Анализ методов улучшения жидкостекольных смесей (стр. 8 из 14)

Наименьший эффект будет получен при использовании водных растворов, например, мочевины (рис. 18, б).

1.6.Влияние хрупкой усадки

Результаты опытов (рис. 19) на отливках при разном отношении толщины стенок отливки к радиусу стержней показали, что второй максимум образуется примерно при 800° C, а те же смеси с добавкой 3% глины не достигли второго максимума даже при 1150° C(

). Аналогичные результаты были получены при введении в смеси химически чистого Al

,MgO, мела и боксита[10,11].

Рис.19.Работа, затраченная на выбивку из отливок стержней, продутых CO

и изготовлен-ных из смесей:

1 — кварцевого песка с 4% жидкого стекла;

2—кварцевого песка с 3% глины и 4% жидкого стекла.

Сопоставляя результаты испытаний образцов, не подвергавшихся действию жидкого металла, и образцов, заливавшихся металлом, можно заметить, что работа, затрачиваемая на выбивку стержней при температуре их нагрева, соответствующей второму максимуму или близкой к ней, в последнем случае в несколько раз выше, чем в первом. Основная причина этого заключается в том, что стержни, установленные в литейной форме, подвергаются не только нагреву, но и действию сил сжатия, проявляющихся при усадке отливок в процессе их остывания.

Чем тоньше зерновое строение наполнителя или специальной добавки, тем выше величина работы, затрачиваемой на выбивку стержней. С другой стороны, для более активного химического взаимодействия веществ их целесообразно применять в тонкоразмолотом виде.

Таким образом, специальные добавки, вводимые в смесь в тонкоизмельченном состоянии, обеспечивают значительное расширение температурного интервала первого максимума, но в зажимаемых местах стержней, прогревающихся до температуры второго максимума или близких к ней, величина работы, затрачиваемой на выбивку, остается значительной. Для снижения работы выбивки необходимо принимать дополнительные меры, к которым относится, например, обеспечение «хрупкой» усадки стержней при их охлаждении. Это может быть достигнуто принудительным охлаждением стержней воздухом или водой, ускоренной выбивкой отливок из форм, применением оболочковых стержней, двухслойных стержней с облегченной сердцевиной и др.

1.7.Влияние ускоренного охлаждения

Эффективность ускоренного охлаждения стержней видна из опытов, проведенных со смесью, содержавшей кварцевый песок, 5% жидкого стекла и 1 % NaOH[10].

Опыты (рис. 20) показали, что путем увеличения скорости охлаждения образцов,

предварительно нагретых до температуры образования второго максимума (800° С), можно примерно в 3 раза сократить величину А. Аналогичные результаты были получены при увеличении скорости охлаждения стержней, залитых металлом.

Здесь также трудоемкость выбивки стержней из отливок при применении методов ускоренного охлаждения сократилась примерно в 3 раза (рис. 21). Это подтверждает представления о когезионном типе разрушения смесей и влиянии на прочность стержней напряжений, возникающих в пленках при их охлаждении.

1.8.Влияние количества жидкого стекла

Из расчетов прочности смесей, известно, что при данном наполнителе и данном связующем материале в случае когезионного типа разрушения прочность смеси

Рис. 22. Работа, затраченная на выбивку стержней, высушенных при 200°C из стальных отливок: 1 — смесь с 8% жидкого стекла; 2— то же с 6%; 3 — то же с 4%.

будет непосредственно зависеть от количества введенного в нее связующего материала. Следовательно, чем больше жидкого стекла будет введено в смесь, тем труднее окажется выбивка стержней из отливок(рис.22).

Поэтому одним из действенных средств облегчения выбивки является максимальное (допустимое по другим технологическим показателям) снижение количества жидкого стекла в смеси.

1.9.Влияние модуля жидкого стекла

Изменение модуля стекла в пределах от 2.0 до 3.0 при незначительном изменении содержания Na

O в пределах 11,8—12.1 до 14,2—14,6% (ГОСТ 8264—56) мало влияет на условия выбивки стержней[11].

Существенное повышение модуля до 3,5 благоприятно сказывается на улучшении выбивки, но одновременно заметно ухудшаются технологические свойства смесей — пластичность, длительность сохранения физико-механических свойств, что значительно затрудняет использование смесей в производстве[6]. Поэтому более целесообразной является работа на жидком стекле низкого модуля (в пределах, предусмотренных ГОСТ 8264—56) с одновременным принятием мер для облегчения выбивки стержней в соответствии с приведенными выше положениями.

2.Улучшение выбиваемости жидкостекольных наливных самотвердеющих смесей

2.1.Изменение прочности НСС в зависимости

от температуры нагрева

Одним из недостатков жидкостекольных НСС, тормозящих их более широкое применение в литейных цехах, является плохая выбиваемость из отливок. Причина последней – образование при 600-800ºC легкоплавких силикатов, которые при охлаждении приводят к спеканию смеси и резкому повышению её прочности.

Для улучшения выбиваемости в смеси рекомендуют вводить различные добавки, однако надёжных критериев выбора этих добавок практически нет. Органические добавки чаще всего рекомендуют для улучшения выбиваемости смесей из чугунных отливок, а неорганических из стальных.

Для улучшения выбиваемости жидкостекольных НСС пытались вводить в них те же вещества, что и для улучшения выбиваемости обычных пластичных жидкостекольных смесей (уголь, графит, кокс, мазут, опилки, глину, мел, пульвербакелит и др.). Однако практика показала, что многие из этих веществ снижают текучесть, устойчивость пены и прочность НСС, а также ухудшают другие свойства НСС.

Таблица 4

Составы формовочных смесей, применяемых для исследования выбиваемости

Смесь

Состав, мас. ч.

Кварцевый песок

Феррохромо-

вый шлак

Жидкое стекло

Бентонит

Вода

ДС - РАС

Пластичная жидкостекольная

Пластичная самотвердеющая

НСС

Песчано-глинистая

100

―

0,07

―

В связи с этим изучена прочность смесей после нагревания и охлаждения[7]. Их состав приведён в табл. 4. Исследования показали, что при заливке чугуном технологических проб максимальная температура прогрева НСС в центре образца, т. е. на глубине 25 мм равна 800°C, а при заливке сталью – 1200°C. Поэтому добавки, снижающие прочность НСС после нагрева до 800°C, считались эффективными для чугунного литья, а после прогрева до 1200°C – для стального.

Выбиваемость НСС и пластичной самотвердеющей смеси (см. табл. 4), вследствие наличия в них шлака, значительно лучше, чем обычной жидкостекольной. Несколько лучшая выбиваемость НСС по сравнению с пластичными самотвердеющими смесями обусловлена большей пористостью НСС. Однако выбиваемость ее, особенно при нагреве свыше 700°C, хуже, чем у песчано-глинистых смесей.

Рис.23.Влияние температуры прогрева на прочность при сжатии различных смесей: 1-самотвердеющей; 2-обычной жидкост- кольной; 3-НСС; 4-песчано-глинистой.

Кривая прочности обычной жидкостекольной смеси (см. рис. 23, кривая 2) имеет два максимума и два минимума. Такие же данные получены исследователями ЦНИИТМаша. Кривые прочности пластичной жидкостекольной самотвердеющей смеси (кривая 1) и НСС (кривая 3) имеют три характерных участка: резкое снижение прочности при нагреве до 200°C, небольшое изменение при 200–600°C; значительное повышение при 600–1000°C и еще более высокое –при температуре выше 1000° С.