§ 4. Основные формовочные материалы

К основным формовочным материалам относятся пески, глины и связующие.

Формовочные пески. Формовочные пески представляют собой осадочные горные породы, основную часть которых составляет кварц в виде кремнезема 5Ю₂. Зерна чистого кварца твердые, имеют большую огнеупорность, прозрачны, поэтому кварцевые пески имеют белый цвет. Различные оттенки формовочному песку придают примеси. Чем меньше содержится в песке примесей, тем он светлее и огнеупорнее. Формовочные пески кроме зерен кварца содержат глину.

В зависимости от содержания кремнезема и глинистой со­ставляющей формовочные пески по ГОСТ 2138—84 делят на классы (табл. 1).

Обогащенные кварцевые пески в зависимости от содержания глинистой составляющей, кремнезема и вредных примесей де­лятся на три класса: 061 К, 062К, ОбЗК, обогащенные пески по

Таблица 1

Классификация формовочных песков

Наименование песка	Класс	Содержание глинистой составляющей, %	Содержание кремнезема (SlО2), %	Содержание вредных примесей, %, не более
				Оксиды щелочно-земельных и щелочных металлов	Оксид железа (Fe2O2)
Обогащенный Природный: кварцевый тощий полужирный жирный очень жирный	Об1К Об2К Об3К 1К 2К 3К 4К Т П Ж ОЖ	0,2 0,5 1,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2-10 10-20 20-30 30-50	98,5 98,0 97,5 97,0 96,0 94,0 90,0 - - - -	0,40 0,75 1,00 1,20 1,50 2,00 - - - - -	0,20 0,40 0,60 0,75 1,00 1,50 - - - - -

Таблица 2

Группы песков

Наименование		Номера смежных сит,	Размер зерен
песка	Группа	на которых остаются	основной
		зерна основной фракция	фракции, мм
Грубый	063	1; 063; 04	1,6—0,4
Очень крупный	04	063; 04; 0315	1,0—0,315
Крупный	0315	04; 0315; 02	0,62—0,25
Средний	02	0315; 02; 016	0,4—0,16
Мелкий	016	02; 016; 01	0,315—0,10
Очень мелкий	01	016; 01; 0063	0,2—0,063
Тонкий	0063	01; 0063; 005	0,16—0,05
Пылевидный	005	0063; 005; тазик	0,1 и менее

содержанию кремнезема — на четыре класса: 1К., 2К, ЗК, 4К и природные пески по содержанию глины — на четыре класса: Т — тощий, П — полужирный, Ж —■ жирный, ОЖ — очень жирный.

В формовочных песках различают основную фракцию и гли­нистую составляющую. К основной фракции относятся частицы размером более 0,022 мм, к глинистой — частицы размером менее 0,022 мм. Основная фракция влияет на все технологические свой­ства формовочной смеси. В зависимости от размера зерен формою вочные пески делятся на восемь групп (табл. 2).

Анализ песка по размеру зерен проводится путем просеивания его через стандартный набор сит. Номера сит соответствуют размерам стороны ячейки.

Номер сита		2,5	1,6	1	063	04	0315
Размер стороны	ячей-
ки сетки, мм .		2,50	1,60	1,00	0,630	0,400	0,315
Номер сита		02	016	01	0063		005
Размер стороны	ячей-
ки сетки, мм .		0,200	0,160	0,100	0,063		0,050

Основной фракцией песка, характеризующей его крупность, считается наибольшая сумма остатков (при просеивании) на трех смежных ситах. Чем больше основной фракции, тем больше в песке одинаковых по размеру зерен, тем однороднее песок и выше его качество. Однородные пески имеют хорошую газопроница­емость и прочность.

В результате ситового анализа группа песка определяется средним номером сита основной фракции. В зависимости от вели­чины остатка основной фракции на крайних ситах формовочные пески делятся на категории А и Б. Пески, имеющие больший остаток на верхнем сите основной фракции, относятся к катего­рии А, пески с большим остатком на нижнем сите — к катего­рии Б.

В природных условиях встречаются формовочные пески с раз­личными зернами не только по размеру, но и по форме. Формо­вочные пески по форме зерен делятся на округлые, полуокруглые и остроугольные. Форма зерен песка зависит от условий его движения от места образования до места отложения (осадка). Например, пески, залегающие в местах их образования, имеют в основном остроугольную форму. Крупные зерна, уносимые потоками воды и перекатывающиеся по дну, подвергаются боль­шему истиранию и приобретают округлую форму. Мелкие зерна песка, переносимые водой во взвешенном состоянии, больше сохраняют свою первоначальную форму.

Формовочные пески различаются по маркам (табл. 3). Марка состоит из обозначения класса песка, номера среднего сита основ­ной фракции и категории. Например, песок марки П016А — полужирный песок, зерновая основа которого сконцентрирована на ситах 02, 016 и 01, остаток на сите 02 больше, чем на сите 01, поэтому он относится к категории А.

Формовочные глины. Формовочные глины представляют собой частицы горной породы размером менее 0,022 мм, обладающие после увлажнения высокой пластичностью и связующей способ­ностью. Поэтому глины применяют в качестве связующего частиц наполнителя (кварцевого песка и др.) при изготовлении прочных формовочных смесей.

Все глины способны присоединять воду, но в различном коли­честве: одни — больше, другие — меньше. Например, бентонито­вые глины присоединяют в 2—3 раза воды больше, чем обыкно­венные формовочные, во столько же раз больше их связующая способность. На связующую способность глин влияют также их коллоидальность и дисперсность.

Формовочные глины в зависимости от минерального состава делятся на виды (табл. 4), по пределу прочности при сжатии во

влажном состоянии — на группы, а в сухом состоянии на

подгруппы (табл. 5).

Формовочные глины различают по маркам. Марка глины объединяет ее вид и группу. На первом месте в марке стоит вид глины, на втором — группа по пределу прочности на сжатие

во влажном состоянии, на третьем — подгруппа, на четвертом

группа по содержанию вредных примесей (табл. 6). Например, БП1Т₂ — бентонитовая глина, прочносвязующая со средним со­держанием примесей.

Связующие. Распространенным связующим, скрепляющим зерна песка в формовочной смеси, является глина; однако ее применение имеет некоторые недостатки. Глина увеличивает пригар формовочной смеси на стенках отливок, уменьшает по­датливость, газопроницаемость, текучесть смеси. Стержни, изготовленные из глинистой смеси, плохо выбиваются из отливок, быстро впитывают влагу из окружающей среды (гигроскопичны). Для получения необходимых свойств формовочной смеси, осо-

Таблица 3

	Формовочные пески, применяемые		для художественного
	и архитектурного литья на :		тводах Урала
			Содержание,		%
Марка песка		Карьер	глинистой
			составл я ющей	кремнезема
2К016А		Увельский	1,8		96
2К0315Б		Кичигинский	2,0		96
2К016Б		Кызылташский	0,8		96
Т016Б		Бускульский	9		90
П016А		Горновой	10		90
П0063Б		Лазаретский	15		85
Ж016		Колюткинский	22,7		76,7
ОЖ005		Каслинский	35		65
ОЖ006		Мысянский	40		60

Таблица 4

Классификация глин по минералогическому составу

Вид глины		Основной породо­образующий минерал
Наименование	Обозначение
Бентонитовая Каолиновая и каолино-ги-дрослюдистая Полиминеральная	Б К П	Монтмориллонит Каолинит и каолинит с гидро­слюдой Любой глинистый минерал

Таблица 5

Классификация глин по пределу прочности на сжатие

		Предел	прочности		Предел	прочности
Группа глины		глины	^о влажном		глины в сухом
		состоянии, МПа,			состоянии, МПа,
		не	менее		не	менее
				Под-
			каолиновой,	группа		каолиновой,
			каолино-	глины		каолино-
Наимено-	Обозна-	бентони-	гидрослю-		бентони-	гидрослю-
вание	чение	товой	дистой и		товой	ДИСТОЙ И
			полимине-			полимине-
			ральной			ральной
Прочно-	П	0,13	0,11	1	0,55	0,45
связующая
Средне-	С	0,11	0,08	2	0,35	0,3
связующая
Малосвя-	М	0,09	0,05	3	0,3	0,2

Зуюшая

Таблица 6

Классификация глин по содержанию вредных примесей

Группа глины		Массовая доля вредных примесей, %, не более
Наименование	Обозначение	Fe2O2	Na2O+K2O	CaO+MgO
С низким содержанием примесей Со средним содержанием примесей С высоким содержанием примесей	Т1 Т2 Т3	2,5 4,5 8,0	1,5 3,0 5,0	2,0 5,0 8,0

бенно для стержней, в качестве связующих применяют особые материалы, которые носят название крепителей. Связующая способность крепителя характеризуется его удельной прочностью, под которой понимается прочность сухого образца, приготовлен­ ного из смеси с испытуемым крепителем, приходящаяся на 1 % его содержания в смеси. Например, если прочность образца, приготовленного из смеси с 5 % крепителя, равна 1 МПа, то удельная прочность применяемого крепителя будет 1:5 = = 0,2 МПа. '

Согласно классификации, предложенной А. М. Ляссом, все связующие делятся на органические (выгорающие), неоргани­ческие (не выгорающие), неводные и водные (табл. 7). К неводным относятся крепители, которые проявляют свою связующую спо­собность без присутствия воды, т. е. не растворяются в воде и не соединяются с ней. К таким крепителям относятся масла, олифы, канифоль и пеки. Водными крепителями называются вещества, которые приобретают связующую способность лишь в соединении с водой, разводятся водой или соединяются с ней. К таким крепи­телям относятся декстрин, патока, сульфит и др.

Лучшими крепителями для стержней считаются растительные (льняное, конопляное) масла, а также приготовленные из них олифы. Стержни из смесей, в состав которых входят эти крепи­тели, обладают высокой прочностью (в сухом виде), не отсыревают, хорошо выбиваются из отливок, последнее очень важно для худо­жественных отливок.

Стержни для художественных отливок часто не имеют стержне­вых знаков и выбиваются через небольшие отверстия, остающиеся в стенках отливок, после удаления из них трубок каркасов стерж­ней. Учитывая эти условия и требования, при производстве художественных отливок малой скульптуры стержневые смеси лучше приготовлять с масляными крепителями или их равно­ценными заменителями.

Песчано-масляные смеси обеспечивают получение стержней большой прочности после сушки и с хорошей выбиваемостью из отливок. Однако их применение в случае изготовления стерж-

ней не в стержневых ящиках, а в полости самой формы (что в про­изводстве единичных отливок не редкое явление) ограничено малой прочностью стержня в сыром виде. Поэтому при изготовле­нии стержней в полости формы удобнее применять песчано-гли-нистые смеси с небольшой (2—4 %) добавкой сульфитной барды.

Как уже указывалось, лучшими крепителями для стержневых смесей являются растительные масла и приготовляемые из них олифы. В связи с тем, что масляные крепители дефицитны и до­роги, применение их ограничено. В настоящее время созданы связующие материалы, вполне заменяющие дефицитные и дорого­стоящие масляные крепители. В производстве художественных и архитектурных отливок наибольшее распространение получили крепитель П, сульфитно-спиртовая барда (СП и СБ), декстрин, жидкое стекло.

Крепитель П — полноценный заменитель растительного масла, представляет собой раствор окисленного бакинского петро-

Таблица 7