При использовании бентонита в смесь вводят меньше воды, благодаря этому улучшается газопроницаемость и снижается брак отливок по газовым раковинам.

Основной составляющей, обеспечивающей огнеупорность глины, является глинозем AJ₂0₃. Примеси, как известь, щелочь и раз­личные окислы, способствуют понижению огнеупорности глины. По огнеупорности (термохимической устойчивости) глины делятся на группы: высокую — Т_г; среднюю — Т₂; низкую — Т₃.

При маркировке глины на первом месте ставят вид глины, . затем сорт, класс и группу, например КШ/2Т₂ — каолинитовая глина III сорта, 2-го класса, 2-й группы.

По ГОСТ 3226—65 формовочные глины рекомендуется применять в составах песчано-глинистых смесей в зависимости от метода формовки и материала отливки. Например, для чугунных отливок со стенками толщиной от 10 до 50 мм и мелких стальных при фор­мовке по-сырому рекомендуется применять глины марок I—III/1—3Tj; для стальных отливок со стенками толщиной более 20 мм при формовке по-сырому — глины марок I—II/1—3 (Т_х — T_s), а при формовке по-сухому — глины марок I—III/1—2 (Т_г — Т₃).

Глину выбирают с учетом условий образования на отливках наименьшего пригара и обеспечения максимальной термохимической устойчивости формовочной смеси. При этом следует иметь в виду, - что при введении в формовочную смесь большого количества глины с высокой термохимической устойчивостью (ТХУ) огнеупорность смеси может оказаться ниже, чем при введении небольшого коли­чества глины с низкой ТХУ. Например, в результате замены као- линитовой глины меньшим количеством высокосвязующей бентони­товой глины можно, сохранив достаточную прочность, увеличить огнеупорность смеси. Уменьшение количества глины в смеси при

2. Не прилипать к модели и стержневому ящику во время изготовления стержней и форм.

3. Обеспечивать достаточную прочность в сыром и сухом состоя­нии.

4. Сообщать смеси пластичность для получения хорошего отпе­чатка модели в форме. — -

5. Способствовать быстрому высыханию стержня' и. формы и не поглощать влагу при сборке форм и хранении стержней на складе.

6. Не выделять много газов при сушке и заливке металла в форму, обеспечивать податливость формы и стержня.

7. Не снижать огнеупорности формовочного материала и не увеличивать пригара на отлийках.

8. Способствовать легкому удалению стержня из ■ отливки.

9. Быть безвредными и для работающих, и для окружающих людей (т. е. не разъедать рук и не выделять вредных газов), быть дешевыми и не дефицитными.

Классификация связующих дана в табл. 13. В основе класси­фикации лежат два признака: а) природа материала (органические и неорганические, водные и неводные); б) характер затвердевания (необратимый, промежуточный, обратимый). Водные и неводные связующие не смешивают между собой, так как это почти всегда понижает прочность смеси во влажном и в сухом состоянии, осо­бенно, если в качестве водного связующего используют формовоч­ную глину.

Необратимо затвердевающие связующие при затвердевании претерпевают сложные химические превращения; в основе затвер­девания лежат процессы полимеризации вещества. Обратимо за­твердевающие связующие восстанавливают свойства после охлаж­дения (битумы, пеки, канифоль) или при действии растворителя (декстрин, пектиновый клей).

Связующие, затвердевающие необратимо, сообщают наибольшую удельную прочность сухим стержням (более 5 кгс/см² на 1 % свя­зующего); связующие с промежуточным характером затвердева­ния— среднюю прочность [3—5 кгс/(см² • 1 %)]; обратимо затвер­девающие связующие — наименьшую прочность [до 3 кгс/(см² •!%)].

Классификация связующих

(в и

*S

Snf

О [Л Я

a>w я аэ со

0> •ч*/' й

- В соответствии с этим связующие разделяют на три группы по удельной прочности на разрыв в сухом состоянии.

По табл. 13 органические связующие выделены в два класса: А-—неводные, Б — водные; неорганические связующие занимают класс В и являются водными.

