный набухающий крахмал), экструзионные крахмалосодержащие реагенты, меляссу, злаковые добавки в виде порошков. Для чугунных отливок содержание таких добавок в смеси составляет 0,1…0,5 %, для стальных — 0,3…1,0 %.

Положительное действие крахмалита заключается в отборе на себя избытка влаги в смеси, так как избыточная влага снижает прочность смеси. При этом часто повышается прочность смеси в зоне конденсации, уменьшаются осыпаемость и склонность смеси к ужиминам. Самыми надежными способами предотвращения ужимин являются активирование бентонита, которое увеличи­вает прочность в зоне конденсации, а также введение в смесь выгорающих добавок (угля, крахмалита, древесной муки), асбе­стовой крошки и костры (отхода льняного производства).

Для увеличения текучести смесей при заливке по-сырому и снижения вязкости глинистых суспензий применяют добавки ПАВ, например полифенольный лесохимический понизитель вязкости (ПФЛХ), углещелочной реагент (УЩР), ичеган и окзил — про­дукты переработки лигнина и лигносульфоната.

Для увеличения податливости сухих смесей (формовочных и стержневых) в них вводят древесные опилки или древесную муку до 5 мас. %.

Активация глин. Известно, что концентрация обменных катионов у огнеупор­ных каолинитовых глин существенно меньше, чем у бентонитовых. Природные натриевые (щелоч­ные) бентониты имеют более высокие свойства по сравнению с широко распространенными кальциевыми (щелочно-земельными). Поэтому кальциевые бентониты путем изменения обменно­го комплекса, называемого активацией, можно превращать в натриевые с помощью натриевых солей Na₄P₂O₇, Na₃ PO₄ и Na₂CO₃, которые образуют труднорастворимые соли с катиона­ми кальция и магния.

В процессе активации повышается дисперсность, набухаемость, водопоглощение глин и их связующая способность. Такие бенто­ниты называют «активированными». Экспериментально установ­лено, что при искусственном получении натриевых бентонитов максимальная прочность при разрыве в зоне конденсации дости­гается при содержании в обменном комплексе 50…60% щелоч­ных и 40…50 % щелочно-земельных катионов.

При промышленном производстве активированных бентони­тов используют два способа активации: «сухой» и «мокрый» (пас­тообразный).

Сухой способ заключается в интенсивном перемешиваний бентонитового порошка влажностью 6…14% с сухим активирующим компонентом. При мокром способе активации перемеши­вают и перетирают компоненты при влагосодержании бентонито­вой массы 26…45 %.

Более широко распространен способ мокрой активации, при котором получают активированные бентониты с более высокими значениями прочности на сжатие (во влажном состоянии) и на разрыв в зоне конденсации.

В некоторых случаях при наличии кальциевых бентонитов и отсутствии натриевых и промышленно-активированных кальциевых бентонитов применяют активацию кальциевых бентонитов пере­мешиванием смеси в бегунах с добавкой соды (Na₂CO₃). При этом достигается некоторый эффект активации, но прочностные свой­ства смеси уступают таковым при использовании промышленно-активированного бентонита.

Химической активации подвергают также огнеупорные каолинитовые глины. При этом в смесь вводят до 5 % тех же солей на­трия, что и при активации бентонитовых глин, но предпочти­тельнее — до 5 % триполифосфата натрия или гексаметафосфата натрия. В результате происходит замена в диффузионном слое гли­нистых частиц многовалентных ионов Са, Mg, Fe и Аl одновалент­ным ионом Na. На прочность смесей во влажном состоянии хими­ческие активаторы практически не влияют, а прочность смесей в высушенном состоянии увеличивается в 1,5 — 4 раза в зависимос­ти от месторождения глины и активатора.

Список используемой литературы [1,3,4]

 

Тема 9 Специальные добавки в песчано-глинистые смеси. (2 часа)

План лекции

1. Специальные добавки в песчано-глинистые смеси.

2. Смеси для заливки по-сырому, виды формовочных смесей.

 

Песчано-глинистые смеси. Песчано-глинистые смеси получили наибольшее распространение в литейном производстве при изготовлении литейных форм и стержней. На долю песчано-глинистых смесей приходится более 60 % объема всех формовочных смесей. Различают формовочные и стержневые смеси; в свою очередь, формовочные смеси бывают едиными, облицовочными и наполнительными.

Единые смеси имеют одинаковые технологические свойства во всем объеме формы. Они применяются в машинной и, особен­но автоматизированной формовке при производстве мелких и средних отливок. Более экономичным является использование об­лицовочных и наполнительных смесей. Облицовочные смеси изготовляют из кондиционных формовочных материалов и при­меняют с целью экономии свежих формовочных материалов. Тол­щина слоя облицовки в зависимости от конкретных условий мо­жет составлять 20…50 мм.

Для остальной части опоки используют наполнительную смесь, которая состоит из отработанной смеси, иногда подверга­емой освежению.

В зависимости от вида заливаемого сплава различают смеси для чугунных, стальных отливок и отливок из цветных сплавов.

Требования к смесям для стального литья более высокие по огнеупорности, газопроницаемости, поскольку температура за­ливки стали составляет 1600…1650°С. Поэтому при их разработке используют более крупнозернистый песок с повышенной огне­упорностью, который способствует также повышению газопро­ницаемости смеси. Для чугунного литья смеси имеют более низ­кие показатели по огнеупорности и газопроницаемости, поскольку температура заливки форм чугуном ниже (1350… 1400°С). Еще бо­лее низкие свойства смесей для цветных сплавов, поскольку тем­пература заливки их значительно ниже, чем для чугуна и стали.

Смеси для заливки по-сырому. В массовом производстве отли­вок каолинитовые глины в единых формовочных смесях все чаще заменяются высококачественными бентонитовыми глинами. Удо­рожание, связанное с использованием этих смесей, компенсиру­ется меньшим содержанием в смеси бентонитов по отношению к каолинитам, поскольку бентониты обладают большей удельной прочностью, чем каолиниты, а также уменьшением уровня влаж­ности смесей, что очень важно для снижения их газотворности. Бентонитовые смеси обладают пониженной термической устой­чивостью по сравнению с каолинитовыми, но достаточной для тонкостенных отливок. Более того, с использованием бентонито­вых смесей повышаются точность и качество поверхности отливок.

В формовочных смесях для стальных отливок используют квар­цевый песок марки 4К₃О₂02. Для мелких отливок средний размер зерна может быть снижен до 0,16 мм, тогда как при производстве крупных отливок его увеличивают до 0,3 мм. Это связано с необ­ходимостью повысить огнеупорность смесей и их газопроницае­мость. Для предупреждения образования трещин в отливках в со­став, смеси вводят древесные опилки, для повышения поверхнос­ти прочности используют добавку сульфитно-дрожжевой бражки, а для предотвращения пригара при массивном литье с приме­нением сухих форм в смесь вводят до 20 % пылевидного кварца.

При производстве чугунных отливок используют пески марок 3К₄О₃016, средний размер зерна в смеси в зависимости от массы отливок может быть 0,1 или 0,2 мм.

Состав и свойства песчано-глинистых формовочных смесей для чугунного и стального литья приведены в табл. 9.1, 9.2.

Для производства отливок из цветных сплавов используют пес­ки марок 2Т₂01. В отдельных случаях средний размер зерна увели­чивают до 0,2 мм. В качестве противопригарной добавки при литье сплавов на основе меди в смесь вводят мазут, а при литье магни­евых сплавов для защиты от окисления используют барий, фто­ристую добавку или сульфитную серу.

 

 

 

Таблица 9.1. Типовые песчано-бентонитовые смеси, применяемые для формовки по-сырому при изготовлении чугунных отливок

Смесь; способ формообра-зования

Отливки

Состав формовочной смеси, мас. %

Физико-механические и технологические свойства смесей

Оборотная смесь

Кварцевый песок

Бентонит

Молотый уголь или его заменители

Добавки

Прочность при сжатии, Н/мм2

Влагосодержание, %

Газопроницае-мость, ед.

Общее содержание мелочи, %

Содержание активного бентонита

Потери при прокаливании

Единая; для автоматичес-ких пескодувно-пресовых линий безопочной формовки типа «DISA»

Мел-кие

93…98

2,5…6,0

0,2…1,0

0,1…1,0

0,02…0,06 крахмалистые

0,17…0,21

3,2…4,0

100

11…13

7…8

3,5…5,0

Единая; для машинной формовки встряхива-нием с подпрессов-кой

Мел-кие и сред-ние

93…94

5,0…6,0

0,5…1,0

Пек 0,5…1,0

—

0,05…0,07

3,5…4,5

100

8…10

4,0…5,5

3,5…4,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 9.2. Типовые песчано-бентонитовые смеси, применяемые для формовки по-сырому при изготовлении стальных отливок

 

Список используемой литературы [1,3,4]

 

Тема 10 Песчано-глинистые смеси. (2 часа)

План лекции

1. Приготовление и стабилизация единых формовочных смесей.

2. Смеси для заливки по сухому.

3.Подготовка исходных (свежих) материалов.

4. Назначение и расчет освежения формовочной смеси.

 

Приготовление и стабилизация единых формовочных смесей. Технологический процесс приготовления единых формовочных сме­сей включает подготовку исходных (свежих) материалов, подго­товку (регенерацию) отработанной смеси, которая является ос­новной составляющей смеси, и смешивание этих материалов с добавлением воды. Все оборудование для реализации технологи­ческого процесса приготовления единых формовочных смесей ча­сто объединяется в смесеприготовительную систему, а отделение литейного цеха называется «смесеприготовительным».

Смеси для заливки по-сухому. Для упрочнения песчано-глини­стых смесей формы и стержни сушат. Сухие фор­мы используются для изготовления крупных стальных и чугунных отливок. Для улучшения чистоты поверхности отливок в смеси вводят противопригарные добавки (кокс, древесный пек, шамот и т.д.), а формы окрашивают противопригарными красками. По­датливость смесей регулируется добавками опилок и асбестовой крошки. В условиях дефицита высокосортных огнеупорных глин при изготовлении крупных отливок (массой более 5 т) целесооб­разно вводить в смесь одновременно глину и бентонит в соотношении 1:1. Для менее крупных отливок соотношение бентонита и глины может составлять 3:1. Тем самым при уменьшении на 20 % их содержания удается получать такую же прочность смеси, как и на одной глине или одном бентоните, с соответствующим пони­жением глиносодержания. Введение в смесь 0,5…1,0 мас. % суль­фитно-дрожжевой бражки (СДБ) приводит к значительному уве­личению прочности смеси в высушенном состоянии. При этом совмещение СДБ только с глиной более эффективно, чем совме­щение СДБ только с бентонитом: прочность смесей по первому варианту примерно в два раза выше, чем по второму.

Подготовка исходных (свежих) материалов. На­значение исходных (свежих) материалов заключается в восста­новлении свойств смеси после заливки металла и поддержании их на заданном уровне. К исходным материалам песчано-глинистых смесей, подготовку которых чаще всего выполняют в цехе, отно­сят пески, глины (бентониты), каменноугольную пыль.

Подготовка песка в литейном цехе включает в себя сушку, ох­лаждение и просеивание. Температуру сушки определяют, исходя из содержания в песке глинистых составляющих. Для песков, в которых содержание глинистых составляющих более 10 %, темпе­ратура сушки не должна превышать 250…300ºС. Пески с мень­шим содержанием глинистой составляющей сушат при темпера­туре 500°С. Для сушки используют барабанные сушила или уста­новки для сушки песка в кипящем слое.

После сушки формовочные пески с высоким содержанием гли­нистой составляющей (более 10%) подвергают дроблению с це­лью измельчения комьев, используя оборудование, предназна­ченное для грубого дробления формовочных материалов. К данно­му виду оборудования относятся щековые, валковые, молотко­вые и роторные дробилки. Далее песок просеивают для отделения спекшихся комочков и мелких камней (гальки) в полигональных барабанных ситах или вибрационных установках (грохотах) с раз­мером ячеек 3…5 мм.

Формовочную глину используют в виде порошка или суспен­зии. Порошок глины изготовляют следующим образом. Комовую гли­ну сначала сушат в барабанных сушилках. Температура сушки обыч­ной глины не должна превышать 200…250ºС, а бентонитовой — 150…180ºС. При более высоких температурах глина будет терять свою связующую способность. Размол глины обычно проводят в две стадии: грубое и тонкое дробление. Для тонкого дробления используют шаровые мельницы. Глину, которая прошла стадию грубого дробления, загружают в барабан вместе со стальными шарами. При вращении барабана шары размалывают глину, тонкие фракции которой проходят через решетчатые стенки и выходят наружу через разгрузочное окно. Крупные фракции глины, не про­шедшие через решетчатые стенки барабана, специальными лопа­стями направляются в барабан для повторного дробления. С целью увеличения производительности шаровые мельницы оснащают спе­циальными проточными сепараторами, которые улучшают про­цесс отделения недомолотой глины. Производительность шаро­вых мельниц составляет до 6…7 т/ч.

Для приготовления суспензии комовую глину замачивают в ба­ках с водой при массовом соотношении 1:2 для обычных и 1:4 для бентонитовых глин. По истечении времени, достаточного для разбухания глины, ее размешивают в лопастном смесителе до по­лучения однородной суспензии плотностью 1,2… 1,3 г/см³. Преимуществом варианта использования глинистой суспензии является устранение операций сушки и размалывания, сопровождающихся обильным пылевыделением.

Каменноугольную пыль приготовляют в шаровых или молотковых мельницах. Тонкость помола угля должна соответствовать фракциям на ситах 005 и 0063, суммарное содержание которых должно составлять не менее 70 %. Для приготовления песчано-глинистых смесей, предназначенных для чугунного литья, используют глинисто-угольную суспензию, получаемую путем смешивания глинистой суспензии с каменноугольной пылью в пропорцию по массе 2:1.

Назначение и расчет освежения формовочной смеси. В процессе повторяющихся заливок металла компоненты смеси в зоне небольшого расстояния от тела отливки сильно изменяют свои исходные свойства (теряют активность).

Бентонит при температуре выше 350…700°С теряет конституци­онную воду и свою связующую способность. Каменный уголь и другие органические добавки претерпевают термодеструкцию. Кроме того, в смеси накапливаются неактивные глина и мелочь, содержание которой по норме не должно превышать 10…15%. Поэтому для поддержания физико-механических свойств на заданном уровне смесь необходимо обновлять, вводить в нее свежие материалы и удалять накапливающуюся мелочь.

Для определения расхода вводимых свежих добавок можно воспользоваться расчетом из работы.

Расчет освежения. Делается допущение, что масса сме­си, в которой i-й компонент потерял активность, пропорцио­нальна массе залитого металла (рис. 10.1):

 

Рис. 10.1. Эскиз для рас­чета освежения формо­вочной смеси

            q₁ = K_im_ф,                                                                   (10.1)

 

где q₁ — масса смеси, в которой произошла полная потеря актив­ности i—й добавки; т_ф — металлоемкость формы; К_i— коэффици­ент, зависящий от термохимических свойств формы и температу­ры заливки металла.

Примем также, что исходное содержание i-й активной добав­ки равно А_i,— тогда освежение по i-й добавке составит, %:

,                                                      (10.2)

 

где т_см — масса смеси в форме.

Подставляя в уравнение (2) значение q₁, из уравнения (1), окончательно полу­чим

,                                                   (10.3)

 

Коэффициент K_i для разных компонен­тов смеси определяют экспериментально. В первом приближении при расчетах мож­но использовать: для бентонита К_б = 0,5; для угля К_у = 1; для крахмалита К_к = 1,70.

Важным параметром, который должен учитываться при рас­пределении отливок по конвейерам и при расчете освежения, яв­ляется соотношение массы залитого в форму металла т_ф и фор­мовочной смеси в форме т_см, называемое обычно «соотношени­ем металл—форма».

Наиболее часто в производстве используется соотношение, составляющее т_ф/т_см = 1/7… 1/10 и более. При меньших его зна­чениях возрастают затраты на переработку отработанной смеси, а при больших — расход освежения по компонентам.

