Свойства типовых формовочных смесей и красок

 

Для выбора рационального состава смеси с целью получения качественной отливки А. А. Бречко сопоставил требования, предъявляемые к свойствам смесей, с реальными свойствами известных типовых смесей. Ввиду противоречивости литературных данных и наличия широких пределов варьирования составов смесей и красок, авторами были воспроизведены основные типы смесей и оценены их свойства.

Требуемые свойства смесей сформулированы в табл. 104, в которой они расположены в зависимости от характера дефекта. Если нет необходимости в установлении более жестких требований, то свойства не указывают. Состав и свойства основных наиболее распространенных типов сме­сей и красок по литературным данным приведены в табл. 105–108.

Сопоставление требований к смесям, обеспечивающих качество отли­вок, и их реальных свойств позволило установить следующее.

Песчано-глинистые смеси, несмотря на низкие технологические свойства в обычном состоянии, обладают высокой прочностью для изготов­ления форм крупных стальных отливок. Высокие термические расширения этих смесей нивелируются при использовании их в виде сравнительно тон­кого облицовочного слоя (30–50 мм). Последнее допустимо благодаря вы­сокой прочности этих смесей во влажном состоянии и большой живучести, что невозможно при использовании смесей других типов.

Жидкостекольные смеси пригодны для получения форм и отдельных крупных стержней, выполняющих роль открытых полостей отливок. Высо­кая остаточная прочность значительно ограничивает их применение; в то же время жидкостекольные, особенно жидкие смеси, обладают высокой по­датливостью, что позволяет значительно уменьшить термические напряже­ния в отливках.

Таблица 104

Заданные свойства смесей и противопригарных покрытий

 

Вид предупреждаемого дефекта	Свойства смесей и противопригарных покрытий, обеспечивающие предотвращение дефектов	Уровень свойств для отливок
1-й группы	2-й группы	3-й группы
Песчаные раковины, ужимины, обгар формы	Свойства в ненагретом состоянии:
1) смесей:
Предел прочности на сжатие, ×10^5, Па:
для стержней для форм			20–30 15–20
Осыпаемость, %:
смесей окрашиваемых смесей неокрашиваемых	0,2	0,2	0,2
Текучесть, %
Живучесть, мин:
для стержней для форм	10–12 15–20	15–20 20–25	25–30 25–35
Минимальная долговечность, сут:
для стержней
для форм
2) противопригарных покрытий:
седиментационная устойчивость (расслоение, близкое к нулю), ч	1–2	2–3	2–3
кроющая способность, мкм	0–10	0–100	0–100
сила сцепления со смесью, ×10^5, Па	1–2	1–2	2–3
предел прочности на разрыв, ×10^5, Па	1–2	2–3	3–5
Свойства смесей с противопригарным покрытием в нагретом состоянии и при взаимодействии с жидким металлом:
Термостойкость, с	60–80	80–120	До 400
Прочность на сжатие при 1 550 ^оС, ×10^5, Па	0,1	0,1	0,2
Эрозия, %
Образование ужимин, с	Свыше 300

Продолжение табл. 104

 

Вид предупреждаемого дефекта	Свойства смесей и противопригарных покрытий, обеспечивающие предотвращение дефектов	Уровень свойств для отливок
1-й группы	2-й группы	3-й группы
Пригар, просечки	Свойства смесей в ненагретом состоянии:
Пористость, %	Не более 30	Не более 20	Не более 15
Эффективный радиус пор, мкм	Не более 15	Не более 10	Не более 10
Горячие трещины	Свойства смесей в нагретом состоянии:
Теплоаккумулирующая способность, Вт/(ч^0,5×м^2×°С)	1 000–1 500	1 500–2 000	2 000–3 000
Термическое расширение, %	Не более 0,5	Не более 1	Не более 1
Чистота поверхности, баллы	3–4	4–5	5–6
Химическое взаимодействие с металлом	Отсутствует
Теплоаккумулирующая способность, Вт/(ч^0,5×м^2×°С)	Не менее 2500
Податливость при 600 ^оС, %	1–2	2–3
Газовые раковины	Газопроницаемость, усл.ед.:
для смеси для противопригарного покрытия	80–100	80–100	60–80
Газотворность смеси, см^3/г:
для форм для стержней	4–6	6–8 10–12	8–10 14–16
Нарушение геометрических размеров отливки	Прочность на сжатие при 600 ^оС, ×10^5, Па: для рядовых отливок для особо точных отливок	0,5	1,0	5,0
Спекание	Максимальная остаточная прочность стержней, ×10^5, Па, выполняющих роль:
открытых полостей	< 10	< 20	< 20
закрытых полостей	0–1,5	0–3,0	5,0

