Формовочные пески и зерновой состав песков.

Формовочные пески и зерновой состав песков.

Самый распространенные формовочные пески относятся состоящие из окислов кремния(кремнезема). 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.

Формовочные пески состоят из минерала кварца(плотность 2,5-2,8 г/см3.)Температура плавления 1713 °С, а огнеупорность в за­висимости от чистоты составляет 1500... 1770 °С, твердость по шкале Мооса равна 7. Высокая газопроницаемость, химическая инертность к окислам залитого металла.

Пески чаще всего используются в качестве огне­упорной составляющей при приготовлении смесей.

Свойства песков:

-зерновое строение:

1.форму зерен:-округленные,полуокругленные,осколочные,остроугольные

2.размер зерен: Различают пищинки размером меньше 22мкм,которые называется глинистой состовляющей.

–химический состав;

-минералогический состав;

 

3.классификация песков по глинястой состовляющей, методы определения глинистой состовляющей (1 лаба)

Формовочные пески на основе кварца в зависимости от содер­жания глинистой составляющей по ГОСТ 2138 — 91(табл) подразделяют на кварцевые (К)(до 2 % глинистой составляющей), тощие (Т) (свыше 2 до 12%) и жирные (Ж)(свыше 2 до 50%). Глинистой составляющей называются частицы с условным диаметром 22 мкм. Если в мине­рале таких частиц больше 50 %, то их относят к глинам.

ГОСТ 2135-85:по содержанию глин. сост):1кварцевый до 2%,2 тощий(чуг лит) 2-10%,3полужирный(цв лит)10-20%,4жирный(цв лит) 20-30%,5очень жирный(цв лит)>30.

Методы определения глинистой состовляющей,:

-нормальный: навеска 50гр песка в сосуд емкостью 1000мл и диаметром 100мм,добовляют 475мл и 25мл 1-% раствора NaOH,сосуд взбалтывают 1 час,доливают водой до 150 мм от дна,отстоятся 10мин,сливают воду.наливают до отметки 150мм,сливают воду,повторяют пока вода прозрачной не будет(свидт. об удалении глинистой состовляющей),песок помещают в сушильный шкаф и высушивают(110С),взвешивают.

-ускоренный-навеска 10гр в стакан,наливают 250 кипящей воды и 10мл р-ра NaOH,содержимое кипятят 5 мин,в аппарат для отмучивания и перемешивают в течении 10 мин.Перве отставиание 8 мин,далее по отсативанию как и у норм метода,разницу умножают на десять.

 

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%

 

 

Каолиновые глины

К каолинитовым относятся глины, содержащие в основном минерал каолинит Al2O3∙2SiО2∙2Н2О, 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. Каолинит переходит в метакаолинит (Al2O3∙2SiО2) и глина теряет связующую способность. Данный процесс называется «шамотизацией глины». При 900-1050°С метакаолинит распадается на смесь аморфных Al2O3 и SiО2. При 1200-1280°С из свободного глинозема и кремнезема образуется минерал 3Al2O3∙2SiО2 (муллит), не обладающий связующей способностью и являющийся огнеупорным материалом. Каолинитовые глины находят широкое применение в литейном производстве и особенно для отливок стальных и чугунных деталей.

Пакет каолинита состоит из слоя кремнекислородной тетраэдрической упаковки с атомами кислорода в вершинах и кремния в центре, а также гидроксильнях групп, в которых в виде октаэдрической упаковки расположены атомы алюминия. Межплоскостное расстояние составляет (7,13-7,20)∙10-4 мкм. Пакеты-соседи удерживаются водородными связями, возникающими между кислородом тетраэдров и водородом внешних ОН-групп.

Каолинитогидрослюдные глины представляют собой промежуточные продукты разложения от слюд к каолиниту. По своему химическому составу и физическому состоянию эти минералы непостоянны. Химический состав слюд K2O∙3Al2O3∙SiO2∙2H2O 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.

Структура глинистых минералов имеет сложное слоистое строение. Глинистые минералы состоят из октаэдрических образований в виде пластинок толщиной 5⋅10−10м. Элементом октаэдрического образования является октаэдр, состоящий из атомов кислорода и гидроксилов. Внутри октаэдра расположен атом алюминия или магния (рис. 4.1,а). Элементом тетраэдрического образования является тетраэдр, состоящий из атомов кислорода. Внутри тетраэдра расположены атомы кремния (см. рис. 4.1,б).

Кристаллическая решетка минерала каолинита состоит из двух слоев: алюмогидроксильного и кремнекислородного, образующих так называемый “пакет” (см. рис. 4.1,в). Ввиду того, что отдельные пакеты каолиновой глины соприкасаются плоскостями различных атомов (кислорода и гидроксилов), они образуют достаточно прочную, так называемую водородную связь. При увлажнении каолиновой глины такие пакеты плохо расщепляются и слабо диспергируют. Это объясняется тем, что межпакетное расстояние каолиновой глины составляет около 2⋅10−10м, а радиус молекул воды – 1,45⋅10-10м, вследствие чего проникновение в межпакетный зазор и расщепление пакета затруднено.

11. Монтмориллонит (бентонит) Al₂0₃*4Si0₂8Н₂0 nH₂0 имеет непостоянный химический ростав, так как в его кристалличе­ской решетке некоторая часть А1³⁺ может быть замещена Mg²⁺, a Si⁴⁺—А1³⁺. Кристаллическая решетка бентонита способна расши­ряться в направлении одной из своих осей. Благодаря этому бен­тонит способен в большей мере, чем каолинит, поглощать воду — набухать. Это улучшает его связующую способность. Температура плавления бентонита 1250—1300 °С.

 

 

12. Физико-химические свойства глин

Формовочные глины состоят из мелкодисперсных частиц, ко­торые образуют систему, обладающую сильно развитой поверх­ностью. Формовочные глины имеют свойства коллоидной системы.

Структура глин определяется строением кристаллической ре­шетки. Основной геометрической составляющей решетки алюмо­силиката являются ионы кислорода О^2-, имеющие максимальный радиус (рис. 25). Между крупными ионами располагаются ионы Si⁴+, Al³⁺, Mg²⁺, в результате чего образуются тетраэдры первого слоя, являющиеся основой решетки алюмосиликата (рис. 26). Второй слой образуется ионами ОН^-, которые совместно с ионами О^2- первого слоя образуют октаэдры, внутри которых распола­гаются ионы либо А1³⁺, либо Mg²+. В каолинитовых глинах эти два слоя образуют замкнутый «пакет». Остальные слои находятся по высоте на определенном расстоянии друг от друга с небольшим смещением в сторону. Расстояние между слоями (пакетами) яв­ляется характерным для данного сорта глины.

В монтмориллонитовых глинах на слое октаэдров располагает­ся третий слой тетраэдров Si⁴⁺ и О^2-, и только после этого обра­зуется межпакетный промежуток (рис. 27).

Ионный обмен. Особенность алюмосиликатов в том. что их основные составляющие могут быть частично замещены другими ионами. Если ионы имеют примерно одинаковый радиус, напри­мер А1³+ (0,57 А), Fe³+(0,67A), Ti⁴+(0,64A°) и т. д., то такое за­мещение будет изоморфным. Если радиусы ионов будут различ­ные, то кристаллическая решетка изменяется или деформируется.

Замещаемые ионы могут иметь не одинаковые заряды, напри­мер Si⁴⁺ замещается А1³+. Для уравновешивания необходимо или встраивать в решетку другие ионы, или размещать их на поверхности. К числу обменных ионов относятся К⁺, Na+, Mg²^, Са^ Способность глин к обмену ионами выражается миллиэквивалентами на 100 г глины.

При обмене одних ионов на другие свойства глин изменяются в зависимости от того, какой ион входит в состав кристалличе­ской решетки. Вследствие этого свойства глин можно изменять химической обработкой. Например, ионы Са²⁺ могут быть заме­нены ионами Na+ при обработке глин содой.

Количество обменных ионов тем больше, чем более дисперсны частицы глины, поэтому монтмориллонитовые глины обладают высокими значениями суммы обменных оснований, чем каолинитовые. Преобладание в структуре тех или иных ионов, строение кристаллической решетки глины может быть установле­но с помощью рентгеноструктурного анализа.

Набухаемость глин. В отдельных слоях пакетов кристалли­ческой решетки глин ионы прочно связаны, но пакеты между собой имеют только слабые валентные связи. Вследствие того, что поверхности пакета заряжены отрицательно, а промежутки между ними больше (~2А —каолинитовые и 20 А монтмориллонитовые глины) отдельные молекулы, группы молекул, например воды (радиус 1 ,45А) или других жидкостей могут проникать в он промежутки. Чаще всего в каолинитах молекулы воды располагаются по краям пакетов, а в монтмориллонитах вода про­никает между пакетами. Поэтому набухаемость монтмориллонита значительно большая, чем каолинитов. Содержание воды в них может возрасти с 6 до 30%, а иногда до 500%.

Вязкость и пластичность глин. В процессе набухания глин полная пленка обволакивает частицы глины, что уменьшает силы когезии между ними. В результате глина приобретает способность пластически деформироваться под действием нагрузки. Пластичность глины зависит от толщины водной пленки и размеров части ц глины. Чем меньше размер частиц глины и больше содер­жите воды в пленке, тем выше пластические свойства глины. Однако вязкость ее при этом будет достаточно высокой. С дальнейшимувеличением содержания воды вязкость уменьшается.

Тиксотропия глин. В спокойном состоянии суспензия глины но истечении определенного времени образует гель, который обладаетопределенной структурой и прочностью. Структурнрованная система может быть возвращена вновь в состояние золя-суспен зии. Этот процесс превращения при механическом воздействии золя в гель и обратно называется тиксотропией.

Указанные свойства глин значительно влияют на прочность и пластичность формовочных смесей.

13.(а)химически1 состав глины, месторождение глины,

Происхождение. Слово «глина» имеет два значения. Глинами называют определенные виды горных пород и тонкодисперсные (пылеватые) фракции глинистой породы. Во втором случае проводят различие между собственно глинистой частью породы и включениями, которые входят в состав глинистой горной породы. Глинистым сырьем служат тонкообломочные горные породы различного химико-минералогического состава, встречающиеся в природе в рыхлом, пастообразном или уплотненном состоянии.

При обжиге до соответствующей температуры они теряют химически связанную воду и при дальнейшем повышении температуры приобретают механическую прочность, свойственную камню.

Глина представляет собой продукт разложения и выветривания полевошпатовых и некоторых других горных пород. В результате многолетних изменений температуры, действия солнечных лучей, мороза, дождей, ветра кристаллические горные породы растрескивались и разрушались. При химическом взаимодействии горных пород с углекислым газом воздуха, водой, породы постепенно превращались в глинистые минералы, карбонаты и кварц.

Образовавшиеся глинистые минералы в зависимости от местных условий либо оставались на месте образования, либо переносились водой, льдом или ветром в другие места. В первом слу­чае глины называют остаточными или первичными (или элювиальными), во втором - осадочными или вторичными. Остаточные (первичные) глины обычно характеризуются непостоянством состава. Их зерновой состав, как правило, изменяется от тонкодисперсных (пылевидных) разновидностей в верхней части залежи до грубодисперсных (зернистых) — в нижней, еще ниже остаточные глины постепенно переходят в неразложившееся материнские (полевошпатовые) породы. Осадочные (вторичные) глины обычно более равномерны по составу и свойствам. Различают делювиальные, ледниковые и лёссовидные осадочные глины. Делювиальные глины были перенесены дождевыми или снеговыми водами обычно недалеко от мест их происхождения. Для месторождений этих глин характерны слоистые, напластования, неоднородный состав и засоренность мелкими примесями. Ледниковые глины были перенесены ледником, который в далеком прошлом покрывал значительную часть земной поверхности. Эти глины залегают обычно линзами, бывают сильно засорены каменистыми включениями от крупных валунов до мелкой щебенки. Лёссовидные глины были перенесены ветром, они располагаются преимущественно на границе бывших пустынь, где ветры значительно меняли свою скорость.

Такие глины характеризуются однородностью состава, высокой дисперсностью (пылеватостью) и сильно пористым строением.

Отложенные глинистые породы с течением времени уплотнялись, пропитывались различными растворимыми в воде солями и клеящими веществами (например, продуктами гниения и разложения растительности) и таким образом происходила цементация частиц глин в отдельные агрегаты (группы) и целиком в глинистую породу. При этом образованные глинистые породы в зависимости от свойств цементирующих пленок могут легко рас­пускаться в воде или быть водостойкими.

Глины характеризуют вещественным, зерновым и химическим составом.

Химический состав. Химический состав глин в значительной мере характеризует их пригодность для производства изделии определенных видов. При сопоставлении химического состава различных глин обычно рассматривают количество оксидов разных химических элементов, из которых состоят все соединения глин. Химический состав глин представляют следующими основными оксидами.

Кремнезем SIO2 находится в глинах в связанном и свободном состояниях. Связанный кремнезем входит в состав глинообразующих минералов, свободный представлен примесями кварцевого песка. Общее содержание кремнезема в глинах 50—65 %, в запесоченных 80—85 %. В зависимости от содержания свободного кварца глины бывают: с низким (10%), средним (свыше 10 до 25%) и высоким (свыше 25%) содержанием.

Оксид алюминия AL2O3 находится в глинах в связанном состоянии, в составе глинообразующих минералов и слюдистых примесей. Он является наиболее тугоплавким оксидом, с повышением его содержания в них оксидов алюминия подразделяют на высокоглиноземистые (свыше 45%), высокоосновные (свыше 38-45%), основные (от 28 до 38%), полукислые (менее 28 до 14%) и кислые (менее 14%).

Оксиды щелочноземельных металлов, - оксид кальция CaO, оксид магния MgO входят обычно в состав карбонатов — кальцита и доломита, а в небольших количествах - в состав не­которых глинистых минералов. В небольших количествах (до 3— 4%) оксиды щелочноземельных металлов способствуют спеканию керамических масс, при больших количествах - приводит к повышению пористости черепка. Обычно содержание оксида кальция в глинах составляет несколько процентов и лишь в отдельных разновидностях достигает 20-25%. Содержание оксида магния не превышает 2--3 %.

Щелочные оксиды - оксид натрия Na2O и оксид калия K2O- входят и состав некоторых глинообразующих минералов, но могут присутствовать в примесях в виде растворимых солей и полевошпатных песках. Их содержание достигает в некоторых глинах 5-6 %. Они снижают влагопоглощение обожженных изделий.

Оксиды железа Fe2O3 присутствуют в глинах главным образом в составе примесей. Содержание их в глинах колеблется от долей процента до 8—10 %,

Оксид титана TiO2 содержится в примесях, его количество не превышает 1,5%. Эта примесь придает обожженному черепку зеленоватую окраску

Формовочные пески и глины добываются в специальных карьерах, например Люберецком, Гусаровском, Ореховском, Кичигинском и других карьерах. Разработка месторождений песков и глины ведется открытым способом. Если песок содержит примеси или имеет неоднородный зерновой состав, то одновременно с разработкой карьеров осуществляется обогащение песка.

 

 

14.(б)маркировка глин по ГОСТ применение глин.

В соответствии с ГОСТ 3226–93 и ГОСТ 28177–89 формовочные глины делятся в зависимости от минералогического состава на каолинитовые, каолинитогидрослюдистые и бентонитовые.

Каолинитовые и каолинитогидрослюдистые глины делятся на марки в зависимости от предела прочности во влажном состоянии (табл. 4.2).

Таблица 4.2

СВЯЗУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Во многих случаях, особенно при изготовлении стержневых смесей, добавка формовочной глины не обеспечивает получения надлежащей прочности стержней, поэтому в смеси вводят другие связующие добавки, обладающие более высоким значением удельной прочности Такие добавки называют связующими материалами или крепителями. Существует большое количество связующих материалов, которые в большинстве случаев являются побочными продуктами или отходами при различных видах производства

Все связующие материалы по природе разделяют на три класса класс А — органические неводные, класс Б — органические водные и класс В — неорганические водные. К классу А от-нося1 связующие, которые, проявляя свои связующие свойства, не требуют добавки воды и не растворяются в ней. Такими материалами являются масла, битумы, канифоль и ар В класс Б входят материалы, способные растворяться в воде, а после ее испарения связывать зерна песка Подобными материалами являются концентраты сульфитно-спиртовой бражки, декстрин, патока и др. Класс В содержит жидкое стекло, цемент и другие неорганические материалы Кроме того, связующие материалы по значению удельной прочности * дополнительно разделяются на три группы. К первой группе относят материалы, имеющие удельную прочность больше 5-105 Па/1%, ко второй — (3 ч--4-5)105 Па/1% и третьей — менее 3-Ю5 Па/1%. В сокращенном виде классификация связующих материалов приведена в табл. 7. Она позволяет осуществлять выбор связующего материала в зависимости от требований, предъявляемых к стержням. Например, при изготовлении наиболее сложных стержней, у которых знаковые части имеют малое сечение и значительная часть поверхности омывается жидким металлом, целесообразно в смеси вводить связующие материалы I группы, так как при минимальном содержании в смеси они обеспечивают наибольшую прочность стержней. Наиболее применимыми при изготовлении стержней I класса сложности являются связующие материалы группы А-1. Связующие материалы группы Б-1 сообщают стержням повышенную гигроскопичность, поэтому их применение при изготовлении стержней ограничено. Связующие материалы II группы применяют при изготовлении стержней более простых конфигураций (второго и третьего класса сложности), а III группа — для стержней четвертого и пятого класса сложности, в том числе при изготовлении литейных форм.

Наибольшее распространение в литейном производстве получили следующие связующие материалы:

связующее П — раствор окисленного бакинского петролатума (побочного продукта при изготовлении смазочных масел из нефти) в уайт-спирите (особо чистом керосине);

связующее ПТ — раствор окисленного петролатума и талло-вого масла (побочного продукта при получении целлюлозы) в уайт-сп ирите;

связующее ПТА — раствор окисленного петролатума, обработанного аммиком и таллового масла в уайт-спирите;

связующее 4ГУ(п) — комбинированное связующее, состоящее из полувысыхающих масел и канифоли, сплавленных с битумом, растворенных в уайт-спирите;

связующее ГТФ — тяжелая фракция сланцевой генераторной смолы, имеет вид маслянистой жидкости;

связующее КО — раствор кубовых остатков, полученных от дистилляции синтетических жирных кислот в уайт-спирте;

связующее УСК-1 — универсальное синтетическое связующее, продукт переработки кубового остатка синтетических жирных кислот;

связующее БК — эмульсионный связующий материал. Состоит из сульфитно-спиртовой бражки (73—75%), лака-этиноля (15— 17%) и связующего ГТФ (10—12%);

связующее СП — эмульсионный связующий материал, состоящий из сульфитно-спиртовой бражки плотностью 1,27 -103 кг/м3 (95%) и окисленного петролатума (5%);

связующее СБ — эмульсионный связующий материал, состоящий из сульфитно-спиртовой бражки (80%) и связующего ГТФ (20%).

Связующие СП и СБ относятся к быстротвердеющим связующим материалам.

Концентраты сульфитно-дрожжевой бражки — побочный продукт целлюлозно-бумажного производства. Выпускаются двух марок: КБЖ (концентраты бражки жидкие) и КБТ (концентраты бражки твердые). Наибольшее распространение в литейном производстве получила марка КБЖ с содержанием сухих веществ не менее 50% и плотностью 1,25—1,27 г/см3.

К0,2-0,16 1К02 или 016

ФОРМОВОЧНЫЕ ПЕСКИ

К числу наиболее распространенных формовочных песков, удовлетворяющих основным требованиям литейной формы, отно­сятся пески, состоящие в основном из окислов кремния (кремне­зема). По происхождению формовочные пески относятся к оса­дочным горным породам. Важнейшей их характеристикой яв­ляется время отложения п кратность переноса, причем наиболее округлые и однородные по величине зерна имеют те пески, кото­рые в течение длительного времени подвергались многократным переносам и повторным отложениям. К ним относятся пески, от­ложение которых произошло в третичный период Кайнозойской эры. Главным критерием при оценке качества формочных песков по химическому составу является содержание в нем кремнезема SiOa- Чем выше его содержание, тем выше качество песка. На­ряду с кремнеземом в формовочных песках присутствуют окислы алюминия, железа, щелочных и щелочно-земельных металлов и другие химические соединения — все они относятся к числу вред­ных примесей формовочного песка. Наиболее вредной примесью, встречающейся в формовочных песках, являются сульфиды же­леза с температурой разложения около 325 °С. Присутствие этого химического соединения в песках вызывает повышенную приго-раемоегь формовочной смеси к поверхности отливок.

С точки зрения минералогического состава (имеются в виду кристаллические составные части горных пород) формовочные пески состоят в основном из минерала кварца, имеющего плот­ность 2,5—2,8 г/см³, твердость 7 * и температуру плавления 1713°С. При нагреве кварц претерпевает кристаллические моди-фикационные превращения, сопровождающиеся изменением его объема. Подобные модификационные превращения происходят в формовочном песке при заливке формы сплавом и вызывают рас­трескивание и разрушение кварцевых зерен. Помимо кварца в формовочных песках присутствуют и другие минералы, такие как полевые шпаты, слюды, гидраты окислов железа и др., причем чем меньше посторонних минералов присутствует в формовочном песке, тем выше его качество. Формовочные пески с незначитель­ным содержанием посторонних минералов обычно называют квар­цевыми песками.

В соответствии с ГОСТ 2138—74, в зависимости от содержа­ния глинистой составляющей (составной части песка с размером в поперечнике менее 0,022 мм), кремнезема и вредных примесей формовочные пески подразделяются на обогащенные кварцевые, кварцевые и глинистые (табл. 2).

Обогащенные киарцевые пески получают водной переработ­кой песчаной залежи при добыче песков. Эти пески отличаются хорошим качеством, так как содержание глинистой составляющем и вредных примесей в них минимальное.

Кварцевые пески добываются путем открытой разработки залежи и относятся к достаточно качественным формовочным пе­скам. Их широко используют в литейном производстве. Глини­стые пески в зависимости ог содержания глинистой составляю щей классифицируются па тощие, полужирные, жирные и очень жирные. Последние три класса формовочных песков используют в литейном производстве при приготовлении формовочных и стержневых смесей для отливок из сплавов цветных ме­таллов.

Зерновая часть песка (зерна песка с размером а попе­речнике более 0,022 мм) в зависимости от крупности зерен по ГОСТ 2138—74 подразделяется на 8 групп (табл. 3).

Для определения группы песка его нужно просеять через стандартный набор епт и выяснить, па каких трех смежных ситах остается наибольшая сумма остатков (в массовых долях), назы­ваемая основной фракцией.

Обозначение отдельных групп соответствует номеру среднего из трех смежных сит, на которых после рассева остается основ­ная зерновая фракция песка. Формовочные пески должны быть достаточно однородными по размерам зерен, поэтому основная их зерновая фракция должна составлять не менее 70%. Наиболее крупные пески (группы 04 и 0315) обычно применяют для стерж­невых смесей, так как при этом резко возрастает газопроницае­мость стержневых смесей, а возникающая при этом повышенная шероховатость поверхности отливок устраняется за счет противо­пригарных покрытий, наносимых на поверхность изготовленных стержней.

Практика применения формовочных песков показывает, что наиболее целесообразно использовать пески с зерновой группой 02 при стальном литье, с зерновой группой 016 при чугунном литье и с зерновой группой 01 при цветном литье, так как при этом наблюдается наилучшее сочетание газопроницаемости ли­тейной формы и шероховатости поверхности получаемых отливок. Сказанное выше справедливо для литейных форм, используемых без противопригарных покрытий. При крупных отливках, когда литейные формы подвергаются окраске с последующей сушкой, используют более крупнозернистые пески.

Тонкие и пылевидные пески (группы 0063 и 005) используют для изготовления противопригарных покрытий, наносимых на по­верхность форм и стержней. Природные пылевидные пески в зна­чительной степени загрязнены вредными примесями, а поэтому имеют недостаточно высокую огнеупорность. С целью повышения огнеупорности пылевидных материалов используют искусствен­ные, получаемые путем размола кварцевых песков.

По величине остатка на ситах основной зерновой фракции пе­ски разделяются на категории А и Б. Если остаток на верхнемиз трех смежных сит больше, чем на нижнем, пески относят к категории А, если наоборот—к категории Б. В соответствии с этим наибольшей газопроницаемостью обладают пески катего­рии Л.

Как отмечалось выше, основная зерновая фракция формовоч­ных песков должна концентрироваться на трех ситах. Однако при нагреве уплотненной формовочной смеси, изготовленной из песков с концентрированной зерновой структурой, вследствие высокой ее жесткости, получаемой от плотного соприкосновения отдель­ных зерен песка между собой, в форме могут возникать значи­тельные термические напряжения, приводящие к отслоению ее поверхностного слоя и образованию на поверхности отливок спе­цифических дефектов — ужимин. Для уменьшения вероятности возникновения напряжений в форме и образования ужпмин на отливках применяют пески, основная зерновая фракция которых располагается не на трех, а на большем количестве сит. Такие пески относят к группе с рассредоточенной зерновой структурой. Они разделяются на крупные — РК (рассредоточенные крупные), средние—PC (рассредоточенные средние) и мелкие — РМ (рас­средоточенные мелкие). Содержание основной фракции песков с рассредоточенной зерновой структурой на трех смежных ситах не должно быть менее 60%.

Поверхность зерен природных формовочных песков обычно покрыта примазками различного рода примесей (например, гид-роокпелов железа или других минералов), ухудшающих ее адге­зионные свойства и снижающих прочностные свойства смесей, с; целью активации поверхности зерен природные формовочные пески подвергают специальной обработке. Наиболее простым и дешевым способом активации песков является гидрообработка, осуществляемая в процессе добычи песков, при ней происходит частичное отмывание и оттирка примазок с поверхности зерен. Существует ряд специальных способов активации поверхности зе­рен, например, осуществляемых при впброобработке, термообра­ботке и химической обработке формовочных песков. Однако эти способы еще не получили широкого промышленного применения. Опробование перечисленных выше способов обработки природ­ных формовочных песков показывает, что в отдельных случаях прочностные характеристики смесей, приготовленных из активи­рованных песков при прочих равных условиях возрастают на 15—20%.

 

 

 

21.Роль влаги в смеси, ее связь в формовочных материалов, прямые косвенные методы определения влажности

Влажность характеризует процентное содержание влаги в сме-

сях. Величина влажности определяет значение многих других

свойств смеси и оказывает прямое влияние на качество получаемых

отливок, например, при повышенной влажности смесей в отливках

могут возникать газовые раковины. В формовочных и стержневых

смесях различают следующие виды влаги: химически связанную, по-

верхностно-связанную и свободную.

Химически связанная влага входит в состав минеральных компо-

нентов смеси (песка и глины). При ее удалении в процессе высоко-

температурного воздействия на смесь первоначальные свойства ми-

неральных компонентов утрачиваются вследствие разрушения их

кристаллической решетки. Например, при нагреве песчано-глинис-

той смеси до температуры 300–700оС происходит необратимая де-

гидратация глины, сопровождаемая потерей ею связующих свойств.

Рис. 1.2. Виды влаги, удерживаемой на поверхности компонентов смеси:

1 – поверхностно-связанная; 2 – свободная; 3 – капиллярно-связанная;

4 – адсорбированная; 5 – жесткая

Поверхностно-связанная влага (рис. 1.2) подразделяется на капил-

лярно-связанную и адсорбированную. Адсорбированная влага удер-

живается на поверхности смеси электростатическими силами. Тол-

щина слоя влаги может доходить до 0,5⋅10-6м (0,5 мкм). Чем ближе

адсорбированная влага расположена к поверхности частички смеси,

тем больше она отличается по физическим свойствам от обычной

влаги. Например, влага, находящаяся непосредственно на поверх-

ности частички, толщиной в 3–4 молекулы воды, что составляет

примерно (8÷12) 10-10м (8–12 А), имеет точку кипения выше 100оС,

температуру затвердевания – ниже 0, а плотность – больше 1. Такую

влагу обычно называют “жесткой” или “нежидкой”. Более отдален-

ные поверхностные слои адсорбированной влаги по своим физиче-

ским свойствам приближаются к обычной капельно-жидкой воде.

Капиллярно-связанная влага удерживается на поверхности части-

чек смеси капиллярными силами. Свободная влага может быть уда-

лена из смеси под воздействием силы тяжести. Эта влага характерна

для сильно увлажненной смеси или регенерированного мокрым спо-

собом формовочного песка. Метод определения влаги формовочного песка

В соответствии с ГОСТ 29234.5–91 величину влажности смеси В (%)

определяют по изменению массы в процессе сушки навески смеси

при 105–110 до постоянной массы и подсчитывают по формуле B=(M-M1/m)*100

где М и М1 – масса смеси до и после сушки, г.

Определяют содержание только поверхностно-связанной и сво-

бодной влаги в смеси, адсорбированная влага удаляется лишь час-

тично, так как “жесткая” вода при этом не испаряется.

Пористость характеризуется отношением объема пустот (пор) к

общему объему смеси и выражается в процентах. Величина пористо-

сти смеси в основном определяет степень развития процессов про-

никновения жидкого металла или его оксидов в глубь формы, т. е.

вероятность возникновения пригара на поверхности смеси определя-

ется главным образом степенью уплотнения смеси и содержанием в

ней глины или других мелкозернистых добавок. Пористость уплот-

ненных формовочных смесей находится в пределах 25–50%.

Газопроницаемость является одним из важнейших свойств смеси

и характеризует способность ее пропускать газы. При недостаточной

газопроницаемости смеси затрудняются условия удаления газообраз-

ных продуктов из полости формы в процессе ее заливки. Газопрони-

цаемость смесей зависит от размера зерен формовочного песка, со-

держания в них мелкозернистых добавок, степени уплотнения и

влажности. По ГОСТ 29234.11–91 определение газопроницаемости смеси

производят путем пропускания воздуха через стандартный образец,

изготовленный из испытуемой смеси.

Газотворность характеризует способность смеси выделять газы

при нагреве до высоких температур (1250c)

Описание и выбор метода измерения влажности

Методы измерения-влажности принято делить на прямые и косвенные. В прямых методах производится непосредственное разделение влажного материала на сухое вещество и влагу. В косвенных методах измеряется другая величина, функционально связанная с влажностью материала. Косвенные методы требуют предварительной калибровки с целью установления зависимости между влажностью материала и измеряемой величиной.

5.2.1 Метод высушивания

Наиболее распространенным прямым методом является метод высушивания, заключающийся в воздушно-тепловой сушке образца материала до достижения равновесия с окружающей средой; это равновесие условно считается равноценным полному удалению влаги. На практике применяется высушивание до постоянного веса; чаще применяют так называемые ускоренные методы сушки

В первом случае сушку заканчивают, если два последовательных взвешивания исследуемого, образца дают одинаковые или весьма близкие результаты. Так как скорость сушки постепенно уменьшается, предполагается, что при этом удаляется почти вся влага, содержащаяся в образце.
Длительность определения этим методом составляет обычно от нескольких часов до суток и более. В ускоренных методах сушка ведется в течение определенного, значительно более короткого промежутка времени, при повышенной температуре (например, стандартный метод определения влажности зерна сушкой размолотой навески при +130°С в течение 40 мин). В последние годы для ускоренной сушки ряда материалов стали применять инфракрасные лучи, а в отдельных случаях—диэлектрический нагрев (токи высокой частоты).
Определению влажности твердых материалов высушиванием присущи следующие методические погрешности: а) При высушивании органических материалов наряду с потерей гигроскопической влаги происходит потеря летучих; одновременно при сушке в воздухе имеет, место поглощение кислорода вследствие окисления вещества. б) Прекращение сушки соответствует не полному удалению влаги, а равновесию между давлением водяных паров в материале и давлением водяных паров в воздухе. в) Удаление связанной влаги в коллоидных материалах невозможно без разрушения коллоидной частицы и не достигается