Список используемой литературы [1,3,4]

 

Тема 11 Неглинистые связующие материалы и песчаные смеси с ними. (2 часа)

План лекции

1. Классификация неглинистых связующих материалов, их характеристика.

2. Песчаные смеси на синтетических смолах холодного отверждения под действием жидких катализаторов и отвердителей.

3. Песчаные смеси на синтетических смолах холодного отверждения в оснастке при продувке газовыми катализаторами.

 

Неглинистые связующие в смесях. Неглинистые связующие материалы можно подразделить на две группы: неорганические и органические. В смесях с неоргани­ческими связующими при нагреве после испарения воды, как правило, газификация не происходит, а происходит спекание, тогда как при использовании органических связующих на­грев сопровождается выделением газов, чаще СО и СО₂, с обра­зованием твердого коксового остатка.

Особенности поведения при нагреве неорганических связую­щих создают проблемы с выбиваемостью смесей при выбивке от­ливок и с регенерацией смесей.

В противоположность неорганическим связующим смеси на органических связующих легко выбиваются, подвергаются реге­нерации, но значительно ухудшают условия труда из-за их повы­шенной газотворности.

За рубежом объем применения органических связующих суще­ственно выше, чем неорганических, несмотря на относительную дешевизну последних.

Песчаные смеси на синтетических смолах холодного отверждения под действием жидких катализаторов и отвердителей. К этой группе связующих относятся синтетические смолы кислотного отверждения, отверждения жидкими аминами и жидкими сложными эфирами.

В табл. 11.1 приведены классы и марки синтетических смол хо­лодного жидкого кислотного отверждения, а в табл. 11.2 — классы смол, жидкие катализаторы – Н₃РО₄, БСК (бензосульфокислота), ПТСК (паратолуолсульфокислота), коксовый остаток, содержание азота и область применения. Кислоты выполняют именно функцию катализаторов отверждения, так как сами в реакцию не вступают, но оказывают влияние на рН реакционной среды.

 

Таблица 11.1. Классы и марки холоднотвердеющих синтетических смол.

Класс	Марка	ГОСТ, ТУ	Зарубежные аналоги
			Марка	Фирма-изготовитель
Карбамид-ные	КФ-Ж	ГОСТ 14231-88	—	—
Карбамид-фурановые	БС-40	ТУ 6-05-1750-77 ТУ 6-06-5751766-88	Серия KOOLKAT, CHEMREZ200, KALTHARZ, CS 14/4, 14/33	“FOSECO Int.Ltd” (Англия), “Ashland Chemicals” (США), “Hr ttenes Albertus” (Германия), “Furtenbach” (Австрия)
Феноль-ные	РСФ-3010 (ОФ-1) СФЖ-3042	ТУ 6-05-1641-86 ТУ 6-05-1826-77	Серия FOSET, серия KOOLKAT, CHEMREZ400	“FOSECO Int.Ltd” (Англия), “Ashland Chemicals” (США), “Hr ttenes Albertus” (Германия)
Фенолфу-рановые	ФФ-65 ФФ-65С (силанози-рованная)	ТУ 05-1985-85 ТУ 6-06-5751766-88	Серия KOOLKAT серия FUROTEC, KALTHARZ, XA20	“FOSECO” (Англия), “FOSECO Int.Ltd” (Англия),
Карбамид-фенолфу-рановые	КФФ-Л	ТУ 38-10971-83	—	—
Полифура-новые	ПФС	ТУ 59-02-00462-83	ECOLOTEC CSR 9500	“FOSECO”, отделение в Германии (г. Боркен)

 

 

Таблица 11.2. Коксовый остаток и содержание азота в смоляных связующих

Класс смол	Катализа-тор	Массо-вое соотно-шение смола/ катали-затор	Коксо-вый оста-ток мас. %	Содер-жание азота в смоле, мас. %	Область применения (по типу сплавов)
Карбамидные	Н3РО4 (ρ= =1,30г/см3)	1/0,3	До 10	20…24	Цветные сплавы
Карбамидфу-рановые с содержанием фурфурило-вого спирта, мас. %:

20…30

 

30…40

 

40…60

 

 

60…80

 

 

 

 

Свыше 80

 

Н₃РО₄ (ρ=

=1,57г/см³)

То же

»

Н₃РО₄ или БСК, или ПТСК

БСК, или ПТСК

1/0,4

1/0,4

1/0,5

1/0,5

1/0,5

22,5…

32,5

32,5…

40,0

40,0…

45,0

45,0…

47,0

До 50,0

18…15

15…12

12…8

8…3

3…0,5

Цветные сплавы и серый чугун

Серый чугун

Серый чугун и низколегирован-ные чугуны

Серый, ковкий и высокопрочный чугуны, углеродистые стали

Высокопрочный чугун и углеродистые стали

 

Фенольные

БСК или ПТСК

1/04

45,0…

52,5

0

Стали углеродистые и легированные

Фенолфура-новые

1/0,4

52,5…

57,5

0

Полифурано-вые

1/0,4

До 60,0

0

Стали углеродистые и легированные, в том числе для тяжелых отливок

 

 

Испарение, образующееся в результате реакции воды, из внутренних слоев стержней затруднено, особенно при высокой относительной влажности воздуха, что приводит к зависимости прочности стержней от относительной влажности воздуха. Следует заметить, что эта зависимость не связана с гигроскопичностью.

По мере прогрева стержня отвержденная смола сначала газифицируется (образуются пары воды и мономеров), затем начинается термическое разложение смолы – термодеструкция и образование коксового остатка. По величине коксового остатка судят о термостойкости смолы: чем он больше, тем термостойкость выше.

Список используемой литературы [1,2,4]

 

Тема 12 Песчаные смеси на органических связующих. (2 часа)

План лекции

1. Жидкостекольные смеси и жидкое стекло.

2. Фосфаты и фосфатные смеси.

3. Цементы  и гипсы.

 

Жидкое стекло и жидкостекольные смеси. Жидкое натриевое стекло представляет собой коллоидный водный раствор силиката натрия Na₂O·nSiO₂m·H₂O, или упрощенно Na₂Si₂О₅. В действи­тельности жидкое стекло имеет сложный химический состав, который нельзя описать одной химической формулой.

Жидкое стекло готовят из силиката натрия, который получают при 1300… 1500°С сплавлением кварцевого песка с содой, суль­фатом натрия и углем.

Важнейшей характеристикой жидкого стекла является его си­ликатный модуль М, равный соотношению масс SiO₂ и Na₂O:

 

,

 

где 1,032 — коэффициент, показывающий отношение молекуляр­ной массы Na₂O к молекулярной массе SiO₂, т. е. по существу М— отношение числа молей SiO₂, приходящихся на 1 моль Na₂O.

В литейных цехах используется жидкое стекло с силикатным модулем 2,2…2,8, которое в летний период из-за понижения жи­вучести смесей следует разбавлять водным раствором NaOH для понижения модуля до значений 1,6… 1,7.

Основные свойства натриевого жидкого стекла, используемо­го в литейном производстве, приведены ниже:

 

Внешний вид…………………………………..

Густая жидкость желтого или серого цвета без механических включений и примесей, ви­димых невооруженным глазом

Содержание компонентов, мас. %:

SiO2…………………………………………………………………………………………..	30,8…31,9
Na2O…………………………………………………………………………………………	11,0… 12,1
Fe2O3 + Аl2О3, не более……………………………………………………………..	0,25
СаО, не более……………………………………………………………………………	0,20
SO3……………………………………………………………………………………………	0,15
Силикатный модуль М………………………………………………………………	2,6…3,0
Плотность ρ, г/см3……………………………………………………………………..	1,47… 1,52

 

Впервые получение форм и стержней с применением жидкого стекла было связано с их отверждением продувкой углекислым газом (газообразным диоксидом углерода) в разработанном в Чехословакии в конце 1940-х гг. так называемом СО₂-процессе. Уп­рощенно процесс взаимодействия жидкого стекла и углекислого газа можно описать в виде реакции

 

Na₂Si₂О₅ + СО₂ + 4Н₂О → 2 H₄SiО₄ + Na₂CO₃,

 

в результате которой образуется ортокремниевая кислота H₄SiО₄ и карбонат натрия Na₂CO₃ (сода). Именно гель ортокремниевой кислоты и является связующим веществом. Максимальное значе­ние прочностных свойств жидкостекольной смеси соответствует моменту максимального содержания карбоната натрия Na₂CO₃. По­этому увеличение длительности продувки сверх оптимального вре­мени понижает физико-механические свойства смеси, рН смеси при этом (ниже 10,5) практически не снижается. Удельный рас­ход СО₂ составляет 0,5… 1,5 см³/см³ жидкого стекла, при расходе последнего 5…7% массы песка.

Жидкостекольные смеси пластичные («ПСС-процесс») и жид­кие отверждают также различными твердыми отвердителями, вво­димыми в смесь в порошкообразном виде. Такие смеси называют самотвердеющими. В качестве отвердителей используют саморас­сыпающийся шлак феррохромового производства (феррохромовый шлак), портландцемент, нефелиновый шлам, синтетический двухкальциевый силикат 2CaO·SiO₂, кремнефторид натрия Na₂SiF₆, ферросилиций, карбид кальция, кремний, полуводный гипс CaSO₄·0,5H₂O, антипирен из нефелина, полифосфаты, алюминаты и др.

В последнее время для отверждения жидкостекольных смесей Начали применять в качестве отвердителей сложные органические эфиры (СОЭ), использование которых во многом решает пробле­му выбиваемости и регенерируемости смесей с жидким стеклом. При СО₂-процессе потенциальная связующая способность жид­кого стекла далеко не исчерпывается. Имеются данные, что связующие свойства жидкого стекла используются только на 10 %. Эфиры как отвердители жидкостекольных смесей впервые были предло­жены в 1967 г. В качестве сложных органических эфиров-отвердителей используют моноацетин, диацетин, триацетин, этилен-гликольдиацетат (различные пропорции перечисленных материа­лов в смеси определяют время, необходимое для отверждения), диэтиленгликольдиацетат, гликольпропианат и их смеси и т.п.

В отличие от СО₂-процесса, в котором отверждение развивает­ся последовательно от слоя к слою, при использовании СОЭ отверждение происходит одновременно во всем объеме смеси в равной степени, что, вероятно, является причиной более высоких прочностных свойств получаемых смесей. Поэтому для достижения необходимой технологической прочности смеси в случае применения СОЭ в качестве отвердителей содержание жидкого стекла в смеси может быть значительно уменьшено.

Обезвоживание жидкостекольных смесей осуществляется раз­личными путями: тепловой сушкой, провяливанием на воздухе, поверхностной подсушкой, продувкой воздухом (холодным или горячим) или каким-то другим газом, вакуумированием. При этом жидкое стекло сначала превращается в вязкую жидкость, затем в полутвердую жидкость, постепенно переходя в дегидратирован­ное вещество, способное связывать между собой зерна наполни­теля. Чем выше силикатный модуль жидкого стекла, тем быстрее протекают указанные превращения. По мере удаления влаги проч­ностные свойства смеси нарастают, и конечная прочность смеси, обработанной обезвоживанием, по крайней мере, на порядок выше, чем при СО₂-процессе. Наибольшая прочность смесей от­мечена при остаточной влажности 0,3…0,5 %. Однако следует от­метить, что продолжительность технологических операций обез­воживания в случае применения СОЭ всегда значительно больше, чем при обработке смеси углекислым газом.

Смеси на жидком стекле могут быть переведены в жидкое (пенообразное) состояние (ЖСС). Принцип получения ЖСС, разра­ботанный в нашей стране в 1964 г., основан на переводе смесей с жидкостекольным связующим в подвижное состояние с помощью пенообразующих поверхностно-активных веществ (ПАВ) и пос­ледующем их самозатвердевании за счет использования двухкальциевого силиката или содержащих его материалов — феррохромового шлака, нефелинового шлама и др.

Широкий интерес к названному процессу, возникший после его внедрения, в настоящее время значительно уменьшился из-за таких недостатков, присущих процессу, как низкая точность раз­меров, неудовлетворительное качество отливок, плохая выбиваемость, большой расход свежих песков и др.

Фосфаты и фосфатные смеси. Фосфатные связующие (фосфа­ты) являются металлофосфатными композициями, в состав ко­торых входят ортофосфорная кислота и оксиды или порошки ме­таллов (Fe, Mg, Al и др.).

При взаимодействии оксидов металлов и ортофосфорной кис­лоты образуются кристаллогидраты, обладающие связующими свойствами, например:

FeO + 2Н₃РО₄ + Н₂О → Fe(H₂PO₄)₂·2H₂O.

 

Фосфатные связующие характеризуются мольным или массо­вым соотношением P₂O₅/Me₂O_m или Me₂O_т/Р₂O₅ в сочетании с показателем общей концентрации растворенных веществ (или со­держанием воды). Потенциальное число связующих систем фос­фатного типа велико, однако их практическое применение в ли­тейном производстве ограничено сравнительно узкой группой тех­нически доступных материалов.

В промышленности для фосфатных холоднотвердеющих смесей используются оксиды железа и магния. Из оксидов железа можно назвать железную окалину (прокатная, кузнечная), металлургичес­кую пыль (продукт обеспыливания и очистки дымовых газов, поки­дающих плавильные печи, включая вагранку), пыль обдирки отли­вок из черных сплавов, железорудный концентрат молотый и др.

Материалы на основе оксида магния (MgO) в порядке убыва­ния химической активности с Н₃РО₄ образуют следующий ряд: металлургический магнезит, плавленый магнезит, магнезитохромит, хромомагнезит.

Композиции на основе алюминия и хрома твердеют в про­цессе нагревания и приобретают полимерные структуры типа Ме_nО_m·Р₂О₅·kH₂О, а после прокаливания — Ме_nО_m·Р₂О₅. Алюмофосфатные связующие твердеют при 350…400°С. Если же к ним добавить один из металлов (Me — Fe, Cr, Mn, Mg, Ca), то обра­зуются соединения типа Ме_nО_m·Аl₂О₃·Р₂О₅, которые твердеют при комнатной температуре.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

Алюмофосфатные связующие применяются для приготовления противопригарных красок. Металлофосфатные связующие компо­зиции применяют для получения холоднотвердеющих смесей, из­готовления стержней, упрочняемых тепловой сушкой, и в нагре­ваемой оснастке.

Формовочные смеси с металлофосфатными связующими об­ладают высокой упрочняющей способностью, термостойкостью, хорошей выбиваемостью, нетоксичностью, высокой долговечно­стью.

Однако широкого распространения фосфатные связующие не получили, так как, возможно, период их разработки (1970 — 1990-е гг.) совпал с появлением весьма совершенных органичес­ких связующих.

Состав и свойства фосфатных самотвердеющих смесей приве­дены в табл. 12.1 и 12.2.

