Литье в гипсовые формы.

Гипс полугидрат CaSO₄в смеси с полуангидридом веществаγCaSO₄используется для отливок из цветных сплавов, а так же для изготовления моделей и модельных плит, для небольших отливок изготавливают смесь из 20% гипса, 80% асбеста + воды. Механизм образования прочности – гидратация (чем больше асбеста, тем меньше берут воды). Для тонкостенных отливок с тонким рельефом и чистой поверхностью рекомендуют вместо асбеста мелкозернистый порошок кварца, такая смесь более прочная, чем цементная и имеет низкую газопроницаемость, поэтому ее проплавляют в автоклавах при давлении 2 МПА в течение 8 часов, после чего сушат 10-20 часов. Для повышения гипсовых смесей в них можно вводить ПАВ – это позволит, при вспенивании гипсового шликера, повышение количества газовых пузырьков, что при исследуемом затвердевании смеси способствует газопроницаемости. Такая гипсовая форма обладает микропористостью и высокой газопроницаемостью, что позволяет получать в ней отливки из сплавов, выделяющих при затвердевании повышенное количество газов.

Химические процессы при твердении гипсовых смесей

Твердение системы гипс — вода

После перемешивания гипсовой смеси (ее основой являются безводный сульфат кальция, полуводный гипс и полуангидрид) с водой образуется твердый гидратированный сульфат кальция в соответ­ствии с уравнением

2 (CaSO₄) • Н₂О + ЗН₂О = 2 (CaSO₄ • 2Н₂О). (14)

Время твердения гипса зависит от марки гипса, количества воды, от температуры воды, от дисперсности гипса. При малом содержании воды смесь плохо заливается, быстро твердеет, выделяет повышенное количество тепла, с одновременным увеличением количества объема. Время твердения гипса с повышением температуры воды увеличивается, поэтому следует использовать холодную воду.

Технологические свойства гипсовых смесей

При достаточном количестве воды гипсовая смесь кашеобразна, достаточно текуча, медленно твердеет и не имеет склонности к увеличению объема. После твердения смеси и нагрева формы перед за­ливкой возникает усадка, которая может вызвать растрескивание гипсовых форм. Чем больше воды содержит полуводный гипс, тем больше его усадка при нагревании.

Для снижения усадки в гипсовую смесь вводят повышенное количество пылевидного кварца, минимальное количество гипса и добавки, вызывающие расширение гипса.

Прочность высушенных гипсовых смесей увеличивается при снижении содержания воды и пылевидного кварца. Смеси гипса с кварцевым заполнителем относительно малоупруги, поэтому формы, изготовленные из них, деформируются незначительно. Кварцевые смеси требуют меньшего количества воды, чем асбестовые, так как меньше ее поглощают. Линейная усадка таких смесей также меньше, чем асбестовых смесей.

Достоинства гипсовых смесей:

- Удовлетворительная прочность

- легкая выбиваемость

Недостатки:

- недостаточная термостойкость

- ограниченная область применения

- наличие усадки смеси и возможное растрескивание форм. Для снижения растрескивания вводят пылевидный кварц и снижают количество гипса.

Литье в этилсиликатные формы.

Керамические формы применяются при изготовлении точных отливок по выплавляемым моделям или по Шоу-процессу. Формовочная смесь имеет кашеобразную консистенцию и состоит из твердого керамического компонента и жидкого связующего.

Для керамических форм используются следующие огнеупорные наполнители:

1. пылевидный кварц(маршалит) ПК1, ПК2, ПК3. Для керамических форм ПК2, ПК3.

2. электрокорунд. Используется для тугоплавких Ме и сплавов на основе Mg.

3. цирконовая мука

4. двуокись титана. Применяется для высоколегированных сталей и других сплавов с основным характером оксидов.

Чаще всего для керамических форм применяется кремнезем SiO₂ в виде пылевидного кварца (маршалита). Как уже отмечалось выше, кварц вследствие изменения его кристаллических модификаций отличается резким изменением объема при нагревании и плавится при температуре 1550° С.

Кроме кварца при изготовлении керамических форм используют:

Глинозем А1₂О₃ — искусственный корунд — применяется в виде порошка и крошки, температура плавления 2045° Q при нагреве не происходит существенных объемных изменений.

Силиманит А1₂О₃ • SiO₂ — природный силикат алюминия — пригоден для точного литья из цветных сплавов; плавится при температуре 1545° С.

Муллит ЗА1₂О₃ • 2SiO₂ — силикат алюминия, получаемый искусственно из каолина; плавится при температуре 1810°С.

Циркон ZrSiO₄ — силикат циркония; температура плавления до 2430° С.

Молохит представляет собой обожженный каолин, который, кроме SiO₂ и А1₂О₃, содержит оксиды титана, железа и щелочных металлов.

В качестве жидкого связующего применяют:

Алкозоли, или гидрозоли SiO₂, которые являются коллоидными растворами некоторых органических соединений кремния. Среди них наиболее важный тетра-этилортосиликат, химическая формула которого SiO₄(C₂H₅)₄. Связь отдельных зерен наполнителя обеспечивается за счет пленок геля, образующегося под действием воды и кислого гидролизованного катализатора.

Гетеросилоксаны представляют собой алюмосиликатные эфиры, которые под действием влаги, содержащейся в воздухе, гидролитически расщепляются на коллоидные растворы соединений алюминия и кремния. Образующийся гель после обжига связывает зерна керамики в форме прочных алюмосиликатов. -Хлор-этоксититанат применяется в растворе бензола в качестве связующего форм для сплавов из титана и других металлов с высокой реакционной способностью. Аминоалкилсиликат и основной нитрат алюминия применяются в виде спиртовых растворов, гидролиз и гелеобразование которых вызываются аммиаком.

Кашеобразная формовочная смесь в несколько слоев наносится на модель, присыпается керамической крошкой и сушится. После извлечения или выплавления модели образуется керамическая форма. Сушка производится медленно при повышении температуры нагрева на 120° С в течение нескольких часов. После удаления остатков углеродистых соединений и упрочнения силикатного геля формы последовательно обжигают при температурах 400, 600, 800, 1000° С в течение 6—8 ч. Заливку форм металлом производят сразу после обжига, пока они не впитали влагу из воздуха. Как уже указывалось, в кварцевых материалах при охлаждении происходит обратная перекристаллизация, которая может вызвать растрескивание форм.