|
К формовочным материалам относятся
все материалы, используемые для изготовления разовых форм и стержней.
Различают исходные формовочные материалы и формовочные смеси. Основными
исходными материалами являются песок и глина, вспомогательными — связующие
вещества и добавки. Кроме исходных материалов, для приготовления формовочных
смесей используют отработанные (бывшие в употреблении) смеси.
В зависимости от назначения различают формовочные и
стержневые смеси и вспомогательные составы. Правильный выбор смесей имеет
большое значение. Известно, что около половины брака отливок возникает из-за
низкого качества формовочных материалов и смесей.
Важнейшими свойствами смесей являются теплофизические,
механические, технологические свойства и свойства, определяющие газообмен.
1. Теплофизические свойства смесей определяют
скорость и последовательность затвердевания залитого в форму металла и режим
охлаждения отливки. Образование ряда дефектов в отливках (напряжений, трещин,
пригара, ужимин и др.) также связано с теплофизическими свойствами смесей.
Основными теплофизическими характеристиками смесей
являются их удельная теплоемкость с, теплопроводность Я,
температуропроводность а и коэффициент тепловой аккумуляции теплоты Ъ.
Значения этих характеристик для формовочных и стержневых смесей, применяемых
в литейном производстве, следующие: 1060ч-1980 Дж/(кг-К), К = 0,54ч-5,6
Вт/(м-Ю, а=(2,64ч- 7)« 10~7м2/с, Ъ = 9004-3700 Вт-с/-К).
Использование в составе смесей хромомагнезита, хромистого
железняка и цирконовых песков, а также повышение степени уплотнения смесей
или снижение их пористости увеличивает удельную теплоемкость,
теплопроводность и коэффициент тепловой аккумуляции теплоты.
2. Механические свойства смесей характеризуются их
прочностью, осыпаемостью, пластичностью и податливостью в уплотненном
состоянии. Литейные формы и стержни должны обладать определенной прочностью и
не разрушаться под воздействием собственного веса и различных нагрузок при
сборке и транспортировании. Во время заливки форма должна выдерживать
статическое и динамическое давления струи металла. Практическое значение
имеют пределы прочности смесей при сжатии, растяжении, срезе и изгибе.
Литейные формы можно заливать во влажном и высушенном
состояниях. В соответствии с этим и прочность смесей определяют на влажных и
сухих образцах. Прочность сырых смесей зависит главным образом от свойств
жидких и полужидких пленок, покрывающих зерна песка (воды, увлажненной глины,
растворов органических связующих, жидкогб стекла и др.). Прочностные свойства
зависят также от размеров, формы и однородности зерен песка. Предел прочности
при сжатии смесей в сыром, состоянии обычно составляет (0,2—0,8) 105 Па, а
после сушки он возрастает в 4 раза и более, что связано с упрочнением
поверхностных пленок связующих веществ.
Осыпаемость (поверхностная прочность) характеризует
способность формы или стержня сохранять свою конфигурацию под воздействием
струи металла, других усилий, возникающих, например, при транспортировании
или сборке формы. Осыпаемость может вызвать образование засоров, состоящих из
частиц формовочных материалов. Поверхностная прочность зависит от содержания
и качества глины или других связующих материалов, влажности смеси и режима
сушки формы и стержней. Длительное ожидание заливки приводит к увеличению
осыпаемости формы.
Пластичность — способность смеси передать форме (стержню)
точные очертания модели (стержневого ящика) под воздействием внешних сил и
сохранять принятую форму после удаления модели (стержневого ящика).
Пластичность зависит от состава смеси, ее влажности и способа приготовления,
размеров и формы зерен песка. Наибольшей пластичностью обладают смеси с
высоким содержанием глины.
Податливость — способность смеси сокращаться в объеме под
действием сжимающих усилий отливки во время усадки. При недостаточной
податливости в отливке возникают напряжения и трещины. Податливость связана с
прочностью смеси и потерей этой прочности при высоких температурах. Чем
больше пористость и пластичность смеси, тем выше ее податливость.
3. Свойствами, определяющими газообмен, являются
газопроницаемость и газотворность.
Во время заливки металла и последующего охлаждения отливки
в порах формы повышается газовое давление за счет нагрева и расширения
воздуха, испарения влаги, газификации и сгорания связующих материалов и
разложения кристаллогидратов, карбонатов и других нестойких минералов,
входящих в состав формовочных песков, глин и других материалов. Если к
моменту возникновения в форме высокого газового давления на поверхности
отливки не успела образоваться достаточно прочная корка затвердевшего
металла, а газы не имеют возможности свободно проходить через стенки формы,
то они устремляются в жидкий металл, образуя в затвердевающей отливке газовые
раковины. Способность смеси пропускать газы через толщу формы называется
газопроницаемостью. При достаточно ЕЫСОКОЙ газопроницаемости смеси газовые
дефекты в отливках не образуются.
Газопроницаемость смеси зависит от ее влажности, размеров
и однородности зерен песка, содержания глины, степени уплотнения смеси и
находится в пределах от 20 (алюминиевые и магниевые сплавы) до 120 (сталь,
чугун) единиц.
4. Технологические свойства смеси не характеризуют
физическими и химическими параметрами. Обычно их определяют экспериментально.
Текучесть — способность смеси под действием внешних сил
обтекать модели или заполнять полости стержневых ящиков. Хорошая текучесть
наблюдается, когда смесь перемещается не только в направлении приложенной
силы, но и в других направлениях, в том числе перпендикулярном. По всему
объему уплотняемой смеси должна достигаться наибольшая равномерность ее
плотности и прочности при минимальной затрате усилий. Вследствие низкой
текучести в форме могут образовываться рыхлоты, и прочность смеси будет
неоднородной. Текучесть зависит от природы и количества связующих и глины,
влажности смеси, размеров и формы зерен песка и методов приготовления смеси.
Гигроскопичность — способность смесей после сушки
поглощать влагу из окружающей атмосферы. Формы и стержни не должны быть
гигроскопичны. В противном случае, особенно при вынужденном выстаивании форм
в ожидании заливки металлом, они переувлажняются и теряют поверхностную
прочность, что ведет к образованию в отливках газовых раковин и засоров.
Выбиваемость — способность формовочных и стержневых смесей
свободно удаляться из отливки после ее охлаждения. Хорошая выбиваемость
обычно связана с потерей прочности связующего материала после завершения
формирования отливки.
Термсхимическая устойчивость — способность смеси не
оплавляться при соприкосновении с жидким металлом и не образовывать с ним и с
его оксидами химические соединения. При низкой термохимической устойчивости
на поверхности отливок образуется пригар в виде трудноотделимого
металлокерамического слоя.
|