 

Таблица 12.1. Состав и свойства феррифосфатных самотвердеющих смесей 1 – 4  

Характеристика смеси	1	2	3	4
Содержание компонента, мас. ч.:

кварцевый песок

окалина железная (кузнечная или прокатная) обезмасленная и домолотая

крокус

трифолин

Н₃РО₄ (60%-ная)

87,0

7,0

—

—

6,0

100,0

2,0…3,0

—

—

3,5…4,5

84,0…88,0

—

3,6…4,8

—

7,2…9,6

92,0

—

—

4,5

3,5

 

Живучесть, мин

10

До 20

7…15

20

Прочность при сжатии, Н/мм², после выдержки:

 

1ч

4ч

24ч

2,5

3,0

3,2

0,3…0,4

1,8…2,0

3,5

0,15…0,4

0,8…0,15

2,0…2,6

1,5

2,2

3,9

 

Осыпаемость через 24 ч, %

0,3

0,2

До 0,01

0,15

Газотворность, см³/г

До 10

До 7

До 14

До 7

 

 

Таблица 12.2. Состав и свойства магнийфосфатных самотвердеющих смесей 1 – 4  

Характеристика смеси	1	2	3	4
Содержание компонента, мас. ч.:

кварцевый песок

цирконовый зернистый концентрат

материал на основе MgO

Н₃РО₄ (ρ = 1,58…1,6 г/см³)

—

100,0

1,1…1,3

2,0…2,2

92,5

—

3,5

4,0

92,38

—

2,50

5,12

90,0

—

8,0…10,0

4,0…5,0

 

Живучесть, мин

До 35

8…10

14…16

10…15

Прочность при сжатии, Н/мм², после выдержки:

 

1ч

2ч

4ч

24ч

0,7…0,8

1,2…1,3

2,5…2,8

5,0…5,6

0,8

1,1

1,7

2,4

1,2

1,5

2,0

3,5

2,5…3,0

3,0…3,5

—

5,0…5,5

 

Осыпаемость через 24 ч, %

0,1

0,1

0,1

0,1

Газотворность, см³/г

До 6

До 8

До 10

До 10

 

 

Феррифосфатные самотвердеющие смеси (см. табл. 12.1) ин­тенсивно разрушаются при нагреве (после прогрева до 800…1000ºС остаточная прочность при сжатии составляет 0,03…0,08 Н/мм²). Этим обеспечивается облегченная выбиваемость отливок. Из-за недостаточных термостойкости, огнеупорности и по причине склон­ности к пригарообразованию их можно рекомендовать только для отливок из чугуна и цветных сплавов. Смеси являются экологи­чески чистыми и практически не выделяют вредных веществ в воздушную среду.

Областью применения магнийфосфатных самотвердеющих сме­сей являются преимущественно стержни и формы для стальных отливок, что обусловлено достаточной термостойкостью, огне­упорностью и податливостью указанных смесей (см. табл. 12.2). При этом смесь 1 используется при получении крупных массивных стальных отливок с толщиной стенок свыше 300 мм.

Цементы и гипсы. Из цементов, применяемых в литейном производстве, следует на­звать портландцемента низких и средних марок — ПЦ 300 и ПЦ 400. В состав цементов входят трехкальциевый силикат 3CaO·SiO₂ (алит), двухкальциевый силикат 2CaO·SiО₂ (белит), трехкальциевый алюминат 3СаО·Аl₂О₃и четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО·Аl₂О₃·Fe₂O₃.

Отверждение портландцементов при растворении водой связа­ло с их гидратацией и образованием кристаллического сростка кальциевых и кальциево-алюминатных гидросиликатов.

Цемент получают путем обжига измельченных пород известня­ка, глины и других минералов при температуре 1300…1450°С.

Получаемый клинкер размалывают с введением гипса и других добавок. Основным минералом, определяющим прочность цемент­ных смесей, является трехкальциевый силикат. Процесс его гид­ратации соответствует схеме реакции

 

2(3CaО·SiO₂) + 6H₂O → 3CaO·2SiO₂·3H₂O·3Ca(OH)₂.

 

Одной из характеристик портландцементов является глинозем­ный модуль (Al₂O₃/Fe₂O₃), который должен быть выше 1,2. Для приготовления смесей вводят 10…12 % цемента и примерно такое же количество воды. Оптимальным является водоцементное отношение 0,6…0,9. Процесс твердения цементных смесей происходит медленно, иногда более 3 сут. После выдержки 4 ч прочность составляет 0,10… 0,15 Н/мм².

Прогрессивным направлением является применение ускорителей твердения, наиболее распространенными из которых являются хлориды (СаСl₂, NaCl, АlСl₃, ВаСl₂, FeCl₃), карбонаты (К₂СО₃, Na₂CO₃), фториды (например, NaF), а также органические мате­риалы (меламиновые смолы, триэтаноламин). Неорганические до­бавки повышают растворимость клинкерных фаз, а триэтанол­амин ускоряет гидратацию.

Широко известным ускорителем затвердевания цементов яв­ляется патока. Взаимодействуя с Са(ОН)₂, она ускоряет гидрата­цию и одновременно образует «сшитый» полимер, упрочняющий смесь.

Весьма эффективно комбинирование цементов с лигносульфонатами. Особенно эффективно применение лигносульфонатов в комбинации с цементом-гидралюмом, содержащим до 55 % 3СаО·Аl₂О₃, технология получения которого разработана сов­местно ЦНИИТмашем и МГУ, но его производство не организо­вано.

Недостатком цементов является снижение их активности при длительном хранении во влажной атмосфере из-за образования гидратных оболочек на частицах.

В варианте использования портландцементов в жидких самотвердеющих смесях в состав смеси вводят также жидкие техничес­кие лигносульфонаты, которые облегчают перевод смеси в жидкоподвижное состояние и повышают ее конечные прочностные показатели. К преимуществам портландцементов, определяющим целесообразность их применения прежде всего для крупных и кес­сонных форм, относятся дешевизна, экологическая и санитарно-гигиеническая безопасность и удовлетворительные технологичес­кие свойства, в том числе термостойкость.

Цементные самотвердеющие смеси имеют ограниченное распространение в России. За рубежом они применяются более ши­роко, главным образом при изготовлении форм для крупных и массивных чугунных (реже стальных) отливок. Сведения о со­ставах и свойствах цементных самотвердеющих смесей приведе­ны в табл.12.3.

Таблица 12.3. Состав и свойства цементных самотвердеющих смесей 1 – 4

Характеристика смеси	1	2	3	4
Содержание компонента, мас. ч.:

кварцевый песок

портландцемент ПЦ400

патока-мелясса

вода

ВГС

хлорид кальция

100,0

8,0…12,0

2,5…3,0

2,5…3,0

—

92,30

3,90

—

—

3,77

—

88,69

7,54

—

—

3,77

—

100,0

10,0

—

7,0

—

0,5

 

Живучесть, мин

Более 90

85

35

40

Прочность при сжатии в исходном состоянии, Н/мм²

—

—

—

0,007

То же, Н/мм², после выдержки:

 

1ч

2ч

3ч

4ч

24ч

48ч

—

—

—

0,1…0,2

2,0…2,5

—

—

0,05

—

0,7

3,0

—

—

0,70

—

1,10

4,00

—

0,03

—

0,07

—

1,20

1,60

 

Использование для приготовления смесей глиноземистых (или алюминатных) и высокоглиноземистых цементов обеспечивает повышение прочности и сокращение сроков затвердевания пес-чано-цементных смесей.

В качестве связующего находит применение также полуводный гипс: строительный (β-CaSO₄·0,5H₂O) (ГОСТ 125 — 79) или высо­копрочный (супергипс) (γ-CaSO₄·0,5H₂O). При затворении водой в течение нескольких минут образуется прочный кристалличес­кий сросток двухводного гипса (CaSO₄·2Н₂О). В процессе последующей термической обработки при температуре свыше 300°С кри­сталлизационная вода может быть полностью удалена. Ввиду не­достаточной термостойкости песчано-гипсовые смеси рекомендуются к использованию только для литья цветных сплавов. Известен также опыт применения полуводного гипса для изготовления литейных моделей.

Удовлетворительную прочность при отверждении и легкую выбиваемость обеспечивает связующая система гидралюм (синтетический продукт на основе трехкальциевого алюмината из отходов при переработке боксита)—жидкие технические лигносульфонаты, однако для ее применения требуется промышленное произ­водство гидралюма.

Следует отметить, что в связи с интенсивным развитием и применением органических связующих, особенно за рубежом, об­ласть использования неорганических связующих возможно сокра­тится, тем не менее все перечисленные связующие (жидкое стек­ло, фосфаты, цементы, гипсы) еще находят применение. За ру­бежом цементные смеси получили более широкое, чем в России, применение, особенно для крупных чугунных и стальных отливок.

Список используемой литературы [4]

 

Тема 13 Песчаные смеси на органических связующих. (2 часа)

План лекции

1. Песчаные смеси на органических связующих.

2. Песчаные смеси на органических связующих теплового отверждения вне оснастки.

3. Песчаные  смеси на органических связующих, отверждаемые в нагретой оснастке.

 

Песчаные смеси на органических связующих. Для смесей на органических связующих используются связую­щие довольно обширной номенклатуры, которые в зависимости от характера отверждения можно разделить на следующие четыре груп­пы:

• тепловое отверждение вне оснастки (главным образом, кон­вективная сушка);
• отверждение в нагретой (горячей или теплой) оснастке;
• отверждение в холодной оснастке под действием жидких катализаторов или отвердителей;
• отверждение в холодной оснастке под действием газообраз­ных катализаторов или отвердителей.

В свою очередь, эти четыре группы можно разделить на два типа: отверждение вне оснастки (первая группа) и отверждение в оснастке (остальные три группы).

Песчаные смеси на органических связующих теплового отверж­дения вне оснастки. Технологии изготовления стержней с их от­верждением вне оснастки можно считать доживающими свой век по причине присущих им существенных недостатков, таких, как низкая точность, высокие энергозатраты, низкая (0,005 Н/мм²) прочность смесей в сыром состоянии и необходи­мость применения сушильных плит и драйеров.

Тем не менее, связующие этой группы в большом количестве широко применялись до 1940-х гг., и в настоящее время они используются для изготовления стержней, в частности в Казахстане, обеспечивая удельную прочность (прочность, отнесен­ную к 1 % содержания связующего) более 0,7…0,8 Н/мм², вы­сокую податливость стержней, легкую их выбиваемость и дос­таточную термостойкость. Ниже приводится перечень наиболее широко применяемых связующих для песчаных смесей рассмат­риваемого вида:

• льняное масло (ГОСТ 5791 — 81), олифа натуральная и олифа оксоль (продукты переработки льняного или смеси льняного и конопляного масел);
• связующее П (раствор в уайт-спирите окисленного петролятума — побочного продукта при изготовлении масел из нефти);
• связующее ПТ (раствор окисленного петролятума и талового масла — побочного продукта при получении целлюлозы);
• связующее ПТА (раствор окисленного петролятума, обрабо­танного аммиаком и растворенного в уайт-спирите);
• связующее ГТФ (тяжелая фракция сланцевой генераторной смолы, имеет вид маслянистой жидкости);
• связующее 4ГУ(п) (комбинированное связующее, состоит из полувысыхающих масел и канифоли, сплавленных с битумом и растворенных в уайт-спирите);
• связующее КО (раствор кубовых остатков, полученных от ди­стилляции синтетических жирных кислот);
• связующее БК (эмульсионный раствор сульфитно-спиртовой барды (75%), лака — тиноля (15 %) и связующего ГТФ (10 %));
• связующее УСК (универсальное синтетическое связующее, продукт переработки кубового остатка синтетических жирных кис­лот);
• связующее СП (эмульсионный раствор сульфитно-спиртовой барды плотностью 1,27·10³ кг/м³ (95%) и окисленного петролатума (5 %);
• связующее СБ (эмульсионный раствор сульфитно-спиртовой барды (80%) и связующего ГТФ (20 %));
• связующее ССБ (сульфитно-спиртовая барда иди лигносульфонат технический (ЛСТ)) (ТУ 13-6281036-05-89).

Стержни с перечисленными связующими сушат в сушилах при температурах 140…240°С в зависимости от типа связующего.

При выборе связующего исходят из его удельной прочности на основе классификации стержней, согласно которой все стержни подразделяют на пять групп.

К первой группе относятся стержни, имеющие тонкие, ажур­ные стенки, образующие сложные внутренние полости отливок, при этом знаки стержней малоразвиты. Примером могут быть стер­жни, выполняющие водяную рубашку головки блока цилиндров. Для этой группы стержней удельная прочность на разрыв должна соответствовать 0,7…0,9 Н/мм².

Ко второй группе относятся стержни, которые при тех же показателях, что у стержней первой группы, имеют большие знаки. Сюда относятся, например, стержни, формирующие полость водяной рубашки блока цилиндров. Удельная прочность связую­щего рекомендуется более 0,5…0,7 Н/мм².

К третьей группе относятся стержни более простой, по срав­нению со стержнями первой и второй групп, конфигурации, в которых отсутствуют тонкие стенки на рабочей поверхности и име­ются большие знаковые части, как, например, в центровых стерж­нях, формирующих цилиндровую и картерную части блока ци­линдров. Удельная прочность связующего для таких стержней бо­лее 0,35…0,50 Н/мм².

К четвертой группе относятся массивные стержни, фор­мирующие полости станин для станков. Для таких стержней свя­зующие должны обеспечить удельную прочность 0,2…0,3 Н/мм².

Наконец, к пятой группе относятся массивные стержни про­стой конфигурации, формирующие внутренние и внешние поло­сти. Для них удельная прочность связующих должна быть более 0,2 Н/мм².

К первой, второй и третьей группам относятся стержни для изготовления автомобильных отливок, отливок сантехники. Для них используются связующие на основе смол, масел, продуктов переработки различных производств. Для четвертой группы ис­пользуется жидкое стекло, а для пятой группы — неорганические связующие (глина, жидкое стекло, цементы).

Появление фосфатных связующих привело к производству смесей теплового отверждения с указанными связующими, отличаю­щихся низкой газотворностью и удовлетворительной выбиваемостью.

Песчаные смеси на органических связующих, отверждаемые нагретой оснастке. Процесс отверждения смесей в нагретой оснастке с общепринятым названием «Hot-box-процесс» появился в 1960-х гг. и, заменяя конвективную сушку вне оснастки, получил широкое распространение, особенно в отраслях массового произ­водства (автомобильной, тракторной промышленности и др.). Пре­имуществами этого метода по сравнению с процессом конвектив­ной сушки вне оснастки являлись более высокие точность и про­изводительность.

Однако в настоящее время во всем мире (в России пока в мень­шей степени) он вытесняется технологией получения стержней холодного отверждения в оснастке.

В качестве связующего для Hot-box-процесса используются синтетические смолы (продукты конденсации формальдегида с кар­бамидом и фенолом или только с фенолом, а также с фурфуриловым спиртом): СФ-480, фенолоспирты, карбамидфурановые (КФ-90, КФ-40, КФ-35, БС-40), фенолформальдегидные, карбамидформальдегидные (КФ-МТ, КФ-Ж), фенолкарбамидформальдегидные (ФПР-24, СФ-411), которые отверждаются при тем­пературах 220…240ºС.

Следует отметить, что на заводах автомобильной промышлен­ности для чугунных отливок в основном используется карбамидфурановая смола КФ-90, а для алюминиевых сплавов и бронзы — КФ-35, КФ-40, БС-40. Стержни с рассматриваемыми связующи­ми отверждаются в нагретом ящике до манипуляторной прочно­сти не менее 0,2 Н/мм².

К катализаторам смол горячего отверждения следует, в пер­вую очередь, отнести растворы нитрата или хлорида меди. В част­ности, на основе нитрата меди выпускаются известные катализа­торы горячего отверждения КЧ-41 и КЦ-32.

В массовом и крупносерийном производстве стержней для сталь­ных отливок используются безазотистые фенолформальдегидные смолы горячего отверждения: СФ-480 и СФЖ-305 и фенолоспир­ты, а также фенолфурановые смолы ФФ-65 и ФФ-64С, которые предназначены для холодного отверждения.

В качестве катализаторов горячего отверждения фенолоспиртов используют сильнокислые соли типа насыщенного водного раствора хлорного железа.

Свойства смесей, отверждаемых в нагреваемой оснастке, при­ведены в табл. 13.1.

 

Таблица 13.1. Свойства и составы смесей 1 — 7, отверждаемых в нагреваемой оснастке (температура отверждения всех смесей 220…240°С)

Характеристика смеси	1	2	3	4	5	6	7
Текучесть, %, не менее	60…65	70	60	—	—	—	—
Прочность при растяжении, Н/мм2, в горячем состоянии	0,28…0,50	—	—	—	—	—	—
То же, Н/мм2, после выдержки: 15 с 30 с 60 с	— — —	0,20 0,35 0,60	0,22 0,38 0,70	0,33 0,39 —	0,18 0,61 0,86	0,21 0,42 —	0,25 0,77 1,00
Прочность при растяжении, Н/мм2, в холодном состоянии	1,4…2,6	—	—	—	—	—	—
Область применения (по типу сплавов)	СЧ	Цветные сплавы	СЧ	СЧ	СЧ	—	—

 

Газотворная способность смесей по нагреваемой оснастке, как правило, не превышает 10…12 см³/г.