 

Таблица 105

Состав типовых смесей

Компоненты	Содержание компонентов, мас.ч. на 100 мас. % наполнителя, в смесях типов
I	II	III	IV	V	VI
Связующее:
Глина	15–20	–	–	–	–	–
Жидкое стекло	–	6–7	6–7	–	–	–
Смола БС-40	–	–	–	1,5–2,0	–	–
Смола ОФ-1Ф	–	–	–	–	2,0–2,5
Смола ФФ-1Ф	–	–	–	–	–	2,4–2,6
Отвердители:	–
Феррохромовый шлак	–	3–5	3–5	–	–	–
Бензосульфокислота	–	–	–	–	1,0–1,2	0,4–0,6
Ортофосфорная кислота	–	–	–	0,5–0,8	–	–
Добавки:
Вода техническая	5–6	1,5–2,0	–	–	–	–
Едкий натр (плотность 1,25 г/см^3)	–	–	0,5–0,9	–	–	–
Концентрат дрожжевой жидкий (плотность 1,1 г/см^3)	1,0	–	–	–	–	–
Аминосиланы (% от массы связующего)	–	–	–	0,3–1,0	0,5–1,0	–
ДР-РАС	–	0,1–0,15	–	–	–	–

Таблица 106

Свойства типовых смесей

Свойства	Наполнитель	Уровень свойств типовых смесей
песчано-глинистых (I)	жидкостекольных смоляных
жидких (II)	самотвердеющих (III)	карбамидно-фурановых (IV)	фенолформальдегидных (V)	фурановых (VI)
В нагретом состоянии:
Прочность на сжатие, ´10^5, Па	К	6–8	10–16	18–20
Осыпаемость, %	К	0,2–0,4	0,2–0,4	0,1–0,2	0,1–0,2	0,1–0,2	0,1
Текучесть, %	К			40–50	40–60	40–60
Живучесть, мин	К		20–30	20–30	10–15	15–20	15–25
Долговечность, сут	К		2–3				Не ограничена
Пористость, %	К	20–30	50–60	30–40	30–40	30–40	30–40
Газопроницаемость, усл.ед.	К	60–80		80–120	80–100	80–100	70–90
При высоких температурах и при взаимодействии с металлом:
Термостойкость, с (при прочности на сжатие, ´10^5, Па)	К Д Ц	Не ограничена			5–10 10–15 15–20	60–70 180–200 180–220	70–80 200–220 240–280
Эрозия на пробе, %	К Д Ц		– –				– –
Ужимины на пробе Баниша-Паттерсона, с	К	30–80			Не установлены
Теплоаккумулирующая способность, Вт/(с^0,5×м^2×град)	К Д Ц	1 260 – –	1 300 1 500 1 800	2 000 2 100 2 800	980–1 050 – –	1 200 1 470 1 820	1 200 1 400 1 820
Чистота поверхности, баллы	К Д Ц	5–6 – 4–5	6–7 –	4–5 3–4 2–3	5–6 – –	5–6 4–5 3–4	4–5 3–4 2–3

 

Продолжение табл. 106

 

Свойства	Наполнитель	Уровень свойств типовых смесей
песчано-глинистых (I)	жидкостекольных смоляных
жидких (II)	самотвердеющих (III)	карбамидно-фурановых (IV)	фенолформальдегидных (V)	фурановых (VI)
Податливость под нагрузкой, ×10^5 Па, %	К Д Ц	+1 +0,5	– –	–4 –3 –2	+1 –0,5	+1 –0,5	+1 –0,5
Газотворность, см^3/г	К	10–12	8–10	5–7	8–10	8–10	4–6
Предел прочности на сжатие при температуре 800 ^оС, ´10^5, Па	К Д Ц	6–10 6–10 6–10					2,5
Остаточная прочность, ´10^5, Па (после нагрева до 900 ^оС и охлаждения)	К Д Ц	3–4 4–5 6–8	20–30	20–30 30–40 40–60

 

^* К – кварцевый песок, Д – дистен-силлиманит, Ц – циркон

Таблица 107

Состав и свойства типовых водных паст и красок

для крупных стальных и чугунных отливок

 

