Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Формовочные материалы: Учебное пособие

Голосов: 2

Приведены сведения об исходных материалах для формовочных, стержневых смесей, связующих и вспомогательных материалах. Даны составы и свойства смесей и противопригарных красок. Описаны методы испытания материалов и смесей, технология их приготовления и регенерации. Учебное пособие подготовлено на кафедре "Машины и технология литейного производства" Пензенского государственного университета в соответствии с учебным планом дисциплины "Технология литейного производства" (раздел "Формовочные материалы") специальности 120300 "Машины и технология литейного производства" и предназначено для студентов вышеназванной специальности.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
       Разделительные смазки уменьшают прилипаемость смеси к осна-
стке и снижают ее износ. Разовые разделительные покрытия в виде
суспензий серебристого графита в углеводородных или нефтяных
растворителях обладают высокими антифрикционными свойствами,
однако графит загрязняет модельную оснастку, скапливаясь в углуб-
лениях и углах моделей, и может служить источником науглерожи-
вания отливок и искажения размеров. Лучшие результаты обеспечи-
ваются с помощью смазок, представляющих собой растворы олеино-
вой кислоты в нефтяных растворителях.
   Некоторые составы разделительных смазок для оснастки приведе-
ны в табл. 6.1.
                                                                     Таблица 6.1
                      Разделительные смазки для оснастки
                                    Содержание
          Компоненты            компонентов в смазке,    Область применения
                                    мас. доля, %
 1. Машинное масло                     85–90            Формы ПГС по-сырому
   Графит серебристый                  10–15            (для деревянной и метал-
                                                        лической оснастки)
 2. Связующее КО                       50–75
   Осветительный керосин               25–50
 3. Парафин                            12–25            Формы и стержни ЖСС
   Дизельное топливо                   75–88            (на жидком стекле)
 4. Смесь мазута с керосином               1:1
 5. Лигносульфонаты                    10–30
    технические
   Вода                                55–85
   Сульфонол                            5–15

                                                            Окончание табл. 6.1
                                    Содержание
          Компоненты            компонентов в смазке,    Область применения
                                    мас. доля, %
 6. Дизельное топливо и                80–90            Автоматические линии
    керосин                                             формовки по-сырому
   Побочный продукт
   переработки нефти                   10–20



                                      90


 7. Полиизобутиленовый                              ХТС на смолах (стерж-
    каучук (М до 30000)            0,1–5,0          ни, формы), стержни по
                                                    SO2-процессу
   Бензин или керосин или
   уайт-спирит                    95,0–99,9
 8. Смазка СКТ-Р            3%-й раствор синтети-   Для нагреваемой
                            ческого термостойкого   (190–250°) оснастки
                            каучука марки СКТ       (термостойкость
                            в уайт-спирите          покрытия 300°)


   Полупостоянные покрытия защищают оснастку (в основном де-
ревянную) от преждевременного износа и одновременно уменьшают
прилипаемость смеси к оснастке. Примеры некоторых покрытий
приводятся ниже.
   1. Нитроцеллюлозная эмаль НЦ 5123. Широко употребляемое
покрытие. Его недостаток – невысокая влагостойкость.
   2. Нитроцеллюлозная эмаль НЦ 5123+3÷5% битумного лака.
Введение битумного лака частично устраняет недостатки, свойствен-
ные эмали НЦ 5123.
   3. Покрытие состава, мас. ч.: эпоксидная смола ЭД-5100; дибу-
тилфтолат 10–15; полиэтилен-полиамин 10–20; химически стойкий
лак ХСЛ100. Применяется для металлической и деревянной оснастки
при изготовлении стержней из ЖСС на жидком стекле и ферро-
хромовом шлаке. Срок службы деревянной оснастки повышается
в 2–3 раза. Отпадает необходимость в использовании разовых разде-
лительных смазок.
   4. Покрытие состава, мас.доля, %: низкомолекулярный силокса-
новый каучук 37–41; бензин “калоша” 39–53; этилсиликат-40 8–18;
отвердитель – аминосилан АГМ-9 или кубовые остатки его ректифи-
кации АБК-2 1,5–2,5. Износостойкость 30000 съемов. Прочность на
истирание до 6 МПа.

                   6.2. Литейные клеи и замазки
   Клеи предназначены для склеивания стержней. Клей должен об-
ладать хорошей кроющей способностью при нанесении на склеивае-
мые поверхности, обеспечивать требуемую прочность склеивания,


                                  91


обладать минимальной гигроскопичностью. Некоторые составы клея
для склеивания стержней приводятся ниже (в мас. долях, %).
   1. Огнеупорная глина                                  – 50,
                                                     3
      технические лигносульфонаты (ρ = 1,24÷1,25 г/см ) – 50,
     вода (сверх 100%)                                     – 20,
  2. Огнеупорная глина                                     – 60,
     декстрин                                              – 40,
     вода (сверх 100%)                                     – 65,
  3. Пылевидный кварц                                      – 50,
     ЛСТ (ρ = 1,3 г/см3)                                   – 50,
  4. Тальк                                                – 30÷36,
                                                       3
    жидкое стекло (модуль 2,8÷3,0); (ρ = 1,49–1,51 г/см ) – 57–62,
    кальцинированная сода                                 – 2,8÷3,2,
    асбест                                                 – 1,7÷2,1,
    вода                                                   – 2,8–2,9.
   Замазки применяются для заделки дефектов на поверхности
стержней (швов, трещин, сколов) при их окончательной отделке. За-
мазки должны иметь хорошую пластичность после подсушки, не
должны давать трещин и отслаиваться от стержней. При изготовле-
нии форм и стержней из ХТС для заделки дефектов могут использо-
ваться рабочие составы ХТС с предварительным нанесением на по-
врежденное место слоя смолы или жидкого стекла с применением
крепящих шпилек.
   При изготовлении отливок из чугуна и медных сплавов при-
меняют замазку, состоящую из кварцевого песка (средний размер
зерна 0063) – 65%, серебристого графита – 25%, глины каолинито-
вой – 15%. После перемешивания на 1 кг состава добавляют 0,3 л
воды; для повышения пластичности иногда добавляют 0,5% мыльно-
го порошка.
   При изготовлении стержней для стальных отливок применяют за-
мазку из каолинитовой глины – 40%, пылевидного кварца – 30%,



                                92


кварцевого песка – 30%. Полученную массу перемешивают с 2% ЛСТ
(плотностью 1,3 г/см3) и водой – 13%.
   При изготовлении стержней для отливок из алюминиевых сплавов
применяют замазку из талька – 63–70%, кварцевого песка (средний
размер зерна 01) – 36–38%, декстрина – 1–2%; сверх 100% добавляют
ЛСТ – 1–2% (плотностью 1,3 г/см3) и воды – 30–40%. Для магниевых
отливок в замазки добавляют 3–6% борной кислоты в качестве за-
щитной присадки.

    6.3. Прокладочные жгуты и стержневые фитили
   Прокладочные жгуты служат для уплотнения разъемов при сбор-
ке форм, а также знаков стержней и литниковых чаш. Жгуты должны
обладать хорошей пластичностью, достаточной прочностью на рас-
тяжение (0,004–0,005 МПа) и противостоять воздействию жидкого
металла. В литейных цехах применяются прокладочные жгуты сле-
дующих составов.
   1. Молотый асбест 60-80%, битум нефтяной (БН-П) 10–20%, ми-
неральное масло 10–20%.
   2. Молотая глина 50%, битум нефтяной (БН-П) 25%, вода 25%.
   3. Молотая глина 10–15%, кварцевый песок 85–90%, вода (сверх
100%) 20–25%.
   4. Бентонит 35–40%, тальк 10–12%, жидкое стекло (плотностью
1,34–1,36 г/см3) 48–55%.
   Расход жгута составляет 2,5–4,0 кг/т годных отливок. Достигае-
мое снижение массы заливов при применении жгутов составляет
6–12 кг/т годных отливок.
   С применением жгутов взамен промазки огнеупорной глиной
толщина заливов по знаковым частям и ладу формы сокращается
на 40–50%; выход годного литья для средних отливок повышается на
1%, для крупных – на 0,3%.
   Стержневые фитили облегчают газоотвод из стержней в процес-
се заливки металла.




