Формовочные и стержневые смеси.

Формовочные смеси различают:

- по назначению – для отливок из чугуна, стали, цветных металлов,

- по составу – песочно-глинистых, содержащие быстротвердеющие крепители, специальные,

- по применению при формовке,

- единые, облицовочные, наполнительные.

В зависимости от состояния форм перед заливкой в них сплава – для сырых, сухих, подсушиваемых и химически твердых форм.

Единые смеси для получения форм на автоматических линиях должны обладать высокими и стабильными свойствами: прочностью газопроницаемостью, пластичностью. Также свойства достигаются применением высококачественных материалов – кварцевых песков марок 1К, 2К, бентонитовых глин и специальных добавок.

Формовочные смеси, используемые при производстве стальных отливок должны обладать высокой прочностью и термохимической устойчивостью, поскольку температура заливки значительно выше температур заливки других литейных сплавов.

Про изготовление форм для крупных отливок из высоколигированных сталей применяют смеси на основе цирконового концентрата, хромомагнезита или хромита.

Формовочные смеси для форм чугунных приготовляют обычно из глинистых песков. Для мелких отливок при машинной формовки применяют единые смеси, которые по составу и свойствам близки к отливочным смесям. В качестве противопригарной добавки в смеси доля формовки по - сырому добавляют каменноугольный порошок.

При формовки по-сырому крупных форм используют облицовочную и наполнительную смеси. В облицовочной смеси для формовки по-сухому, особенно форм для тонкостенных отливок сложной конфигурации, в целях повышения податливости добавляют опилки или торфяную крошку. Наполнительную смесь обычно не освежают ; она представляет собой оборотную смесь.

Формовочные смеси используемые при изготовление форм и отливок из цветных сплавов должны обеспечивать в первую очередь чистоту поверхности отливов. Особенно это важно для сплавов, имеющих большую жидкотякучесть, например для оловянных бронз.

При изготовлении отливок из цветных сплавов огнеупорность смесей имеет второстепенное значение, так как сплавы разливают при сравнительно низких температурах. Во избежание образования механического пригара формовочные и стержневые смеси приготовляют из мелкозернистых песков. В формовочные смеси вводят большое количество отработанной смеси. При изготовлении отливок из медных сплавов в смесь в качестве противопригарного средства добавляют мазут.

Для алюминиевых сплавов стержни и формы должны быть особенно податливы, так как при высоких температурах прочность алюминиевых сплавов незначительна.

Магниевые сплавы отличаются большой химической активностью. В сырых песчаных формах магнит разлагает свободную воду, а в сухих вступает во взаимодействие с химически связанной водой. Для защиты магния от окисления в процессе заливки и последующего охлаждения в формовочную и стержневую смеси добавляют 4-10% фтористой присадки (смесь кислого фтористого аммония NH₄ F HF и борной кислоты H₃BO₃), серный цвет или чистую борную кислоту.

К стержневым смесям предъявляются требования более жесткие, чем формовочным. Прочность стержня в сухом состоянии и его поверхностная твердость должна быть выше этих же параметров формы. Стержневые смеси должны иметь большую огнеупорность, податливость и небольшую гигроскопичность, особенно при формовке по- старому, высокую газопроницаемость и малую газотворную способность, хорошую выбиваемость.

При единичном и серийном изготовлении форм и стержней широко применяют песчано – жидкотекальные смеси. В качестве связующего в эти смеси добавляют 4-7% жидкого стекла, являющего водным раствором силиката натрия. Получают жидкого стекла сплавлением либо кварцевого песка, сульфата натрия и угля при 1400 – 1500^оС с последующем растворением в воде до плотности 1480 -1500 кг/м³. Связующая способность жидкого стекла определяются его модулем М – отношением содержащихся в нем числа грамм –молекул SiO₂ к числу грамм- молекул Na₂O

Упрочнение форм и стержней осуществляется как при выдержке на воздухе, так и химически при продувке их углекислым газом или введение в смесь химического реагента (например, феррохромового шлака), вызывающего аналогично углекислому газу коагуляцию жидкого стекла. Такие смеси получили название самотвердеющих, а процесс – ПСС процессом.

Для перевода смеси в жидкое состояние в ее состав вводят поверхностно – активные вещества (ПАВ) – пенообразователи. Такие смеси получили название жидких самотвердеющих, а процесс их применения при изготовлении форм и стержней – ЖСС -процессом. В качестве отвердителя в этих смесях так же используется феррохромовый шлак.

Песчано – смоляные смеси подразделяют на механические и плакированные. Механическую смесь песка, порошкообразного связующего и добавок используют ограниченно, только при бункерном способе формирования оболочковых стержней, когда смесь находится в закрытом объеме и не происходит расслоение компонентов. Более технологичны плакированные смеси, в котором смола в виде тонкой пленки покрывает зерна песка. Наибольшее распространение получило связующее ПК-104, состоящее из фенолоформальдегидной смолы марки 104 в виде мелких чешуек и 7,4-8,0% уротропина.

Одной из разновидностей теплового метода упрочнения стержней, изготовленных из песчаносмоляных смесей, является кратковременная их выдержка в нагретом до определенной температуры стержневом ящике. В зависимости от класса применяемых смол температура нагрева ящика изменяется от 220 до 280^оС, а выдержка в нем стержня – от 40 до 70 сек.

При литье титановых сплавов для изготовления разовых форм наибольшее распространение получили формовочные смеси, в которых в качестве огнеупорной основы применяют следующие материалы:

Углеродные – графит, кокс, пироуглерод и др.

Керамические – огнеупорные оксиды, а так же карбиды, нитриды и бориды.

Наилучшее химической стойкостью по отношению к титану обладают формы на основе углеродных материалов.

Для изготовления керамических форм используют высокоогнеупорные оксиды: α – оксиды алюминия (электрокорунд), магнезит и оксид циркония ZrO₂. В качестве связующего вещества в графитовых формовочных смесях применяют синтетические смолы: фенолоформальдегидные, фурановые и другие смолы с высоким коксовом числом. Вместо синтетических смол могут быть использованы водорастворимые связующие вещества.

Графитовые формовочные смеси с органическими связующими (синтетическими сплавами) придают формам высокие термохимическую стойкость и огнеупорность.

Процесс приготовления смесей состоит из трех этапов:

1. Подготовки свежих формовочных материалов;

2. Подготовки отработанной смеси;

3. Перемешивание всех составляющих.

В проектах новых литейных цехов обязательно должна быть предусмотрена система регенерации отработанной смеси. Необходимость этой операции обусловлена в следующем:

- уменьшению загрязнения окружающей среды;

- рациональному использованию месторождений ценных кварцевых песков;

- снижению брака отливок.

Из многочисленных способов регенерации в промышленности нашли применение мокрый (гидравлический) сухой (механический или пневматический) и термический (эффективен для смесей на синтетических смолах и масляных связующих).