- •1. За якими показниками класифікують формувальні піски? Як визначають склад формувального піску?
- •2. Як поділяються формувальні піски в залежності від вмісту у них глинистої складової? Назвіть види формувальних глин та їх властивості.
- •4.Класифікація в’яжучих матеріалів, класифікація глин у вологому та сухому стані.
- •5. За яким принципом класифікуються формувальні і стрижневі суміші? Як класифікуються суміші залежно від класу формувального піску?
- •6. Особливості сумішей для сталевого, чавунного та кольорового литва.
- •7. Склади і властивості піщано-глинистих, піщано-смоляних, хромітових і хромомагнезитових сумішей.
- •8. Склади і властивості піщано-масляних та піщано-рідкоскляних сумішей.
- •9. Приготування формувальних сумішей. Міцність формувальних сумішей, її особливості і методи досліджень.
- •15. Техніко-економічна ефективність повторного використовування відпрацьованих формувальних сумішей.
- •16 Відпрацьовані формувальні суміші, їх використання.
- •17 Способи регенерації відпрацьованих сумішей.
- •18 Особливості регенерації сумішей з різними в’яжучими.
- •19 Відмінності часткової і повної регенерації.
2. Як поділяються формувальні піски в залежності від вмісту у них глинистої складової? Назвіть види формувальних глин та їх властивості.
Формувальні піски залежно від масової частки глинистої складової (частинок глинистих матеріалів і уламків зерен кварцу і інших мінералів розміром менше 0,02 мм) підрозділяють на кварцові (К), пісні (Т) і жирні (Ж). Кварцові і пісні формувальні піски підрозділяють на групи в залежності:
від масової частки глинистої складової;
діоксиду кремнію;
коефіцієнта однорідності;
середнього розміру зерна.
Жирні формувальні піски підрозділяють на групи в залежності:
від межі міцності при стисненні у вологому стані;
середнього розміру зерна.
-
Таблиця 2.1 – Вміст глинистої складової в кварцових пісках
Група
Масова частка глинистої складової %, не більш
1
0,2
2
0,5
3
1,0
4
1,5
5
2,0
Таблица 2.2 - Вміст 8і02 в кварцових пісках
Група
Масова частка діоксиду кремнію %, не менше
К1
99,0
К2
98,0
Кз
97,0
К4
95,0
К5
93,0
Таблиця 2.3 - Коєфіцієнт однорідності кварцових пісків
Група
Коефіцієнт однорідності %
О1
Понад 80,0
О2
70,0 - 80,0
Оз
60,0 - 70,0
О4
50,0 - 60,0
О5
До 50,0
Таблиця 2.4 - Середній розмір кварцових пісків
Група
Середній розмір зерна, мм
01
До 0,14
016
0,14 - 0,18
02
0,19 - 0,23
025
0,24 - 0,28
03
Понад 0,28
Таблиця 2.5 – Вміст глинистої складової в пісних пісках
Група
Масова частка глинистої складової %, не більш
1
4,0
2
8,0
3
12,0
Таблиця 2.6 - Вміст Sі02 в пісних пісках
Група
Масова частка діоксиду кремнію %, не менше
T1
96,0
T2
93,0
Тз
90,0
Таблиця 2.7 - Міцність жирних пісків в вологому стані
Група
Межа міцності при стисненні у вологому стані, МПа
Ж1
Понад 0,08
Ж2
0,05 - 0,08
Жз
До 0,05
Групи кварцових пісків містять до 2,0% глинистої складової. Групи кварцових пісків приведені в таблицях 2.1- 2.4.
Жирні піски містять від 12,0 до 50,0% глинистої складової. Групи жирних пісків наведені в таблицях 2.4 і 2.7
Пісні піски містять від 2,0 до 12,0% глинистих складової. Групи пісних пісків наведені в таблицях 2.3-2.6.
Позначення марок кварцових і пісних пісків складається з позначень груп по масовій частці глинистої складової, масовій частці діоксиду кремнію, коефіцієнту однорідності і середньому розміру зерна. Приклад.
2К1Оз02 - кварцовий формувальний пісок з масовою часткою глинистої складової від 0,2 до 0,5%, масовою часткою діоксиду кремнію не менше 99,0%, коефіцієнтом однорідності від 60,0 до 70,0% і середнім розміром зерна від 0,19 до 0,23%. 1Т2 0302- пісний формувальний пісок з масовою часткою глинистої складової 4%, масовою часткою діоксиду кремнію не менше 93,0%, коефіцієнтом однорідності від 60,0 до 70,0% і середнім розміром зерна від 0,19 до 0,23%.
