5.Химический состав песков, вредные примеси и действия, назначения и обогощение песков.

Главный критерий качества песка является содержание кремнезема. Чем больше кремнезема содержится в песке, тем он качественнее. В формовочных песках содержатся так же вредные примисей(окислы алюминия,железа,щелочных и щелочно-земельных металлов),наиболее вредная примись сульфиды железа(повышенная пригораемость).Помимо кварца в песке другие минералы(шпаты,слюды),чем меньше тем выше качество. Формовочные пески с небольшим содержанием наз кварцевыми.

Обогащенные кварцевые пески получают водной переработкой песчаной залежи при добычи песков. Эти пески отличаются хорошим качеством,т.к. содержание глинистой состовляющей и вредных примисей минимально.Для прогрессивного Hot и Cold box процесс(обогащенный песок):

по содержанию кремнезема) Об1К≥98,5%;Об2К≥98;Об3К≥97,5;Об4К≥97

(по содержанию глин. сост):ОбК1 <0,2%,ОбК2 0,3%,Об3К 0,5%,Об4К1,0%

Вопрос №6 Применение песков в состав формовочных и стержневых смесей.

Для стали чугуна используются только кварцевые пески(1К,2К)не завис. от массы отл. Для стали 1К. Для чугуна мож 2К (крупные средние),для мелкого литья тощий. Зернистость ,крупное литье(чуг. ст) песок 0,315 категории Б ( из А и Б) 3шт на крайнем больше),категория А не надо,для среднего -0,2,для мелкого литья)0,16 А)мелкий чугун тощий категории 0,16 Б.Для из. литья-тощие полужирные ,жирные. Зернистость- 0,16 Б,0,1А. Для стержн. Пески(К) и только К1(тепловая сушка),горящих-обогощенных с ним сод. вредных примесей)

Для приготовления смесей используются природные и искусственные материалы. Песок – основной компонент формовочных и стержневых смесей. Обычно используется кварцевый или цирконовый песок из кремнезема. Глина является связующим веществом, обеспечивающим прочность и пластичность, обладающим термической устойчивостью. Широко применяют бентонитовые или каолиновые глины.

Свойства формовочных и стержневых смесей

• прочность – способность смеси обеспечивать сохранность формы без разрушения при изготовлении и эксплуатации;

• поверхностная прочность (осыпаемость) – сопротивление истирающему действию струи металла при заливке;

• пластичность – способность воспринимать очертание модели и сохранять полученную форму;

• податливость – способность смеси сокращаться в объеме под действием усадки сплава;

• текучесть – способность смеси обтекать модели при формовке, заполнять полость стержневого ящика;

• термохимическая устойчивость или непригарность – способность выдерживать высокую температуру сплава без оплавления или химического с ним взаимодействия;

• негигроскопичность – способность после сушки не поглощать влагу из воздуха;

• долговечность – способность сохранять свои свойства при многократном использовании.

7. Высокоогнеупорные материалы

При изготовлении крупных отливок из стали и чугуна форма прогревается на значительную глубину до высоких температур. В этих условиях силикаты, входящие в состав формовочной смеси, взаимодействуют с окислами железа на поверхности отливки и образуют пригар. Пригар можно устранить заменой кварцевого песка высокоогнеупорными материалами, не взаимодействующими с окислами железа при высоких температурах.

Оливиниты и дуниты — магнезиальные силикаты. Их общая химическая формула R₂Si0₄, где R — Mg, Fe, Mn, Ni, Co, Zn, Ca.

Для литейных форм используется оливин (Mg, Fe)₂Si04, имеющий температуру плавления 1830—1750°С. Оливин приме­няют для приготовления облицовочных формовочных смесей для крупного стального и чугунного литья.

Хромиты (хромистые железняки) минералы относятся к груп­пе хромшпинелидов, мало отличаются по внешним признакам. Химический состав включает хромит FeCr₂0₄, магнохромит (Mg, Fe)Cr₂04, алюмохромит (Fe, Mg) • (Cr, A1)₂0₄. Хромитовые руды включают эти минералы в разном количестве. Огнеупор­ность увеличивается с увеличением содержания Сг₂0₃.

Хромистый железняк в молотом виде (размер зерен 1,7-— 0,8 мм) применяют при приготовлении облицовочных формовоч­ных смесей для крупного стального литья.

Магнезит MgC0₃ содержит 47,82% MgO, 52,18% С0₂ и при­меси — карбонаты кальция, железа, марганца, а также кварц и тальк. Плотность магнезита 2,9—3,1 г/см³. Магнезит обожженный при 1500—1650°С, является огнеупорным материалом. Темпера­тура плавления MgO 2800°С. Чем выше содержание MgO в маг­незите, тем выше его огнеупорность. Магнезит не вступает в реак­цию с окислами марганца и поэтому является основным мате­риалом для изготовления форм для отливок из марганцовистых талей.