Разновидностью Hot-box-процесса является получивший распространение за рубежом Warm-box-процесс, в котором темпе­ратура оснастки снижена до 150…180°С (это отражено в назва­нии процесса «Warm-box» — «теплые ящики»). В качестве связующего в смеси используются фурановые и фенолформальдегид­ные смолы.

Преимущества Warm-box-процесса — сниженные энергоза­траты (из-за более низкой температуры оснастки) и улучшен­ные санитарно-гигиенические условия. Высокая скорость отвер­жения в этом процессе достигается подбором специальных ка­тализаторов.

Список используемой литературы [1,2,4]

 

 

Тема 14 Противопригарные добавки и покрытия. (2 часа)

План лекции

1. Виды пригара.

2. Противопригарные покрытия.

3. Специальные добавки.

 

Противопригарные добавки и покрытия литейных форм. Качество литой поверхности во многом определяет качество и свойства отливок. При улучшении качества поверхности повыша­ется точность отливок, сокращается трудоемкость очистных ра­бот, улучшается обрабатываемость, уменьшаются припуски на ме­ханическую обработку.

Формирование поверхности отливок — сложный процесс, оп­ределяемый физико-химическим взаимодействием оксидов металла и формы, температурным режимом и габаритами отливки, газо­вым режимом и термическими напряжениями в литейной фор­ме. В результате этого сложного вероятностного процесса форми­руется литая поверхность с той или иной степенью шероховатости.

Качество поверхности отливки оценивается по шероховатости, наличию поверхностных дефектов в виде пригара, наростов, плен, ужимин и т.д.

Пригар представляет собой слой формовочной или стержне­вой смеси, прочно удерживаемый на поверхности отливки и рез­ко ухудшающий поверхность отливки. Различают три вида прига­ра: механический, химический, термический.

Механический пригар. В результате внедрения сплава в поры формы возникает механический пригар. Факторами, влияю­щими на внедрение металла в поры формы, являются металлостатический напор и капиллярное давление, газовое давление в форме и глубина прогрева формы до температуры плавления вне­дряющихся в форму струек металла.

При заполнении формы жидким металлом происходит так на­зываемое «захолаживание» металла с образованием твердой кор­ки. По мере прогрева литейной формы до температуры плавления сплава, что характерно для толстостенных отливок, корка разогревается, и струйки могут продвигаться в поры литейной формы. Следует отметить, что возникающий при этом пригар чаще встре­чается на крупных отливках, у которых в течение более длитель­ного времени, чем в случае мелких и средних отливок, происхо­дит взаимодействие жидкого металла с литейной формой и, сле­довательно, на большую глубину прогревается форма.

Химический пригар. В результате реакций между оксида­ми металла и формы, которым способствуют высокие температура плавления и реакционная способность образующихся оксидов ме­талла, на поверхности проявляется так называемый «химический пригар». Одной из радикальных мер его предупреждения является использование химически инертных по отношению к оксидам ме­талла формовочных материалов, таких, как циркон, дистенсиллиманит, хромит и т. п. Химический пригар характерен лишь для спла­вов с высокой температурой плавления, например для стали и чугуна. В процессе взаимодействия оксидов металла и формы может возникать трудноотделимый и легкоотделимый пригарный слой.

Если между металлом отливки и пригарной коркой возникает слой оксидов железа оптимальной толщины (для жидкостекольньгх смесей он составляет 100 мкм), то пригарная корка легко отделяет­ся от металла по этому слою. Так, на толстостенных стальных от­ливках, полученных в жидкостекольных формах без применения покрытий, образуется легкоотделимый пригар, поскольку сталь легко окисляется и пригарная корка содержит большое число ок­сидов. На чугунных отливках получается трудноотделимый пригар.

Термический пригар. При заливке металла вследствие низкой огнеупорности формовочных материалов происходит оп­лавление поверхности формы с образованием термического при­гара на отливке, который легко отделяется от поверхности отли­вок в виде толстой «шубы».

Описанные три вида пригара в чистом виде практически не встречаются, так как формирование отливки протекает в услови­ях совместного действия давления металла, его температуры и хи­мического взаимодействия с формой.

По современным представлениям образование пригара проис­ходит следующим образом. Как правило, заливаемый металл не смачивает кварцевый песок, но реагирует с кислородом воздуха. Оксиды образуются в большей степени на поверхности контакта металл — форма. Оксиды в виде жидких масс смачивают кварце­вые зерна смеси, при этом облегчается их внедрение в поры сме­си под действием давления (напора) металла, капиллярного дав­ления и давления газа в полости формы. Внедрившаяся в поры струйка металла, покрытая пленкой окси­дов, во-первых, вступает в химическое взаимодействие с части­цами кварца, во-вторых, быстро охлаждается и, затвердевая, ос­танавливается. Дальнейшее ее продвижение зависит от степени прогрева формы. При нагреве струйки выше температуры ликви­дуса металла, возможно, некоторое увеличение глубины ее внедре­ния. Практически во всех технологических мероприятиях по умень­шению пригара используются описанные ранее представления об образовании пригара. Во-первых, стремятся к минимальному раз­меру пор; во-вторых, обеспечивают несмачивание формовочной смеси металлом и его оксидами; в-третьих, создают восстанови­тельную атмосферу, препятствующую протеканию окислительных реакций; в-четвертых, обеспечивают быстрое затвердевание струек металла подбором более теплопроводного материала. Наконец в-пятых, обеспечивают быстрое окисление внедрившихся струек, что приводит к потере ими прочности и легкому отделению при­гара.

Для предотвращения пригара на чугунных отливках в формо­вочную смесь вводят каменноугольную пыль, мазут и другие углеродистые добавки. Противопригарное действие каменного угля и других углеродистых добавок связывают с созданием в полости формы восстановительной атмосферы и образованием пиролитического («блестящего») углерода при температуре 600°С. Восста­новительная атмосфера препятствует протеканию окислительных реакций, пиролитический углерод оседает в виде прочной пленки на зернах кварца, которая не смачивается ни металлом, ни его оксидами и затрудняет внедрение металла в поры формовочной смеси.

В составе единой формовочной смеси следует использовать угли, содержащие 25…35 % летучих и дающие выход блестящего угле­рода не ниже 10 %. На автоматических линиях для увеличения га­зопроницаемости и прочности в зоне конденсации применяется гранулированный уголь с размером частиц 0,160…0,315 мм и их содержанием в добавке до 65…85 %. При машинной формовке до­пустимо использовать каменный уголь более тонкого помола — не менее 0,063 мм.

Из-за недостатков, связанных с применением каменного угля, (низкий выход блестящего углерода, ухудшение условий труда и т.п.), изыскиваются другие материалы (например, пеки, биту­мы), в том числе жидкие углеродсодержащие добавки (эмульси­онные масла, синтетические полимеры), отличающиеся более высоким выходом блестящего углерода (более 40 %). Противопри­гарные добавки содержат 3…6% молотого каменного угля или 1,6…2,0% синтетических композиций, или 0,75…2,00% жидких углеродсодержащих материалов.

Для предотвращения пригара на стальных отливках с толщи­ной стенки до 50 мм в смесь вводят мелкодисперсные огнеупор­ные добавки, например пылевидный кварц (маршаллит), кото­рый, уменьшая поры смеси, препятствует внедрению струек ме­талла в них.

Для отливок с толщиной стенок более 50 мм используются смеси с высокими показателями теплопроводности и теплоаккумуляции, например в облицовочных смесях используют вместо кварцевых песков цирконовые пески. Кроме того, при изготовле­нии стальных отливок создают условия для образования легкоотделимого пригара. С этой целью в смеси вводят сильнодействую­щие окислители, например TiO₂, V₂O₅.

При введении в смесь щелочи или мочевины образуются вязкие массы эвтектического состава, эти массы заполняют поры, пре­дотвращая внедрение оксидов металла в поры литейной формы.

При изготовлении отливок из алюминиевых сплавов используют мелкозернистые пески и сильно уплотняют смесь, что умень­шает размер пор. В случае получения отливок из магниевых сплавов используют гидроксид бора В(ОН)₃ (тривиальное название «борная кислота»), сульфитную серу, препятствующие окисле­нию и воспламенению магниевых сплавов.

Противопригарные покрытия. Для предотвращения пригара на поверхности отливок используют припылы, пасты и крас­ки. В качестве припылов для стального литья применяют: маршаллит, дистенсиллиманит; для чугунного литья — графит; для цветно­го литья — тальк. Для покрытия поверхностей крупных литейных форм используют пасты, изготовленные на основе припылов.

Наибольшее распространение получили краски, которые пред­ставляют собой суспензии — дисперсные структуры, включаю­щие огнеупорный наполнитель (основу), связующее, специаль­ные добавки и растворитель. В качестве огнеупорной составляю­щей как основы красок используют по видам сплавов те же мине­ралы, что и в припылах. В качестве связующих в красках широко используются материалы неорганической (глина, жидкое стекло) и органической природы. В свою очередь, различают три класса органических связующих в зависимости от температуры их термо­деструкции. При разработке термостойких покрытий предпочте­ние следует отдавать связующим с температурой термодеструк­ции 180…250°С и кремнийорганическим смолам с температурой термодеструкции 250…500°С (полифенилсиликсоновая — Ф-1, полиметилсиликсоновая — КМ-9к).

Специальными добавками в красках являются добавки, повыша­ющие седиментационную устойчивость, и добавки антисептиков, препятствующих брожению органических веществ и выделению запахов.

Действенным способом повышения седиментационной устой­чивости литейных красок является увеличение вязкости жидкой фазы путем введения стабилизрущих веществ (стабилизаторов). Ста­билизаторы представляют собой вещества, сильно набухающие и создающие коллоидные растворы повышенной вязкости. Для вод­ных красок наилучшим не только связующим, но и стабилизатором является глина (бентонит). Содержание глины в составе краски не должно быть больше 3…4 %. Избыток глины вызывает растрескива­ние покрытия. В качестве стабилизаторов неводных красок использу­ют: полиизобутилен, клей резиновый, бентоны — органические бен­тониты, полученные путем обработки глин соединениями аминов.

В качестве антисептиков в красках для предотвращения броже­ния органических добавок используют формалин технический, изопропиловый спирт, салициловую кислоту и бензонат натрия.

В качестве растворителя в литейных красках применяют воду и различные органические растворяющие вещества. К основным ха­рактеристикам растворителей относятся: растворяющая способ­ность, температура кипения, скорость испарения, взрывоопасность, токсичность. Растворяющую способность, например, оце­нивают по вязкости растворов с одинаковой концентрацией ра­створенного вещества: чем ниже вязкость, тем активнее раство­ритель. Наибольшей активностью обладают ацетон и спирты, наименьшая растворяющая способность у углеводородов (бензина, керосина, уайт-спирита). Практический интервал кипения, при котором растворитель может быть использован в быстросохнущих красках, находится в пределах 55…85ºС.

Краски, выпускаемые промышленностью, имеют специальные обозначения: водные краски для стального литья — СТ-1, СТ-2, СТ-3 (от слова «сталь») (в их составе пылевидный кварц, декст­рин, патока, сульфитно-спиртовая барда, стабилизатор бентонит), ЦБ (цирконобентонитовая), СБ (силлиманитобентонитовая), МБ (магнезитобентонитовая). Для чугунного литья выпускается водная краска ГБ (графитобентонитовая), для цветных сплавов — водная краска ТБ (талькобентонитовая).

Водные краски после нанесения на поверхность форм и стерж­ней обязательно должны подвергаться сушке. Самовысыхающие краски упрочняются после определенной выдержки окрашенных стержней на воздухе или при поджигании краски.

Приготовление красок из паст в литейном цехе ведется путем их растворения до необходимой плотности. На поверхность форм и стержней краски наносят кистью, посредством окунания или из пульверизатора.

Список используемой литературы [3,4]

 

Тема 15 Регенерация песков. Технологические свойства смесей. (2 часа)

План лекции

1. Способы регенерации.

2. Технологические свойства смесей – влажность, формуемость, газотворность.

3. Газопроницаемость, прочность, осыпаемость, пластичность, уплотняемость, текучесть, живучесть формовочных смесей.

 

Регенерация песков. Регенерация (от лат. regenerate — восстановление, возрождение) в применении к пескам проводится с целью удаления пленок связую­щего с поверхности частиц песка и в применении к формовочным смесям проводится их обработка для восстановления свойств. Для регенерации песка используют отработанные смеси, содержащие свя­зующие материалы органического и неорганического происхожде­ния. Конечным продуктом регенерации в этом случае является фор­мовочный песок (регенерат), используемый в качестве заменителя свежего песка при изготовлении формовочных и стержневых смесей.

Регенерированные пески должны соответствовать требованиям стандарта, предъявляемым к формовочным пескам, т.е. должны быть чистыми по примесям и содержать частицы определенной крупности.

В производстве применяют механическую (сухую), гидравли­ческую (мокрую) и термическую регенерации. Часто используют комбинированную регенерацию, при которой регенерированный песок получают путем комбинирования сухой и мокрой регенерации в определенной последовательности.

Механическая регенерация. При механической (сухой) Регенерации для отделения пленок связующего используют раз­личные устройства, действие которых основано на применении Механического и пневматического удара. При этом отделение пленок происходит за счет возникновения в них напряжений, дости­гающих напряжений адгезионного сцепления от столкновения ле­тящей с большой скоростью частицы с преградой. При разгоне частицы и смеси механическим путем регенерация носит назва­ние «механической», а при разгоне потоком воздуха — «пневматической». В ряде установок отделение пленок совмещается с сепарацией.

В мировой практике наиболее широкое распространение полу­чили пневматические установки. Суть процесса состоит в следую­щем: струя воздуха, имеющая скорость 45 м/с, инжектирует (вбра­сывает) отработанную смесь в вертикальную трубу. Далее при вы­лете из трубы зерна песка ударяются об отражатель. Наряду с этим во время полета в трубе песчинки соударяются между собой. Та­ким образом, они испытывают ударные нагрузки и при соударе­ниях в трубе, и при ударе об отражатель. Под действием этих сил пленка связующего отделяется от поверхности зерна. Песок, па­дающий от отражателя вниз, частично удаляется. Часть его может повторно попадать на оттирку, все мелкие фракции относятся воз­духом к фильтрам. Установка может состоять из одной секции или из нескольких, соединенных между собой последовательно сек­ций. Способ пневматической обработки является наиболее интен­сивным методом удаления пленки связующего с поверхности зерна. С этих же позиций представляет интерес способ регенерации в потоке дроби. В этом методе механическое отделение связующего находится в комбинации с выбивкой стержней и очисткой отли­вок дробью. Дробь, летящая с большой скоростью, выбивает стер­жни, очищает поверхности отливки и отделяет пленку связующе­го от поверхности зерен песка. Затем с использованием магнит­ной и воздушной сепарации проводится разделение дроби, реге­нерата и мелких фракций.

Гидравлическая регенерация. В данном способе гид­рорегенерации, или мокрой регенерации, отработанная смесь пос­ле предварительной подготовки в виде песчаной пульпы подается на отмывку пленки связующего. Отмывку песчаной пульпы осу­ществляют различными способами: в проточной воде, гидроцик­лонах, оттирочных машинах, где песчано-водная смесь интенсивно перемешивается. После сепарации (классификации) проводят обез­воживание песка (регенерата) и его сушку. Применяемая в техно­логическом цикле вода осветляется для повторного использова­ния. Расход воды составляет примерно 10 т на 1 т регенерируемой смеси. Для обезвоживания используют методы выдерживания влаж­ного песка в специальных резервуарах, центрифугирования (влаж­ность понижается до 6…10%), вакуумирования. Полное удаление влаги из песка достигается досушкой во вращающихся барабанах или установках кипящего слоя (эффективность сушки в послед­них значительно выше, чем в барабанах).

