2.3.3 Выбор формовочных песков

Тощие и жирные пески применяют для изготовления песчано-глинистых формовочных смесей для мелкого литья из чугуна и цветных сплавов. Для стального литья жирные пески применять не рекомендуется, так как в них содержится большое количество вредных примесей.

Существует общепринятый подход к выбору огнеупорного наполнителя формовочных и стержневых смесей. Так, грубые пески группы 063 в литейном производстве не применяются, так как они образу­ют шероховатую поверхность отливок. Очень крупный и круп­ный песок групп 04 и 0315 используется при получении крупных чугун­ных и стальных отливок массой свыше 1000 кг. Средний песок группы 02 рекомендуется для мелкого и среднего литья из чугуна и стали. Мелкий и очень мелкий пески групп 016 и 01 применяются при изготовлении тонкостенных чугунных и стальных отливок, а также отливок из цветных сплавов. Тощий песок группы 0063 применяется при производстве индиви­дуальных поршневых колец и других тонкостенных отливок.

Учитывая наличие вредных примесей в формовочных песках, резко ухудшающих эксплуатационные свойства смесей и являющихся причиной образования дефектов в отливках, реко­мендуется применять пески следующих групп: для крупного стального литья – 1К_1–2, для среднего и мелкого стального, а так­же для крупного и среднего чугунного литья – 2К_1–3, для сред­него и мелкого чугунного литья, а также для всего цветного литья – 3К_1–4, для мелкого несложного чугунного и всего цвет­ного литья – 4К_1–5.

Обогащенные пески с низким содержанием глинистой составляющей (до 1,0%) рекомендуется исполь­зовать для изготовления форм и особенно стержней по холодной и го­рячей оснасткам, из самотвердеющих смесей и прессованием под высоким давлением. Наиболее эффективными методами обогащения песков являются: гидравлическая обра­ботка песка при высокотемпературной сушке, гидравлическая обработка с оттиркой и термическая обработка. Термиче­ская обработка песка при высокотемпературной сушке (700– 850^оС) в специальных установках с “кипящим слоем” при вихревом потоке горячего газа позволяет снизить способность кварцевого песка к расширению и растрескиванию.

Кварцевый песок является основным формовочным мате­риалом в большинстве регионов, несмотря на наличие доступных, в ряде случаев, месторождений высокоогнеупорных материалов. Использова­ние кварцевых песков, в том числе высококачественных классифицированных, имеет безусловное технико-экономические преимущества в сравнении с даже самым доступным высокоогнеупорным.

2.4. Связующие материалы

Частицы исходных формовочных песков или моло­тых огнеупоров практически не образуют механически устойчивых систем. Поэтому соединение разрозненных частиц формовочного материала в единую смесь осуществляется связующим. Для скрепления твердых частиц формовочной смеси необхо­димо, чтобы связующее находилось в жидком или пластичном со­стоянии. В литейном производстве в качестве связующих приме­няют вещества: пластичные вещества, жидкие при комнатной температуре; переходя­щие в жидкое состояние при растворении их в соответствующих растворителях (таких как вода, ацетон и т.д.); расплавляющиеся и приобретающие свойства жидкости при нагреве (бакелит, фор­мальдегид и т.д.). Таким образом, процесс связывания частиц формовочной смеси можно рассматривать как скрепление твердых тел жидким веществом при определенных условиях.

Поскольку все известные связующие материалы не характеризуются должной огнеупорностью, выделяют значительное количество газов и при термической деструкции (разложении), потенциально ухудшают газопроводящие свойства литейной формы, их содержание в смесях должно быть оптимизированно минимальным. В этой связи к любому связующему материалу в зависимости от условий его применения предъявляется комплекс требований:

- равномерно распределяться по поверхности зерен песка и в объеме смеси;

-придавать смеси текучесть, необходимую для выполнения всех контуров детали, что особенно важно, если эти контуры имеют сложную конфигурацию;

- обеспечивать достаточную поверхностную и общую прочность как в сыром, так и в сухом состоянии;

- обеспечивать быстрое высыхание форм и стержня при сушке и не обладать гигроскопичностью при хранении и сборке форм;

- не выделять много газов при сушке и заливке, так как излишняя газотворная способность смеси способствует образованию газовых раковин в отливках;

- обеспечивать податливость формы или стержня, которая необходима ввиду усадки металла при остывании;

- не снижать, значительно, огнеупорность формовочных и стержневых смесей и не увеличивать их пригораемость;

- обеспечивать легкую выбивку отливок;

- связующий материал должен быть дешев, недефицитен и безвреден для окружающих.

В зависимости от исходной химической природы связующие делятся на два класса органические и неорганические и в том числе водорастворимые и неводорас­творимые. Органические и неорганические свя­зующие принципиально различаются своим поведением при нагреве.

Орга­нические связующие разлагаются в ин­тервале температур 300-700 °С с вы­делением газовой фазы (СО, СО₂, углеводороды, мономеры и пр.) и образованием твердого коксового остат­ка (исключением являются этилсиликаты, образующие при разложении диоксид кремния). Неорганические связующие могут претерпевать при нагреве (после испарения воды, в ос­новном заканчивающегося при 300°С) различные химические изменения, как правило, не сопровождающиеся гази­фикацией и завершающиеся переходом в устойчивую форму оксида или соли. Для ряда неорганических связующих характерно образование при высоко­температурном нагреве плавней с вы­раженной пластификацией формовоч­ных и стержневых смесей.

Отмеченные особенности поведения органических и неорганических свя­зующих при нагреве обусловливают некоторые общие различия в их тех­нологических свойствах. Неорганиче­ские связующие более термостойки, менее газотворны и более благоприятны в санитарно-гигиеническом отно­шении. Вследствие пластификации при высоких температурах многие неорга­нические связующие обеспечивают до­статочную податливость стержней и форм, что предотвращает образование горячих трещин в отливках. В то же время применение некоторых неорга­нических связующих создает проблемы с выбиваемостью смесей из отливок и с затрудненной регенерацией возврата.

Важнейшее преимущество органи­ческих связующих заключается в их способности отверждаться с образова­нием прочных структур. В результате этого расход лучших органических связующих составляет 0,8-1,2 мас. ч. на 100 мас. ч. огнеупорного наполни­теля, что в 3-­­­­­4 раза ниже, чем для неорганических связующих. При этом достигается легкая выбивка смесей из отливок, их облегченная регенерация и во многом нивелируются недостатки, связанные с повышенной газотворностью, ухудшенными санитарно-ги­гиеническими условиями труда и т. п. За рубежом объем применения орга­нических связующих композиций су­щественно выше, чем неорганических, несмотря на относительную дешевизну последних.