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.
                                                        Таблица 3.12
          Потеря массы при прокаливании формовочных песков
                             Потеря массы при прокаливании,
              Группа
                                       %, не более
              Низкая                          0,2
             Средняя                          1,0
             Высокая                          3,0


   Массовая доля сульфидной серы в кварцевых формовочных пес-
ках не должна превышать 0,05% (определяют при геологической раз-
ведке новых месторождений).
   Формовочные пески не должны иметь посторонних включений:
агломератов кварцитов и кварцевых песчаников, остатков раститель-
ных слоев, угля, торфа, известняка.

               3.3.1. Определение глинистых частиц
                       формовочных песков
   Метод основан на отделении глинистых частиц от песчаной осно-
вы с учетом массовой доли органических включений в кварцевых
песках (ГОСТ 29234.1–91).
   В основу процесса отмучивания положен закон скорости падения
зерен в жидкой среде. Согласно закону Стока эта скорость определя-
ется из уравнения
                                 d 2 (ρ1 − ρ2 )
                        V = g⋅                  ,
                                     18 ⋅ η
где g – ускорение силы тяжести;
   d – диаметр падающей частицы;
   ρ1, ρ 2 – плотность зерен кварца и жидкости;
   η – вязкость жидкой среды (для воды при 20°С η = 1·10-3 Н·с/м2).
   От партии песка отбирают пробы и подготавливают по
ГОСТ 29234.0.–91. Испытания проводят параллельно на двух пробах.
От каждой пробы песка отбирают две навески, массой по 50 г каж-
дая. Первую навеску помещают в кварцевую чашу и высушивают


                                  30


при температуре 105–110°С, затем помещают в эксикатор для охлаж-
дения. Вторую навеску помещают в сосуд, приливают 475 см3 воды и
25 см3 раствора пирофосфата натрия (10 г/дм3). Сосуд плотно закры-
вают пробкой, устанавливают на лабораторную мешалку и взбалты-
вают в течение 1 ч. После этого сосуд снимают с мешалки, открыва-
ют пробку, тщательно смывают водой глину с пробки в сосуд. Смесь
количественно переносят в стакан аппарата для автоматического от-
деления глинистых частиц и проводят испытания по инструкции к
данному аппарату. При отделении глинистых частиц вручную смесь
доливают водой до метки на высоте сосуда 150 мм, перемешивают
палочкой и дают отстояться в течение 10 мин. Сливают воду до
уровня 12 мм от поверхности осадка с помощью U-образной трубки
(рис. 3.1).




                Рис. 3.1. Схема удаления глинистых частиц

   Операцию отмучивания повторяют два раза. При образовании
хлопьев в верхнем слое смеси их удаляют. Для этого конец U-образ-
ной трубки помещают в верхней части слоя хлопьев и осторожно
удаляют их в слив.
   Сосуд в третий раз доливают водой до того же уровня, смесь
перемешивают палочкой и дают отстояться 5 мин. Затем вновь сли-
вают воду. Отмучивание повторяют до тех пор, пока вода в сосуде


                                   31


после 5-минутного отстаивания не станет прозрачной. Осадок из
сосуда количественно переносят в кварцевую чашу, отстаивают
в течение 5 мин, воду сливают, осадок высушивают при темпера-
туре 105–110°С, затем помещают в эксикатор для охлаждения. Далее
обе навески переносят в муфельную печь и прокаливают при темпе-
ратуре 1000°С в течение 1 ч, затем охлаждают в эксикаторе и взве-
шивают.
   Остаточную массу первой навески (X1) в процентах вычисляют по
формуле

                     Х1 =
                            [m − (m1 − m2 )] ⋅ 100 ,
                                        m
где m – масса навески смеси, г;
   m1 – масса чашечки с навеской до прокаливания, г;
   m2 – масса чашечки с навеской после прокаливания, г.
   Остаточную массу второй навески (X2) в процентах вычисляют по
формуле
                                   m1 ⋅ 100
                            Х2 =            ,
                                      m
где m – масса навески смеси, г;
   m1 – масса смеси после удаления глинистых частиц и прокалива-
ния, г.
   Массовую долю глинистых частиц (X) в процентах вычисляют по
формуле
                            X = (X1 – X2),
где Х1 – остаточная масса первой навески, %;
   Х2 – остаточная масса второй навески, %.
   Расхождение между результатами параллельных определений не
должно превышать 10%. Если расхождение превышает 10%, испыта-
ние повторяют. За результат испытания принимают среднее арифме-
тическое результатов трех испытаний.




                                   32


           3.3.2. Определение среднего размера зерна
                  и коэффициента однородности
   Средний размер зерна и коэффициент однородности рассчитыва-
ют по данным гранулометрического состава (ГОСТ 29234.3–91). Ме-
тод определения гранулометрического состава основан на определе-
нии количественного распределения частиц по крупности рассевом
на ситах.
   Навеску песка после определения в ней массовой доли глинистых
частиц по ГОСТ 29234.1 помещают в верхнее сито комплекта, в ко-
тором сита расположены в нисходящем порядке (размер сторон
ячейки сит в мм: 2,5; 1,6; 1,0; 0,63; 0,4; 0,315; 0,2; 0,16; 0,1; 0,063;
0,05).
   Рассев ведут в течение 15 мин, после чего прибор выключают,
снимают сита, остатки песка раздельно с каждого сита количествен-
но переносят на глянцевую бумагу (при этом сито тщательно очи-
щают мягкой кистью) и взвешивают.
   Испытание проводят на двух навесках.
   Массовую долю остатка песка на сите (Х) в процентах вычисляют
по формуле
                                   m1 ⋅ 100
                             Х =            ,
                                      m
где m1 – масса остатка на сите, г;
   m – масса исходной навески, г.
   Допускаемое расхождение между результатами двух параллель-
ных определений не должно превышать 10%. Если результаты испы-
тания отличаются от среднего арифметического более чем на 10%, то
определение повторяют один раз.
   За результат испытания принимают среднее арифметическое ре-
зультатов трех определений.
   Для определения среднего размера зерна и коэффициента одно-
родности строят интегральную кривую распределения частиц по
размерам, для чего по оси абсцисс откладывают в логарифмическом
масштабе размер сторон ячеек сита в свету, а по оси ординат в ли-



                                   33


нейном масштабе – количество частиц меньше данного размера в
процентах (рис. 3.2).




                   Рис. 3.2. Интегральная кривая по размерам частиц

   Средний размер зерна (Dср) соответствует размеру сторон ячеек
сита, через которое проходит 50% песчаной основы.
   Для определения коэффициента однородности (О) по интеграль-
ной кривой находят процентное содержание частиц размером мень-
ше 4/3 Dср и 2/3 Dср. Коэффициент однородности равен разности этих
значений.
   Пример заполнения таблицы с результатами для определения
среднего размера зерна и коэффициента однородности приведен в
табл. 3.13.
                                                                      Таблица 3.13
                 Гранулометрический состав формовочного песка
 Размер сторон                                                Частицы размером
  ячейки сита       Остаток на сите, г   Остаток на сите, %    меньше сторон
  в свету, мм                                                  ячейки сита, %
     2,50                   0                    0                    100
     1,60                   0                    0                    100
     1,00                  0,1                  0,2                   99,8
     0,63                  0,4                  0,8                   99,0
     0,40                  1,8                  3,7                   95,3




                                         34


                                                                     Окончание 3.13
 Размер сторон                                                  Частицы размером
  ячейки сита     Остаток на сите, г   Остаток на сите, %        меньше сторон
  в свету, мм                                                    ячейки сита, %
     0,315                4,6                    9,5                  85,8
     0,20                18,75                   38,5                 47,3
     0,16                 8,9                    18,3                 29,0
     0,10                11,6                    23,8                  5,2
     0,063               2,35                    4,8                   0,4
     0,05                0,15                    0,3                   0,1
    Поддон               0,05                    0,1                    0
    Всего                50,0                    100
  Dср = 0,206       4/3 Dср = 0,275         2/3 Dср = 0,137          О3 = 63


               3.3.3. Определение предела прочности
                  при сжатии формовочного песка
             во влажном состоянии (ГОСТ 29234.4–91)
   От пробы песка, отобранной и подготовленной по ГОСТ 29234.0,
выделяют навеску массой 2 кг, помещают в лабораторный смеситель
и добавляют от 100 до 250 см3 воды, в зависимости от массовой доли
глинистых частиц согласно табл. 3.14. Закрывают смеситель крыш-
кой и перемешивают увлажненную смесь в течение 20 мин. Отбира-
ют образец смеси для определения прочности при сжатии. Затем
продолжают перемешивание в смесителе с открытой крышкой, через
каждые 1–2 мин определяют прочность при сжатии по мере естест-
венного подсыхания смеси. Испытание прекращают с момента сни-
жения прочности смеси.
                                                                    Таблица 3.14
             Массовая доля глинистых частиц формовочного песка
     Массовая доля глинистых частиц,           Необходимый объем воды, см3
               %, не более
                    20                                        150
                    30                                        200
                    50                                        250




                                       35


   Образцы изготовляют в металлической гильзе на лабораторном
копре трехкратным ударом груза. Высота образцов должна быть
(50±0,8) мм и контролируется тремя рисками, нанесенными на ста-
нине и штоке копра. Готовые образцы испытывают на приборе для
определения прочности при сжатии во влажном состоянии.
   Испытания проводят на трех образцах.
   За предел прочности при сжатии во влажном состоянии принима-
ют среднее арифметическое результатов трех определений, при ко-
торых прочность при сжатии будет наибольшей.
   Расхождение между результатами определений и средним ариф-
метическим трех определений не должно превышать 10%.
   Если расхождения превышают 10%, смесь увлажняют при пере-
мешивании до наибольшей прочности и определения повторяют до-
полнительно на трех образцах. За результат испытания принимают
среднее арифметическое результатов пяти определений.

     3.3.4. Метод определения влаги формовочного песка
   Метод основан на определении потери массы навески песка после
высушивания до постоянной массы (ГОСТ 29234.5–91).
   От пробы песка, отобранной и подготовленной по ГОСТ 29234.0,
выделяют навеску массой 50 г, помещают в предварительно высу-
шенную до постоянной массы и взвешенную чашу или бюксу и сушат
в сушильном шкафу при температуре 105–110°С в течение 30 мин. За-
тем чашу с песком взвешивают. Дополнительно сушат в течение 15 мин
и снова взвешивают. Операцию повторяют до тех пор, пока разность
результатов двух последних взвешиваний будет не более 0,02 г. Ча-
шу с песком, высушенным до постоянной массы, охлаждают в экси-
каторе и взвешивают.
   Массовую долю влаги (Х) в процентах определяют параллельно на
двух навесках и вычисляют по формуле
                             ( m1 − m2 ) ⋅ 100
                        X=                     ,
                                    m1
где m1 – масса навески песка до высушивания, г;
   m2 – масса навески песка после высушивания, г.



                                  36


   Расхождение между результатами двух параллельных определе-
ний не должно превышать 0,2%. Если расхождение превышает 0,2%,
определение повторяют.
   За результат испытания принимают среднее арифметическое трех
определений.
          3.3.5. Определение рН формовочного песка
                     по ГОСТ 29234.6–91
   От пробы песка, отобранной и подготовленной по ГОСТ 29234.0,
выделяют навеску массой 20 г, помещают в стаканчик и прили-
вают 100 см3 дистиллированной воды. Содержимое стакана взбалты-
вают ручным или механическим способом в течение 10 мин и дают
отстояться в течение 10 мин, затем раствор (не взмучивая осадка)
переносят в специальный стаканчик вместимостью 50 см3 и опреде-
ляют его рН на приборе.
   Испытание проводят на двух навесках.
   За результат испытания принимают среднее арифметическое ре-
зультатов двух определений. Допускаемое расхождение между ре-
зультатами параллельных определений не должно превышать 0,1 рН.
   Если расхождение между результатами параллельных определе-
ний превышает приведенное значение, определения повторяют на
одной навеске.
   За результат испытания принимают среднее арифметическое ре-
зультатов трех определений.
            3.3.6. Определение газопроницаемости
                     формовочного песка
   Метод основан на определении способности образца пропускать
через себя воздух (ГОСТ 29234.11–91).
   Из пробы песка, отобранной и подготовленной по ГОСТ 29234.0,
изготовляют образцы в специальной металлической гильзе, собран-
ной без сетки со стороной ячейки 0, 10 мм, на лабораторном копре
трехкратным ударом груза. Высота образцов должна быть (50±0,8) мм
и контролируется тремя рисками, нанесенными на станине и штоке
копра.



                               37


   Гильзу с утрамбованным образцом снимают с копра, снимают
надставку и удаляют избыток песка. Устанавливают сетку со сторо-
ной ячейки 0,10 мм и прикрывают гильзу надставкой, после чего вы-
нимают подставку.
   Гильзу с образцом устанавливают на прибор для определения га-
зопроницаемости и проводят измерение.
   За результат испытания принимают среднее арифметическое ре-
зультатов двух определений. Допускаемое расхождение между ре-
зультатами параллельных определений не должно превышать 5%.
Если расхождение между результатами параллельных определений
превышает приведенное значение, определение повторяют. За окон-
чательный результат испытания принимают среднее арифметическое
результатов трех определений.
               3.3.7. Определение потери массы
             формовочного песка при прокаливании
   Метод основан на определении потери массы пробы при прокали-
вании ее в электрической печи до постоянной массы (ГОСТ 29234.13–91).
   Навеску массой 1 г взвешивают в фарфоровом тигле, прокаленном
при температуре (1000±50)°С до постоянной массы. Тигель с навес-
кой помещают в муфельную печь, нагретую не выше 400°, постепен-
но нагревают до температуры (1000±50)°С и выдерживают при этой
температуре в течение 1 ч, затем охлаждают в эксикаторе и взвеши-
вают.
   Прокаливание повторяют по 10 мин до достижения постоянной
массы.
   Массовую долю потери массы при прокаливании (Х) в процентах
вычисляют по формуле
                               ( m1 − m2 ) ⋅ 100
                         X =                     ,
                                      m
где m1 – масса тигля с навеской до прокаливания, г;
   m2 – масса тигля с навеской после прокаливания, г;
   m – масса навески, г.
   Абсолютные расхождения результатов параллельных определе-
ний не должны превышать допускаемых значений, приведенных в
табл. 3.15.


                                   38


                                                                                           Таблица 3.15
    Массовая доля потери массы при прокаливании формовочного песка
      Массовая доля потери массы                                Абсолютное допускаемое
         при прокаливании, %                                        расхождение, %
              От 0,10 до 0,30                                               0,05
               Св. 0,3 до 0,8                                               0,10
               Св. 0,8 до 2,0                                               0,15
               Св. 2,0 до 5,0                                               0,20


  3.4. Высокоогнеупорные формовочные материалы
   Для получения крупных чугунных и стальных отливок с чистой по-
верхностью вместо кварцевых песков применяют другие высокоогне-
упорные материалы: хромит, хромомагнезит, циркон, дистен-силли-
манит, шамот и др. Эти материалы имеют более высокие теплофизиче-
ские свойства и меньшую склонность к физико-химическому взаимо-
действию с железом и его оксидами, поэтому позволяют получать чу-
гунные и стальные отливки с более чистой поверхностью.
   Теплофизические свойства некоторых высокоогнеупорных мате-
риалов приведены в табл. 3.16.
                                                                                           Таблица 3.16
         Теплофизические свойства высокоогнеупорных материалов
                                                                     Температурный
                                           аккумулирующая




                                                              коэффициент расширения (К−1)
                                             Дж/(м2·с1/2·К)
                           плавления, °С



                                             способность,
                           Температура




                                                                 в интервале 300–1000°С
                                                Тепло-




                                                                                                    ρ,
      Материал
                                                                                                  кг/м3
                                                                объемного          линейного


 Кварцевый песок SiO2      1550–
                                                1260               1,54            13,7·10–6      2650
                           1713
 Дистен-силлиманит         1800–
                                                1470               0,43                –          3250
 Al2O3·SiO2                1830
                                                                                             –6
 Циркон ZrO2·SiO2           2600                1820            0,16–0,63           5,5·10        4570
                           1560–                                                                  4200–
 Рутил TiO2                                     1960            0,25–0,92              –
                           1570                                                                   4300




                                                   39



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика