29. Химические параметры зерен огнеупорных наполнителей, влияние их на свойства смесей и качество отливок.

Наиболее часто в качестве наполните­ля в формовочных смесях применяется кварц, представляющий собой оксид кремния Si0₂- Его относительная моле­кулярная масса равна 60. Кремний и кис­лород образуют большую часть земной коры. Считают, что примерно 46% зем­ной коры составляет кислород, 27% кремний и на третьем месте алюминий — 8%. Хотя эти цифры весьма приблизи­тельны, установлено, что в природе на­ходится значительное количество оксида кремния (кварца), который непосредствен­но можно использовать в литейном про­изводстве благодаря своим свойствам — твердости, прочности и огнеупорности, а также соответствующей зернистости.

Кварц является кислотным оксидом, что позволяет применять его для изготов­ления форм, в которых получают отлив­ки из большинства металлов и сплавов.

При нагревании в кварце происходят модификационные превращения, бетта-Кварц, стабильный при нормальной температуре, переходит при температуре выше 573° С в альфа-кварц. При этом объем кварца увеличивается в зависимости от состава на 0,86—1,3%.

При температуре 870° С альфа -кварц пе­реходит в альфа-тридимит с очень малым изменением объема. а-Тридимит при охлаждении до 163° С превращается в бетта, а при 117° С — в сигма-тридимит. В интер­вале температур 1100—1350°С возни­кает а-кристобалит, имеющий кубиче­скую кристаллическую решетку. При охлаждении а-кристобалита до 225° С он превращается в бетта-модификацию. Если эти превращения происходят быстро, то они обратимы, поэтому после охлажде­ния снова получаем бетта-кварц. Если тем­пература изменяется медленно, то при температурах выше 1000° С образуется метастабильный кристобалит, который при температуре выше 1100° С перехо­дит в тридимит. При этом превращении объем кварца увеличивается примерно на 14%. При температуре 1470° С проис­ходит обратное превращение тридимит — кристобалит, и, наконец, при темпе­ратуре выше 1700° С кварц расплавляет­ся, образуя кварцевое стекло. Объемные изменения кварца при модификационных превращениях при нагреве играют существенную роль в образова­нии некоторых пороков отливок, в част­ности ужимин.

Кварцевые пески часто содержат со­путствующие минералы. Из них наибо­лее важными являются полевые шпаты, представляющие собой калиевые, натрие­вые или кальциевые соли кремниевой кислоты. При их выветривании образует­ся каолин. В кварцевых песках содер­жатся также остатки продуктов разру­шения исходных горных пород.

Общим свойством указанных приме­сей являются низкая температура раз­мягчения и плавления. Температура на­чала плавления калиевого полевого шпа­та (ортоклаза) К (Si₃A10₈) — 1170° С, натриевого полевого шпата (альбита) Na (Si₃A10₈) — 1118° С, а анортита Са (Al₂Si₂0₈)—1150° С.

По этой причине пески, содержащие полевые шпаты, непригодны для изго­товления форм для стальных отливок. Для отливок из серого чугуна даже от­носительно высокое содержание (до 26%) полевых шпатов в формовочном песке не является препятствием для их исполь­зования.