Позначення марок жирних пісків складається з позначень груп по межі міцності при стисненні у вологому стані і середньому розміру зерна. Приклад. Ж3О16 - жирний формувальний пісок з межею міцності при стисненні у вологому стані від 0,05 до 0,08 МПа і середнім розміром зерна від 0,14 до 0,18 мм
До формувальних глин відносять горні породи, які складаються з тонкодиспер- сних часток (22 мкм) водних алюмосилікатів, які володіють в'яжучою здатністю і термохімічною стійкістю та здатних забезпечувати достатньо міцні формувальні суміші.
За походженням глини бувають:
первинними;
вторинними (осадковими);
метаморфічними.
Первинні глини виникли при розкладенні кристалічних гірських порід або при випадінні осаду з водних розчинів і перенесенні з місця утворення в друге місце.
Вторинні глини виникли в результаті розмивання первинних глин і вторинного їх відкладення.
Метаморфічні глини виникли в результаті ущільнення первинних та вторинних глин під впливом гідростатичних або динамічних впливів.
Формувальні глини складаються з мінералів груп каолініту, гідрослюди та мо- нтморілоніту.
Каолініт (А1203-28і02-2Н20) має температуру плавлення 17500С. В сухому стані глина поглинає вологу, утворює пластичне тісто. При температурі 900-10500С повністю руйнується кристалічна решітка, розпадаються на суміш аморфних речовин - глінозем (А1203) і кремнезем (8і02); при 1200-12800С утворюється новий мінерал - мулліт (3АІ203-28і02).
Монтморілоніт (А1203-48і02-Н20-пН20) має температуру плавлення 1250-13000С і є дуже м'яким матеріалом. При 6000С відбувається незворотня дегідратація мінерала, і він втрачає здатність до поверхневого набухання; при нагріванні в діапазоні температур 100-1500С відбувається поверхнево-зв'язаної, а при 500-7000С - хімічно- зв'язаної (конституційної) води.
Гідрослюда є проміжним продуктом при розкладанні слюди в каолініт. До мінералів цієї групи відносять моно терміт, за структурою кристалічної решітки схожий на монтморилоніт.
Згідно ГОСТ 3226-91, в залежності від мінералогічного складу, формувальні глини поділяються на три вида:
К-каолінові і каоліно - гідрослюдисті, які вміщують основні мінерали - каолініт або каолініт з гідрослюдою ;
Б-бентонітові, осн. породоутворюючий мінерал - монтморіллоніт;
П-полімінеральні, які вміщують любий глинистий мінерал.
Найбільш поширеними в ливарному виробництві є каолінові глини.
Таблиця 2.12 - Класифікація глин в залежності від межі міцності при стисненні в вологому стані
-
Група глин
Межа міцності при стисненні, МПа, не більш
Позначення
Найменування
Бентонитової
Каолінової і каоліно - гідрос- людистої та полімінеральної
П
Міцнов'яжуча
0,13
0,10
С
Середньов' яжуча
0,11
0,08
М
Малов'яжуча
0,09
0,05
В залежності від межі міцності при стисненні в сухому стані каолінові та каоліно- гідрослюдисті глини поділяються на підгрупи (таблиця 2.13).
Таблиця 2.13 - Класифікація глин в залежності від межі міцності при стисненні в сухому стані
|
Сума обмінних катіонів глини, мг екв/ 100 г | |
Група глин |
сухої глини | |
|
Бентонітові глини |
Каолінові і другі глини |
З високою сумою обмінних катіонів |
80 |
35 |
З середньою сумою обмінних катіонів |
50 |
20 |
З низькою сумою обмінних катіонів |
30 |
Не нормується |
За сумою об'ємних катіонів формувальні глини поділяються на групи (таблиця2.14).
Таблиця 2.14 - Класифікація вогнетривких глин за сумою обмінних катіонів
|
Сума обмінних катіонів глини, мг екв/ 100 г | |
Група глин |
сухої глини | |
|
Бентонітові глини |
Каолінові і другі глини |
З високою сумою обмінних катіонів |
80 |
35 |
З середньою сумою обмінних катіонів |
50 |
20 |
З низькою сумою обмінних катіонів |
30 |
Не нормується |
В залежності від вмісту шкідливих домішок (Ре20, СаО, Ка203, К203, МдО) формувальні глини поділяють на групи (таблиця 2.15).