Термическая регенерация. Для смесей с органически­ми связующими применяется термическая регенерация — нагрев отработанной смеси до 650…1000°С, выдержка при этой темпе­ратуре в окислительной атмосфере и охлаждение. При температу­ре нагрева 250…400°С удаляются все летучие составляющие, да­лее при температуре 800ºС и выше выгорают углеродсодержащие добавки. Коксовый остаток и другие мелкие фракции удаляются последующей сепарацией. В определенной степени на отделение пленок связующего при термической регенерации влияет разница в температурных коэффициентах линейного расширения матери­ала пленок и зерен песка.

Для проведения термической регенерации используют печи барабанные с пересыпными полками и кипящего слоя. Для реге­нерации песков преимущественное развитие получили печи ки­пящего слоя. В качестве топлива обычно используется газ, реже — нефтепродукты и электроэнергия. Время пребывания материала в печи складывается из времени, необходимого для нагрева частиц до заданной температуры, и времени выгорания органических ве­ществ. В потоке горячих газов зерна формовочного песка нагрева­ются за время менее 1 с. Для достижения в кипящем слое при 650…850°С уровня потерь при прокаливании менее 0,2% время обжига выбирают в пределах 4…6 мин.

Для охлаждения регенерата применяют контактные воздушные охладители, барабанные или кипящего слоя: бесконтактные во­дяные трубчатые охладители или комбинированные охладители кипящего слоя.

Заключительным этапом регенерации песка является сепарация, т.е. разделение зерновой основы песка и пылевидных фракций. Для этой цели используют специальные сепараторы. Смесь через трубу снизу подается воздухом со скоростью 18…20 м/с. По выходе из трубы скорость потока снижается до 4…6 м/с, что достигается бла­годаря расширению проходного сечения. При этом крупные части­цы вследствие снижения скорости падают в сборник и по мере накопления удаляются из сепаратора. Более мелкие частицы уно­сятся воздухом вверх, где им с помощью направляющих лопаток придается вращательное движение. Далее крупные частицы этой фракции попадают во внутренний конус, по которому их движение на­правляется вниз, в сборник регенератора. Вся мелочь и пыль воздухом выносится из сепаратора вверх, к очистным фильтрам. Степень сепарации можно регулировать поворотом лопаток на нужный угол.

При выборе способа и объема регенерации необходимо при­нимать во внимание экономическую эффективность. Процесс регенерации становится рентабельным только при достижении оп­ределенной производительности, и положительный эффект будет тем больше, чем выше производительность установок регенера­ции. В связи с этим представляется целесообразной централизация процессов регенерации на базе объединения нескольких заводов, которую необходимо осуществлять на специализированных предприятиях. Только при такой организации производств возможны полная механизация и даже автоматизация технологических процессов регенерации формовочных и стержневых смесей. Наряду с экономической целесообразностью при этом улучшатся санитарно-гигиенические условия работающих литейных цехов, повысится эффективность охраны окружающей среды.

Технологические свойства смесей. Влажность. Вода, содержание которой определяет влажность смесей, может быть самостоятельным компонентом связующей композиции (песчано-глинистые, цементные смеси) и входить в состав одного из ее компонентов как растворитель (жидкое стек­ло, водорастворимые синтетические смолы, технические лигносульфонаты и др.).

В первом случае влажность влияет практически на все техно­логические свойства: прочность, газотворность, газопроницае­мость, уплотняемость, формуемость, текучесть, прочность в зоне конденсации, высокотемпературные свойства.

Прочность при сжатии σ_w и газопроницаемость К связаны с влажностью зависимостью, согласно которой и прочность, и газопроницаемость с увеличением влажности возрастают и при определенной влажности достигают максимальных значений, а да­лее следует период их спада (рис. 15.1).

Превышение или снижение влажности ΔW_р относительно ра­бочей W_p влажности более чем на 10…15 % приводит к поверхностным дефектам в отливках (при­гар, ужимины), внутренним де­фектам (газовые раковины), к снижению прочности формы и подутию отливок, снижению по­верхностной прочности формы, к засору отливок.

 

 

Рис. 15.1. Принципиальные зави­симости газопроницаемости К

и прочности при сжатии σ_w смесей от их влажности W

 

Превышение или снижение влажности относительно рабочей приводит также к колебанию уровня контрлада полуформы после уплотнения при объемном дозировании смеси. Это связано с тем, что уплотняемость смеси напрямую связана с влажностью. С повышением влажности смесь в определенном интервале комкуется и становится «воздушной» с большим объемом пор, по­тому при том же уплотнении уровень контрлада понижается. При снижении влажности высота смеси после уплотнения будет превышать высоту опоки.

При установке нижней полуформы на подопочный щиток в первом случае произойдет проседание кома смеси в опоке, а во втором — его выдавливание, что приведет к браку форм и, соот­ветственно, отливок по геометрии. В автоматизированном произ­водстве используют смеси пониженной влажности, при этом из­лишек смеси со стороны контрлада удаляется путем срезания спе­циальными устройствами.

Во втором случае, когда вода входит в состав компонентов смеси, содержание воды характеризует концентрацию связующе­го или катализатора и влияет как на скорость упрочнения, так и на другие технологические свойства.

В формовочных материалах различают следующие виды воды:

• конституционная, т.е. вода, которая входит в химический со­став материала. Например, для глины конституционная вода уда­ляется при температуре 350…700ºС, после чего связующая спо­собность глины теряется. По этой причине из-за нагрева смеси вблизи отливки до названных температур смесь периодически не­обходимо освежать, а при сушке форм температура не должна превышать 400°С;
• адсорбционная вода в песчано-глинистых смесях образуется при набухании глины вследствие внедрения молекул воды в меж­слоевые пространства;
• капиллярная вода удерживается капиллярными силами, си­лами смачивания. Вода этого вида образуется при формировании гелей (например, в СО₂-процессе, при поликонденсации смол), в результате поглощения воды из влажного воздуха и в процессе ее капиллярной конденсации.

При определении влажности путем высушивания смесей при 105…110°С удаляются только адсорбционная и капиллярная вода. В лабораторных условиях навеску смеси (50 ± 0,01)г помещают в предварительно высушенную и взвешенную емкость, сушат при 105…110°С в течение 30 мин, после чего взвешивают.

Влажность, %, определяют по уравнению

 

W= [т₁ — т₂)/т]100,

 

где т₁ — масса емкости с навеской до высушивания, г; т₂ — то же, после высушивания, г; т — масса навески до высушивания, г. Для сокращения продолжительности испытания сушку прово­ет инфракрасной лампой. Для этого используют приборы модели 062М2 УЗЛО (Усманский завод литейного оборудования), LA_PФирмы «Wadap» и PJT фирмы «G. Fischer». Продолжительность сушки составляет 10…15 мин.

Для автоматизированного производства прямой метод определения влажности непригоден. В этих случаях применяют косвенные методы, например емкостный метод, который используете фирмой «P.Lippke» (Германия) для автоматического контроля регулирования влажности.

В неавтоматизированных литейных цехах выпуск смеси из смесителей выполняет опытный оператор по показаниям ручной пробы (нем. handformgerecht), когда испытуемая смесь сжимается в руке, и далее по отпечатку на уплотненной смеси судят о влажности, а по усилию разрушения большим пальцем образца, лежащего, как на опорах, на указательном и безымянном пальцах, — о прочности.

В некоторых случаях контроль влажности смеси в конкретном производстве осуществляют также косвенными методами: по на­сыпной массе просеянной через сито смеси или ее уплотняемости. При этом необходимы тарировочные зависимости.

Формуемость. Данное свойство характеризует способность формовочной смеси воспроизводить конфигурацию модели, запол­нять карманы при свободной засыпке. Близким по смыслу к формуемости является понятие «сыпучесть». Чем больше влажность смеси, тем формуемость меньше. Формуемость определяют путем просеивания смеси в сетчатом барабане диаметром 100…110 мм с размерами ячейки сетки 2,5мм. Частота вращения барабана 60 мин^-1, масса навески 200 г, время вращения 10с. Формуемость оценива­ют индексом формуемости I_ф, %, по уравнению

 

I_Ф = (m₂/m₁) 100,

 

где т₂ — масса смеси, прошедшей через сетку; т₁ — масса исход­ной навески.

При I_ф = 75…80 % влажность смеси соответствует требованиям по готовности смеси. Индекс формуемости используется при орга­низации автоматизированного контроля влажности.

Газотворность. Способность формовочных материалов выделять газы при нагревании называется «газотворностью». В подавляю­щем большинстве случаев газотворность формовочных материа­лов является одним из факторов, влияющих на образование газо­вых раковин в отливках. Источники образования газов в литейной форме связаны со следующими процессами:

• испарение влаги при заливке (при испарении 1 см³ воды вы­деляется 1200…1450 см³ водяного пара);
• сгорание органических связующих;
• окислительно-восстановительные реакции на границе металл — форма.

Газотворность характеризуют двумя параметрами: 1) в случаеабсолютной газотворности общим объемом газов Q, см³, выделившихся из навески смеси при нагреве, или производными от Q, а именно — удельной массовой газотворностью, см³/г (величину Q делят на массу испытуемой смеси), и удельной объемной газо­творностью, см³/см³ (величину Q делят на объем смеси); 2) температурой газификации связующих материалов.

Газотворность смеси косвенно и приближенно можно характе­ризовать по потерям при прокаливании (п.п.п.) веществ, кото­рые определяются при нагреве навески (5 ± 0,01)г до температу­ры 900°С и удалению из навески всех видов воды, полному сгора­нию органических веществ и газификации неорганических веществ. Величину п.п.п. определяют по уравнению, %:

п.п.п. = [(т_исх — т_пр)/т_исх]100,

 

где т_исх — исходная масса смеси; т_пр — масса смеси после прока­ливания.

 

 

Рис. 15.2. Схема установки для определения газотворности:

1 — печь Марса; 2 — термопара; 3 — уравнительный сосуд; 4 — подводка охлаж­дающей жидкости; 5 — мерная бюретка с холодильником; 6 — штатив; 7 — гальванометр;

8 — реостат печи; 9 — лодочка с навеской; 10 — кварцевая трубка

 

Наибольшее распространение получил способ газификации навески смеси в специальной трубчатой печи (рис. 15.2). Уста­новка состоит из трубчатой печи 1, в которую вставляется квар­цевая или фарфоровая трубка 10 внутренним диаметром 18…20 мм. Один конец трубки соединен с водоохлаждаемой мерной бюрет­кой 5 объемом 50…100 см³. В другой конец трубки по достижении в ней необходимой температуры устанавливают фарфоровую лодочку 9, после чего трубку быстро закрывают пробкой и включают секундомер для отсчета объема вытесненной воды из бюретки за следующие принятые промежутки времени: 15, 30, 45, 6 с и т.д. Выделяющийся из навески массой (3 + 0,1) г газ поступает в мерную бюретку, вытесняя из нее воду в уравнительный сосуд 3. Перед началом испытаний уровень воды в бюретке должен быть на нуле. С помощью данного прибора можно определять следующие параметры:

• общий объем Q, см³, газов выделяющихся из навески при полной ее газификации (абсолютная газотворность), и его производные;
• температуру газификация связующих материалов, при ко­торой наступает максимум газо­образования.

Для сравнительного анализа связующих по их газотворности представляет интерес кинетика выделения газов. На рис. 15.3 представлены кривые изменения объема выделившихся газов во времени τ для связующих М (кривая 1) и льняного масла (кривая 2). Показано также вре­мя образования твердой корки тонкостенных (τ₁) и толстостенных (τ₂) отливок. На основании приведенных данных можно за­ключить, что связующее М предпочтительнее для толстостенных, а льняное масло — для тонкостенных отливок, так как к моменту образования твердой корки на отливке они выделяют меньше газов.

 

 

Рис. 15.3. Кинетика выделения га­зов для связующих М (кривая 1) и льняного масла (кривая 2)

 

В табл. 15.1 приведены примерные значения температур гази­фикации и величин удельной массовой газотворности некоторых связующих материалов.

 

Таблица 15.1. Температура газификации и величина газотворности различных связующих.

Связующие материалы	Примерная температура газификации, ºС	Примерная удельная газотворность, см3/г
Карбамидформальдегидная смола	280…320	410
Декстрин	330…380	850
Патока	380…420	540
Сульфитная барда	400…520	500
Бентонит (химически связанная вода)	200…420	20…100
Льняное масло	420…480	500
Фенолформальдегидная смола	650…750	460

 

Газопроницаемость. Способность форм и стержней пропускать через себя газы определяется газопроницаемостью формовочных материалов. Для характеристики газопроницаемости формовочных материалов используют уравнение, выведенное на основе закона фильтрации Дарси, согласно которому

 

,                                                   (15.1)

 

где К— газопроницаемость, см⁴/(гс·мин); V — объем воздуха, про­шедшего через образец, V = 2000 см³; h — высота образца, h = 5 см; f — площадь поперечного сечения образца, f = 19,6 см²; р – показание манометра, см вод. ст. (гс/см²); τ — время прохождения 2000 см³ воздуха через образец, мин.

После подстановки цифровых значений уравнение (1) при­мет вид

 

К=509,6/(рτ).

 

Для испытаний используется широко известный в стране и за рубежом прибор, принципиальная схема которого представлена на рис. 15.4.

Прибор состоит из неподвижного и подвижного резервуаров, внутри которых встроены трубки. Нижний неподвижный резерву­ар 9 заполнен водой, выполняющей роль гидравлического затвора. Воздух под действием массы резервуара через отверстия в трубке, поступает через трехходовой кран 7 в гильзу 5, в которой находит­ся образец 4 испытуемой смеси.

При испытании измеряют манометрическое давление р с помо­щью камерного манометра 1, в камеру которого наливается вода через отверстие, закрываемое пробкой с винтовой нарезкой. Так как объем камеры больше, чем объем канала стеклянной трубки высота уровня в этой камере принимается условно неизменной.

Образцы для испытаний на газопроницаемость имеют такие же размеры (диаметр 50 мм и высота 50 мм), что и стандартные образцы для механических испытаний. Они изготовляются в ме­таллической гильзе с посадочным конусом. Для испытаний сухих образцов используется неразъемный патрон Фишера, имеющий по внутреннему диаметру резиновое уплотнение. На приборе газопроницаемость определяют нормальным и ускоренным способами.

 

Рис.15.4. Принципиальная схема прибора для определения газопроницаемости смесей:                                                                                                                                                                                       

1 — манометр; 2 — корпус резервуара манометра; 3 — трубка; 4 — образец смеси;

5 — металлическая гильза с фаской; 6 — ниппель; 7 — трехходовой кран;

8 — подвижный колокол; 9 — резервуар с водой; 10 — трубка колокола;

11 — трубка резервуара

 

При нормальном способе определения газопроницаемости че­рез образец испытуемой смеси пропускается 2000 см³ воздуха. При этом по секундомеру фиксируют время опускания колокола и сни­мают показания о давлении по манометру.

Пример. При испытании образца определено манометричес­кое давление р = 2,8 см вод. ст. Время прохождения 2000 см³ возду­ха равно 1,5 мин. Газопроницаемость в этом случае будет равна

 

К = 509,6/(2,8·1,5) = 121 см⁴/(гс·мин).

 

В практической работе размерность опускается и принимается, что газопроницаемость измеряется величиной, равной 121 ед.

Давление под колоколом при ускоренном методе испытания должно составлять 10 см вод. ст. С этой целью на подвижный коло­кол надевают съемные чугунные кольца.

Наличие перед образцом калиброванного отверстия заранее определяет возможный расход воздуха. Поэтому газопроницаемость определяется только как функция давления, и необходимость от­счета времени отпадает. Давление перед образцом выравнивается в сотые доли секунды, поэтому нет необходимости дожидаться опускания колокола до отметки 2000 см³.

Заглушка с калиброванным отверстием D = 0,5 мм применяет­ся в том случае, когда газопроницаемость смеси ожидается менее 50 ед., а в случае большей газопроницаемости устанавливается заглушка с калиброванным отверстием D = 1,5 мм.

При ускоренном методе газопроницаемость для калибров диа­метром 0,5 и 1,5 мм подсчитывается по уравнениям:

 

                                              (15.2)

 

                                               (15.3)

При испытании газопроницаемости требуется определить только манометрическое давле­ние р (перед образцом).

Для упрощения определения газопроницаемости ускоренным способом используют специаль­ное таблицы, которые составлены в соответствии с уравнения­ми (2) и (3) и приведены на неподвижном резервуаре при­бора.

Испытание проводят на трех образцах, при этом принимают­ся только три результата, кото­рые различаются один от друго­го не более чем на 10 %. К факторам, влияющим на газопроницаемость, относятся зерновой со­став, плотность, влажность.

С увеличением диаметра зерен и однородности кварцевого пес­ка газопроницаемость увеличивается, а при увеличении плотнос­ти набивки формы — уменьшается.

Зависимость газопроницаемости К от влажности W песчано-глинистых смесей отличается от теоретических представлений (рис. 15.5). Кривая 1 изображает теоретическую кривую измене­ния газопроницаемости — при увеличении влажности вода запол­няет поры и газопроницаемость уменьшается. Реальный процесс отражает кривая 2. До точки А теоретическая 1 и практическая 2 кривые не совпадают. Практическое увеличение газопроницаемо­сти до точки А объясняется тем, что при малой влажности вода способствует укрупнению пылевидных частиц, поры при этом уве­личиваются, кроме того, при смачивании каналов снижается тре­ние проходящих газов. При влажности более высокой, чем в точ­ке А каналы заполнены водой, и газопроницаемость снижается, кривые 1 и 2 на графике совпадают.

Увеличить газопроницаемость смеси названными факторами в текущем производстве практически невозможно. Поэтому реально стремятся повышать не газопроницаемость смесей, а газопро­ницаемость формы и стержней за счет вентиляционных каналов, наколов в форме и стержнях и применением пустотелых стержней. Особенно важно проведение мероприятий по увеличению газопроницаемости для стержней.

 

Рис. 15.5. Зависимость газопрони­цаемости формовочных смесей от влажности:

1 — теоретическая кривая; 2 — практическая кривая

 

При выборе минимально необходимой газопроницаемости для вновь разрабатываемых смесей учитываются такие факторы, как масса и толщина стенки будущей отливки, температура заливки сплава, конструктивный параметр стержня.

Увеличение температуры заливки сплава повышает интенсивность газотворности смесей а при увеличении массы и толщи­ны стенки возрастает продолжи­тельность взаимодействия жидко­го металла и формы.

Поток газов от отливки к стер­жню по форме сужающийся (стрелки направлены внутрь стер­жня), а от отливки в форму – расширяющийся (рис.15.6). По­этому при прочих равных условиях газопроницаемость стержней должна быть выше газопрони­цаемости формы. Для стержней при выборе минимально необхо­димой газопроницаемости смеси дополнительно учитывается коэффициент N  конструктивной сложности стержня:

 

N = S_з.с/(S_к.мl_ф),

 

где S_з.с — площадь сечения знаков стержня; S_км — поверхность стержня, контактируемая с металлом; l_ф — длина пути фильтрации.

Рис.15.6. Поток газов от отливки в стержень (а) и в стержень и форму (б):

1 — стержень; 2 — отливка

Для стержней первой группы сложности N = 0,002 и рекомен­дуемая газопроницаемость не менее 150 ед., а для стержней пятой группы коэффициент N выше 0,3 и рекомендуемая газопроница­емость не менее 40 ед.

Прочность. Важным свойством формовочной смеси является ее прочность, которую определяют как предел прочности при раз­рушении стандартного образца для выбранного вида нагружения. Прочность любой скелетной системы, к которой относятся фор­мовочные и стержневые смеси, зависит от прочности связи меж­ду частицами в зоне контакта, площади и числа этих контактов. Контакт учитывается в том случае, если зерна наполнителя кон­тактируют через пленку связующего.

Теоретически разрушение единичного контакта может быть адгезионным и развиваться по границе связующее — наполнитель и когезионным — развиваться по связующему. В частности, в песчано-глинистых смесях в большинстве случаев разрушение носит когезионный характер.

Пробы формовочных и стержневых смесей в массовом произ­водстве отбирают для экспресс-анализа один – два раза в час. Из смеси изготовляют образцы цилиндрической формы диаметром 50 мм и высотой (50 + 0,8) мм, а также образцы в виде восьме­рок, сечение в месте разрыва которых составляет 2,5 × 2,5 см. Ци­линдрические образцы испытываются на сжатие и раздавли­вание, а восьмерки — на растяжение (стержневые смеси). Кро­ме того, для стержневых смесей (ХТС и отверждаемых в нагретой оснастке) проводят испытание на изгиб образцов квадратного се­чения с размерами 25×25×200 мм. В табл. 15.2 представлены схе­мы испытаний механических свойств смесей.

 

Таблица 15.2. Схемы нагружений при испытаниях механических свойств смесей

 

Прочность должна обеспечивать целостность форм и стержней при любом виде нагружения. Примерные значения минимальной прочности на сжатие во влажном состоянии песчано-глинистых смесей следующие: формы для АФЛ — 0,1…0,2 Н/мм², для ма­шинной формовки — 0,05…0,1 Н/мм². Для стержней средней слож­ности массой до 40 кг холоднотвердеющие смеси (ХТС) или сме­си с тепловой сушкой должны иметь предел прочности при раз­рыве 0,8…1,0 Н/мм², для стержней массой 40…250 кг этот пока­затель составляет 1,2…1,5 Н/мм². У стержней, полученных в на­греваемой оснастке, прочность при растяжении (сразу после из­готовления) должна быть не менее 0,25…0,3 Н/мм², а прочность при растяжении после охлаждения — 1,6…2,0 Н/мм².

Прочность ХТС, отверждаемых продувкой SO₂, CO₂, аминами и другими реагентами, первый раз определяют через 30…60 с после продувки и далее — через заданные интервалы времени. Важ­ной характеристикой прочности ХТС является время отвержде­ния, которое устанавливается в зависимости от характера производства, например для единичного и мелкосерийного производств оно равно 1…2 ч. Полную информацию о времени отверждения дает зависимость прочности от времени в интервале его измене­ния от 0,5…1 до 24 ч.

Для испытания механических свойств влажных и сухих образ­ов из формовочных и стержневых смесей используют прибор Фирмы «Wadar» (Польша) с набором съемных приспособлений.

Разрушение литейных форм в основном происходит прирастяжении, однако этот вид испытаний достаточно трудоемкий поэтому при оценке прочности при растяжении зачастую пользуются соотношениями, которые получены экспериментально (например, соотношение прочностей при сжатии, срезе и растяжении может быть следующим — σ_сж:σ_ср:σ_раст = 10:3:1), и по прочности при сжатии судят о прочности при растяжении. Следует отметить, что соотношение между σ_сж и σ_раст зависит от состава смеси, уплотнения, прочности. Предел прочности при раздавливании σ_разд в отличие от σ_сж более определенно связан с σ_раст и его легче определять в лабораторных условиях. Регрессионное уравнение взаи­мосвязи этих двух видов прочности, полученное статистической обработкой опытных данных по нескольким составам песчано-глинистых смесей приведено к простому виду: σ_разд = 0,66σ_раст.Поэтому в литейных цехах при экспресс-анализе проводят испы­тание прочности на раздавливание.

Осыпаемость. Склонность смеси к разрушению поверхностного слоя при истирании характеризуется осыпаемостью. Испытания проводят в течение 1 мин на барабане диаметром 100…110 мм, образующая которого покрыта сеткой с ячейками 2,5×2,5 мм. Ча­стота вращения барабана 60 мин^-1. Осыпаемость, %, определяют по уравнению

 

О_с = [т_исх — т_исп)/т_исх]100,

 

где т_исх — исходная масса стандартного цилиндрического образ­ца; т_исп — масса стандартного цилиндрического образца после испытания.

Поверхностная прочность смеси (осыпаемость) влияет на брак по засорам при изготовлении отливок в сырых песчано-глинистых формах. Изменение осыпаемости для смесей на других связу­ющих также связано с понижением или повышением влажности поверхностного слоя из-за испарения и поглощения влаги гиг­роскопичным связующим. Для песчано-глинистых смесей измене­ние осыпаемости связано с уменьшением влажности поверхност­ного слоя из-за испарения и нарушения оптимального соотноше­ния долей глина: вода.

Скорость этих процессов зависит от влажности смеси, влажно­сти воздуха и от температуры. У гигроскопичных связующих при относительной влажности воздуха, превышающей 80…85 %, влаж­ность смеси в поверхностном слое растет, поверхностная проч­ность падает, и начинает проявляться значительная осыпаемость. Если связующее при хранении высыхает, то поверхностная прочность смеси зависит от его природы и способа отверждения. Самотвердеющие смеси с жидким стеклом и смолами, как правило, упрочняются при хранении. У этих смесей повышенная осыпаемость является признаком того, что стержень или форма изготовлены из смеси, частично потерявшей живучесть. При СО₂-процессе особенно при «передуве» или пониженном содержании жидкого стекла, осыпаемость растет из-за развития напряжений в высыхающей сетке силикагеля. В производственных условиях для стабильной технологии осыпаемость не должна превышать 0,1…0,2 %.

Твердость. Данное свойство, характеризующее сопротивление поверхности уплотненной смеси внедрению в нее более твердого тела не может отождествляться с поверхностной прочностью, но является косвенной характеристикой других свойств смеси, на­пример ее прочности, которая напрямую коррелирует с твердо­стью.

Оценка твердости производится по ГОСТ 2189 — 62 для сырых и сухих образцов и форм. Для сырых образцов и форм применяют твердомер модели 04412А(071). При проведении испытания твер­домер устанавливают на плоскую поверхность цилиндрического образца (формы) и нажимают на корпус. При этом шарик под действием пружины внедряется в смесь. Сила сопротивления вне­дрению сжимает пружину, перемещает наконечник и приводит в движение стрелку прибора. Шкала разбита на 100 делений (единиц). Глубина внедрения шарика изменяется в пределах 0…5 мм при максимальном усилии 1,0 кгс (9,81Н). Чем сильнее уплотне­на форма, тем большие значения твердости показывает прибор. Твердомер используется для контроля уплотнения форм. Для ма­шинной формовки твердость формы составляет 70…80 ед., для форм АФЛ — 85…95ед.

Для контроля твердости сухих форм применяют твердомер мо­дели 04421 Усманского завода. Оценка твердости производится по сопротивлению при погружении в образец ножевого наконечни­ка на глубину 0…2,5 мм под нагрузкой 1,1…2,0 кгс (10,8…19,6Н). В качестве образца используется стандартный образец — «восьмерка». Испытанию подвергается поверхность образца, об­ращенная при его изготовлении к нижней подставке ящика. При проведении испытаний твердомер устанавливают опорной поверх­ностью на образец таким образом, чтобы нож находился слева от края образца. Затем твердомер равномерно перемещают слева напра­во вдоль образца, плотно прижимая его к поверхности образца.

Показания твердости фиксируются по отклонению стрелки на циферблате, устроенном по тому же принципу, что и в твердомер модели 04412А(071).

Пластичность. Способность уплотненных смесей деформироваться под действием нагрузки без разрушения и сохранять полученную деформацию после снятия нагрузки называется «пластичностью». Формовочные и стержневые смеси являются преимущественно хрупкими материалами, плохо сопротивляются растяжению и ударам, чувствительны к местным напряжениям. При уменьшении пластичности осложняются операции извлечения стержней из ящиков и протяжки моделей и возникают поломки форм и стержней.

Измерение стрелы прогиба производится только при испытании на изгиб образца, изготовленного из стержневой смеси с σ_сж > 0,5…1,0 Н/мм². Для характерней пластичности песчано-глинистых смесей используется показатель, называемый Shatter-index и определяемый на приборе модели 406631 РМТ фирмы «G. Fischer». При этом испытуемый образец 3 (рис. 15.7), выталкиваемый толкателем 1 из гильзы 2, с высоты 1830 мм падает на сетчатую нако­вальню 4 с размерами ячеек 13,2 мм и раз­рушается. Размер кусков зависит от плас­тичности. Масса разрушенного образца, не прошедшего через сетку, является мерой пластичности. Чем больше смеси на сетке, тем более пластичная смесь.

 

Рис. 15.7. Установка Shatter-control для оп­ределения пластиче­ских свойств смесей:

1 — толкатель; 2 — гиль­за; 3 — испытуемый об­разец; 4 — наковальня

В производственных условиях для песча­но-глинистых смесей мерой пластичности является соотношение σ_сж/σ_р, которое мо­жет колебаться в интервале 4…12: чем выше этот критерий, тем смесь пластичнее. Наименьшее число дефектов форм наблюдает­ся при соотношении σ_сж/σ_р ≥ 10…12. Для холоднотвердеющих смесей (ХТС) σ_сж/σ_р понижается по мере отверждения и из пластичной смесь превращается в хрупкую при значениях соотношения прочностей 5,00…2,45.

Для песчано-смоляных ХТС в некоторых случаях определяется ударная вязкость на маятниковом копре на образцах для испыта­ний на изгиб со значениями ударной вязкости 0,05…0,10 Дж/см².

Уплотняемость. Способность смеси уменьшать объем под дей­ствием приложенной внешней нагрузки характеризует такой по­казатель, как уплотняемость, %:

 

,                                                    (15.4)

 

где V_H, V_K — соответственно начальный и конечный объемы сме­си, т.е. объем до и после уплотнения.

Как технологическое свойство уплотняемость используется восновном для песчано-глинистых смесей. При заданном составе уплотняемость линейно зависит от влажности.

Определение уплотняемости по методике, предложенной Ф.Гофманом (рис. 15.8), получило наибольшее распространение.

 

Рис. 15.8. Установка для опреде­ления уплотняемости смесей по Ф.Гофману:

1 — сито; 2 — воронка; 3 — смесь; 4 — гильза; 5— подставка; 6— копер;

Н— высота гильзы; h — высота осад­ки смеси в гильзе

 

Испытуемая смесь 3 насыпается через воронку 2 и сито 1 с ячейкой 3×3 мм, установленное на треножной подставке 5, в гильзу 4 диаметром 50 и высотой 100 мм. Излишек смеси срезается. Уплотнение осуществляется тремя ударами копра 6.

Начальный V_H и конечный V_K объемы можно определить по уравнениям

 

V_H = FH    V_K = F(H — h)

 

После подстановки этих значений в уравнение (4) получим уплотняемость, %:

 

,

 

где F— площадь сечения гильзы; Н— высота гильзы; h — высота осадки смеси в гильзе.

Высота гильзы принята равной 100 мм, т.е. уплотняемость по Гофману численно равна высоте осадки смеси в процентах:

 

Упл = h%.

 

Насыпная плотность ρ_н, г/см³, смеси определяется отношени­ем ее массы т_н, засыпанной в гильзу высотой 100 мм через сито (или массой уплотненного образца после определения уплотняе­мости), к объему смеси, насыпанной в гильзу:

 

ρ_Н = т_Н/196.

 

Текучесть. Для характеристики внутреннего трения или сопротивления перемещению смеси в перпендикулярном действию нагрузки направлении используется показатель, называемый «теку­честью». Для ее определения служит широко известная ступенча­тая «проба Орлова», предложенная для уплотнения смеси при ста­тическом прессовании (рис. 15.9). В стандартную металлическую гильзу 5 устанавливается вставка 2, после чего засыпается смесь 4, которую уплотняют тремя ударами копра 1. Замеры твердости проводят в точках А и Б. Текучесть (Т) по Орлову, %, определяют как соотношение тверд остей (Тв) в точках А и Б по уравнению

 

Т = (Тв_А/Тв_Б) 100.

 

Текучесть песчано-смоляных смесей определяют по методике, разработанной в АМО «ЗИЛ» (рис. 15.10). Навеска смеси (100 ± 5) г засыпается через воронку в трубу 1. Далее открывают шибер 2 прибора и сбрасывают смесь в вертикальную трубу диамет­ром 40 и высотой 500 мм. Смесь вытекает через зазор 3, образо­ванный между концом трубы и опорной металлической плитой. Текучесть Т, %, определяют по уравнению

 

,

 

где т₀ — масса исходной навески смеси; т₁ — масса смеси, остав­шейся в трубе.

 

Рис. 15.9. Установка для определе­ния текучести по Г. Орлову: 1 — копер (уплотняющий элемент); 2 — вставка;

3 — основание; 4 — смесь;

5 — гильза; А, Б — точки замера

 

Рис. 15.10. Установка для определе­ния текучести песчано-смоляных смесей по методике АМО «ЗИЛ»:

1 — труба; 2 — шибер; 3 — зазор

 

Живучесть. Время, в течение которого смесь сохраняет свои технологические свойства, характеризует такой важный технологичес­кий показатель, как живучесть. Допустимой является только частич­ная потеря свойств в пределах 15…30 % исходных значений. Живу­честь определяют по падению прочности или по точке перегиба на кривой зависимости уплотняемости от времени выдержки.

В первом случае определяют прочность в зависимости от времени выдержки готовой смеси в период от перемешивания Д уплотнения через определенные интервалы времени, например через 3, 5, 10 мин и т.д. За живучесть принимают время выдержки, соответствующее падению прочности не более чем на 15…30 %.

Во втором случае уплотняемость смеси определяют по изменению высоты образца после уплотнения тремя ударами копра при постоянной массе смеси 160 г. Затем строят зависимость Упл — τ и находят точку перегиба, которая и определяет живучесть смеси и соответствует потери прочности не более чем на 15…30 %.

 

Рекомендуемая литература

1. Степанов Ю.А. и др. – Формовочные материалы – М.: Машиностроение, 1980 г.

2. Исуковский С.С. и др. Формы и стержни из ХТС – М.: Машиностроение, 1978 г.

3. Берг П.П. – Формовочные материалы – М.: Машиностроение, 1973 г.

4. Трухов А.П. и др. – Формовочные материалы – М.: Издательский центр «Академия», 2005 г.

5.  Могилёв В.К. и др. – Справочник литейщика – М.: Машиностроение, 1984 г.

6. Исагулов А.З. и др. – Расчеты элементов литейной формы. Учебное пособие – Караганда, КарГТУ, 1988 г.

7. Исагулов А.З. и др. – Методические указания к лабораторным работам. КарГТУ, 1990 г.

 

Контрольные задания для СРС (темы 1, 2) [3,4]

1. Формовочные материалы.

2. Формовочные и стержневые смеси. Их технологические свойства.

3. Техника и технология литейного производства на современном этапе.

 

Контрольные задания для СРС (тема 3) [3,4,5]

1. Кварцевые пески. Минералогический состав. Происхождение.

2. Классификация песков по форме зерен.

3. Обогащенные кварцевые пески.

4. Маркировка кварцевых песков.

 

Контрольные задания для СРС (тема 4) [3,4,5]

1. Классификация кварцевых песков по ГОСТ 2138-91.

2. Описание и изучение ГОСТа 2138-91.

3. Методика определения содержания глинистой составляющей.

 

Контрольные задания для СРС (тема 5) [3,4,5]

1. Методика определения среднего размера зерна песка в соответствии с ГОСТ 2138-91.

2. Методика определения коэффициента неоднородности по ГОСТ 2138-91.

3. Определение марки песка по ГОСТ 2138-91.

 

Контрольные задания для СРС (тема 6) [3,4,5]

1. Хромитовый песок.

2. Оливиновый песок.

3. Магнезит.

4. Шамот.

 

Контрольные задания для СРС (темы 7,8) [3,4,5]

1. Классификация глин по составу по ГОСТ 28177-89 и ГОСТ 3226-93.

2. Свойства глин, их роль в песчано-глинистых смесях.

3. Классификация формовочных и стержневых смесей и их применение.

 

Контрольные задания для СРС (темы 9,10) [3,4,5]

1. Виды формовочных и стержневых смесей в зависимости от заливаемого металла (сплава) в форму.

2. Составы формовочных и стержневых смесей в зависимости от технологии изготовления литейных форм.

3. Формовочные смеси для автоматической формовки.

 

Контрольные задания для СРС (темы 11,12) [3,4,5]

1. Возможные связующие материалы в формовочных и стержневых смесях.

2. Характеристика неглинистых связующих в формовочных и стержневых смесях.

3. Стержневые смеси, требующие тепловой обработки.

 

Контрольные задания для СРС (тема 13) [3,4,5]

1. Холоднотвердеющие смеси (ХТС) на основе синтетических смол.

2. Формовочные смеси для отливок из цветных сплавов.

3. Стержневые смеси для чугунных и стальных отливок.

 

Контрольные задания для СРС (темы 14,15) [3,4,5]

1. Виды пригара на отливках в зависимости от состава формовочных смесей.

2. Возможные противопригарные покрытия в зависимости от заливаемого сплава.

3. Способы регенерации отработанных формовочных смесей.

 

 

 

4 Методические указания для выполнения лабораторных работ

 

Лабораторная работа №1. Определение глинистой составляющей в кварцевых песках. Определение класса песка.

Порядок выполнения работы:

1. Научить студентов методике определения глинистой составляющей в кварцевом песке.

2. Взвесить навеску кварцевого песка в 50 г.

3. Включить прибор на отмучивание навески.

4. Слить излишек воды с частицами глины.

5. Высушить навеску и взвесить, затем расчетом определить содержание «глинистой составляющей».

 

Контрольные вопросы:

1. Что такое «глинистая составляющая»?

2. Основная составляющая кварцевых песков.

3. Допустимое содержание глинистой составляющей в кварцевых песках для формовочных смесей.

 

Рекомендуемая литература

1. А.П. Емельянова – Технология литейной формы – М.: Машиностроение, 1986 г.

2. С.П. Дорошенко и др. – Формовочные материалы и смеси. – Киев «Высшая школа», 1990 г.

3. А.П. Трухов и др.  – Технология литейного производства. Литье в песчаные формы – М.: Издательский центр «Академия», 2005 г.

 

Контрольные задания для СРС.

1. Изучить ГОСТ2138-74 и в соответствии классы песка.

2. Объяснить понятие «обогащенные пески».

3. Однородные пески, степень однородности определить.

 

Лабораторная работа №2. Определение зернового состава кварцевого песка. Определение марки песка.

Порядок выполнения работы:

1. Научить студентов методике определения зернового состава песка. Взять навеску песка 50 г.

2. Поместить навеску в прибор (набор сит).

3. Взвесить остатки песка на всех ситах. Определить наибольший остаток на одном из сит.

4. Определить максимальный остаток на 3-х смежных ситах.

5. По остаткам на ситах определяем марку песка, группу и категорию песка

 

Контрольные вопросы:

1. Какие размеры ячеек сит могут быть в приборе?

2. Как составляется марка песка?

3. Что такое однородность песка?

Рекомендуемая литература

1. А.П. Емельянова – Технология литейной формы – М.: Машиностроение, 1986 г.

2. С.П. Дорошенко и др. – Формовочные материалы и смеси. – Киев «Высшая школа», 1990 г.

3. Н.Д.Титов, Ю.А.Степанов – Технология литейного производства – М.: Машиностроение, 1985 г.

 

Контрольные задания для СРС

1. Описать происхождение песков.

2. Опишите методику определения зернового состава песка.

3. Методика определения гранулометрического состава песка.

 

Лабораторная работа №3. Определение влажности формовочных ПГС.

Порядок выполнения работы:

1. Изготовить формовочную смесь.

2. Взять навеску формовочной смеси (20 г) для ускоренного метода.

3. Поместить навеску под лампу на 5 мин.

4. После сушки до постоянного веса взвесить навеску.

5. По разности в весе определить процент влажности.

 

Контрольные вопросы:

1. Виды влаги в формовочных смесях.

2. Допустимые значения влажности (W) смеси.

3. Как влияет влажность на прочность смеси.

 

Рекомендуемая литература

1. А.П. Емельянова – Технология литейной формы – М.: Машиностроение, 1986 г.

2. С.П. Дорошенко и др. – Формовочные материалы и смеси. – Киев «Высшая школа», 1990 г.

3. А.П. Трухов и др.  – Технология литейного производства. Литье в песчаные формы – М.: Издательский центр «Академия», 2005 г.

 

Контрольные задания для СРС

1. Описать методику определения влажности нормальным и ускоренным способами.

2. Опишите виды влаги в формовочных и стержневых смесях.

3. Опишите и дайте схему прибора для определения влажности смеси.

 

Лабораторная работа №4. Определение газопроницаемости формовочных смесей.

Порядок выполнения работы:

1. Изготовить стандартный образец из формовочной смеси.

2. Поместить образец на прибор и пропустить через него 3л воздуха.

3. Определить газопроницаемость смеси в ед.

 

Контрольные вопросы:

1.Что такое газопроницаемость смеси?

2. От чего зависит газопроницаемость смесей?

3. Как газопроницаемость влияет на качество отливок?

 

Рекомендуемая литература

1. А.П. Емельянова – Технология литейной формы – М.: Машиностроение, 1986 г.

2. С.П. Дорошенко и др. – Формовочные материалы и смеси. – Киев «Высшая школа», 1990 г.

3. А.П. Трухов и др.  – Технология литейного производства. Литье в песчаные формы – М.: Издательский центр «Академия», 2005 г.

 

Контрольные задания для СРС

1. Описать методы определения газопроницаемости и начертить эскизы приборов.

2. Описать зависимость газопроницаемости формовочной смеси от содержания в ней влаги.

3. Описать влияния формы зерен кварцевого песка на газопроницаемость формовочной смеси.

 

Лабораторная работа №5. Определение сырой прочности формовочной смеси.

Порядок выполнения работы:

1. Изготовить формовочную смесь.

2. Изготовить стандартный образец 50×50 на лабораторном копре.

3. Поместить образец на прибор для определения σ_СЖ (МПа)

 

Контрольные вопросы:

1.Что такое σ_СЖ в сыром состоянии?

2. От чего зависит сырая прочность смеси?

3. Как влияет сырая прочность смеси на качество отливок?

 

Рекомендуемая литература

1. А.П. Емельянова – Технология литейной формы – М.: Машиностроение, 1986 г.

2. С.П. Дорошенко и др. – Формовочные материалы и смеси. – Киев «Высшая школа», 1990 г.

3. А.П. Трухов и др.  – Технология литейного производства. Литье в песчаные формы – М.: Издательский центр «Академия», 2005 г.

 

Контрольные задания для СРС

1. Описать физико-механические свойства песчано-глинистых формовочных смесей от содержания глины.

2. Опишите зависимость сырой прочности формовочных смесей от содержания влаги и степени уплотнения.

 

Лабораторная работа №6. Определение сухой прочности формовочной смеси.

Порядок выполнения работы:

1. Изготовить формовочную смесь.

2. Изготовить стандартный образец (восьмерку).

3. Высушить стандартный образец.

4. Поместить образец на прибор для определения σ_{растяж.}

 

Контрольные вопросы:

1.Что такое σ_растяж в сухом состоянии?

2. От чего зависит сухая прочность?

3. Зачем определяется сухая прочность?

4. Как влияет сухая прочность на качество отливок?

 

Рекомендуемая литература

1. А.П. Емельянова – Технология литейной формы – М.: Машиностроение, 1986 г.

2. С.П. Дорошенко и др. – Формовочные материалы и смеси. – Киев «Высшая школа», 1990 г.

3. А.П. Трухов и др.  – Технология литейного производства. Литье в песчаные формы – М.: Издательский центр «Академия», 2005 г.

Контрольные задания для СРС

1. Опишите что такое поверхностная прочность формовочной смеси.

2. Опишите методику определения прочности формовочных смесей при сжатии, срезе, изгибе, растяжении.

3. Опишите методику определения поверхностной прочности формовочных смесей.

 

 

5 Тематический план самостоятельной работы студента с преподавателем

 

Наименование темы СРСП	Цель занятия	Форма проведения занятия	Содержание задания	Рекомендуемая литература
Тема 1. История развития литейного производства	Углубление знаний по данной теме	Обсуждение о технике и технологии литейного производства	Обзор литературы	Журнал «Литейное производство» №1 (2007)
Тема 2. Понятие о формовочных материалах, их основные виды	Углубление знаний по данной теме	Обсуждение свойств формовочных материалов	Написание реферата	[2,4,1]

 

 

 

Тема 3. Формовочные пески (1 час)	углубление знаний по данной теме	Обсуждение происхождение кварцевых песков		Написание реферата		[2,4,1]
Тема 4. Классификация кварцевых песков	Углубление знаний по данной теме	Изучение ГОСТа 2138-91		Написание реферата		[1,2,4]
Тема 5. Кварцевые пески	Углубление знаний по данной теме	Изучение характеристик кварцевых песков по ГОСТ 29234-91		Написание реферата		[1,2,4]
Тема 6. Некварцевые пески	Углубление знаний по данной теме	Изучение составов некварцевых песков		Написание реферата		[1,2,4]
Тема 7. Формовочные глины и песчано-глинистые смеси	Углубление знаний по данной теме		Изучение ГОСТа 3226-93		Написание реферата	[1,2,4,6]
Тема 8. Формовочные глины и песчано-глинистые смеси	Углубление знаний по данной теме		Изучение способов ввода глин в формовочную смесь		Выбор составов песчано-глинистых смесей для отливок из различных сплавов	[1,2,3,4,6]
Тема 9. Песчано-глинистые смеси	Углубление знаний по данной теме		Изучение составов песчано-глинистой смеси		Разработка составов песчано-глинистых смесей	[1,2,3,4,5]
Тема 10. Песчано-глинистые смеси	Углубление знаний по данной теме		Изучение составов и приготовления единых формовочных смесей		Разработка составов песчано-глинистых смесей	[2,4,5]
Тема 11. Неглинистые связующие в смесях	Углубление знаний по данной теме		Изучение составов неглинистых формовочных смесей		Выбор связующего для формовочных смесей учитывая сплав заливаемый в форму	[2,4,5]
Тема 12. Неглинистые связующие в смесях	Углубление знаний по данной теме		Выбор составов неглинистых формовочных смесей		Расчет освежения формовочных смесей	[2,4,5]
Тема 13. Песчаные смеси на органических связующих	Углубление знаний по данной теме		Изучение органических связующих		Расчет времени отверждения смесей	[2,4,5]
Тема 14. Противопригарные добавки и покрытия литейных форм	Углубление знаний по данной теме		Разработка составов противопригарных покрытий для отливок из различных сплавов		Расчет толщины противопригарного покрытия формы	[2,4,5]
Тема 15. Регенерация песков и технологические свойства смесей	Углубление знаний по данной теме		Изучение способов регенерации песков и отработанных формовочных смесей		Написание реферата	[2,4,5]

 

 

6 Материалы для контроля знаний студентов в период рубежного контроля и итоговой аттестации

 

6.1 Тематика письменных работ по дисциплине

Тематика рефератов

1. Формовочные смеси.

2. Стержневые смеси.

3. Противопригарные покрытия, пасты.

4. Приготовление формовочных и стержневых смесей.

5. Контроль формовочных и стержневых материалов и смесей.

6. Органические химически твердеющие связующие.

7. Органические высыхающие связующие.

8. Приготовление формовочных смесей.

9. Назначение и расчет освежения формовочной смеси.

10. Жидкое стекло и жидкостекольные смеси.

 

Тематика контрольных работ

1. Формовочные пески.

2. Формовочные глины.

3. Связующие, вспомогательные формовочные материалы

 

6.2 Вопросы (тестовые задания) для самоконтроля

1. Основная составляющая кварцевых песков.

2. Дайте определение влажности формовочных смесей.

3. Назовите связующее в песчано-глинистых смесях.

4. Что такое глинистая составляющая?