Циркон ZrSi0₄ имеет высокую плотность (4,68—4,7 г/см³), температуру плавления 2430—2450°С, хорошую теплопровод­ность, небольшое термическое расширение. Благодаря высокой теплопроводности цирконовый песок может применяться вместо холодильников для создания направленного затвердевания от­ливок.

Для приготовления формовочных и стержневых смесей при­меняют молотый обезжелезенный циркон, содержащий не менее 60% Zr0₂, не более 0,1% FeO, или зернистый циркон, содержа­щий не менее 60% Zr0₂, 1—6% Ti0₂ и незначительное количество примесей. Кроме приготовления облицовочных формовочных и стержневых смесей, измельченный циркон используют в огнеупор­ных красках и пастах для форм и стержней, а также для изготов­ления керамических форм и стержней.

Шамот (40% А1₂0₃, остальное Si0₂) представляет собой пред­варительно (до спекания) обожженную огнеупорную глину; он имеет высокую огнеупорность 1670—1750°С.

Шамот применяют для изготовления формовочных смесей су­хих форм средних и крупных стальных отливок.

Для изготовления неразъемных керамических оболочек по вы­плавляемым моделям применяют графит, электрокорунд, дву­окись титана, свойства которых рассмотрены в главе X.

8.Температура плавления кварцевого песка 1713градусов,а огнеупорнсть в зависимости от чистоты сосотовляет 1500-1770 градусов, твёрдость по шкале Мооса 7.При нагревании в кварце происходят модификационные превращения , бета кварц,стабильный при нормальной температуре переходит , переходит впри температуре 573 градуса в альфа-кварц.Это превращение сопровождается увеличением объёма кварца в заваисимости от его состава на 0,86 -1,3 %.Объёмные изменения кварца влияют на образование ужимин.

Вопрос №9 Формовочные глины,классификации минирологический состав глины.

Формовочные глины - горные породы, состоящие из глинистых минералов, формовочные глины подразделяют на виды, сорта, классы и группы в соответствии с приведенными в табл. 69-72 признаками классификации.

Виды формовочной глины

Каолинитовая

Каолинит (Al2О3 *2SiO2 *2H2O) имеет белый цвет, в сухом виде хорошо поглощает влагу, образуя пластичную тестообразную массу; является основной частью большинства глин, применяемых в литейных цехах

Гидрослюдистая

Гидрослюда - промежуточный продукт разложения от слюды к каолиниту

Монтмориллонитовая (бентонитова

Монтмориллонит n (Ca, Mg)*O*Аl2O3 X (4-5) X SiO2*n*H2O мягкий минерал белого, розового, синеватого, зеленоватого цветов; впитывает влагу не только поверхностью частиц, но и внутренними слоями, обусловливая высокую клейкость; относится в основном к I сорту глины

Полиминеральные и прочие мономинеральные

Не выявляется или при выявлении не относится ни к одному из трех видов

Сорта и классы формовочных глин

во влажном состоянии в высушенном состоянии .

Прочносвязующая сорт I класс 1 >1,1 >5,5

Среднесвязующая сорт II класс 2 0,79-1,1 3,5-5,5

Малосвязующая сорт III класс 3 0,50-0,80 <3,5

Группы глин по термохимической устойчивостиГруппа

T1 С высокой термохимической устойчивостью <=0,2 <2,5 1,5 <=2

T2 Со средней термохимической устойчивостью <=0,2 2,5-4,5 2,5-3,0 <=3

T3 С низкой термохимической устойчивостью <=0,2 Не нормируется <=10

Группы глин по пластичности

Высокопластичная >30-число пластичности

Среднепластичная 20-30-число пластичности

Умереннопластичная 10-20-число пластичности

Малопластичная <10

Глинистые минералы. В формовочных песках встречается не-

сколько глинистых минералов: каолинит, монтмориллонит, гидрослюды. Все примеси в формовочных песках снижают его огнеупорность, физико-механические и технологические свойства, увеличивают пригар на отливках. В связи с этим в последнее время все больше применяют обогащенные формовочные пески с минимальным содержанием примесей

Глины состоят из одного или нескольких минералов, в состав которых входят глинозем — Аl2O3, зерна кварца SiO2 и небольшое количество примесей некоторых минералов, не содержащих глинозем. Глины весьма широко распространены в природе, а их добычу производят так же, как и песка — в карьерах, присваивая им названия, соответствующие географическому наименованию места расположения карьера.

Классифицируют глины (ГОСТ 3226—69) по следующим признакам: по минералогическому составу, по пределу прочности при сжатии во влажном состоянии, по пределу прочности при сжатии в высушенном состоянии, по сумме обменных оснований, по содержанию сульфидной серы, Fe2O3, Na2O + K2O, CaO + MgO и по пластичности.

По минералогическому составу глины подразделяются:

К — каолинитовая,

I — гидрослюдистая,

М — монтмориллонитовая и

П — полиминеральные и прочие мономинеральные.

Классификация глин по пределам прочности при сжатии во влажном и в высушенном состояниях приведена в табл. 3.

Таблица 3 Классификация глин по пределам прочности при сжатииНаименование глины Во влажном состоянии В высушенном состоянии

обозначение сорта глины предел прочности при сжатии, кгс/см2 обозначение класса глины предел прочности при сжатии, кгс/см2

Прочносвязующая I >1,1 1 >5,5

Средне связующая II 0,79—1,10 2 3,5-5,5

Малосвязующая III 0,50—0,80 3 <3,5

Классификация глин по содержанию сульфидной серы, Fe2O3, Na2O + K2O, CaO + MgO приведена в табл. 4.

Таблица 4 Классификация глин по содержанию сульфидной серы и других компонентовОбозначение группы глины Наименование группы глины Содержание примесей, %

сульфидная сера Fе2O8 Na2O + K2O CaO+MgO

Т1 С высокой термохимческой устойчивостью 0,2 2,5 1,5 <=2

Т2 Со средней термохимической устойчивостью <=0,2 2,5-4,5 1,5-3,0, <=3

Т3 С низкой термохимической устойчивостью <=0,2 Не нормируется <=10

Литейными формовочными глинами называются горные породы,

состоящие в основном из тонкодисперсных частиц, водных алюмосиликатов, обладающих связующей способностью и термохимической устойчивостью, достаточной для того, чтобы в определенных условиях образовывать прочные и не пригорающие к отливке формовочные смеси.По своему происхождению глины подразделяются на первичные и

вторичные.

Первичные – остаточные глины разложения – образовались в результате разложения кристаллических горных пород или выпадения

из водных растворов, содержащих глинозем и кремнезем, и остались на месте образования.

Вторичные глины образовались путем выпадения из водных растворов и перенесения с места своего образования в районы залегания.

Состав глин, образовавшихся в результате разрушения горных пород, зависит от пород и степени кислотности или щелочности, характеризуемой концентрацией водородных ионов (рН). В кислой

среде (рН<7) образуются каолинитовые, в щелочной (рН>7) –

монтмориллонитовые глины.

Формовочные глины являются минеральным связующим в формовочных смесях.

4.2. Минералогический состав формовочных

глин

Минералогический состав глин определяют с помощью рентгенографического и электронно-микроскопического методов анализа.

Глины состоят из одного или нескольких минералов, содержащих

Al2O3, зерен кварца и небольшой примеси некоторых других минералов, не содержащих глинозема. По содержанию основных глинистых минералов формовочные глины делятся на каолинитовые, каолинитогидрослюдистые и бентонитовые.

К первой группе относятся глины, содержащие в основном минерал каолинит Al2O3•2SiO2•2H2O, его плотность 2,580–2,600 кг/м3,температура плавления 1750–1787°С. При нагреве каолинит претерпевает превращения: при 100–140°С удаляется гигроскопическая вода, при 400–700°С теряется конституционная (химически связанная)

вода и наблюдается эндотермический эффект. Каолинит переходит в

метакаолинит (Al2O3•2SiO2), и глина теряет связующую способность.

При 900–1050°С метакаолинит распадается на смесь аморфных Al2O3

и SiO2. При 1200–1280°С из свободного глинозема и кремнезема об-

разуется минерал 3Al2O3⋅2SiO2 (муллит), что сопровождается также

эндотермическим эффектом.Каолинитовые глины находят широкое применение в литейном

производстве и особенно для отливок стальных и чугунных деталей.Каолинитогидрослюдные глины представляют собой промежуточные продукты разложения от слюд к каолиниту. По своему химическому составу и физическому состоянию эти минералы непостоянны.

Химический состав слюд К2О⋅3Al2O3⋅6SiO2⋅2H2O с температурой

плавления 1150–1400°С.

В зависимости от содержания Н2О некоторые слюды относятся

к гидрослюдам и очень часто составляют значительный процент

(до 30%) каолинитовых глин.

Основой бентонитовых глин является минерал монтмориллонит

Al2O3⋅4SiO2⋅H2O⋅nH2O. В нем возможна замена некоторой части Al3+

на Mg2+, а Si4+ – на Al3+.

Особенностью монтмориллонита является способность расши-

ряться в направлении одной из кристаллографических осей. Эти

свойства позволяют проникать ионам Н+ и ОН– внутрь кристаллической решетки, что ведет к увеличению набухания глины. Температура плавления монтмориллонита – 1250–1300°С. Он способен отдавать или поглощать влагу из воздуха.

При нагревании до 100–150°С из него удаляется гигроскопическая, а также межслойная вода (Н2О); при 600°С он теряет способность набухать в воде. При температуре 735–900°С происходит разрушение кристаллической решетки монтмориллонита и превращение

его в аморфное вещество.В глинах обычно присутствует кварц (SiO2), от нескольких долей

до 50%; являясь инертным материалом, он снижает связующую способность, пластичность, усадку и увеличивает газопроницаемость.Кроме того, в глинах присутствуют гидраты оксидов железа, карбонаты в виде кальцита, магнезита, доломита, сидерита, гипса, которые являются вредными примесями.