Таблиця 2.15 - Класифікація вогнетривких глин від вмісту шкідливих домішок
Група глин |
Масова доля шкідливих домішок, % не більш | |||
|
Найменування |
Ре20 |
Ка203+К203 |
Са0+Мg0 |
Т1 |
З низьким вмістом домішок |
2,5 |
1,5 |
2,0 |
Т2 |
З середнім вмістом домішок |
4,5 |
3,0 |
5,0 |
Т3 |
З високим вмістом домішок |
8,0 |
5,0 |
8,0 |
За числом пластичності глини поділяються на чотири групи:
1) високо пластичні;
2) середньо пластичні;
3) задовільно пластичні;
4) мало пластичні.
За колоїдальністю глини поділяють на три групи і визначають за ГОСТ3594.10- 91 (таблиця 2.16)
Таблиця 2.16 - Класифікація вогнетривких глин по колоїдальності
Група глини |
Колоїдальність глини, % не менш | ||
Позначення |
Найменування |
Бентонитової |
Каолінової |
В |
Висококолоїдальна |
90 |
60 |
С |
Середньоколоїдальна |
50 |
30 |
Н |
Низькоколоїдальна |
25 |
- |
Згідно ГОСТ 3226-91 формувальні глини досліджуються по таким параметрам:
хімічного складу;
вологості;
міцності;
довговічності;
колоїдальності;
гранулометричного складу.
Формувальні глини обирають для приготування суміші в залежності від способу формування и виду ливарного сплаву. Чим вища температура заливання, товщина і маса виливка, тим більш вогнетривку і високоміцну глину необхідно використовувати.
В масовому виробництві при формуванні в вологі форми бентонітові глини використовуються частіше, чим другі види глин. При цьому найкращі результати досягають при використанні бентонітових глин, які активовані содою.
Зернова будова формувальних глин суттєво впливає на їх в'яжучу здатність. Глини з більш дисперсною будовою має більшу в'яжучу здатність. Позначення глини.
При позначенні формувальної глини вказують її параметри в такій послідовності:
вид глини (К або П);
група міцності в вологому стані (П, С, М);
група міцності в сухому стані (1,2,3);
група по вмісту шкідливих домішок (Т1, Т2, Т3).
Приклад: КС1Т3 - каолінова, середньов'яжуча в вологому стані, міцнов'яжуча в сухому стані і з високим вмістом шкідливих домішок.
При позначенні бентонітової глини вказують її параметри в такій послідовності:
група міцності в вологому стані (П, С, М); група міцності на розрив в зоні конденсації води (міцнов'яжуча-1, серед- ньов'яжуча-2, малов'яжуча-3); термічна стійкість (висока стійкість Т1, середня стійкість Т2, низька стійкість Т3); літера (А-порошкова активована, Н- натрієва глина, К- кальцієва глина). Приклад: П2Т3А - міцнов'яжуча в вологому стані, середньов'яжуча по міцності в зоні конденсації води, термічно низькостійка та порошкова активована.
Згідно ГОСТ 3226-91 формувальні глини рекомендується використовувати в складах піщано-глинистих сумішей в залежності від способу формування і матеріалу виливка. Наприклад, для чавунних виливків зі стінками товщиною 10-50 мм і дрібних сталевих при формуванні в вологі форми рекомендовано використовувати глини марок КП3Т3; для других виливків з стінками товщиною більше 20 мм при формуванні в сухі форми - глини марок КП1Т1.
3. В’яжучі матеріали, їх особливості. Рідке скло, його склад і особливості.
В'яжучі матеріали. Щоб в'яжучий матеріал забезпечував міцність формувальної суміші, необхідну для виготовлення форми і не руйнувався при механічній і физико- хімічній дії рідкого і тверднучого металу, він повинен володіти низкою необхідних властивостей.
Основні вимоги до в'яжучих матеріалів.
Висока питома міцність для досягнення максимальної міцності формувальної суміші при мінімальній витраті в'яжучого.
Висока термостійкість. Матеріал не повинен руйнуватися нижче мінімально необхідної міцності при контакті з рідким металом, поки він не охолодиться від температури заливки до втрати рухливості.
Максимальна втрата міцності після охолоджування виливків для забезпечення достатньої підатливості, низької залишкової міцності форми і легкої вибиваємості суміші з виливків.
Додання формувальним сумішам необхідної текучості для досягнення максимального ступеня ущільнення при мінімальній роботі.
Відповідність по тривалості процесу зміцнення форми (стрижня) прийнятому технологічному циклу виробництва.
Виключення схильності суміші прилипати до модельного оснащення.