Компоненты и свойства	Номер краски
Содержание компонентов, мас. %
Циркон	80,5	–	–
Дистен-силлиманит	–		56–60
Декстрин	1,5	–	–
Бентонит	2,0	1,5	2,5
ЛСТ	–	2,5	4,6–6,0
Мыло техническое	–	0,5	–
Вода		12,5
Свойства
Расслоение, %:
через 1 ч	10–12	5–8	5–6
через 4 ч	20–30	15–20	15–25
Прочность сцепления, ´10^5, Па	0,1–0,2	0,4–0,5	0,2–0,3
Плотность при использовании, г/см^3	1,80–1,85	1,45–1,55	1,40–1,45

 

Таблица 108

Состав и свойства типовых самовысыхающих красок

для крупных стальных и чугунных отливок

 

Компоненты и свойства	Номер краски
Содержание компонентов, мас. %
Циркон		–
Графит:
скрытокристаллический	–
кристаллический	–
Лак КО-0168
Свойства
Расслоение, %:
через 1 ч	10–15	12–16
через 4 ч	30–40	30–40
Прочность сцепления, ´10^5, Па	0,5	0,4
Плотность, г/см^3	1,85	1,20–1,22
Прочность при 1300 ^оС, ´10^5, Па	0,1	–

 

Для крупных стальных отливок целесообразно применять смоляные смеси с высокоогнеупорными наполнителями, обладающими небольшим термическим расширением и повышенной теплоаккумулирующей способностью. Учитывая высокую стоимость и дефицит этих наполнителей, смоляные смеси можно использовать только для особо сложных стержней, играющих роль внутренних замкнутых полостей отливок.

Известные смеси, особенно самотвердеющие, фактически удовлетворяют максимальным требованиям, гарантирующим получение отливок вы­сокого качества.

При использовании жидкостекольных смесей требуется снизить оста­точную прочность и повысить прочность при контакте с металлом до обра­зования корки затвердевшего металла.

Пластические свойства и прочность в нагретом состоянии смоляных смесей нужно повышать.

Среди самотвердеющих отсутствуют смеси, обладающие достаточной прочностью при температурах свыше 800 °С.

Самовысыхающие краски отличаются высокой прочностью в нагретом состоянии, но имеют низкие технологические свойства. При введении в их состав органических высокомолекулярных соединений удается не только повысить седиментационную устойчивость, но снизить противопригарные свойства, прежде всего огнеупорность. В зарубежной практике с этой целью применяют неорганические стабилизаторы – бентоны или различные патентованные добавки. В нашей стране для литейного производства эти материалы не выпускают.

Водные краски, выпускаемые централизованно в виде паст, обладают высокими технологическими свойствами, однако они не пригодны для по­лучения самотвердеющих смесей.

Анализ производственного опыта позволил С.С. Жуковскому класси­фицировать наиболее распространенные комбинации выполнения двухслой­ных форм – облицовочная и наполнительная смеси (табл. 109).

 

Таблица 109

Облицовочные и наполнительные смеси для форм

 

Облицовочная смесь, способ упрочнения	Способ формирования облицовочного слоя	Наполнительная смесь, способ ее упрочнения	Способ уплотнения
Песчано-смоляная, самозатвердевание	Свободная засыпка	Песчано-смоляная, самозатвердевание	Виброуплотнение
Жидкостекольная с двухкальциевым силикатом, самозатвердевание	Свободная засыпка или пескомет	Оборотная ПГС	Встряхивание или пескометное уплотнение
Жидкостекольная с цементом, самозатвердевание	Свободная засыпка	Жидкостекольная с цементом, самозатвердевание	Виброуплотнение
Жидкостекольная, продувка	Ручное уплотнение или свободная засыпка	Оборотная ПГС	Встряхивание или пескометное уплотнение
Жидкостекольная со сложным эфиром, самозатвердевание	Свободная засыпка	Жидкостекольная со сложным эфиром, самозатвердевание	Виброуплотнение
То же	То же	Оборотная ПГС, без сушки	Встряхивание или пескометное уплотнение
Жидкостекольная, тепловая сушка	Ручное уплотнение	Оборотная ПГС, сушка	То же

 

В настоящее время предстоит решить задачу по улучшению технологических свойств в ненагретом состоянии самовысыхающих красок, применяемых в производстве, при сохранении высоких противопригарных свойств.

В перечисленных направлениях ведутся разработки, результаты кото­рых публикуются в периодической специальной литературе, монографиях, информационных бюллетенях, описаниях патентов, диссертаций, отчетов.