§ 48. Формовочные и стержневые материалы, смеси и их приготовление

Требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям Формовочные и стержневые смеси должны обладать пластичностью, газопроницаемостью, прочностью, противопригарностью и податливостью.

Пластичностью называется способность смесей деформироваться под действием внешних нагрузок без нарушения целости и сохранять при­данную им форму после снятия нагрузки. Эти свойства необходимы для получения в форме отчетливого отпечатка модели. Пластичность формо­вочной смеси возрастает при увеличении содержания в ней воды до 8%, глины и связующих материалов, а также песка с мелким зерном.

Газопроницаемостью называется способность смесей про­пускать газы вследствие своей пористости. Из формовочных материалов, а иногда и из металла выделяется большое количество газов. Если газо­проницаемость смеси недостаточна, то газы попадают в металл, отчего по­лучается брак отливки по газовым раковинам. Чем крупнее и чем одно­роднее по размерам зерна песка, тем газопроницаемость смеси выше. Газо­проницаемость формовочных смесей возрастает при уменьшении в них коли­чества глины. Газопроницаемость определяют прибором, на котором через стандартный образец, изготовленный из формовочной смеси, пропускают 2000 см³ воздуха и определяют при этом время прохождения воздуха. По полученным данным по расчетной формуле подсчитывают газопроницае­мость смеси в условных единицах. Газопроницаемость формовочных смесей колеблется от 30 до 150 единиц.

Прочностью называется способность смесей выдерживать внеш­ние нагрузки без разрушения. Это свойство необходимо для того, чтобы форма не деформировалась и не разрушалась при транспортировании и при воздействии на нее давления жидкого металла. Прочность формовочных смесей возрастает при увеличении содержания в них глины, связующих материалов и песка с мелким угловатым зерном. Увеличение содержания воды до 6—8% повышает прочность смеси; при дальнейшем повышении влажности прочность смеси снижается. Прочность формовочной смеси опре­деляют испытанием стандартных образцов на сжатие. Для форм приме­няют формовочную смесь прочностью на сжатие в сыром состоянии 0,3—0,6 кг/см.

Противопригарностью называется способность смесей не сплавляться и не спекаться с расплавленным металлом. Формовочные смеси иногда пригорают к отливке и образуют на ее поверхности сплош­ную корку, которая сильно затрудняет механическую обработку. Противо-пригарность формовочной смеси повышается при увеличении в ней чистого кварцевого песка и уменьшается при наличии щелочей, понижающих огне­упорность смеси.

Податливостью называется способность смесей сжиматься под действием внешних сил. Это необходимо для того, чтобы форма или стер­жень не препятствовали свободной усадке затвердевающей отливки. При недостаточной податливости материала формы в остывающей отливке воз­никают внутренние напряжения, приводящие к образованию трещин.

Хорошей податливостью обладает крупный речной песок. Глина, рас­полагаясь в промежутке между зернами песка, ухудшает податливость фор­мовочной смеси.

Характеристика исходных формовочных материалов

Состав и свойства формовочных материалов, применяемых для изгото­вления смесей, играют большую роль в получении качественных отливок.

Формовочный песок доставляется на завод с заранее исследованных карьеров. Песок должен иметь равномерное строение.

По величине зерна песок делится на мелкий—с зерном от 0,05 до 0,15 мм, средний —от 0,15 до 0,42 мм, крупный—от 0,42 до 3,3 мм. По содержанию глины песок делится на тощий с 2—10% глины, полутощий с 10—20% глины, жирный—с 20—30% глины, очень жирный — с 30— 50% глины. Песок, содержащий более 50% глинистых составляющих, называется глиной.

Формовочной глиной называется чрезвычайно измельченный продукт разрушения многих силикатных пород.

Содержание глинистых веществ в глине и песке определяют методом отмучивания. Глинистые вещества, находящиеся в песке, при взбалтыва­нии в воде отделяются от песка — отмучиваются, т.е. переходят во взве­шенное состояние и сливаются вместе с водой. Оставшийся чистый песок фильтруют, сушат, взвешивают и по разности весов определяют процент глинистых веществ в песке.

Формовочные глины по их прочности разделяют (по ГОСТ 3226-46) на малосвязующие с прочностью на сжатие в сыром состоянии 0,15— 0,3 кг/см², среднесвязующие — 0,3—0,5 кг/см², прочносвязующие — свыше 0,5 кг/см².

Специальные добавки применяют для повышения противо­пригарное™ и прочности формовочных смесей. В качестве противопригар­ной добавки формовочной смеси, предназначенной для чугунного литья, служит каменноугольная пыль, а для бронзового литья — мазут; эти до­бавки, сгорая во время заливки, выделяют газы, которые образуют восста­новительную среду и тем предохраняют отливку от пригорания формовочной смеси.

Для повышения прочности формовочных смесей применяют связующие материалы — жидкое стекло, сульфитный щелок, цемент и др.

Формовочные смеси и их составы

Состав формовочных смесей и предъявляемые к ним требования зави­сят от веса отливки и заливаемого сплава.

Основными материалами для изготовления формовочных смесей явля­ются старая, бывшая в употреблении формовочная смесь (горелая) и све­жие составляющие добавки — песок, глина, вода и специальные добавки.

Формовочные смеси подразделяются на облицовочные, наполнительные и единые. Лицевой слой формы, непосредственно соприкасающийся с жидким металлом, делают из смеси с большой прочностью и приготовляют более тщательно. Такая смесь называется облицовочной. Остальную часть формы делают из другой смеси — менее высококачественной и более дешевой. Эта смесь называется наполнительной. При поточно-массовом производстве формы изготовляют из однородной смеси, называемой единой.

Составы формовочных смесей изготовляют различными для форм, под­вергаемых перед заливкой сушке и заливаемых в сырую. Формы для отливки сырую делают из формовочных смесей, содержащих малое количество глины. Формы для отливки всухую изготовляют из формовочных смесей, содержащих большое количество глины; иногда в эти смеси добавляют органические вещества, которые в период сушки выгорают и тем способ­ствуют увеличению газопроницаемости формы. В последнее время на наших заводах начали применять быстросохнущие формовочные смеси с добавле­нием цемента или жидкого стекла. Смеси с добавкой жидкого стекла высу­шиваются пропусканием углекислоты С0₂ через форму в течение 15—20 мин. Во многих случаях для этой сушки используются отходящие газы от пере­носных сушил, которые содержат значительное количество С0₂.

Углекислый газ, соединяясь с жидким стеклом, образует пленки геля кремниевой кислоты, которые обеспечивают упрочнение формовочной смеси.