5. От чего зависит состав формовочных смесей?

6. Назовите виды применяемых связующих в формовочных и стержневых смесях.

7. Назовите глины, входящие в состав формовочных смесей.

8. Назовите основную составляющую глин.

9. Каково соотношение наполнителя и связующего в песчано-глинистых смесях.

10. Происхождение кварцевых песков.

11. Назовите некварцевые пески.

12. Перечислите свойства глин.

13. Что означают холодно-твердеющие смеси?

14. Когда применяются жидкостекольные самотвердеющие смеси?

 

6.3 Экзаменационные билеты (тесты)

 

1. Что является наполнителем в формовочных смесях?

a) Песок.

b) Глина.

c) Уголь.

d) Вода.

e) Воздух.

 

2. Для чего проводят обогащение песков?

a) Для повышения содержания глины.

b) Для уменьшения содержания вредных примесей.

c) Для отделения зерен крупной фракции.

d) Для отделения зерен мелкой фракции.

e) Для удаления воды.

 

3. Какой дефект отливок возникает по вине формовочных смесей?

a) Отсер.

b) Отбел.

c) Недолив.

d) Пригар.

e) Неспай.

 

4. Какой основной недостаток песчано-глинистых формовочных смесей?

a) Низкая прочность.

b) Наличие воды.

c) Наличие песка.

d) Наличие глины.

e) Высокая пластичность.

 

5. Чем является глина в формовочных смесях?

a) Связующим.

b) Противопригарной добавкой.

c) Наполнителем.

d) Специальной добавкой.

e) Катализатором.

 

6. Для чего проводят охлаждение отработанной смеси?

a) Для уменьшения вредных выделений в цехе.

b) Для повышения влажности.

c) Для стабилизации свойств свежей смеси.

d) Для лучшего отделения песка от связующего.

e) Для лучшего удаления пыли.

 

 

7. Для чего применяется наполнительная смесь?

a) Для изготовления стержней.

b) Для изготовления оболочек.

c) Для заполнения опоки в сочетании с облицовочной смесью.

d) Для мелких форм.

e) Для оболочковых форм.

 

8. Что определяет класс формовочного  песка?

a) Форма зерен.

b) Размер зерен.

c) Месторождение.

d) Содержание глинистых частиц.

e) Прочность.

 

9. В каком виде глина проявляет связующие свойства?

a) Во влажном.

b) В сухом.

c) В охлажденном.

d) В нагретом.

e) Все ответы правильны.

 

10. В качестве  чего применяются катализаторы в песчано-смоляных смесях?

a) В качестве связующего.

b) В качестве противопригарной добавки.

c) В качестве ускорителя химических реакций.

d) Как регулятор теплопереноса.

e) Как стабилизатор живучести смеси.

 

11. Что характеризует коэффициент температуропроводности формовочной смеси?

a) Скорость прогрева формы.

b) Контакт на границе металл-форма.

c) Тепловые явления при уплотнении.

d) Температуру заливаемого сплава.

e) Правильного ответа нет.

 

12. Какая газотворная способность смеси является наиболее желаемой?

a) Для каждой смеси – свое оптимальное значение.

b) Максимальная.

c) Минимальная.

d) Все ответы правильны.

e) Правильного ответа нет.

 

13. В результате чего упрочняются стержневые смеси в нагреваемой оснастке?

a) В результате химической реакции смолы и катализатора.

b) В результате испарения воды.

c) В результате спекания песка.

d) В результате испарения связующего.

e) В результате полимеризации связующего.

 

14. Для чего проводится регенерация песка из отработанной смеси?

a) Для получения песка одного размера.

b) Для восстановления первоначальных свойств песка.

c) Для очистки связующего.

d) Для обогащения песка.

e) Для активации глины.

 

15. Что такое маршалит?

a) Специально отобранный песок.

b) Огнеупорная глина.

c) Измельченная глина.

d) Пылевидный кварц.

e) Связующее.

 

16. Для чего добавляется пылевидный уголь в формовочную смесь?

a) Для улучшения противопригарных свойств.

b) Для упрочнения смеси.

c) Для повышения газопроницаемости.

d) Для уменьшения газотворности.

e) Для уменьшения влажности.

 

17. К каким свойствам смеси относится температуропроводность?

a) Механическим.

b) Газообменным.

c) Теплофизическим.

d) Технологическим.

e) Пластическим.

 

18. Что определяет группа формовочного песка?

a) Содержание глинистой составляющей.

b) Содержание вредных примесей.

c) Форму зерен.

d) Размер зерен песка.

e) Содержание кремнезема.

 

 

19. Для чего служит связующее в формовочной смеси?

a) Для повышения газопроницаемости.

b) Для обеспечения требуемой прочности.

c) Для уменьшения газотворной способности.

d) Для уменьшения влажности.

e) Для придания специальных свойств.

 

20. Чем является песок в формовочных смесях?

a) Наполнителем.

b) Связующим.

c) Противопригарной добавкой.

d) Пластификатором.

e) Специальной добавкой.

 

21. Что называется бентонитом?

a) Смесь песка и глины.

b) Каолиновая глина.

c) Монтмориллонитовая глина.

d) Гидрослюдистая глина.

e) Смесь воды и глины.

 

22. Для чего проводят плакирование песка термореактивной смолой?

a) Для удаления влаги.

b) Для очищения песка.

c) Для увеличения скорости отвердения.

d) Для равномерного обволакивания зерен песка пленкой смолы.

e) Для удаления пыли.

 

23. Чем является глина в формовочных смесях?

a) Связующим.

b) Наполнителем.

c) Противопригарной добавкой.

d) Балластом.

e) Специальной добавкой.

 

24. Чем служит сульфитно-спиртовая барда в стержневых смесях?

a) Наполнителем.

b) Краской.

c) Заменителем песка.

d) Специальной добавкой.

e) Связующим.

 

25. Какова оптимальная газопроницаемость стержневых смесей?

a) 10-20 единиц.

b) 30-40 единиц.

c) 120-150 единиц.

d) 70-100 единиц.

e) 150-200 единиц.

 

26. Чем служит  термореактивная смола в стержневых смесях?

a) Связующим.

b) Специальной добавкой.

c) Пластификатором.

d) Наполнителем.

e) Противопригарной добавкой.

 

27. Какова плотность неуплотненной формовочной смеси (кг/м³, г/см³)?

a) 0,9-1,2.

b) 0,3-0,4.

c) 1,5-1,6.

d) 2,0-2,5.

e) 10,0-12,0.

 

28. Что является наполнителем в формовочных смесях?

a) Глина.

b) Вода.

c) Уголь.

d) Песок.

e) Воздух.

 

29. Каков оптимальный предел прочности во влажном состоянии песчано-глинистой смеси, уплотненной высоким давлением, МПа?

a) 0,15-0,17.

b) 0,04-0,06.

c) 0,02-0,04.

d) 0,005-0,01.

e) 5,0-6,0.

30. Какое количество освежающих добавок вводят в смесь при массовом производстве мелких чугунных отливок?

a) 50-60 %.

b) 30-40 %.

c) 3-5 %.

d) 15-20 %.

e) 0,01-0,5 %.

 

31. Что представляет собой жидкое стекло?

a) Органическое связующее.

b) Водный раствор силиката натрия.

c) Расплавленное оконное стекло.

d) Катализатор для смол.

e) Раствор песчаной основы смеси.

 

 

32. Какова наилучшая прочность во влажном состоянии песчано-смоляных смесей для мелких стержней, МПа?

А) 1,5-2,0.

В) 10,0-12,0.

С) 5,0-8,0.

D) 0,003-0,010.

E) 0,75-1,00.

33. Какова оптимальная прочность песчано-смоляных смесей в отвержденном состоянии, МПа?

a) 0,10-0,15.

b) 0,2-0,3.

c) 1,0-1,5.

d) 4,0-5,0.

e) 0,6-0,08.

 

34. Формы и стержни на основе жидкого стекла отверждаются при пропускании через смесь:

a) Воздуха.

b) Воды.

c) Спирта.

d) Углекислого газа.

e) Сернистого газа.

 

35. Что такое газопроницаемость формовочной смеси?

a) Способность смеси пропускать через себя газ.

b) Способность смеси выделять газ при нагреве.

c) Способность смеси поглощать газ.

d) Способность смеси реагировать с атмосферой.

e) Все ответы правильны.

 

36. Какой дефект отливок возникает вследствие повышенной газотворности стержневой смеси?

a) Шлаковые включения.

b) Песчаные раковины.

c) Вскип.

d) Горячие трещины.

e) Ужимины.

 

37. Какая влажность сырой формовочной смеси является оптимальной?

a) 1,0-1,5 %.

b) 4-6 %.

c) 10-12 %.

d) 15-20 %.

e) 2-3 %.

 

 

38. Что относится к неорганическим связующим формовочных и стержневых смесей?

a) Сульфитно-спиртовая барда.

b) Жидкое стекло.

c) Фурановые смолы.

d) Фенол-формальдегидные смолы.

e) Бурый уголь.

 

39. Что относится к органическим связующим формовочных и стержневых смесей?

a) Жидкое стекло.

b) Глина.

c) Фурановые смолы.

d) Ортофосфорная кислота.

e) Все вышеперечисленные.

 

40. Какой параметр формы в наибольшей степени влияет на ее заполняемость жидким металлом?

a) Гидравлический напор.

b) Шероховатость поверхности.

c) Степень уплотнения.

d) Влажность формовочной смеси.

e) Состав припыла.

 

41. Что понимается под живучестью стержневой смеси?

a) Время, в течение которого смесь сохраняет способность формоваться.

b) Время отверждения смеси в оснастке.

c) Время сохранения прочностных свойств смеси при выдержке в форме.

d) Время разупрочнения смеси при заливке формы.

e) Время, необходимое для сохранения газопроницаемости.

 

42. Что является вредными примесями в формовочных песках?

a) Глинистая составляющая, окись железа.

b) Кварцит.

c) Корунд.

d) Кремнезем.

e) Маршалит.

 

43. Из чего состоят формовочные и стержневые смеси?

a) Отработанная смесь, кварцевый песок, глина, вода.

b) Кварцевый песок, отработанная смесь, парафин.

c) Кварцевый песок, глина, стеарин.

d) Отработанная смесь, глина, металлическая дробь.

e) Кварцевый песок, глинистая суспензия.

 

 

 

44. Укажите правильную последовательность операций приготовления песчано-глинистой смеси:

a) Дозирование компонентов, сухое перемешивание, увлажнение, влажное перемешивание, выгрузка.

b) Сухое перемешивание, увлажнение, влажное перемешивание, выгрузка.

c) Увлажнение, влажное перемешивание, выгрузка.

d) Дозирование компонентов, влажное перемешивание, выгрузка.

e) Дозирование компонентов, увлажнение, перемешивание, выгрузка.

 

45. Что такое аэрация формовочной смеси?

a) Разрыхление.

b) Регенерация.

c) Дробление металлических включений.

d) Удаление металлических включений.

e) Остужение смеси.

 

46. Чем является песок в формовочных смесях?

a) Противопригарной добавкой.

b) Связующим.

c) Газопоглотителем.

d) Балластом.

e) Правильного ответа нет.

 

47. Причиной образования каких дефектов отливки может быть повышенная влажность формовочной смеси?

a) Осевой усадочной пористости.

b) Наружных усадочных раковин.

c) Газовых раковин.

d) Коробления.

e) Холодных трещин.

 

48. Что является связующим в холоднотвердеющих стержневых смесях?

a) Карбамидные, фенолфурановые смолы.

b) Сульфидно-спиртовая барда.

c) Термореактивные смолы.

d) Глина.

e) Жидкое стекло.

 

49. Какова прочность холоднотвердеющих стержневых смесей после отверждения?

a) 14-20 МПа.

b) 40-50 МПа.

c) 0,1-0,2 МПа.

d) 1,5-3,0 МПа.

e) 80-100 МПа.

 

50. Основным технологическим свойством холоднотвердеющих стержневых смесей является:

a) Только хорошая газопроницаемость.

b) Только сыпучесть.

c) Только осыпаемость.

d) Только влажность.

e) Все перечисленные.

 

51. Жидкостекольные формовочные и стержневые смеси при продувке углекислым газом …

a) Отверждаются.

b) Разупрочняются.

c) Становятся пластичными.

d) Увлажняются.

e) Правильного ответа нет.

 

52. При пескодувном способе изготовления стержней уплотнение смеси в стержневом ящике происходит главным образом за счет:

a) Вибрации оснастки.

b) Статической нагрузки в конце цикла.

c) Кинетической энергии потока смеси.

d) Фильтрации воздуха через венты.

e) Атмосферного давления.

 

53. Какая влажность формовочной смеси считается оптимальной?

a) Когда газотворная способность смеси наименьшая.

b) Когда огнеупорность смеси максимальная.

c) Когда прочность смеси наибольшая

d) Когда газопроводность смеси наибольшая.

e) Правильного ответа нет.

 

54. Какие смесители применяются для приготовления песчано-смоляной смеси?

a) Катковые.

b) Барабанные.

c) Валковые.

d) Любые.

e) Правильного ответа нет.

 

55. Какие смеси изготавливаются в катковых смесителях?

a) Единые песчано-бентонитовые.

b) Облицовочные жидкостекольные.

c) Наполнительные песчано-каолиновые.

d) Стержневые песчано-глинистые.

e) Все ответы правильные.

 

56. Какова основная цель смесеприготовления?

a) Взаимодействие составляющих смеси друг с другом.

b) Распределение частиц песка по размеру.

c) Усреднение составляющих смеси по объему и обволакивание песчинок связующим.

d) Все ответы правильные.

e) Все ответы ошибочны.

57. Что такое регенерация песка?

a) Распределение частиц песка по размеру.

b) Группировка песчинок по их форме.

c) Освобождение частиц песка от инертного связующего.

d) Добавка активного связующего.

e) Все ответы правильны.

 

58. В чем преимущество цирконового песка перед кварцевым?

a) Огнеупорность ниже.

b) Огнеупорность выше.

c) Частицы крупнее.

d) Прочность выше.

e) Нет правильного ответа.

59. Каким способом целесообразно уплотнять смоляные смеси?

a) Прессованием.

b) Встряхиванием.

c) Импульсом.

d) Пескометным.

e) Пескодувным.

 

60. При каком виде регенерации используются бегуны?

a) Механической.

b) Пневматической.

c) Гидравлической.

d) Термической.

e) Правильного ответа нет.

 

61. В чем основная цель регенерации песка?

a) Классификация частиц песка.

b) Усреднение состава кремнезема.

c) Равномерное распределение глины.

d) Замена свежего песка регенерированным.

e) Правильного ответа нет.

 

62. Для каких смесей наиболее пригодна термическая регенерация?

a) Песчано-глинистых.

b) Жидкостекольных.

c) Песчано-смоляных.

d) Шамотных.

e) Для любых.

 

63. Каково назначение устройства, приведенного на рисунке?

a) Регенерация песка.

b) Изготовление форм.

c) Перемешивание глины.

d) Приготовление смеси.

e) Очистка отливок.

 

 

64. Какие смеси уплотняются преимущественно пескометным способом?

a) Песчано-глинистые.

b) Жидкостекольные.

c) Жидкие самотвердеющие.

d) Шамотные.

e) Любые.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ключи правильных ответов

Номер вопроса	Правильный ответ (a, b, c, d, e)
1	a
2	b
3	d
4	a
5	a
6	c
7	c
8	d
9	a
10	c
11	a
12	c
13	e
14	b
15	d
16	a
17	c
18	d
19	b
20	a
21	c
22	d
23	a
24	e
25	c
26	a
27	a
28	d
29	a
30	c
31	b
32	d
33	c
34	d
35	a
36	c
37	b
38	b
39	c
40	a
41	a
42	a
43	a
44	a
45	a
46	e
47	c
48	a
49	b
50	e
51	a
52	c
53	c
54	a
55	e
56	c
57	c
58	b
59	e
60	a
61	d
62	c
63	d
64	a