- •Общие требования к огнеупорным наполнителям, связующим материалам и специальным добавкам.
- •2.Кварцевые огнеупорные наполнители формовочных и стержневых смесей: минералогический состав, свойства.
- •4. Некварцевые огнеупорные наполнители формовочных и стержневых смесей: минералогический состав, свойства, классификация.
- •5. Промышленные огнеупорные отходы: состав, свойства, области их применения.
- •6. Дисперсные огнеупорные наполнители формовочных красок. Области их применения.
- •7. Входной контроль формовочных песков.
- •8. Связующие материалы: назначение, классификация, требования к ним.
- •9. Кристаллогидратные связующие: свойства, применение.
- •10. Неорганические связующие материалы: составы, свойства, назначение.
- •11. Минералогический состав и свойства формовочных глин, рекомендации по их применению.
- •12. Методы испытаний формовочных глин.
- •13. Цемент, гипс: область применения, свойства.
- •14. Основные типы и свойства синтетических смол, рекомендации по их применению.
- •15. Жидкое стекло: получение, свойства, рекомендации по применению, методы отверждения.
- •16. Органические связующие (лигносульфонаты, масла, крахмал и другие). Область их применения, свойства.
- •17. Фосфатные связующие: типы, свойства, области применения.
- •18. Органические связующие материалы: составы, свойства, назначение.
- •19. Комплексные связующие, принципы подбора композиций, маркировка, область применения.
- •20. Противопригарные материалы для формовочных смесей. Рекомендации по их применению.
- •21. Технологические добавки. Рекомендации по их применению.
- •22. Добавки узкоспециального назначения. Рекомендации по их применению.
- •23. Процессы подготовки исходных материалов и влияние их на качество (обогащение, измельчение, активация).
- •24. Физико-химические методы активации исходных формовочных материалов.
- •25. Механическая активация огнеупорных наполнителей.
- •26. Целесообразность и эффективность регенерации смесей различного типа.
- •27. Геометрические параметры зерен огнеупорных наполнителей, влияние их на свойства смесей и качество отливок.
- •28. Энергетические параметры зерен огнеупорных наполнителей, влияние их на свойства смесей и качество отливок.
- •29. Химические параметры зерен огнеупорных наполнителей, влияние их на свойства смесей и качество отливок.
- •30. Активация исходных формовочных материалов. Комплексный подход в оценке качества материалов.
- •31. .Входной контроль материалов и экспресс-анализ свойств в процессе приготовления смесей и красок.
- •32. Свойства формовочных смесей.
- •33. Виды влаги в литейной форме. Методы определения влажности смесей.
- •34. Газопроницаемость форм и стержней, зависимость ее от состава формы. Методы определения газопроницаемости.
- •35. Прочность формовочных и стержневых смесей, зависимость ее от исходных компонентов и влияние на качество отливок.
- •36. Классификация формовочных смесей по различным признакам.
- •Требования к формовочным и стержневым смесям, используемым на автоматических формовочных линиях.
- •Технологические режимы приготовления формовочных смесей.
- •Смеси песчано-глинистые: достоинства, недостатки, рекомендации по их применению.
- •Песчано-смоляные смеси: достоинства, недостатки, рекомендации по их применению.
- •Жидко-стекольные смеси: достоинства, недостатки, рекомендации по их применению.
- •Смоляные смеси: достоинства, недостатки, рекомендации по их применению.
- •Сульфитные смеси: достоинства, недостатки, рекомендации по их применению.
- •Фосфатные смеси: достоинства, недостатки, рекомендации по их применению.
- •Песчано-масляные смеси: достоинства, недостатки, рекомендации по их применению.
- •Назначение и составы смесей «горячего» твердения.
- •Назначение и составы смесей «химического» твердения.
- •Назначение и составы пластичных самотвердеющих смесей.
- •Смеси узкого назначения (цементные, масляные, гипсовые и другие)
- •Смеси для художественного литья. Особенности выбора состава смесей.
- •Смеси для ювелирного литья. Рекомендации по выбору их состава.
- •Смеси для литья по выплавляемым моделям. Рекомендации по выбору их состава.
- •Смеси для изготовления оболочковых форм. Рекомендации по выбору их состава.
- •Типы кристаллогидратных смесей: составы, свойства, рекомендации по их применению.
- •Новые нетоксичные смеси для литейных форм.
