Формовочные материалы. Учебное пособие

8.4. Песчано-сульфитные смеси

Данный тип смесей характеризуется тем, что в качестве связующего материала в них используют сульфитно-дрожжевую бражку СДБ в количестве 2–5%.

Основу СДБ составляют лигносульфонаты, и процесс твердения связывают с их поликонденсацией. Твердение данного типа смесей осуществляется за счет тепловой обработки или за счет введения добавок химических реагентов (окислителей), вызывающих поликонденсацию лигносульфонатов и самотвердение. При тепловой обработке процессу поликонденсации лигносульфонатов предшествует процесс возгонки растворителя (воды), содержащегося в связующем материале, который сопровождается резким сокращением объема связующего и возникновением в пленках на зернах песка микротрещин, вызывающих снижение прочности смеси. С целью предупреждения процесса образования микротрещин используют два способа. Первый способ основан на введении в смесь добавки пластификатора, который создает условия для устранения напряжений, вызывающих образование микротрещин. В качестве пластификатора используют техническую мочевину в количестве 12% от содержания связующего материала в смеси. Второй способ основан на введении в

смесь мелкозернистых добавок, создающих каркас в пленках связующего, который разобщает их на мелкие зоны; при этом процессы, связанные с возгонкой растворителя в пленках связующего, протекают без значительных концентраций внутренних напряжений. В качестве такой добавки используют пылевидный кварц в соотношении к связующему материалу 1:1. При самотвердении смеси возгонки растворителя не происходит. В этом случае содержащаяся влага в связующем материале лишь локализуется (защемляется) пространст- венно-сетчатой структурой макромолекул лигносульфонатов. В качестве добавок, вызывающих самотвердение песчано-сульфитных смесей, используют хромовый ангидрид Сr2O3, бихроматы натрия и калия и персульфат аммония в количестве от 0,2 до 0,7% от массы смеси.

По сравнению с песчано-смоляными данный тип смесей экономичнее, так как в состав его входит недорогой и недефицитный свя-

132

зующий материал, а также менее токсичная упрочняющая добавка. Применяют пластичные и жидкие песчано-сульфитные смеси.

Пластичные смеси используются для изготовления мелких стержней, упрочняемых в горячих ящиках в условиях крупносерийного и массового производства, а также для изготовления самотвердеющих литейных форм и стержней взамен песчано-глинистых и песчаножидкостекольных смесей при чугунном и стальном литье.

При изготовлении смесей, предназначенных для получения стержней в горячих ящиках, помимо указанных выше добавок, в состав смеси вводят строительный гипс или мылонафт, которые повышают прочность стержней при извлечении из ящика, а также добавку поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ), снижающей гигроскопичность стержней.

Продолжительность твердения стержней в ящиках, нагретых до 230–280°С (толщина стенок изготовляемых стержней не должна превышать 30–40 мм), составляет 1,0–2,0 мин. Состав и свойства пластичных песчано-сульфитных смесей для изготовления стержней в горячих ящиках для чугунных и стальных отливок приведены в табл. 8.14.

При изготовлении самотвердеющих смесей в их состав в качестве отвердителя вводят добавку хромового ангидрида в виде водного раствора плотностью 1,3·103 кг/м3, а также синтетических жирных кислот (СЖК), предотвращающих пенообразование в процессе приготовления смесей. Самотвердеющая смесь с добавкой СЖК относится к легкоуплотняемому виду, поэтому изготовление форм и стержней может быть осуществлено на вибростолах. Состав и свойства пластичной песчано-сульфитной самотвердеющей смеси для изготовления форм и стержней для чугунных и стальных отливок приведены в табл. 8.15.

133

Жидкие песчано-сульфитные смеси применяют для изготовления форм и стержней. Упрочняют их как за счет тепловой обработки, так и за счет введения в смесь химических реагентов, вызывающих самотвердение. При изготовлении смесей, предназначенных для получения стержней в горячих ящиках, в качестве добавки, способствующей переводу смеси в жидкое состояние, используют сульфонол НП- 1, а для повышения прочности стержня при его извлечении из ящика

– фенолоспирт. Продолжительность упрочнения стержней в ящике, нагретом до 300°С, составляет 1,0–1,5 мин. Состав и свойства жидкой песчано-сульфитной смеси для изготовления стержней в горячих ящиках для чугунных отливок приведены в табл. 8.12.

При изготовлении самотвердеющих смесей для перевода их в жидкое состояние вводят добавку РАС. В качестве добавок, вызывающих твердение смеси, вводят хромовый ангидрид, бихромат натрия и персульфат аммония, а в качестве катализатора – добавку медного купороса. При использовании персульфата аммония с целью повышения активности его действия в смесь вводят добавку феррохромового шлака. Состав и свойства жидких песчано-сульфитных самотвердеющих смесей для изготовления форм и стержней для чугунных и стальных отливок приведены в табл. 8.16.

136

138

8.5. Песчано-цементные смеси

Песчано-цементные смеси применяют главным образом для изготовления крупных форм и стержней в условиях единичного производства отливок.

В качестве связующего материала для данного типа смесей используют цемент в количестве 7–10%.

Твердение песчано-цементных смесей связывают с выделением из пересыщенного водно-цементного раствора кристаллогидратов, которые, срастаясь друг с другом, образуют прочный кристаллический каркас, связывающий зерна формовочного песка. При использовании портландцемента такими кристаллогидратами преимущественно являются гидросиликаты кальция, а при использовании глиноземистого цемента – гидроалюминаты кальция. С целью ускорения процесса твердения песчано-цементных смесей в их состав вводят специальные добавки, такие, как патока, хлористый кальций, железный корпус, а для улучшения выбиваемости – небольшие добавки СДБ (до 2,5%). Песчано-цементные смеси относят к категории самотвердеющих смесей. Применяют пластичные и жидкие песчаноцементные смеси.

Состав и свойства пластичных песчано-цементных смесей для изготовления форм и стержней при стальном и чугунном литье приведены в табл. 8.17.

При изготовлении жидких песчано-цементных смесей в состав их вводят СДБ в количестве 9–11%, которая проявляет себя как пенообразующее поверхностно-активное вещество. Состав и свойства жидких песчано-цементных смесей, предназначенных для изготовления форм и стержней для стальных и чугунных отливок, приведены в табл. 8.15.

139