                               93


   Для стержней, высушиваемых при температуре 220°С и выше
применяются жгуты следующего состава: битум № 5 80%, пара-
фин 15%, петролатум 5%.
   Для стержней, высушиваемых при температуре ниже 220°С: би-
тум № 3 80%, парафин желтый 20%.
   Для стержней из песчано-смоляных ХТС рекомендуется приме-
нять капроновые шнуры, представляющие собой упругую трубку
диаметром 7 мм из капроновых моноволокон и хлопчатобумажных
нитей, которую размещают в стержне в процессе подачи смеси в
стержневой ящик.
               6.4. Экзотермические смеси
            и теплоизоляционные материалы
   Экзотермические смеси используют для обогрева прибылей с це-
лью повышения эффективности питания отливок, сокращения массы
прибыли и повышения выхода годных отливок.
   Источником выделяющейся теплоты служит реакция окисления
алюминия (в виде порошка, стружки или крупки) или кремния (в со-
ставе ферросилиция, силикокальция и др.).
                 2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe + 873,6 Дж.
                    4Al + 3O3 = 2Al2O3 + 1675,8 Дж.
                3Si + 2Fe2O3 = 3SiO2 + 4Fe + 1381,8 Дж.
   Составы экзотермических смесей включают следующие пять
групп компонентов:
   − окисляемые компоненты (алюминий, ферросилиций, силико-
кальций и др.);
   − окислители (железорудные молотые концентраты, железная
окалина, концентраты марганцевых и хромитовых руд, натриевая и
калиевая селитра и др.);
   − катализаторы, снижающие температуру воспламенения тер-
митной смеси (фториды щелочных металлов, криолит);
   − наполнители (кварцевый песок, шамотный порошок и др.);
   − связующие (огнеупорная глина, жидкое стекло, ЛСТ, декстрин,
синтетические смолы и др.).




                              94


   Основные требования, предъявляемые к экзотермическим смесям:
низкая температура воспламенения; стабильное горение смеси с не-
большой скоростью; отсутствие обильного газовыделения при сгора-
нии смеси; отсутствие пироэффекта; хорошая формуемость и проч-
ность; отсутствие механического пригара и деформаций; применение
недефицитных и недорогих материалов.
   Расход экзотермической смеси на 1 т годных отливок составляет
60–70 кг. Масса прибыли снижается в 2,5–4 раза (по сравнению с
необогреваемыми прибылями), выход годных отливок возрастает
до 75–80%.
   Примеры составов экзотермических смесей, в мас. долях, %:
   − для стальных отливок: алюминиевый порошок 23, оксид железа 12,
марганцевая руда 4, криолит 6, огнеупорная глина 10, декстрин 4, ша-
мот порошкообразный 41;
   − для отливок из серого и высокопрочного чугуна: алюминие-
вый порошок 15–20, оксид железа 8–16, криолит 2–4, огнеупорная
глина 7–10, декстрин 4–6, шамот порошкообразный до 100%, син-
тетическая смола 4,5–5,5;
   − для отливок из медных и алюминиевых сплавов: алюминиево-
магниевая крупка (3,5–15% MgO) –-18,5, марганцевая руда 40–52,
фтористый натрий 0,5–1,5, натриевая селитра 0,5–6,0, огнеупорная
глина 4,0–6,5, жидкое стекло 4–6, кварцевый песок 10–25.
   Теплоизоляционные материалы и смеси используют в виде пла-
стин, втулок, для облицовки литейных прибылей с целью ограниче-
ния потерь тепла жидкого металла в прибыли и увеличения длитель-
ности ее работы, а также в качестве засыпок на зеркало металла в
ковшах, открытых прибылях и в изложницах при получении слитков
с целью снижения теплопроводности через зеркало металла.
   К теплоизоляционным материалам, применяемым в литейном
производстве, относят аглопоритовый песок (кремнистые опаловые
породы с примесями глинистых и песчаных материалов), диатомит
(осадочная порода из раковин диамитовых водорослей), трепел (по-
ристая опаловая осадочная горная порода), вспученный перлит (зер-
нистый пористый материал, получаемый путем термической обра-
ботки измельченных металлических пород), керамзит (песок и гра-