- •Современные технологии изготовления форм и стержней из химически твердеющих смесей.
- •Характеристика специальных добавок в смеси и краски, зависимость свойств составов oт количества и свойств добавок.
- •Принцип выбора специальных добавок в смеси с учетом их физико-химических свойств дефицита, стоимости, токсичности и подбор оптимальных компонентов для смесей и красок.
- •Режимы смешивания и влияние их на свойства составов.
- •Методы испытаний формовочных смесей.
- •Основные принципы подбора материалов для противопригарных красок в зависимости от типа отливок.
- •Классификация литейных покрытий, приготовление и рекомендации по выпору их составов.
- •Водные противопригарные краски: составы, свойства, режимы приготовления, назначение.
- •Составы и свойства химически твердеющих противопригарных красок для чугунного литья.
- •Составы и свойства быстросохнущих красок, назначение. Влияние состава и свойств красок на качество отливок.
- •Стандартизация материалов, формовочных составов и методы их испытаний.
- •Методы испытания основных свойств противопригарных красок: прочность, вязкость плотность, седиментация, термостойкость.
- •Технологические режимы приготовления красок.
- •Виды брака, образующиеся по вине литейной формы, меры предупреждения.
- •Ресурсосберегающие технологии использования вторичных, недефицитных, синтетических материалов в литейных формах взамен природного сырья.
11. Минералогический состав и свойства формовочных глин, рекомендации по их применению.
Минералогический состав глин определяют с помощью рентгено-графического и электронно-микроскопического методов анализа. Глины состоят из одного или нескольких минералов, содержащих Al2O3, зерен кварца и небольшой примеси некоторых других минералов, не содержащих глинозема. По содержанию основных глинистых минералов формовочные глины делятся на каолинитовые, каолинитогидрослюдистые и бентонитовые. К первой группе относятся глины, содержащие в основном минерал каолинит Al2O3·2SiO2·2H2O, его плотность 2,580–2,600 кг/м3, температура плавления 1750–1787°С. При нагреве каолинит претерпевает превращения: при 100–140°С удаляется гигроскопическая вода, при 400–700°С теряется конституционная (химически связанная)вода и наблюдается эндотермический эффект. Каолинит переходит вметакаолинит (Al2O3·2SiO2), и глина теряет связующую способность.
При 900–1050°С метакаолинит распадается на смесь аморфных Al2O3 и SiO2. При 1200–1280°С из свободного глинозема и кремнезема образуется минерал 3Al2O3⋅2SiO2 (муллит), что сопровождается также эндотермическим эффектом. Каолинитовые глины находят широкое применение в литейном производстве и особенно для отливок стальных и чугунных деталей.
Каолинитогидрослюдные глины представляют собой промежуточные продукты разложения от слюд к каолиниту. По своему химическому составу и физическому состоянию эти минералы непостоянны. Химический состав слюд К2О⋅3Al2O3⋅6SiO2⋅2H2O с температурой плавления 1150–1400°С. В зависимости от содержания Н2О некоторые слюды относятся к гидрослюдам и очень часто составляют значительный процент (до 30%) каолинитовых глин. Основой бентонитовых глин является минерал монтмориллонит Al2O3⋅4SiO2⋅H2O⋅nH2O. В нем возможна замена некоторой части Al3+ на Mg2+, а Si4+ на Al3+.
Особенностью монтмориллонита является способность расширяться в направлении одной из кристаллографических осей. Эти
свойства позволяют проникать ионам Н+ и ОН– внутрь кристаллической решетки, что ведет к увеличению набухания глины. Температура плавления монтмориллонита – 1250–1300°С. Он способен отдавать или поглощать влагу из воздуха.
При нагревании до 100–150°С из него удаляется гигроскопическая, а также межслойная вода (Н2О); при 600°С он теряет способность набухать в воде. При температуре 735–900°С происходит разрушение кристаллической решетки монтмориллонита и превращение его в аморфное вещество. В глинах обычно присутствует кварц (SiO2), от нескольких долей до 50%; являясь инертным материалом, он снижает связующую способность, пластичность, усадку и увеличивает газопроницаемость.
Кроме того, в глинах присутствуют гидраты оксидов железа, карбонаты в виде кальцита, магнезита, доломита, сидерита, гипса, которые являются вредными примесями.
Формовочные глины состоят из мелкодисперсных частиц, которые образуют систему, обладающую сильно развитой поверхностью. Формовочные глины имеют свойства коллоидной системы, Структура глин определяется строением кристаллической решетки. Основной геометрической составляющей решетки алюмо-силиката являются ионы кислорода О2-, имеющие максимальный радиус. Между крупными ионами располагаются ионы Si4+, Al3+, Mg2+, в результате чего образуются тетраэдры первого слоя, являющиеся основой решетки алюмосиликата Второй слой образуется ионами ОН-, которые совместно с ионами первого слоя образуют октаэдры, внутри которых располагаются ионы либо А13+, либо Mg2+. В каолинитовых глинах эти два слоя образуют замкнутый «пакет». Остальные слои находятся по высоте на определенном расстоянии друг от друга с небольшим смещением в сторону. Расстояние между слоями (пакетами) является характерным для данного сорта глины.
В монтмориллонитовых глинах на слое октаэдров располагается третий слой тетраэдров Si4+ и О2-, и только после этого образуется межпакетный промежуток.
Ионный обмен. Особенность алюмосиликатов в том что их основные составляющие могут быть частично замещены другими ионами. Если ионы имеют примерно одинаковый радиус, например Al3+(0,57 A), Fe3+(0,67A), Ti4+(0,64 А) и т. д., то такое замещение будет изоморфным. Если радиусы ионов будут различные, то кристаллическая решетка изменяется или деформируется.
При обмене одних ионов на другие свойства глин изменяются в зависимости от того, какой ион входит в состав кристалличе-и ской решетки. Вследствие этого свойства глин можно изменять химической обработкой. Например, ионы Са2+ могут быть заменены ионами Na+ при обработке глин содой.
Количество обменных ионов тем больше, чем более дисперсны частицы глины, поэтому монтмориллонитовые глины обладают более высокими значениями суммы обменных оснований, чем каолинитовые. Преобладание в структуре тех или иных ионов, строение кристаллической решетки глины может быть установлено с помощью рентгеноструктурного анализа.
Набухаемость глин. В отдельных слоях пакетов кристаллической решетки глин ионы прочно связаны, но пакеты между собой имеют только слабые валентные связи. Вследствие того, что поверхности пакета заряжены отрицательно, а промежутки между ними больше (~2 А —каолинитовые и 20 А монтмориллонитовые глины) отдельные молекулы, группы молекул, например
воды (радиус 1,45 л) или других жидкостей могут проникать в эти промежутки. Чаще всего в каолинитах молекулы воды располагаются по краям пакетов, а в монтмориллонитах вода проникает между пакетами. Поэтому набухаемость монтмориллонитов значительно большая, чем каолинитов. Содержание воды в них может возрасти с б до 30%, а иногда до 500%.
Вязкость и пластичность глин. В процессе набухания глин водная пленка обволакивает частицы глины, что уменьшает силы [согезии между ними. В результате глина приобретает способность пластически деформироваться под действием нагрузки. Пластичность глины зависит от толщины водной пленки и размеров частиц глины. Чем меньше размер частиц глины и больше содержание воды в пленке, тем выше пластические свойства глины. Однако вязкость ее при этом будет достаточно высокой. С дальнейшим увеличением содержания воды вязкость уменьшается.
Тиксотропия глин. В спокойном состоянии суспензия глины по истечении определенного времени образует гель, который 'обладает определенной структурой и прочностью. Структурированная система может быть возвращена вновь в состояние золя-суспензии. Этот процесс превращения при механическом воздействии золя в гель и обратно называется тиксотропией.
Указанные свойства глин значительно влияют на прочность и пластичность формовочных смесей.
Формовочные глины выбирают для приготовления смеси в зависимости от способа формовки, вида заливаемого сплава, образования на отливках наименьшего пригара. Чем выше температура заливки, толщина стенки и масса отливки, тем более огнеупорную и высокопрочную глину необходимо применять. Так, для формовки по сухому стальных и чугунных отливок применяют глины 1-й и 2-й групп по прочности в сухом состоянии, групп Т1–Т3; при формовке по-сырому – групп Т1 и Т2, а для толстостенных отливок (>70 мм) – глину группы Т1. В массовом производстве при формовке по-сырому бентонитовые
глины используют чаще, чем другие виды глин. При этом наилучших результатов достигают при применении бентонитовых глин, активированных содой. При чугунном литье желательно использовать кальциевые монтмориллонитовые глины, а при стальном – натриевые.