Негігроскопічність для запобігання руйнування і зниження інших физико- механічних і технологічних властивостей, при зберіганні (витримці) форм і стрижнів до заливки металом.
Негазотворність при нагріві рідким металом для попередження поразки виливків різними газовими дефектами., продуктів їх розкладання, що виділяються при заливці форм металом і погіршують санітарно-гігієнічні умови труда в цеху, негативно впливають на навколишнє середовище.
Низька вартість, щоб їх застосування не викликало підвищення собівартості виливків.
10. Недіфіцитність, щоб матеріали могли поставлятися ливарним цехам у необхідній кількості.
В'яжучого, яке б задовольняло одночасно всім цим вимогам немає. Тому в практиці вибирають такий в'яжучий матеріал, який, виходячи з конкретних умов виробництва, задовольняє більшості вимог.
В основі класифікації в'яжучих матеріалів, вживаних в ливарному виробництві, лежать дві основні ознаки:
природа матеріалу (органічні і неорганічні, водні і неводи);
характер твердіння (оборотний проміжний, необоротний).
Hеорганічні водні в'яжучі. Рідке скло - добрий в'яжучий матеріал, широко вживаний в ливарному виробництві. Застосування рідкого скла, як в'яжучого, дозволило одержувати холоднотверднучі суміші ХТС. Основна його перевага полягає в тому, що:
дозволяє застосувати швидкісну технологію виготовлення форм і стрижнів;
підвищує точність форм і виливків;
підвищує продуктивність праці.
Розчинене або рідке скло (силікат-глиба) є з'єднанням кварцу з солями лужних металів (сода або сульфат натрію з вугіллям), виражене загальною формулою К20-п8і02, де К- натрій або калій.
Силікат натрію, розчинений у воді, використовується в ливарному виробництві для отримання рідкого скла (ГОСТ 3263-78). Залежно від висхідних матеріалів силікат- глиба підрозділяється на содову і сульфатну, а кожна з них - на марки А, Б і В.
М=К-((8і02%)/( К20%)), де К коефіцієнт, що показує співвідношення молекулярної маси лужних оксидів до молекулярної маси кремнезему. Для натрієвого рідкого скла
М=((8Ю2%)/( К20%))=((61,994)/(60,06))=1,032. Надалі під модулем рідкого скла розумітиметься вираз:
М=1,032- ((8і02%)/( N20%)). При виготовленні ливарних форм і стрижнів для крупних виливків, що мають багатоступінчатий цикл виробництва, застосовують рідке скло з модулем М=2,0-2,3. Для ливарних форм і стрижнів, твердіння яких проводиться за допомогою продування СО2, повинне бути особливий швидким і для цього доцільно застосовувати рідке скло з модулем М=2,6-3,0.
В'язкість рідкого скла, залежить від вмісту води, густини і модуля, не повинна перевищувати 1мПа-с. В цьому випадку товщина плівок на піщинках складає 1,0-2,5 мкм.
Із збільшенням модуля збільшується міцність формувальної або стрижневої суміші у вологому стані, але зменшується в сухому. Модуль рідкого скла можна штучно знижувати шляхом добавки до нього їдкого натра з густиною, близькою до густини рідкого скла.
Скріплення піщинок при застосуванні рідкого скла полягає в тому, що в суміші відбувається виділення і гідратація кремнезему, який розчиняється в залишку рідкого скла. Весь процес тверднення протікає в три стадії:
розкладання силікату натрію, що протікає значно інтенсивніше у присутності вуглекислого газу:
Ка20-28Ї02 +СО2= Ка2СО3+28іО2+0;
утворення гелю кремнієвої кислоти:
ш8і02+пН2О= т 8Ю2-пН2О;
в останній стадії частково віддаляється волога, яка входить до складу гелю кремнієвої кислоти:
ш8і02-пН2О= т 8і02-рН2О+(п-р) Н2О. При гідратації до кремнезему може приєднатися різна кількість води, проте необхідно пам'ятати, що гель кремнієвої кислоти буде тим міцніше, ніж менше води він міститиме. Найміцнішу плівку гелю дає з'єднання 28Ю2-Н2О, що містить близько 13% води. Цим пояснюється порівняно низька міцність сумішей, що тверднуть в результаті продування холодним вуглекислим газом. Значно більш високі показники міцності виходять, якщо продування проводити гарячими газами, що містять 15-20% вуглекислого газу. На практиці частіше за все застосовують продування стрижнів вуглекислим газом безпосередньо в стрижневих ящиках з подальшим підсушуванням в сушилі при температурі 250-3000С.