                                95


вий), отходы слюды, вспученный вермикулит, кремнеземистое во-
локно, базальтовое волокно, высокоглиноземистую вату и др.
   Наибольшее применение в технологических процессах литейного
производства в качестве теплоизоляционного материала находит
вспученный перлит как наиболее доступный, дешевый и технологич-
ный материал.

         6.5. Добавки специального назначения
   Добавки для улучшения свойств смесей на стадии формовки и
отверждения.
   1. Добавки, снижающие внутреннее трение между частицами
песка и улучшающие реологические характеристики смесей (сыпу-
честь, подвижность, формуемость, уплотняемость). К таким добав-
кам относятся поверхностно активные вещества (ПАВ), в частности,
алкиларилсульфонаты (РАС, КЧНР, НБ, НЧЛ и др.).
   Рафинированный алкиларилсульфонат (РАС) на основе сульфо-
кислот керосиновых фракций представляет собой натриевые соли
нефтяных сульфокислот.
   Смачиватель НБ – натриевая соль сульфированного продукта
конденсации нафталина с бутиловым спиртом (бутилнафталинсуль-
фонат натрия).
   НЧК – 25%-й раствор аммонийных солей нефтяных сульфокислот
нейтральной или слабощелочной реакции.
   КЧНР – контакт черный нейтрализованный рафинированный на
основе натриевых солей алкилароматических кислот, представляю-
щий собой водный раствор кислого нефтяного гудрона, нейтрализо-
ванный и рафинированный от масел, смол и сульфата натрия.
   При введении ПАВ в смеси в количествах до 0,1% улучшается
сыпучесть смесей, что особенно важно при пескодувном и пескост-
рельном способе изготовления стержней. При повышении их расхода
до 0,2–0,55 и при дополнительном введении воды они проявляют пе-
нообразующие свойства и позволяют перевести смесь при активном
перемешивании в жидкоподвижное состояние (ЖСС).




                              96


    2. Добавки для повышения живучести готовой смеси; для жидко-
стекольных смесей используют водные растворы едкого натра, для
песчано-смоляных – добавки аминоспиртов, гликолей.
    3. Добавки для повышения прочности смесей, устранения разу-
прочнения смесей при хранении: продукты синтеза глюкозы или
продукты взаимодействия метиламина и полисахаридов (крахмалит).
    4. Добавки, химически связывающие вредные выделения и улуч-
шающие санитарно-гигиенические условия труда. Для связывания
паров формальдегида при отверждении песчано-смоляных смесей
используют добавки мочевины или других аминосоединений. Выде-
ления высокотоксичного фенола при нагреве фенолсодержащих смол
могут быть в значительной степени обезврежены при введении в
смеси сильных окислителей (марганцевокислый калий, персульфат
калия, кальциевая селитра).
    5. Добавки улучшающие свойства форм и стержней:
    1) добавки, улучшающие теплопроводность смеси. Благодаря дей-
ствию этих добавок повышается скорость теплоотвода от жидкого
металла, быстрее формируется его твердая корка в зоне контакта со
стержнем (формой). К такого рода добавкам относятся порошки ок-
сидов железа и марганца, металлические порошки (алюминия, желе-
за, ферросилиция), чугунная или стальная дробь и т. д.;
    2) добавки, препятствующие образованию газовых дефектов в от-
ливках из черных сплавов. При термическом разложении азотосо-
держащих смол выделяются азот и водород, служащие причиной об-
разования пористости и раковин в металле. Эффективным средством
предупреждения газовых дефектов является введение тонкодисперс-
ных порошков оксида железа или диоксида марганца. Эти же добав-
ки препятствуют насыщению поверхности отливки углеродом (науг-
лероживанию), что актуально при получении отливок из низкоугле-
родистой стали.
    В качестве материалов на основе оксидов железа применяется
    сурик железный сухой для лакокрасочной промышленности
(ТУ 6–10–1216–72) – природный неорганический пигмент красно-
коричневого цвета на основе красковых руд Криворожского место-
рождения;


