- •Формовочные материалы и смеси
- •Введение
- •1. Процессы, происходящие в литейной форме при ее изготовлении и эксплуатации
- •2. Классификация формовочных материалов
- •3. Наполнители формовочных смесей
- •3.1. Классификация наполнителей и требования, предъявляемые к ним
- •3.2. Высокоогнеупорные наполнители
- •3.3. Среднеогнеупорные наполнители
- •3.4. Огнеупорные наполнители
- •4. Связующие материалы
- •4.1. Классификация связующих материалов и требования, предъявляемые к ним
- •4.2. Неорганические связующие материалы
- •4.2.2. Формовочные глины
- •4.2.3. Бентонитовые глины
- •4.2.4. Гидратационные связующие материалы
- •4.2.5. Фосфатные связующие композиции
- •4.2.6. Силикатные связующие материалы и их композиции
- •4.3. Органические неводные связующие материалы
- •4.4. Органические водорастворимые связующие материалы, отверждаемые тепловой сушкой
- •4.5. Смоляные связующие материалы
- •4.6. Модифицирование смоляных связующих
- •4.7. Катализаторы и отвердители синтетических смол
- •5. Противопригарные материалы
- •5.1. Механический пригар
- •5.2. Химический пригар
- •5.3. Термический пригар
- •5.4. Противопригарные добавки в формовочных смесях
- •5.5. Противопригарные покрытия литейных форм и стержней
- •5.6. Материалы противопригарных покрытий
- •5.7. Специальные добавки противопригарных красок
- •5.8. Составы противопригарных покрытий
- •5.9. Улучшение качества противопригарных красок
- •5.10. Методы нанесения противопригарных покрытий на поверхность стержня и формы
- •5.11. Основные свойства противопригарных покрытий
- •5.12. Упрочняющие растворы и краски для сырых форм [18]
- •5.13. Экономические аспекты применения противопригарных покрытий [21]
- •6. Вспомогательные формовочные материалы
- •6.1. Материалы, улучшающие свойства смесей на стадиях смесеприготовления, формовки и отверждения
- •6.2. Материалы, улучшающие качество стержней, форм и отливок
- •6.3. Антиадгезионные материалы
- •6.4. Литейные клеи и замазки
- •6.5. Прокладочные жгуты и стержневые фитили
- •6.6. Добавки для улучшения выбиваемости жидкостекольных смесей
- •7. Свойства формовочных и стержневых смесей
- •7.1. Контроль свойств смесей при нормальной температуре
- •7.2. Контроль свойств смесей при высоких температурах
- •8. Основы процессов смесеприготовления и методы их контроля
- •8.1. Формирование структуры и свойств формовочной смеси в процессе смесеприготовления
- •8.2. Системы смесеприготовления
- •8.3. Контроль и управление качеством формовочной смеси
- •0,5 Сульфитного щелока); 3 - псс (5% жидкого стекла, 3% бентонита)
- •9. Формовочные смеси
- •9.1. Единые формовочные смеси
- •9.2. Облицовочные и наполнительные формовочные смеси
- •9.3. Самотвердеющие формовочные и стержневые смеси
- •10. Стержневые смеси
- •10.1. Классификация стержневых смесей
- •10.2. Стержневые смеси, отверждаемые конвективной сушкой
- •10.3. Стержневые смеси, отверждаемые в нагреваемой оснастке
- •10.4. Стержневые смеси, отверждаемые продувкой
- •10.5. Стержневые самотвердеющие смеси
- •10.5.1. Маложивучие хтс
- •10.5.2. Жсс на основе органических связующих материалов (ожсс)
- •11. Регенерация формовочных песков
- •Аварийная выгрузка
- •12. Экологические проблемы работы формовочных и стержневых отделений
- •Литература
4.2.4. Гидратационные связующие материалы
К классу гидратационных вяжущих относятся в первую очередь! цементные связующие материалы. Получают цемент путем обжига! измельченных пород известняка, глины и других минералов при| температуре 1300-1450 °С, после чего осуществляется процесс раз-] малывания, совмещаемый с перемешиванием с гипсом и другими добавками. Полученный материал называется портландцементным, основными минералами которого являются трехкальциевый силикат (алит) 3CaO*SiО2 и двухкальциевый силикат (белит) 2CaO*SiО2. Ориентировочный химический состав портландцемента следующий (масс %): СаО - 63; SiO2- 22; А12О3 - 6; Fe2O3 - 3; MgO - 1,5, другие оксиды (Na2O, K2O2, ТiO2) - остальное. Кроме указанных силикатов в составы различных марок цементов могут входить также трехкальциевый алюминат ЗСаО*А12Оз и четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО*А12О3* Fe2O3.
В основе отверждения цементных смесей лежит процесс гидратации минералов при взаимодействии с водой, который заключается в растворении клинкерных фаз и последующем выделении кристаллогидратов из пересыщенного раствора. Выделяющиеся кристаллогидраты срастаются в конгломераты, т.е. происходит своеобразный процесс полимеризации. Наряду с этим имеет место механизм твердения, основанный на протекании топохимической (гетерогенной) реакции гидратации материалов. Вначале протекает гетерогенная реакция образования кристаллогидрата, а затем происходит его растворение. На более поздних стадиях гидратация осуществляется в глубине зерна. Реакции основных минералов с водой с достаточно высокой степенью достоверности можно представить в следующем виде [16]:
3CaO*SiO2 + 4Н2О → CaO*SiO2*2H2O + 2Са(ОН)2, (4.11)
2CaO*SiO2 + ЗН2О→ CaO*SiO2*2H2O + Са(ОН)2, (4.12)
ЗСаО*А12О3 + 6Н2О → ЗСаО*А12О3 • 6Н2О. (4.13)
Для приготовления смесей вводят 10-12% цемента и примерно такое же количество воды. Оптимальное водоцементное отношение составляет 0,6-0,9. Процесс твердения цементных смесей происходит очень медленно, иногда более трех суток. Прочность через 4 ч составляет 0,1 -0,15 МПа.
Более быстро твердеют глиноземистые цементы, содержащие минералы: ЗСаО*А12О3, 5СаО*ЗА12О3 и СаО*2А12О3 (основной минерал). Их гидратация идет по реакции [8]:
СаО*2А12О3 +10Н2О → СаО*2А12О3*10Н2О. (4.14)
Учитывая то, что скорость отверждения цементных смесей низка и не всегда отвечает технологическим требованиям, в их состав вводят так называемые ускорители отверждения цемента. К ним относятся: оксизан, патока-мелясса, водные растворы гидролизных Сахаров (побочных продуктов переработки древесины на целлюлозу сульфатным методом), триполифосфат, гипс, карбонаты щелочных металлов, органические материалы (меламиновые смолы, триэтаноламин) и др. Неорганические добавки повышают растворимость клинкерных фаз, а триэтаноламин ускоряет гидратацию, что приводит к возрастанию скорости отверждения цементных смесей. Расход активаторов составляет обычно 5-20% от массы цемента в смеси.
К преимуществам цементных смесей, определяющим целесообразность их использования для изготовления крупных и кессонных форм, относится дешевизна, экологическая и санитарно-гигиеническая безопасность, удовлетворительная термостойкость, хорошая выбиваемость из отливок. Последняя обеспечивается тем, что при нагреве цементные связки дегидратируются, теряют прочность, а сами смеси разупрочняются.
Недостатком цементов является снижение их активности при длительном хранении во влажной атмосфере из-за образования гидратных оболочек на их частицах. Поэтому цемент следует хранить в сухой атмосфере в мешках или герметичных емкостях. Кроме того цементные связующие не позволяют обеспечить высокую прочность форм, что резко ограничивает область их применения.
К классу гидратационных вяжущих, используемых в литейном производстве, относится также полуводный гипс: строительный! (βγ-CaSiO4*0,5H2O) и высокопрочный (супергипс) (γ-CaSiO40,5H2O). В состав смеси, наряду с 90-95% кварцевого песка и 5-10% гипса, вводится необходимое для его отверждения количество воды. Отверждение происходит в результате протекания процесса гидратации, сопровождаемого экзотермическим эффектом:
CaSiO40,5H2O + 1,5Н2О -* CaSiO4-2H2O + Q. (4.15)
В результате затворения водой гипс в течение нескольких минут образует прочный кристаллический каркас двуводного гипса (CaSiO4-2H2O), связывающий зерна песка в единую массу. В процессе заливки формы расплавом кристаллизационная вода (2Н2О) полностью удаляется, а сам минерал разрушается, обеспечивая хорошую выбиваемость смеси из отливки. Но следует отметить, что термостойкость песчано-гипсовых смесей недостаточна для исполь-94
ания их при получении отливок из черных сплавов. Поэтому их 3 жно применять только для изготовления отливок из цветных павов. Однако учитывая, что песчано-гипсовые смеси значитель-уступают по своим физико-механическим свойствам песчано-моляным смесям, их применение в современном литейном производстве ограничено.