Типовые составы формовочных смесей для автоматических линий

Материал

Способ уплотнения

Состав смеси, %

Свойства смесей

Оборот­ная смесь

Квар­цевый песок

Бенто­нит

Уголь

Крах­малит

ПАВ

Влаж­ность, %

Проч­ность на сжатие, кПа

Газопроница- емость

Формуемость,  %

Уплотняемость, %

Текучесть, %

1

95,5–97,5

2–4

0,2–0,3

0,1– 0,2

0–0,05

0,01–0,03

3,4–3,8

60–90

100

75–80

40–45

70–75

Чугун

2

94,5–97

3–4

0,3–0,5

0,2–0,3

0,02–0,05

0,02–0,04

3,2–3,4

100–140

100

60–85

40–45

75

3

94–96,5

3–5

0,4–0,7

0,4–0,5

0,05–0,1

0,04–0,05

3,0–3,2

150–200

120

80–85

45

75–80

1

94,5–95,5

3–5

0,3–0,4

–

0–0,02

0,03–0,05

3,3–3,7

70–90

100

75–80

40–45

70–75

Сталь

2

94–96,5

4–5

0,4–0,6

–

0,02–0,05

0,03–0,07

3,2–3,5

100–140

100

80–85

40–45

75

3

93,2–95,5

4–6

0,5–0,7

–

0,04–0,1

0,05–0,07

3,0–3,2

150–200

120

80–85

45

75–80

Примечание.1 – при встряхивании с подпрессовкой; 2 и 3 – при прессовании под высоким давлением без уплотнения с предварительным уплотнением.

 

8.2. Песчано-жидкостекольные смеси

Песчано-жидкостекольные смеси широко применяются при единичном и серийном изготовлении форм и стержней. Одной из причин широкого использования этих смесей является возможность упрочнения форм и стержней без теплового воздействия. Упрочнение может быть осуществлено выдержкой на воздухе (подвяливание), продувкой углекислым газом, или введением в смесь химического реагента, вызывающего аналогично углекислому газу коагуляцию жидкого стекла. Второй причиной является то, что благодаря использованию тепловой сушки продолжительность процесса упрочнения этих смесей значительно меньше, чем песчано-глинистых. Третьей причиной широкого применения данных смесей можно считать относительно низкую стоимость жидкого стекла, простоту его изготовления и нетоксичность этих смесей.

Существенным недостатком песчано-жидкостекольных смесей явля­ется плохая выбиваемость и регенерируемость вследствие повышенной спекаемости жидкого стекла с формовочным песком, а также ограниченное использование отработанных смесей в связи с тем, что в приготовляемых смесях накапливается содержание оксида натрия Na₂О, который снижает огнеупорность смесей.

При изготовлении форм и стержней применяют два вида песчано-жидкостекольных смесей: пластичные и жидкие. Пластичные смеси применяют в качестве облицовочного слоя. Упрочнение готовых форм и стержней осуществляют воздушной сушкой – подвяливанием на воздухе в течение 2–8 ч; тепловой сушкой при температуре 220–250°С в течение 0,5–1 ч и химическим путем. При химическом упрочнении применяют продувку форм и стержней углекислым газом, вводя в смесь порошкообразные добавки феррохромового шлака или нефелинового шлама, а также жидкие добавки – ацетаты этиленгликоля (АЦЭГ) либо пропиленкарбонат. Время отверждения пластичных самотвердеющих смесей (ПСС) составляет около 40–60 мин, при этом смесь приобретает значение прочности на разрыв в пределах 0,07÷0,13 МПа (0,7÷1,3 кг/см²), а по прошествии более длительного времени прочность повышается до 0,7 МПа (7,0 кг/см²) и более.

Важное преимущество смесей с продувкой СО₂ и ПСС по сравнению с обычными способами изготовления форм и стержней состоит в том, что упрочнение смесей происходит в контакте с оснасткой, что повышает точность размеров отливок.

Состав и свойства песчано-жидкостекольных смесей приведены в табл. 8.6 и 8.7.

 

 

Таблица 8.6

Состав и свойства пластичных песчано-жидкостекольных смесей
для изготовления форм и стержней (СО₂-процесс)

Назначение смеси

Массовая доля составляющих, %

Свойства смеси

Кварцевый песок*

Формовочная глина

Асбестовая крошка

Каменноугольная пыль

Древесные опилки

Жидкое стекло

NaОН**

Битум***

Влажность, %

Газопроницае-  мость (не менее)

Прочность,10^5 Па (кгс/см^2)

на сжатие по-сырому

на разрыв после продувки СО2

Облицовочная для форм при стальном литье

92–96

4–5

–

0–3

–

5–7

0,5–1,5

–

3–3,5

100

0,1–0,3

2,0

Стержневая при стальном литье

95–97

–

3–5

–

–

4–6

0,5–1,0

0–2

3,5–4,0

150

0,1–0,2

3,5

Облицовочная для форм при чугунном литье

91–93

4–5

–

3–4

–

5–6

1,0–1,5

–

3,0–4,0

80

0,1–0,3

2,0

Стержневая при чугунном литье

95–97

–

3–5

–

–

4–5

0,5–1,0

2

3,5–4,0

120

0,1–0,2

3,0

Облицовочная при цвет­ном литье

92–96

4–5

–

0–3

4–5

0,5–1,5

–

3,0–4,0

60

0,1–0,2

2,0

Стержневая при цветном литье

90–99

0–5

–

–

1–5

3–5

0,5–1,0

0–2

3,5–4,0

80

0,1–0,2

2,5

Примечания:

*При изготовлении смесей для форм допускается замена части песка регенератом.

**В виде водного раствора плотностью 1,3 г/см³.

***В виде раствора в уайт-спирите плотностью 0,86–0,92 г/см³.

Таблица 8.7

Состав и свойства пластичных песчано-жидкостекольных самотвердеющих смесей
для изготовления форм и стержней (ПСС-процесс)

 

Назначение смеси

Массовая доля составляющих, %

Свойства смеси

Кварцевый песок*

Формовочная глина

Каменноугольная пыль

Асбестовая крошка

Жидкое с текло

NаОН**

Феррохромовый шлак

Влажность, %

Газопроницаемость (не менее)

Прочность, 10^5 Па (кгс/см^2)

на сжатие

на разрыв, после выдержки, ч

до введе­ния шлака

после введения шлака

1

2

3

Облицовочная для форм при стальном литье

96–58

2–4

–

–

6–8

0,5–1,5

4–6

3,5–4,0

120

0,12–0,15

0,2–0,4

0,8–1,2

1,5–1,8

2,3–2,8

Облицовочная для форм при чугунном литье

91–93

4–5

3–4

–

5–7

0,5–1,0

2–3

3,5–4,0

100

0,12– 0,15

0,2–0,3

0,7–1,0

1,3–1,6

2,0–2,5

Стержневая при стальном и чугунном литье

93–98

–

0–4

2–3

4–6

0,5–1,0

4–6

3,4–3,8

120

0,07–0,09

0,13– 0,16

1,0–1,3

1,5–2,0

2,5–3,0

 

Примечания:

* При изготовлении смесей для форм допускается замена части песка регенератом.

** В виде водного раствора плотностью 1,3 г/см³.

Пластичные самотвердеющие смеси (псс) приготовляют по двухстадийной технологии. Сначала делают базовую смесь состоящую из формовочного песка, глины, молотого угля, жидкого стекла и воды. Смесь высокопластичная, прочность на сжатие во влажном состоянии 0,015 МПа (0,15 кг/см²). На участке формовки в лопастном смесителе в базовую смесь вводят отвердитель – феррохромо­вый шлак или др. После перемешивания в течение 45–60 с готовая смесь подается в опоку и распределяется по поверхности как об­ли­цовочная. Жидкое стекло и отвердитель взаимодействуют во всем объеме смеси, в результате чего она затвердевает. После изготовления формы из нее сразу можно удалять модель, через 30 мин на поверхность формы можно наносить противопригарное покрытие, а через 4–6 ч заливать металлом.

Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС). Эти смеси имеют высокую текучесть, так как они подобно жидкости могут быть залиты в опоку или стержневой ящик. Другое важное свойство этих смесей – самозатвердевание. Их применяют при изготовлении средних и крупных по величине форм и стержней, так как в этом случае, ввиду отсутствия операции уплотнения смеси, их использование наиболее эффективно. Перевод в жидкое состояние достигается за счет введения в смесь добавок пенообразователей – поверхностно-активных веществ (ПАВ). Пузырьки пены разделяют зерна песка, уменьшают силы трения, что и придает смеси свойство текучести. Текучесть смеси можно изменять в зависимости от ее состава и времени
перемешивания. Время сохранения текучести также можно регулировать, оно составляет 9–10 мин. Смесь приобретает достаточную прочность через 20–30 мин. Газопроницаемость этих смесей может превышать 1000 ед., прочность на сжатие через 4 ч после заливки составляет 0,2–0,4 МПа (2–4 кг/см²). Применение ЖСС позволяет резко повысить производительность труда, исключить ручной труд при изготовлении форм и стержней, устранить энергоемкую операцию сушки, механизировать производство крупных отливок. Состав и свойства ЖСС, предназначенных для изготовления форм и стержней при стальном и чугуном литье, приведены в табл. 8.8.

 

Таблица 8.8

Состав и свойства жидких песчано-жидкостекольных самотвердеющих смесей
 для форм и стержней (ЖСС- процесс)

Назначение смеси

Массовая доля составляющих, %

Свойства смеси

Сухие состав­ляющие

Жидкая композиция

Влажность, %

Газопроницаемость после выдержки образцов, ч

Прочность на разрыв, 10^5 Па (кгс/см^2), после выдержки  образцов, ч

Кварцевый песок

Феррохромовый шлак

Каменноугольная пыль

Древесный пек

Жидкое стекло

NаОН*

РАС

1

2

3

5

24

1

2

3

5

24

Облицовочная для форм при стальном литье

96,0

4,0

–

–

7,0

0,3

0,12

5,0–6,0

–

80–100

100–200

200–300

300–500

1,5–2,0

2,0–3,0

3,0–6,0

6,0–8,0

8,0

Облицовочная для форм при чугунном литье

94,6

4,0

1,4

–

7,0

0,3

0,12

5,0–5,8

–

60–100

100–150

150–250

300–350

1,5–2,0

2,0–3,0

3,0–5,0

5,0–7,0

7,0

Наполнительная для форм

94,6

4,0

1,4

–

4,0

0,3

0,12

5,0–5,8

–

–

200

250–300

350–500

0,5–0,6

0,8–1,2

1,3–1,5

2,5–3,0

3,0–3,5

Стержневая

95,25

4,0

–

6,5

6,5

–

0,15–0,20

5,2–6,0

20–30

40–60

60–120

150–200

300–400

2

2,5

3,0

5,0

7,0

Примечание. * В виде водного раствора плотностью 1,3 г/см³.

Для придания ЖСС газопроницаемости применяют пеногасители (НЧК). НЧК – нейтрализованный черный контакт – 25%-й раствор аммонийных солей нефтяных сульфокислот нейтральной или слабощелочной реакции. Добавкой НЧК можно быстро восстановить газопроницаемость даже при низкой температуре (3–5°С) воздуха. Применение НЧК исключает необходимость сушки форм и стержней с целью восстановления газопроницаемости.

Песчано-жидкостекольные холоднотвердеющие смеси с жидкими отвердителями сложноэфирного типа (ацетаты этиленгликоля, пропиленкарбонат) обладают высокой сыпучестью и низкой прочностью в исходном (влажном) состоянии – не более 0,003 МПа при сжатии. Эти ХТС содержат 3,5–4,0% жидкого стекла, легко уплотняются вибрацией и вручную, позволяют получить широкий диапазон значений живучести, имеют высокую прочность и технологичны. Для приготовления смесей применяют жидкое стекло модуля 2,6÷3,0, плотностью 1,35 г/см³. Жидкие отвердители составляют 0,3–0,4%. Живучесть ХТС с жидкими отвердителями при 20°С составляет 6÷15 мин, прочность при сжатии, МПа через 1 ч – 0,5÷1,4; 2 ч – 1,0÷1,85; 4 ч – 1,6÷2,5; 24 ч – 2,5÷6,0. Осыпаемость смесей через 24 ч менее 0,1–0,2%. Газопроницаемость ХТС определяется в основном зерновым составом песка и составляет 150–200 ед.

Ввиду повышенной хрупкости в отвержденном состоянии, ХТС, отверждаемые жидкими отвердителями, применяются в основном для изготовления средних и крупных форм. Помимо хрупкости, к недостаткам этих смесей относятся:

- отставание в скорости отверждения внутренних слоев формы (стержня) по сравнению с внешними зонами;

- усадка при отверждении смеси в оснастке и зажим оснастки;

- затрудненная выбиваемость при нагреве смеси выше 700°С;

- более сложная регенерация и ограниченное повторное использование полученного регенерата (не более 50%).

 

8.3. Песчано-смоляные смеси

Связующими материалами в песчано-смоляных смесях являются синтетические смолы. Процесс твердения синтетических смол связан с переводом полимеров с низкой молекулярной массой в полимеры с высокой молекулярной массой. Процессы отверждения синтетических смол, в зависимости от структуры получаемых полимеров, называют полимеризацией или поликонденсацией. В зависимости от типа синтетических смол их твердение может происходить в присутствии катализаторов и без катализаторов, у которых отверждение достигается тепловым воздействием.

Песчано-смоляные смеси (ПСС) достаточно дорогие и поэтому применяются в основном для оболочковых форм и стержней. ПСС имеют ряд преимуществ перед песчано-жидкостекольными:

- легкое удаление стержней (они высыпаются при выбивке отливок из форм);

- высокая производительность процесса при времени контакта с горячей оснасткой от 15 до 60 с;

- возможность регенерации отработанных смесей.

 К недостаткам ПСС относят их токсичность – при заливке форм выделяются вредные вещества, такие, как фурфулол, формальдегид и др., поэтому в литейном цехе необходимо обеспечивать усиленную вентиляцию.

В литейном производстве применяют сыпучие, пластичные и жидкие песчано-смоляные смеси. Сыпучие смеси в исходном состоянии характеризуются отсутствием связи между зернами. Они применяются при изготовлении форм и стержней. Упрочнение смесей осуществляется с помощью тепловой обработки в два этапа: первый этап – в течение 20–30 с – в контакте с модельной или стержневой оснасткой, нагретой до 180–240°С; второй – в течение 1–4 мин – в печи с температурой рабочего пространства 350–450°С. При изготовлении сыпучих смесей используют термоактивные фенолоформальдегидные смолы (см. табл. 5.4). Применяют плакированные и неплакированные песчано-смоляные смеси. В плакированных смесях смола покрывает тонкой пленкой зерна формовочного песка. В табл. 8.9 приведены состав и свойства плакированных песчано-смоляных смесей.

Таблица 8.9

Состав и свойства сыпучих плакированных песчано-смоляных смесей
для изготовления оболочковых форм и стержней

Метод плакирования

Назначение смеси

Массовая доля составляющих, %

Прочность образцов пос­ле тепловой обработки, 10^5Па (кгс/см^2)

Кварцевый песок

Связующий материал

Добавки

Зерновая группа

Количество

Марка смолы

Количество

Растворитель*

Уротропин**

Борная кислота

Стеарт кальция

на изгиб

на разрыв

Холодный

Для стального и чугунного литья

016, 02

100

ПК–104

6,0

1,1–1,2

–

–

–

80–90

25–35

Для алюминиевого литья

01

100

ПК–104

5, 0

1,1–1,2

–

–

–

50–70

20–25

Для магниевого литья

01

100

ПК–104

5,0

1,1–1,2

–

0,5

–

50–70

20–25

Горячий

Для стального и чугунного литья

016, 02

100

СФ–015

4,0–6,0

–

0,4–6,0

–

0,1

80–90

25–35

 

Примечания:

* В качестве растворителя используется водно-спиртовой раствор (1:3).

** Вводится в виде 30%-го водного раствора.

Плакирование песчано-смоляных смесей может быть произведено горячим и холодным способами. При горячем способе плакирования смола переходит в жидкое состояние в смесителе под действием горячего песка. При интенсивном перемешивании смола обволакивает зерна формовочного песка и при последующем охлаждении и перемешивании застывает на зернах в виде тонкой пленки. После просеивания и окончательного охлаждения смесь хранится в коробах, откуда распределяется по стержневым автоматам.

При холодном плакировании перевод смолы в жидкое состояние происходит за счет растворения ее ацетоном или другими растворителями. При перемешивании смеси с одновременной продувкой через смеситель холодного воздуха растворитель испаряется и смола в виде тонкой пленки остается на зернах формовочного песка.

Плакирование позволяет получить смеси с высокими физико-меха­ни­ческими (на 25–30%) и технологическими свойствами. Для при­го­товления песчано-смоляных смесей применяют обогащенные квар­цевые пески с содержанием глинистой составляющей не более 0,5%, так как глина существенно увеличивает расход смолы, удорожает смесь и ухудшает ее свойства.

Пластичные песчано-смоляные смеси упрочняют как за счет введения добавок катализаторов, ускоряющих протекание реакций полимеризации смолы, так и тепловой обработки.

Песчано-смоляные смеси, твердение которых осуществляется за счет введения катализаторов, получили название - холодно­твердею­щие смеси (ХТС). Изготовленные из них стержни упрочняются непосредственно в стержневых ящиках и не требуют тепловой обработки.

В настоящее время наибольшее распространение получили ХТС, из которых изготовляют стержни различного класса сложности при единичном и серийном производстве отливок. При изготовлении ХТС применяют синтетические смолы, представленные в табл. 5.3. В качестве катализаторов при изготовлении ХТС наибольшее распространение получили бензосульфокислота (БСК) и ортофосфорная кислота (ОК). БСК используется в виде водного раствора плотностью (1200÷1250) кг/м³ в качестве катализатора для отверждения смол ОФ-1, ФФ-1Ф и др. ОК в виде водного раствора плотностью (1200÷1550) кг/м³ используется в качестве катализатора для отверждения смол КФ-90, УКС-Л и других смол карбамидофуранового класса. Состав и свойства пластичных песчано-смоляных ХТС, пред­назначенных для изготовления стержней, приведены в табл. 8.10.

Одной из разновидностей теплового метода упрочнения стержней, изготовленных из песчано-смоляных смесей, является их выдержка в нагретом до определенной температуры стержневом ящике. Этот метод называют процессом изготовления стержней в горячих ящиках. В зависимости от класса применяемых смол, температура нагрева ящика составляет от 220 до 280°С, а выдержка в нем стержня продолжается в течение 40–70 с. В горячих ящиках изготавливают в основном мелкие стержни сложной конфигурации в условиях массового производства.

Для изготовления смесей, упрочняемых в горячих ящиках, применяют следующие марки синтетических смол: смесь фенолоспирта с карбамидом, ФФ-1С, КФ-90 и некоторые другие.

Для ускорения процесса отверждения песчано-смоляных смесей в горячих ящиках используют водный раствор соляной кислоты, а также катализаторы ЛСФ, АМ и др. Катализатор ЛСФ представляет собой концентрат сульфитно-спиртовой барды, подкисленной ортофосфорной кислотой; применяется при использовании смолы КФ-90.

Состав и свойства пластичных песчано-смоляных смесей, предназначенных для изготовления стержней в горячих ящиках, приведены в табл. 8.11.

 

 

Таблица 8.10

Состав и свойства пластичных песчано-смоляных
самотвердеющих смесей для изготовления стержней

Назначение смеси

Массовая доля составляющих, %

Свойства смеси

Формовочный песок марок  (1-3) К(1-3) О2016

Связующий материал

Катализатор

Добавки

Газопроницаемость

Живучесть, мин

Время выдержки стержня в ящике, мин

Прочность на сжатие, 10^5 Па (кгс/см^2), после выдержки, ч

Марка смолы

Количество

Наименование

Количество

Наименование

Количество

1

4

24

Для стальных отливок

100

ФФ–1Ф

1,8–2,5

БСК

0,5–0,7

–

–

200–250

10–12

15–30

4–6

10–15

>35

100

ОФ–1

1,5–1,8

БСК

1,0–1,2

Силан (продукт 112–23)

0,05–2,0 от массы смолы

200–250

8–12

15–20

20–26

30–46

50–70

Для стальных и чугунных отливок

100

КФ–90

2,5–3,5

ок

0,5–0,7

–

–

200–250

5–10

10–15

8–10

25–30

30–40

Для чугунных отливок

100

КФ–40

2,0–3,5

ок

0,5–0,7

–

–

200–250

5–6

8–10

6–8

25–30

30–35

Для отливок из цветных сплавов

100

УКС–Л

2,5–3,5

ок

0,5–0,6

Фуриловый спирт

20–40 от массы смолы

150–200

3–5

6–8

7–9

20–27

30–35

 

 

Таблица 8.11

Состав и свойства пластичных песчано-смоляных смесей,
предназначенных для изготовления стержней в горячих ящиках

Назначение смеси

Массовая доля составляющих, %

Свойства смеси

Кварцевый песок

Связующий материал

Катализатор

Добавки

Влажность, %

Газопроницаемость

Время упрочнения

Прочность стан­дартных образцов, 10^5 Па (кгс/см^2)

Марка смолы

Количество

Наименование

Количество

Наименование

Количество

во влажном состоянии

после тепловой обработки

Для стальных и чугун­ных отливок

100

Фенолоспирт Карбамид

2,5 0,5

–

–

–

–

1,0–1,2

250–300

30–90

0,04–0,05

23–28

100

ФФ-1С

3,0–3,5

10%-й раствор соляной кислоты

0,3

Оксид железа

0,7

1,0

200

30–90

0,04–0,05

10–15

Для чу­гунных отли­вок

100

КФ-90

2,75

ЛСФ

0,7

Оксид железа

0,7

1,0

200

30–70

0,04–0,05

20–28

 

 

Жидкие смеси применяют для изготовления стержней, твердение которых осуществляется как за счет тепловой обработки, так и за счет введения катализатора. В качестве добавки, способствующей переводу смеси в жидкое состояние, применяют сульфонол НП-1. Состав и свойства жидкой песчано-смоляной смеси для изготовления стержней в горячих ящиках при чугунном литье приведены в
табл. 8.12.

При изготовлении жидких самотвердеющих смесей применяют синтетические смолы марок КФ-35, КФ-90 и МСФ-1.

В качестве пенообразователя в смесь вводят сульфонол НП-1, а в качестве катализатора – 70%-й раствор бензосульфокислоты (БСК).

Состав и свойства жидких песчано-смоляных самотвердеющих смесей для изготовления стержней приведены в табл. 8.13.

 

Таблица 8.12

Состав и свойства жидких песчано-смоляных и песчано-сульфитных смесей,
упрочняемых в горячих ящиках, для изготовления стержней при чугунном литье

Наименование смеси

Массовая доля составляющих, %

Свойства смеси

Время выдержки стержня в ящике, ч

Формовочный песок

Связующий материал

Пенообра- зователь

Вода

Живучесть, ч

Текучесть, мм

Прочность на срез, 10^5Па (кгс/см^2)

Марка

Количество

Наименование

Количество

Наименование

Количество

нагретых образцов

охлажденных образцов

Песчано-смоляная

(1-3) К(1-3) О2016

100

Смола М-70

3,0

Сульфонол НП-1

0,1

1,0

12

110

60

65

0,5–0,7

Песчано-сульфитная

(1-3)К(1-3) О302 (1-3)К(1-3) О30315

100

КБЖ Мочевина Феноло­- спирт

4,0 0,6 0,5–1,0

Сульфонол НП-1

0,4

1,0

20

120

50

90

0,7–1,0

Таблица 8.13

Состав и свойства жидких песчано-смоляных самотвердеющих смесей
для изготовления стержней при стальном, чугунном и цветном литье

Назначение смеси

Массовая доля составляющих, %

Свойства смеси

Кварцевый песок (1-3)К(1-3) О3  016

Связующий материал

Катализатор

Пенообразователь

Вода

Выдержка, ч

1

24

1

24

Марка смолы

Количество

Наименова- ние

Количество

Наименова- ние

Количество

Газопроница­емость

Прочность на сжатие, 10^5 Па (кгс/см^2)

Для стальных и чугун­ных отливок

100

МФС-1 или КФ-90

2–3

70%-й раствор БСК

0,8–1,0

Сульфонол НП-1

0,10–0,15

1,5–2,0

50–80

100–200

1,2–3,0

9–15

Для отли­вок из цветных сплавов

100

КФ-35

2–3

70%-й раствор БСК

0,8–1,0

Сульфонол НП-1

0,10–0,15

1,5–2,0

50–100

100–220

1,2–3,0

9–15

 

8.4. Песчано-сульфитные смеси

Данный тип смесей характеризуется тем, что в качестве связующего материала в них используют сульфитно-дрожжевую бражку СДБ в количестве 2–5%.

Основу СДБ составляют лигносульфонаты, и процесс твердения связывают с их поликонденсацией. Твердение данного типа смесей осуществляется за счет тепловой обработки или за счет введения добавок химических реагентов (окислителей), вызывающих поликонденсацию лигносульфонатов и самотвердение. При тепловой обработке процессу поликонденсации лигносульфонатов предшествует процесс возгонки растворителя (воды), содержащегося в связующем материале, который сопровождается резким сокращением объема связующего и возникновением в пленках на зернах песка микротрещин, вызывающих снижение прочности смеси. С целью предупреждения процесса образования микротрещин используют два способа. Первый способ основан на введении в смесь добавки пластификатора, который создает условия для устранения напряжений, вызывающих образование микротрещин. В качестве пластификатора используют техническую мочевину в количестве 12% от содержания связующего материала в смеси. Второй способ основан на введении в смесь мелкозернистых добавок, создающих каркас в пленках связующего, который разобщает их на мелкие зоны; при этом процессы, связанные с возгонкой растворителя в пленках связующего, протекают без значительных концентраций внутренних напряжений. В качестве такой добавки используют пылевидный кварц в соотношении к связующему материалу 1:1. При самотвердении смеси возгонки растворителя не происходит. В этом случае содержащаяся влага в связующем материале лишь локализуется (защемляется) пространственно-сетчатой структурой макромолекул лигносульфонатов. В качестве добавок, вызывающих самотвердение песчано-сульфитных смесей, используют хромовый ангидрид Сr₂O₃, бихроматы натрия и калия и персульфат аммония в количестве от 0,2 до 0,7% от массы смеси.

По сравнению с песчано-смоляными данный тип смесей экономичнее, так как в состав его входит недорогой и недефицитный связующий материал, а также менее токсичная упрочняющая добавка. Применяют пластичные и жидкие песчано-сульфитные смеси.

Пластичные смеси используются для изготовления мелких стержней, упрочняемых в горячих ящиках в условиях крупносерийного и массового производства, а также для изготовления самотвердеющих литейных форм и стержней взамен песчано-глинистых и песчано-жидкостекольных смесей при чугунном и стальном литье.

При изготовлении смесей, предназначенных для получения стерж­ней в горячих ящиках, помимо указанных выше добавок, в состав смеси вводят строительный гипс или мылонафт, которые повышают прочность стержней при извлечении из ящика, а также добавку поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ), снижающей гигроскопичность стержней.

Продолжительность твердения стержней в ящиках, нагретых до 230–280°С (толщина стенок изготовляемых стержней не должна превышать 30–40 мм), составляет 1,0–2,0 мин. Состав и свойства пластичных песчано-сульфитных смесей для изготовления стержней в горячих ящиках для чугунных и стальных отливок приведены в табл. 8.14.

При изготовлении самотвердеющих смесей в их состав в качестве отвердителя вводят добавку хромового ангидрида в виде водного раствора плотностью 1,3·10³ кг/м³, а также синтетических жирных кислот (СЖК), предотвращающих пенообразование в процессе приготовления смесей. Самотвердеющая смесь с добавкой СЖК относится к легкоуплотняемому виду, поэтому изготовление форм и стержней может быть осуществлено на вибростолах. Состав и свойства пластичной песчано-сульфитной самотвердеющей смеси для изготовления форм и стержней для чугунных и стальных отливок приведены в табл. 8.15.

 

Таблица 8.14

Состав и свойства пластичных песчано-сульфитных смесей,
упрочняемых в горячих ящиках для изготовления стержней при стальном и чугунном литье

Формовочный песок марок (1-3)К(1-3) О302, (1-3)К(1-3) О3016

Массовая доля составляющих, %

Свойства смеси

Связующие материал

Добавки

Влажность, %

Газопроницаемость

Прочность образцов, 10^5 Па (кгс/см^2)

Наименование

Количество

Мочевина

Гипс

Пылевидный кварц

Мылонафт*

ПВАЭ

влажных на сжатие

сухих на разрыв

сухих на разрыв после  24 ч

100

КБЖ

5

0,4–0,6

1,0

–

–

–

2,0

100–140

0,04–0,06

8–10

6,0

100

5

–

–

5

–

–

2,0

120–160

0,03–0,05

10–12

4,0

100

5

–

–

–

0,75

0,5

2,6

140–170

0,05–0,06

25–27

18,0

 

Примечание. * 10%-й водный раствор.

 

 

Таблица 8.15

Состав и свойства пластичных песчано-сульфитных
и жидких песчано-цементных самотвердеющих смесей
для изготовления форм и стержней при чугунном и стальном литье

Наимено- вание смеси

Массовая доля составляющих, %

Свойства смеси

Формовоч­­ный песок

Связующий материал

Пенообразо- ватель

Отвердитель

Добавки

Живучесть, мин

Текучесть, мм

Прочность на сжатие, 10^5 Па (кгс/см^2)

Марка

Количество

Наименование

Количество

Наименование

Количество

Наименование

Количество

Наименование

Количество

Выдержка, ч

1

24

Пласти­чная песчано-сульфитная

(1-2)К(1-2) О202 (1-2)К(1-2) О20315

100

КБЖ

2,0–3,0

–

–

Хромо­вый ангид- рид

0,15

сжк Вода

0,05 2,5–3,5

12–20

–

1,5–2,0

>7

Жидкая песчано-цементная

(1-2)К(1-2) О202 (1-2)К(1-2) О20315

100

Глинозе­мистый цемент марки 400–500

7,0–8,0

КБЖ (плот­ностью 1,15 г/см)

9,0–11,0

–

–

Хлори­стое железо

0,2–0,3

–

100

1,0–1,2

>7

 

Жидкие песчано-сульфитные смеси применяют для изготовления форм и стержней. Упрочняют их как за счет тепловой обработки, так и за счет введения в смесь химических реагентов, вызывающих самотвердение. При изготовлении смесей, предназначенных для получения стержней в горячих ящиках, в качестве добавки, способствующей переводу смеси в жидкое состояние, используют сульфонол НП-1, а для повышения прочности стержня при его извлечении из ящика – фенолоспирт. Продолжительность упрочнения стержней в ящике, нагретом до 300°С, составляет 1,0–1,5 мин. Состав и свойства жидкой песчано-сульфитной смеси для изготовления стержней в