                               97


   3) противопригарные добавки. Примерами служат добавки, обра-
зующие блестящий углерод в ПГС (каменный уголь, пенополистиро-
ловая крошка, специальные масла и др.), добавки фторидов и серы,
препятствующие окислению при заливке магниевых сплавов, и мно-
гие другие;
   4) добавки, легирующие поверхностный слой металла. Добавки
этой группы вводят, как правило, в состав противопригарной краски.
При контакте с жидким металлом легирующая добавка диффундиру-
ет из краски в поверхностный слой отливки, придавая ему требуемые
специальные свойства. Например, добавки карбида бора, феррохрома
служат для повышения твердости поверхностного слоя отливок из
черных сплавов; добавки теллура, свинца, серы, сурьмы, висмута и
их соединений снижают твердость поверхностного слоя металла и
улучшают его механическую обрабатываемость;
   5) добавки для улучшения податливости стержней при высоко-
температурном нагреве. Вследствие силового взаимодействия отлив-
ки и формы в начальные моменты остывания в затвердевшем металле
развиваются внутренние напряжения, которые могут привести к об-
разованию в отливке горячих трещин. Для улучшения податливости
формы используют выгорающие добавки (древесную муку или опил-
ки, пенополистироловую крошку и т. п.) или волокнистые и высоко-
пористые молотые материалы (асбест-крошка, вспученные перлит и
вермикулит и т. п.). Для высокотермостойких смоляных связующих
возможно внедрение добавок пластификаторов (дибутилфтолат, гли-
церин) или окислителей (КМnO4, NaNO3 и др.).
   6. Добавки для улучшения выбиваемости смеси. Кероген непыля-
щий (ТУ 38.10940–75) – однородный порошкообразный концентрат
сланца, смешанного со смягчителем – нефтяным маслом ПН-6.
   Кероген вводят в составы ЖСС, ПСС и смесей по СО2-процессу в
количестве 2–3 мас. долей, %.
   Диспергатор НФ технический (ГОСТ 6848–79) – нейтрализован-
ный продукт конденсации сульфокислот нафталина с формальдеги-
дом.
   НФ жидкий пожаробезопасен, сухой – горючее вещество с темпе-
ратурой самовоспламенения 564°С; относится к III классу умеренно


                               98


опасных (по токсичности) веществ. Используется преимущественно
в составах смесей по СО2-процессу после дополнительного кон-
центрирования до содержания активного вещества 60–65% на сухой
продукт. Позволяет уменьшить содержание жидкого стекла
до 3–4 мас. ч. на 100 мас. ч. песка. Возможно использование ХТС с
жидкими отвердителями.




       7. Подготовка исходных материалов
   Исходные формовочные материалы, применяемые в качестве
компонентов смесей, перед использованием подвергают соответст-
вующей подготовке. Формовочный песок сушат, а затем просеивают.
Температуру сушки определяют исходя из содержания в песке гли-
нистой составляющей. Для песков, в которых содержание глинистых
составляющих более 10%, температура сушки не должна превышать


                               99



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика