1. Общие требования к огнеупорным наполнителям, связующим материалам и специальным добавкам.

Чтобы обеспечить получение годной отливки, формовочные ма­териалы должны обладать свойствами, отвечающими определен­ным требованиям: 1) технологии изготовления форм и стержней; 2) условиям взаимодействия формы с жидким металлом при за­ливке формы, затвердевании и охлаждении отливки; 3) техноло­гии приготовления формовочной или стержневой смеси; 4) усло­виям выбивки форм и удаления стержней.

Пластичность — способность смеси деформироваться под дей­ствием приложенной нагрузки. Формовочные и стержневые смеси должны обладать пластичностью, чтобы точно воспроизводить конфигурацию модели в форме. Таким свойством обладают мате­риалы, которые могут пластически деформироваться под дей­ствием слабых усилий, например нажатия руки. Формовочные смеси имеют структуру, состоящую из зерен кварца, покрытых оболочкой связующего. Благодаря силам сцепления, зерна кварца прочно соединяются между собой. Для отделения их друг от дру­га или перемещения необходимо приложить усилие сдвига, кото­рое будет тем больше, чем выше вязкость связующего. Таким об­разом, чем выше вязкость связующего, тем менее пластична фор­мовочная (стержневая) смесь.

Прочность. Литейная форма (стержень) должна обладать определенной прочностью, которая достигается уплотнением фор­мовочной (стержневой) смеси в процессе изготовления формы (стержня).

Прочность должна быть достаточно высокой для того, чтобы форма (стержень) не разрушалась при извлечении модели, кан­товке, транспортировке, сборке, заполнении жидким металлом я под действием гидростатического напора жидкого металла.

Прочность смеси должна быть достаточно низкой:

1. В процессе затвердевания форма (стержень) не должна оказывать сопротивления усадке отливки и вызывать появления в ней внутренних напряжений и трещин. Это свойство формовоч­ных и стержневых смесей называется податливостью.

Особенно большое сопротивление усадке отливки оказывают стержни, поэтому стержневые смеси должны обладать повышен­ной податливостью — легко деформироваться и перемещаться при усадке отливки.

2. Во время выбивки отливки форма (стержень) должна легко разрушаться. Это свойство формовочных (стержневых) смесей называется выбиваемостмо. Плохая выбиваемость стержневых смесей резко увеличивает трудоемкость выбивки — удаления стержней из отливки при ее очистке. Идеальной является такая выбиваемость стержневой смеси, при которой стержень рассыпа­ется и приобретает сыпучесть сухого песка.

Прочность смесей определяют во влажном состоянии, в сухом и при нагреве.

Прочность смеси во влажном состоянии характеризует проч­ность форм, заливаемых жидким металлом (без сушки), и зави­сит от сплава отливки, ее массы и размеров, сложности конфигу­рации, способа уплотнения формы (стержня).

Для отливок из тяжелых сплавов (медных, стали, свинца) прочность смесей и соответственно формы! должна быть выше, так как такие сплавы в жидком состоянии оказывают большое давление на стенки формы, что может вызвать деформацию их и появление дефекта отливки, так называемого распора.

Чем больше масса, размеры (особенно высота) отливки, тем большее давление должны воспринимать стенки формы и тем большей должна быть прочность формовочных смесей.

При формовке мелких сложных рельефов, букв, узоров, а ино­гда и плоских поверхностей часто получается нечеткий отпечаток: отдельные песчинки прилипают к поверхности модели, отрываясь от основной массы формовочной смеси. Это явление называется прилипаемостью.

Прилипаемость характеризует поверхностную прочность влаж­ной смеси и зависит от соотношения прочности связей между жидкостью, находящейся в смеси, и поверхностью "модели (адге­зионные силы) и между жидкостью и зернами песка (когезионные силы). Если первые силы больше вторых, то песчинки смеси прилипают к поверхности модели и при извлечении ее отрываются от основной массы формы. Прилипаемость смеси зависит от свя­зующего и условий смачиваемости им поверхности модели и зе­рен песка. Прилипаемость смеси уменьшают за счет снижения содержания влаги или связующего, покрытия модели и ящика несмачивающимися припылами или жидкостями (керосином).

Прочность в сухом состоянии характеризует прочность форм и стержней после сушки. В процессе сушки формовочной (стержне­вой) смеси снижается ее пластичность и соответственно увеличи­вается прочность. Сухие формы применяют преимущественно для изготовления толстостенных крупных отливок из стали и чугуна, медных сплавов. Стержни, как правило, применяются в сухом со­стоянии, так как они работают в условиях, более тяжелых, чем форма.

При сборке, транспортировке и хранении формы (стержня) можно повредить поверхность формы (стержня), вследствие чего песчинки поверхностного слоя осыпаются. Формовочные (стерж­невые) смеси должны обладать минимальной осыпаемостью, от которой зависит поверхностная прочность стержней и форм.

Прочность смеси при нагреве до температур заливки металла в форму определяет поведение формы, способность деформиро­ваться в процессе заполнения жидким металлом, затвердевания и охлаждения отливки. Форма (стержень) нагревается и вступает с отливкой в силовое взаимодействие: в процессе заполнения форма работает как толстостенный сосуд, наполняемый жидко­стью. При затвердевании и охлаждении отливки форма (стер­жень) препятствует усадке, вызывая появление напряжений и деформаций в отливке, которые могут быть настолько большими, что отливка коробится или в ней появляются трещины.

В зависимости от конкретных условий нагружения формы (стержня) во время изготовления, транспортировки, сборки фор­мы и ее заливки к формовочным (стержневым) смесям предъяв­ляют различные требования по прочности на сжатие, изгиб, рас­тяжение, срез. В металлоемких формах возникают большие напряжения сжатия под действием статического давления жидко­го металла. Поведение таких форм зависит от прочности формо­вочной смеси на сжатие. Тонкие длинные стержни (например, для отопительных радиаторов) под действием собственной массы (до заливки формы) и жидкого металла (при заливке) изгибаются; прочность этих стержней характеризуется прочностью на изгиб стержневой смеси в сухом состоянии. Стержни с большими сви­сающими частями подвергаются срезающим нагрузкам и т. д. Поэтому при выборе формовочных (стержневых) смесей учиты­вают условия нагружения формы (стержня).

Огнеупорность — способность формовочных (стержневых) смесей противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких тем­ператур. Стенки полости формы при заливке металла нагревают­ся до температур, равных температуре металла. При заливке ста­ли эта температура составляет 1580—1550°С, чугуна 1340— 1300°С, алюминиевых сплавов 700—730°С. Вследствие этого тем­пература плавления материала формы должна быть выше тем­пературы заливаемого металла, т. е. формовочная смесь должна обладать высокой огнеупорностью — способностью выдерживать высокие температуры без расплавления. Благодаря высокой тем­пературе и протекающим химическим реакциям на границе ме­талл — форма могут образоваться легкоплавкие силикаты метал­ла, проникающие в поры песчаной формы. В результате на по­верхности отливок образуется пригар, ухудшающий чистоту ее поверхности. Кроме температуры и химических реакций, на вели­чину пригара влияют пористость формы, а также продолжитель­ность теплового воздействия жидкого металла на стенки формы. Чем выше огнеупорность формовочной (стержневой) смеси и чем более инертна она к химическим реакциям при высоких темпера­турах, тем меньше пригар на отливках. Во многих случаях стерж­ни со всех сторон окружены жидким металлом и прогреваются им на всю толщину, поэтому стержневые смеси должны приго­товляться из более огнеупорных песков.

Газотворность и газопроницаемость. При нагревании стенок формы (стержня) жидким металлом влага, входящая в состав формовочной смеси, связующие, добавки (опилки, уголь) образуют большое количество паров и газов. Свойство смеси выделять при нагревании пары п газы называется газотворной способно­стью. Пары и газы, образующиеся в слоях формы, соприкасаю­щихся с жидким металлом, под действием тепла расширяются и перемещаются как внутрь формы (по каналам между песчинка ми), так и через металл. Гели сопротивление движению паров п газов по каналам между песчинками будет больше сопротивле­ния движению газов через металл, то в отливке могут появиться газовые раковины. Для получения отливок без газовых раковин формовочная (стержневая) смесь должна пропускать газы, т. е. обладать высокой газопроницаемостью. Из стержней, вы­полняющих полости и отверстия в отливках, газы, образующиеся при разложении связующего, выделяются более интенсивно. Газы выходят через знаковые части, размеры которых могут быть не­велики. Это резко повышает давление газов внутри стержня и способствует образованию газовых раковин в отливке. Поэтому стержневые смеси должны обладать особенно малой газотворной способностью и высокой газопроницаемостью.

Гигроскопичность— способность формовочной (стержневой) смеси поглощать воду из воздуха. Гигроскопичность зависит глав­ным образом от свойств связующего, входящего в состав смеси. Гигроскопичность смеси должна быть минимальной, так как влагонасыщение поверхности формы (в процессе сборки и выдержки на воздухе) может быть причиной образования газовых раковин в отливке.

Долговечность — способность смеси почти не терять своих свойств при многократном использовании. Долговечность формо­вочной смеси является важной характеристикой, определяющей экономичность ее использования.

Формовочная (стержневая) смесь после заливки в форму ме­талла частично теряет свои первоначальные свойства. Такие сме­си называются отработанными. Отработанные смеси подвергают регенерации— специальной обработке, при которой удаляется пыль, остатки связующих и т. д. При дальнейшей переработке смеси для повышения прочности в нее добавляют глину. Повтор­ное использование отработанных формовочных смесей, их реге­нерация значительно снижают расход свежих формовочных ма­териалов и повышают экономичность производства.