Анализ методов улучшения жидкостекольных смесей (стр. 5 из 14)

При охлаждении образца из образовавшегося расплава начинают выпадать избыточные кристаллы сначала тридимита, а при температурах ниже 870° C — кварца. Выпавшие твердые кристаллы в затвердевшем расплаве играют роль инородных включений — надрезов, нарушающих сплошность пленок и концентрирующих напряжения, возникающие при охлаждении образца до комнатной температуры.

Наконец, следует учесть, что чем энергичнее идет процесс растворения SiO

в расплаве, тем меньше становится относительное содержание в нем Na O.

Эти факторы являются основной причиной уменьшения работы, затрачиваемой на выбивку образцов при их предварительном нагреве до температур, превышающих 800° С. Естественно, что чем выше температура нагрева расплава, тем быстрее происходит растворение кремнезема и тем больше растворимость в расплаве. Следовательно, при охлаждении с более высоких температур расплав будет содержать относительно большее количество твердых инородных включений и сплошность силикатной пленки будет в большей степени нарушена, что будет приводить к дальнейшему уменьшению величины А.

Таким образом, после полного охлаждения пленка, склеившая зерна кварцевого песка, будет иметь не первоначальный состав, соответствующий, например, точке a на диаграмме состояния (рис. 6), а состав, в зависимости от температуры нагрева соответствующий, например, точкам б, в или г. С другой стороны, если образцы, один раз нагретые до 1200° C (точка б), вновь нагревать до 800, 1000 и 1200° C, то состав пленки останется неизменным. Следовательно, работа, затрачиваемая на выбивку вторично нагреваемых образцов, будет примерно одинаковой при всех температурах вплоть до 1200° C. Однако величина A должна быть ниже, чем при первом нагреве до 1200° C, так как при вторичных нагреве и охлаждении увеличиваются напряжения за счет модифицированных изменений кварца и возникающих термических напряжений. Подтверждение находим в опытах, приведенных на рис. 8.

Справедливость последней гипотезы подтверждается также опытами, при которых в качестве наполнителя вместо кварцевого песка был взят цирконовый. В этом случае не только не было обнаружено уменьшения прочности после

достижения температуры второго максимума, но, наоборот, при нагреве до более высоких температур (1400° С) прочность непрерывно возрастала.

Рис. 8. Работа, затраченная на выбивку образцов из смеси на жидком стекле: 1 — предварительно высушенных при 200° C; 2 — предварительно прокаленных при 120° С.

Одним из главных вопросов, имеющих основное значение для практического улучшения выбиваемости смесей, является максимальное расширение интервала первого минимума работы, затрачиваемой на выбивку стержней.

Выбором более сложных, например тройных систем с определенным соотношением компонентов, можно получить необходимую заданную температуру образования второго максимума.

Обратимся к диаграмме состояния системы Na

O—Al O —SiO (рис. 9). Расчет по соответствующей изотерме диаграммы состояния (рис. 9) показывает, что для получения второго максимума при 1400° C в смесь, содержащую 5% жидкого стекла, модуля 2,7 (SiO —31,6%; Na O—12.0%), необходимо добавить 0,97% Al O .

Соответствующие опыты, проведенные с введением в смесь, содержащую 5% жидкого стекла, дополнительно 3% химически чистого Al

O , количество которого по срав-нению с расчетным было значительно увеличено для более четкого выявления закономерности и ввиду возможного неполного усвоения

глинозема, подтвердили изложенные представления.

Рис. 9. Диаграмма состояния системы Na

O—Al

O

—SiO

.

Линия A—A соответствует сплавам, в которых модуль жидкого стекла равен 2.7.

Из опытов (рис. 10) видно, что при добавке Al

O второй максимум, в соответствии с расчетными данными, «передвинулся» с 800 до 1400° С. При этом интервал первого минимума увеличился с 400—600 до 600—1200° C. Кроме того, величина второго максимума при добавлении в смесь Al O также заметно уменьшилась, что объясняется появлением на зернах наполнителя инертного слоя, непрореагировавшего с силикатом натрия глинозема, значительно снизившего адгезию пленок, а также, возможно, меньшей прочностью алюмосиликатов натрия. Исходные свойства смеси при добавлении глинозема изменились незначительно. При содержании 5% жидкого стекла и 3% Al O смесь после продувки CO имела предел прочности при сжатии 11.0 кГ/см ², что вполне удовлетворяет технологическим требованиям.

1.4.Влияние неорганических добавок

1.4.1.Влияние глины

Одной из наиболее распространенных добавок, вводимых в формовочные смеси для улучшения выбиваемости, в том числе в смеси с жидким стеклом, является глина. В проведенных опытах она содержала 27% Al

O . Расчёт показывает, что для образования второго максимума при 1200º C в смесь необходимо ввести 3,0% глины (0,81% Al O ); при дальнейшем увеличении глины максимум соответственно будет перемещаться вправо и составлять 1300 и 1400º C.

Как видно из диаграммы состояния, изменением модуля стекла и введением в смеси надлежащего количества Al

O могут быть выбраны силикатные системы, обеспечивающие получение второго максисума при 1500, 1600º C и более высоких температурах.

Рис.11.Работа, затраченная на выбивку образцов из смесей:

а —без глины; б—3% глины; в — 5% глины; г — 9% глины.

Результаты опытов показывают совпадение экспериментальных данных с расчетными (рис. 11). Они подтверждают также целесообразность введения в смеси с жидким стеклом глины и дают удовлетворительное объяснение эффективности ее действия как средства, существенно облегчающего выбивку стержней из отливок. Отметим, что при перемещении второго максимума вправо работа, затраченная на выбивку образцов, нагретых до температуры второго максимума, снижается в несколько раз (рис. 11). При значительном содержании в смесях глины (более 5%) хотя и резко облегчается выбивка стержней, однако исходная прочность оказывается низкой, что затрудняет практическое использование этих смесей.

Для улучшения исходных свойств целесообразно заменить глину веществом, не способным вступать в ионогенное взаимодействие с жидким стеклом и содержащим большое количество Al

O .