технология литейного производства

Смеси для форм чугунных и стальных отливок, заливаемых по-сухому

Таблица 34

Смесь

Состав смеси, масс. ч

Состав смеси

обо-

квар-

глина

бен-

противопри-

технологиче-

прочность на

газопро-

влаж-

прочность на

ротная

цевый

низко-

тонит

гарные до-

ские добавки

сжатие во

ницае-

ность,

разрыв в су-

смесь

песок

сорт-

бавки

влажном со-

мость.

%

хом состоя-

ная

стоянии, кПа

ед.

нии, кПа

30-90

10-70

-

2-6

уголь, кокс до

опилки до 5

40-60

более 30

4,5-7

100-200

Для круп-

3, ЛП до 1,5

уголь, кокс до

опилки 3-10,

ных чугун-

30-50

50-70

5-15

-

30-60

более 50

5-9

100-200

5, ЛП до 3

СДБ до 3

ных отливок

40-70

30-60

4-7

2-4

уголь, кокс

опилки, асбест

50-60

более 60

5-8

150-250

до 4

2-4, СДБ до 2

Для круп-

20-50

50-80

5-10

-

асбестовая

СДБ до 3

30-50

более 60

5-8

250-350

ных сталь-

40-60

40-60

4-7

2-4

крошка 4-5

СДБ до 2

50-60

более 60

5-7

250-350

ных отливок

151

Стержневые смеси для изготовления стержней в нагреваемой оснаст-

ке. Основой таких смесей являются сухие кварцевые пески классов 1К, 2К зернистостью 02 или 01, 016 с содержанием глины не более 0,5 %. Водород- ный показатель песка (рН) не превышает 7.

Таблица 35

Классификация стержней по сложности

Класс	Внешний вид	Особенности стержня
сложности
		Сложной конфигурации с очень тонкими сече-
		ниями; омываемые жидким металлом по всей по-
		верхности, за исключением небольшого количе-
I		ства знаков; образуют в отливках необрабатывае-
		мые полости, к поверхностям которых предъяв-
		ляются повышенные требования. При заливке
		подвергаются сильному тепловому воздействию
		Сложной конфигурации, но с более развитыми
		знаками по сравнению сл стержнями I класса. На-
		ряду с массивными частями имеют очень тонкие
II		выступы и переходы, образующие в отливке не-
		обрабатываемые каналы и полости, к поверхно-
		стям которых предъявляются повышенные требо-
		вания
		Средней сложности, не имеют особо тонких час-
		тей и переходов, опирающихся на большие знаки,
III		образуют в отливках полости, легко доступные
		для осмотра и механической обработки. К литым
		поверхностям полостей предъявляются повы-
		шенные требования
		Простой конфигурации, образуют в отливках
		внутренние обрабатываемые и необрабатываемые
		поверхности, а также внешние поднутрения сред-
IV		ней и невысокой сложности. Упрочняются про-
		волочными и литыми каркасами. Газ от стержня
		во время заливки и от каркасов при очистке уда-
		ляется свободно
		Массивные, простой конфигурации, образуют
V		большие полости внутри отливок и на их внеш-
		них поверхностях. В основном упрочняются ли-
		тыми каркасами

В качестве связующих используют различные синтетические смолы, отверждающиеся в горячей оснастке. Улучшение технологических свойств смесей достигается введением различных добавок. Для изготовления стерж- ней в горячих ящиках используют два вида смесей: сухие и сырые.

152

Сухие песчано-смоляные смеси разделяют на механические и плакиро- ванные. Механические смеси представляют собой механическую смесь песка, порошкообразного связующего и различных добавок. Сухие песчано-

смоляные смеси используют только при бункерном способе формирования оболочковых (полых) стержней, где смесь обращается в закрытом объеме.

Плакированные смеси представляют собой сухой зернистый материал, зерна которого покрыты пленкой, включающей связующее и различные до- бавки. Для нанесения пленки на зерна песка применяют холодный, теплый и горячий способы плакирования. Плакированные смеси обладают высокой те- кучестью и не расслаиваются при любом способе формообразования, в том числе и пескодувном. Их приготовляют из компонентов, приведенных в табл. 36 [10].

Смеси для форм и стержней, отверждаемых без нагрева. Получение форм и стержней, отверждаемых без применения печной сушки, обеспечива- ют смеси для СО2-процесса, пластичные самотвердеющие смеси (ПСС), на- ливные самотвердеющие смеси (НСС) и холоднотвердеющие смеси (ХТС).

Смеси для СО2-процесса включают в качестве связующего жидкое стекло. Отверждение смесей происходит при продувке углекислым газом. При этом протекает химическая реакция, в результате которой жидкое стекло необратимо коагулирует с выделением кремнегеля.

Используют пески (ГОСТ 2138-91) класса 1К или 2К зерновой группы 0315, 02. По содержанию глинистых составляющих к пескам особые требова- ния не предъявляются, ток как жидкое стекло хорошо сочетается с глиной.

Во многие жидкостекольные смеси специально добавляют глину для повышения прочности во влажном состоянии и улучшения выбиваемости по- сле заливки. Можно использовать любые другие огнеупорные зернистые на- полнители. Применяют молотую каолиновую или бентонитовую формовоч- ную глину (ГОСТ 3226-90). Можно использовать среднесвязующие глины со средним содержанием вредных примесей. Основным связующим материалом являются жидкие содовые или содовосульфатные стекла. Используется также калиевое жидкое стекло. Каустическую соду (едкий натр) вводят обычно в смесь для регулирования величины модуля жидкого стекла. Величина модуля определяет живучесть смеси.

При изготовлении крупных литейных форм и стержней, особенно при формовке по шаблонам, модуль жидкого стекла следует снижать до 2,0-2,3.

По требованиям техники безопасности каустическую соду вводят в смесь в виде водного раствора 10-20 %-ной концентрации.

Смеси для СО2-процесса используют для изготовления стержней (табл. 37), а также в качестве облицовочных при изготовлении форм (табл. 38). Различие в составах смесей состоит в том, что в стержневых сме- сях чаще и в большем количестве применяют разупрочняющие добавки.

153

Примерный состав сухих песчано-смоляных смесей для изготовления оболочковых														Таблица 36
	форм и стержней пескодувным или бункерным способом
Компоненты						Состав смеси, % по массе
	для углеро-		для специ-			для чугунов						для сплавов
	дистой стали		альных		ковкого			серого		медных		алюминиевых		магниевых
			сплавов
	1	2	1	2	1		2	1	2	1	2	1	2	1
Кварцевый песок:
1К02А/Б	100	80	70	80	70		100	70	70	70	70	70	70	70
1К01А/Б	-	-	30	20	30		-	30	30	30	30	30	30	30
Добавки (сверх 100 %):
связующие СФ	4	5	6	5,5	5		5,5	-	5	6	7	4	5	5
пропитанная бентонитовая глина	-	-	-	2	-		2	-	2	2	4	-	-	-
окись железа	0,75	-	1,5	-	1		1,5	-	0,75	-	-	-	-	-
пропитанная древесная мука	-	-	-	-	-		-	-	-	-	-	0,5	2	2
стеарат кальция	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05		0,05	0,15	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
фторборат аммония	-	-	-	-	-		-	0,15	-	-	-	-	-	1,5

Примечание. Смесь №1 для серого чугуна содержит 0,6 % уротропина и 4,5 % смолы СФ-010 и СФ-015, 0,15 % борной кислоты; смесь №2 для углеродистых сталей – 20 % карбоната кальция, смесь 2 для специальных сплавов – 0,75 % двуокиси марганца.

154

		Стержневые быстротвердеющие смеси для СО2-процесса										Таблица 37
№	Назначение смеси		Состав смеси, % по массе						Физико-механические свойства
сме-		квар-		гли-	жид-	10 %-	ма-	газо-	предел прочности, МПа				влаж-
си		цевый		на	кое	ный	зут	прони-	на сжатие	на растя-	на рас-		ность,
		песок			стекло	раствор		цае-	во влаж-	жение по-	тяжение		%
						едкого		мость,	ном со-	сле теп-	после
						натра		ед., не	стоянии	ловой	продувки
								менее		сушки	СО2
	Изготовление стержней ме-
1	ханизированными способа-	100		-	4,0-5,5	0,5-1,5	0,5	120	0,004-0,007	1,0-1,5	0,20-0,30		3,0
	ми для стальных и чугун-
	ных отливок
	Изготовление стержней с
2	повышенной податливо-	94-97		3-5	4,5-6,0	0,5-1,5	-	80	0,012-0,030	0,8-1,2	0,10-0,25		3,0-4,5
	стью для отливок из стали,
	чугуна и цветных сплавов
	Изготовление стержней с
3	облегченной выбиваемо-	100		-	4,0-5,0	1,0	-	80	0,005-0,007	0,5	0,18-0,22		3,3-4,2
	стью для отливок из стали
4	То же для отливок из чугу-	100		-	5,0	-	-	120	0,010-0,015	0,5-0,8	0,15-0,20		2,8-3,0
	на
5	То же для отливок из стали	50-70		-	5,0-6,0	0,5-1,5	0,5	80	0,012-0,025	0,8-1,0	0,20-0,30		3,5-4,5
	и чугуна

Примечание. Кроме компонентов, указанных в таблице, смеси содержат: №2 – 1,5 % древесных опилок, 3 % боксита; №4 – 5 % асбестовой крошки; №5 – 30-50 % оборотной смеси. Жидкое стекло, раствор едкого натра, древесные опилки, асбестовую крошку и мазут добавляют сверх 100 %.

155

Таблица 38

Облицовочные быстротвердеющие смеси для СО2-процесса

	Отливки			Состав смеси, % по массе							Физико-механические свойства
		обо-	квар-	пыле	гли-	жид-	10 %-	ка-	ма-	газо-	предел прочности, МПа			влаж-
		рот-	це-	вид-	на	кое	ный	мен	зут	прони-	на сжатие	на растя-	на рас-	ность,
		ная	вый	ный		стекло	рас-	ный		цае-		жение по-	тяжение	%
		смесь	песок	кварц			твор	угол		мость,		сле теп-	после
							едкого	ь		ед., не		ловой	продувки
							натра			менее		сушки	СО2
	Мелкие чугун-	30-50	47-65	-	3-5	4-6	1,0-1,5	4-6	0,5	80	0,022-	0,5	0,2	3,0-4,0
	ные										0,030
	Стальные при
	повышенных										0,020-
	требованиях к	-	81-89	10-15	1-4	4-6	1,0-1,5	-	0,5	70		0,6	0,2	3,0-4,5
											0,040
	качеству по-
	верхности
	Стальные и чу-	21-30	67-74	-	3-5	4-6	1,5	-	0,5	80	0,020-	0,6	0,2	3,0-4,0
	гунные										0,035
	Из цветных	30-50	47-65	-	3-5	4-6	1,0-1,5	-	0,5	50	0,020-	0,6	0,2	3,0-4,0
	сплавов										0,040

156

Наливные самотвердеющие смеси (НСС) «наливают» в опоки и стерж- невые ящики и не требуют уплотнения. Высокая текучесть смеси достигается тем, что в НСС вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ), образующие мелкие пузырьки пены. Они снижают силы трения между отдельными зерна- ми наполнителя и способствуют их легкому перемещению под влиянием си- лы тяжести.

Свежий песок можно частично заменять регенерированным при содер- жании в нем не более 1 % глинистых составляющих. Повышенное содержа- ние глинистых и пылевидных фракций в песке приводит к резкому ухудше- нию текучести НСС вследствие большой водопоглощающей способности.

НСС с жидким стеклом. Температура песка не должна превышать 30 оС. Если песок имеет более высокую температуру, то текучесть смеси и устойчи- вость пены снижаются, повышается осыпаемость.

В качестве отвердителя используют феррохромовый шлак и нефелино- вый шлам. Пенообразователями служат ДС-РАС, контакт Петрова, некаль, НРВ и другие ПАВ. Для регулирования устойчивости пены используют ста- билизаторы пены и пеногасители.

Большие колебания температур в течение года влияют на текучесть смеси, продолжительность отверждения и устойчивость пены. Стабильность свойств НСС при различных температурах окружающей среды поддержива- ют, корректирую состав смеси. В летнее время количество ПАВ и отвердите- ля снижают, а количество стабилизатора пены повышают. НСС отличаются высокой пористостью, что вызывает необходимость тщательной окраски форм и стержней. Плотность отвержденной НСС зависит от высоты столба смеси и находится в пределах 1250-1400 кг/м3.

НСС, благодаря высокой пористости, выбивается несколько лучше, чем смеси, отверждаемые газом СО2 или ПСС. Для улучшения выбиваемости НСС используют органические разупрочняющие добавки, используемые в смесях для СО2-процесса и в ПСС. Большинство их ухудшают текучесть и прочность смеси.

Цементные НСС. Существенными недостатками цементных НСС явля- ются длительное отверждение смеси в оснастке и медленное упрочнение. Вследствие повешенного содержания цемента в смеси (8-10 %) формы и стержни необходимо подсушивать.

Интенсифицировать процесс твердения цементных НСС позволяет применение сильных ускорителей твердения цементов – алюминатов, карбо- натов и гексаметафосфата натрия, дополнительного помола цемента до удельной поверхности 4500 см2/г (исходная удельная поверхность около 2550 см2/г) с одновременным введением ускорителей твердения [10].

Холоднотвердеющие смеси на карбамидно-фурановых смолах приме- няют в основном для получения отливок из чугуна. С увеличением содержа- ния фурилового спирта термостойкость и конечная прочность смесей возрас- тают. При этом также увеличивается продолжительность отверждения стерж-

157

ней в оснастке. Поэтому большинство смесей на карбамидно-фурановых смо- лах с нормальным циклом отверждения используют в индивидуальном и мел- косерийном производстве, где допустима выдержка стержней в оснастке в те- чение 30-40 мин.

Холоднотвердеющие смеси на феноло-формальдегидных смолах при- меняют для получения отливок из чугуна и стали. Скорость отверждения сме- сей на смоле ОФ-1 может быть резко повышена, если применить безводные катализаторы.

Смеси, содержащие смолу ОФ-1, модифицированную силоном марки 112-23, и безводный катализатор НТ отверждаются за 30-40 с. Они пригодны для использования в массовом производстве мелких стержней при изготовле- нии чугунных и стальных отливок.

Требования к смесям, свойства и методы контроля.

Общие свойства. Влажность формовочных смесей регламентируется ГОСТ 23409.5-78. Она определяет уровень многих общих, технологических и рабочих свойств смесей. При недостаточном содержании влаги снижаются прочностные свойства смеси, и увеличивается ее осыпаемость. Повышенное содержание влаги также приводит к снижению прочности смесей и к увели- чению их газотворности. При формовке по-сырому для смесей, уплотняемых прессованием, рекомендуется влажность 3-4 %. Для смесей, уплотняемых встряхиванием и применяемых при ручной формовке влажность обычно со-

ставляет 4,5-6,0 %.

Насыпную плотность формовочных смесей определяют по ГОСТ 23409.13-78. Повышение насыпной плотности способствует выравни- ванию плотности по объему формы. Для песчано-глинистых смесей, уплот- няемых прессованием, рекомендуется насыпная плотность 900-1000 кг/м3, для уплотняемых встряхиванием и применяемых при ручной формовке –

650-920 кг/м3.

Химический состав смесей регламентируется ГОСТ 23409.1-78 и ГОСТ 23409.4-78. Содержание окислов СаО, MgO, Fe2O3, Al2O3, TiO2 харак- теризует свойства смеси как огнеупорного материала и способность к хими- ческим превращениям при нагревании. При пониженном содержании вред- ных примесей снижается пригар на отливках.

Концентрация водородных ионов рН смеси определяется по ГОСТ 23409.22-78. Она оказывает влияние на взаимодействие с жидким ме- таллом и образование дефектов на литой поверхности. Снижение рН песчано- глинистых смесей ниже 7,5 вызывает уменьшение активности бентонитовой глины и снижение прочности смеси.

Минералогический состав смесей определяют по ГОСТ 3594-62. Он по-

зволяет выявить природу примесей и ориентировочно судить о пригодности смесей для литейного производства.

Технологические свойства. Уплотняемость устанавливается ГОСТ 23409.13-78. Она зависит от влажности, содержания глины, размеров и

158

формы зерен леска. Повышение уплотняемости вызывает вздутие сырых форм. При низкой уплотняемости повышаются осыпаемость форм, брак по раковинам и другим дефектам поверхности отливок. При формовке по- сырому для автоматических линий рекомендуется уплотняемость песчано- глинистых смесей в пределах 35-45 %, для машинной и ручной формовки –

40-45 %.

Формуемость смесей регламентируется ГОСТ 23409.15-78. Она харак- теризует вязкость (сыпучесть) смесей в неуплотненном состоянии. Формуе- мость зависит от влажности смеси. При оптимальной формуемости (70-80 %) обеспечивается равномерная предварительная плотность по объему формы. Сыпучесть сухих песчано-смоляных смесей определяют с помощью стеклян- ной воронки с выходным отверстием 7 мм.

Осыпаемость смесей определяется ГОСТ 23409.9-78. Она зависит от со- става смеси и степени ее уплотнения. Высокая осыпаемость песчано-

глинистых смесей наблюдается при недостатке влаги или низком качестве глины. В стержневых смесях, отверждаемых тепловой сушкой, повышенная осыпаемость наблюдается при использовании некачественного связующего, при недостаточном его количестве или пережоге в процессе сушки. В смесях для СО2-процесса повышенная осыпаемость возникает в случае избыточной продувки газом. Повышенная осыпаемость затрудняет сборку форм, вызыва- ет их размыв и появление песчаных раковин и пригара. Осыпаемость смесей не должна превышать 0,5 %. Она характеризует способность смеси к перете- канию при различных технологических операциях: при перемешивании со- ставляющих, заполнении технологических емкостей и уплотнении.

Текучесть при динамическом и статическом уплотнении определяется соответственно по ГОСТ 23409.11-78 и ГОСТ 23409.17-78. Текучесть предо- пределяет способ приготовления и уплотнения смесей. Высокотекучие песча- но-глинистые смеси обладают текучестью при статическом уплотнении 75-80 %, среднетекучие – при 70 %. Подвижность наливных самотвердеющих смесей устанавливают по ГОСТ 23409.25-78.

Гигроскопичность формовочных и стержневых смесей регламен- тируется ГОСТ 23409.10-78. Она зависит от их состава и в основном опреде- ляется свойствами связующих материалов. При повышенной гигроскопично- сти смесей увеличиваются осыпаемость форм и стержней, брак отливок по песчаным и газовым раковинам.

Предел прочности на сжатие во влажном состоянии определяется по ГОСТ 23409.7-78. Испытаниями на сжатие во влажном состоянии подвергают песчано-глинистые и некоторые стержневые смеси до отверждения. Предел прочности песчано-глинистых смесей во влажном состоянии зависит от со- держания активной глины, влажности, зернового состава и степени уплот- нения. Недостаточная прочность вызывает разупрочнение форм, их деформа- цию и ухудшение качества литой поверхности. Предел прочности на сжатие во влажном состоянии наполнительной песчано-глинистой смеси составляет

159

0,025-0,040 МПа; единой для машинной и ручной формовки – 0,05-0,08 МПа; единой для автоматических линий – 0,15-0,22 МПа (верхний предел прочно- сти относится к смесям для безопочной формовки). Недостаточная прочность стержневых смесей до отверждения затрудняет изготовление стержней и при- водит к потере размеров вследствие осадки. Определяя нарастание прочности на сжатие, оценивают продолжительность отверждення холодно-твердеющих смесей.

Предел прочности на растяжение смесей во влажном состоянии уста- навливается ГОСТ 23409.7-78. Недостаточная прочность смеси на растяжение приводит к разрушению форм при извлечении моделей, транспортировке и сборке форм, что существенно отражается на надежности работы автоматиче- ских линий, предел прочности на растяжение для машинной формовки и ав- томатических линий следует поддерживать в пределах 0,012-0,035 МПа. Пре- дел прочности на растяжение определяется при контроле качества песчано- глинистых смесей для формовки по-сырому.

Предел прочности на сжатие и растяжение смесей в отвержденном со- стоянии регламентируется ГОСТ 23409.7-78. Его определяют для контроля качества различных формовочных и стержневых смесей, отверждаемых теп- ловой сушкой, смесей для СО2-процесса, горячей оснастки и холоднотвер- деющих смесей. Недостаточная прочность смесей вызывает повышенную осыпаемость и разрушение форм и стержней. При повышенной прочности снижается податливость форм и стержней, в отливках могут появляться тре- щины.

Прилипаемость смеси к модельной оснастке, ухудшает качество по- верхности форм и стержней, увеличивает шероховатость литой поверхности, вызывает обрывы выступающих частей форм при извлечении моделей. Кон- троль прилипаемости не стандартизован. Для ее определения рекомендуется использовать прибор Гроссмана [6].

Рабочие свойства. Газопроницаемость смесей определяется по ГОСТ 23409.6-78. Газопроницаемость сухих песчано-смоляных смесей опре- деляют обычным методом. Истинная величина газопроницаемости оболочек определяется составом смеси, степенью ее уплотнения и последующей обра- боткой. Низкая газопроницаемость вызывает появление вскипов, газовых ра- ковин и при уплотнении форм прессованием – взрывного пригара. Слишком высокая газопроницаемость ухудшает качество литой поверхности вследст- вие пенетрации расплава в поры формы. Качество смеси оценивают, сопос- тавляя газопроницаемость смеси с ее газотворностью.

Огнеупорность – свойство материала противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур. При высокой огнеупорности формовочных смесей снижается пригар.

Спекаемость смесей регламентируется ГОСТ 23409.20-78. Она опре- деляется температурой начала оплавления нагреваемого формовочного мате- риала и характеризует его противопригарные свойства. Принятая методика

160