4. Формувальні матеріали

Формувальні матеріали - це сукупність природних та штучних матеріалів, які використовуються для виготовлення формувальних та стержневих сумішей, формувальних протипригарних покрить та припилів.

Як матеріал для ливарних форм найбільш часто використовується суміш кварцового піску та глини, яка приготовлена таким чином, щоб вона була придатна для виготовлення ливарних форм. Цей матеріал називають формувальною сумішшю.

Кварцовий пісок є твердою, міцною i основною частиною суміші, тобто наповнювачем. Наповнювачами формувальної суміші можуть бути й інші матеріали, природні або синтетичні, наприклад, олівін, циркон, магнезит, шамот і інші.

Друга, складова формувальної суміші - сполучний матеріал. Цей матеріал обволікає зерна наповнювача й у місцях, де вони торкаються один одного, склеює або зв'язує їх між собою. Сполучні матеріали надають суміші пластичність при формуванні і міцність форм після їх, виготовлення. Частіше всього, як сполучний матеріал у формувальних сумішах використовується зволожена глина. Сполучними матеріалами у формувальних сумішах можуть бути й інші неорганічні та органічні речовини.

Волога в пiщаноглиняних формувальних сумішах є третьою основною складовою, від якої залежать властивості суміші.

Формувальні матеріали діляться на три групи (мал. 4.1 ):

1. Вихідні - це матеріали, які доставляють у ливарний цех із кар'єрів (піски, глини та інші) або спеціалізованих підприємств (сполучні матеріали - кріпильники, розчинники та інші).

2. Суміші - це формувальні матеріали змішані один з одним у певних кількісних співвідношеннях.

3. Допоміжні речовини - це речовини, які доставляються зі спеціалізованих підприємств (протипригарні пасти) або готуються в ливарному цеху (замазки, клеї), які необхідні для оброблення та виправлення форм та стержнів

Вимоги до формувальних матеріалів

1. Формувальні матеріали повинні витримувати високі температури розплаву, попереджувати утворення термічного пригару.

2. Формувальні матеріали не повинні реагувати із окислами та газами розплаву, не утворювати з ними легкоплавких з’єднань, попереджувати утворення хімічного пригару.

3. Формувальні матеріали повинні забезпечувати вихід із порожнини форми повітря, пари та газів, попереджувати утворення у відливках газових раковин.

4. Формувальні матеріали повинні відбирати тепло із розплаву, а потім у відливки яка кристалізується та передавати його в навколишнє середовище, підвищувати швидкість її охолодження, для подрібнення структури металу відливки.

Формувальні матеріали впливають на величину механічного пригару, а відповідно, на шорсткість поверхні відливки, так як від розмірів їх зерна залежить степінь проникнення розплаву в стінки форми.

Походження формувальних матеріалів

Пісок i глина утворюються в природі шляхом вивірення гірських порід. У залежності від складу гірської породи утворюються відкладення із різним співвідношенням піску та глини. Продукти вивітрюються від місця їх утворення відносяться вітром або водою, при чому проходить їх часткове або повне розділення складових компонентів. При такому переміщенні в результаті тертя зерен піску один об один їх гострі куточки відшліфовуються і зерна стають круглої форми. У місцях, де швидкість вітру або води зменшується, пісок осідає, а дрібні частинки глини відносяться далі. Оскільки скоріше всього осідають більш крупні та важкі зерна піску, то проходить часткова класифікація піску за величиною зерна. Таким чином виникають родовища пісків. Ці піски є чисто кварцовими або містять незначну кількість глини.

Піски в залежності від їх походження діляться наступним чином:

1) піски, які утворилися в результаті вивірення;

2) піски льодовикові;

3) осадочні морські піски;

4) осадочні річні піски.

За прийнятою геологічною класифікацією родовища пісків діляться на еолові та елювіальні, льодовикові, морські, дельтові та лагуново-континентальнi, озерні, алювіальні.

Піски, які утворилися внаслідок вивітрювання (еолові та елювіальні), - це кварцові піски дуже рівномірної зернистості, звичайно із середнім розміром зерен 0.3-0.2 мм. Родовища таких пісків звичайно знаходяться в районі р. Волги (Орловське), на Уралі (Васьянівське), у Павлодарській області (Карсівське) та ін.

Піски льодовикові в льодовиковий період складали морену льодовиків. Мають дуже нерівномірну зернистість, тому використовуються лише після збагачення, тобто після промивки для видалення не в’яжучих глиняних частин і класифікації за величиною зерен. Родовища льодовикових пісків є в Ленінградській (Крупельське), Волгограджській області (Чапурниковський кар’єр) та інші.

Найбільш значні родовища – морські відкладення. Піски морських відкладень – це кварцові піски, які мають високу однорідність і малий уміст домішок. До них відносяться відомі піски Люборецького кар’єру (Московська обл.), Староверовські та Гусарські (Харківська обл.), Ореховські (Запоріжська обл.) та інші.

До осадочних річних пісків відносяться деякі менш значні родовища.

Дельтові та лагуново-континентальнi відкладення пісків утворились внаслідок виносу зруйнованих гірських порід річками та морськими течіями.

Алювіальні відкладення виникли в результаті діяльності річних та паводкових вод і накопичилися на території їх висихання. Озерні відкладення пісків звичайно мають неоднорідний зерновий склад і різний уміст глиняних складових.

Глини дуже широко поширені в природі, а їхній видобуток виконують так само, як і піску - у кар'єрах, присвоюючи їм назви, які відповідають географічному найменуванню місця розташування кар'єру.

Оливиніт — це магнезіальний силікат Мg2Si4; його вогнетривкість 1750—1830 °С. Застосовують оливиніт при виробництві відливок з марганцевої сталі, для зменшення шорсткості їхньої поверхні.

Хромистий залізняк FеО·Сг2О3 (хроміт) вводять у облицювальні суміші для форм і стержнів великих сталевих відливок. Вогнетривкість хроміту 1750—1850°C; використовують його у виді порошку, просіяного через сито з чарунками 1,5 мм.

Магнезит МgСОз після відпалу має вогнетривкість 2800 °С. Магнезит не вступає в реакцію з оксидами марганцю, тому його застосовують для приготування облицювальних сумішей при литті високомарганцевої сталі 110Г13Л.

Шамот — це обпалена вогнетривка глина; його вогнетривкість 1670—1750 °С. Застосовують шамот для виготовлення сухих форм великих сталевих відливок.