2.4.3. Приготовление гипсовых смесей

Рассмотрим влияние различных ингредиентов на гипсовые смеси.

Влияние гипса. При увеличении содержания гипса прочность формы увеличивается. Тем не менее для изготовления качественной отливки следует использовать смеси с минимальным содержанием гипса, обеспечивающим необходимую прочность формы без излишнего запаса во всем технологическом процессе.

Влияние различных присадок. Органические присадки (лигно-сульфанаты, карбамидные смолы) резко увеличивают прочность гипсовой формы при ее сушке до 200 °С. При более высокой температуре органические присадки разлагаются. Минеральные присадки (борная кислота, цемент, кремнекислый натрий, каолин, тальк, асбест и др.) увеличивают прочность форм после прокаливания. Содержание асбеста увеличивает прочность форм при сжатии (кроме применения высокопрочного гипса 500) незначительно, а борная кислота мало влияет на прочность гипсовых форм при изгибе и увеличивает срок схватывания на 2—3 мин при применении разного состава гипсовой смеси.

Влияние воды. Чем больше воды в гипсовой смеси, тем ниже ее прочность. При превышении максимального уровня воды гипсовая масса делается непригодной: повышается ее текучесть, значительно увеличивается время схватывания, уменьшается расширение массы.

Влияние зернового состава. Замечено, что наибольшую прочность имеют образцы, содержащие комбинированный наполнитель — 70 % кварцевого песка и 30 % пылевидного кварца. Это объясняется уменьшенным содержанием воды и более плотной упаковкой зерен формовочного материала. Из практических данных можно сделать следующие выводы:

• с увеличением содержания гипса прочность формы увеличивается;

• наибольшую прочность обеспечивает комплексный наполнитель, содержащий крупную и мелкую фракции;

• влияние состава наполнителя тем больше, чем выше содержание в смеси гипса;

• невысокая прочность с кристобалитом объясняется его дилатометрическими особенностями, которые создают стабильность геометрии форм, их целостность, а также точность отливки.

Влияние температуры нагрева. При нагреве прочность гипсовых форм понижается, поэтому для ее повышения при нагреве в состав вводят минералообразующие присадки, например борную кислоту или буру.

Следует отметить, что на приготовление гипсовых смесей влияет технология смешивания. Смешивание ингредиентов механической мешалкой с частотой вращения 350—400 об/мин создает более качественную смесь из-за отсутствия воздуха, который замешивается в смесь при ручном смешивании: количество и размеры воздушных раковин при ручном смешивании будут увеличены. Наилучшим способом является вакуумирование. В частной практике применяют миксер собственного изготовления или пропеллерную мешалку.

2.4.4. Изменение размеров гипсовых форм при затвердевании и охлаждении

Для получения тонкостенных отливок и качественного воспроизведения декоративной поверхности гипсовые формы прокаливают при 800 °С и заливают металлом. При изготовлении отливок из латуней, бронз, нейзильбера и мельхиора с толщинами стенок 10 мм форма подстуживается. При заливке сплавов на алюминиевой основе форма после прокаливания охлаждается до 150—200 °С.

При схватывании гипсовая масса расширяется, что дает хороший отпечаток с модели. Однако расширение затрудняет извлечение модели.

Расширение гипса при схватывании колеблется от 0,008 до 0,5 %. Оно уменьшается при использовании малопрочного гипса, при снижении содержания гипса в смеси, увеличении содержания воды, применении добавок типа гашеной извести, жидкого стекла, глины, песка и асбеста.

В первые 10—20 мин расширение не превышает 0,1—0,2 %, поэтому постоянную модель нужно удалять немедленно, как только форма приобрела минимальную прочность.

При нагреве и охлаждении гипсовая форма подвергается усадке. Причиной объемных изменений при нагреве гипсовых форм являются собственно термическое расширение и физико-химические процессы, идущие при дегидратации и модификационных превращениях формовочных материалов.

При нагреве выше 680 °С усадка гипса увеличивается и доходит до 4 %. Это связано с образованием ангидрида при полной потере гипсом кристаллизационной воды. Разложение ангидрида начинается при нагреве гипса уже выше 800 °С. Наличие в гипсовых формах асбеста, песка, кристобалита снижает усадку форм. Наименьшую усадку дают формы, загруженные в печь при 300 °С и выдерживаемые после их нагрева до 800 °С в течение 10 мин.

Для нейтрализации усадки применяют огнеупоры, сильно расширяющиеся при нагреве. К ним относятся кварцевый песок, пылевидный кварц, кристобалит. При содержании кристобалита до 70 % усадка гипса практически полностью компенсируется.

Таким образом, конечная усадка уменьшается в результате:

• уменьшения водосодержания смеси;

• снижения содержания в смеси гипса;

• применения малопрочных сортов гипса;

• использования наполнителей, особенно кристобалита;

• снижения температуры прокаливания форм;

• введения в гипсовую массу 1—2 % извести;

• пропаривания форм.