Органические химически твердеющие связующие. В эту группу входят органические неводные (А-1 и А-2) и водные (Б-1) связующие. Химически твердеющие связующие сообщают смеси низкую проч­ность, хорошую пластичность во влажном состоянии и высокую прочность в сухом. Из смесей на основе этих связующих получают тонкостенные сложные стержни, которые сушат на плитах. Для повышения прочности во влажном состоянии в смесь добавляют , глину, декстрин и другие связующие. J

Химически твердеющие связующие разделяют на две группы::! масла и синтетические смолы. |

Масла для затвердевания требуют окисления, а синтетические’! смолы — только нагрева. Масла могут быть растительные, из нефтепродуктов и из сланцев.

К растительным маслам относятся льняное мадло и олифа. Олифа представляет собой растительное масло с добавкой катали­затора, ускоряющего процесс сушки.

К маслам на основе нефтепродуктов относится петролатум, растворенный в уайт-спирите в отношении 1/1, выпускаемый под названием связующее П. Недостатками этого связующего являются сравнительно высокая прилипаемость, низкая поверхностная проч­ность и большая продолжительность сушки. С целью устранения этих недостатков на основе петролатума были разработаны другие связующие (ПТ, ПС) с улучшенными свойствами.

Из тяжелой фракции генераторной сланцевой смолы изготовляют связующее ГТФ, из-за недостаточной прочности его применяют вместе с другими связующими.

К группе органических химически твердеющих связующих отно­сятся комбинированные связующие, изготовляемые смешиванием нескольких связующих, что уменьшает расход дефи­цитных масляных связующих. К таким связующим относят 4ГУ — раствор растительного масла и канифоли в уайт-спирите; 4ГВ — раствор растительного масла и битума в уайт-спирите и др.

Связующие группы А-1, А-2 такие, как олифа, П, ПТ, 4ГУ, вводят в стержневые смеси в количестве 1,5—2%. Температура сушки этих смесей 200—220° С.

Синтетические смолы вводят в состав смесей для тонкостенных оболочковых форм, а также быстросохнущих смесей. Эти смолы могут быть термореактивными и термопластич­ными. Особенность термореактивных смол в том, что при нагреве они сначала размягчаются, а затем вследствие химических процессов затвердевают. Преимущество этих смол — процесс твердения проис­ходит с большой скоростью и с образованием прочной и эластичной пленки, что резко ускоряет процесс изготовления стержней и форм.

Наиболее широко в литейном производстве применяют пуль- вербакелит — феноло-формальдегидную смолу — высокомо­лекулярное (полимерное) соединение. Прочность смесей в сухом состоянии достигает 60—80 кгс/см² при содержании 4—6% пуль- вербакелита.

Карбамидные смолы — продукты конденсации моче­вины с формальдегидом — хорошо растворяются в воде и применя­ются для приготовления быстросохнущих и самовысыхающих связующих МФ-17, М, МСБ. Смеси с этими связующими имеют низкую прочность во влажном состоянии, добавка в смесь глины и сульфитно-спиртовой барды повышает прочность смеси. После сушки стержни на основе карбамидных смол негигроскопичны и легко выбиваются.

Карбамидные смолы в количестве 2,5—3% вводят в стержне­вые смеси, предназначенные для алюминиевого и магниевого литья. Температура сушки стержней 120—180° С.

Органические высыхающие связующие относятся к классам Б-2 и Б-3. Эти связующие являются водорастворимыми, они хорошо смешиваются с глиной и поэтому, как правило, используются вместе. Формовочная глина придает стержневой смеси необходимую прочность во влажном состоянии, а связующее — после сушки стержня.

Барда сульфитного щелока — побочный продукт переработки древесины. В литейном производстве используют выпаренную сульфитную барду плотностью 1,25—1,3 г/см³. Она содержит около 50% сухого остатка и называется литейным кон­центратом барды жидкой (ЛКБЖ). Сульфитная барда, выпаренная до плотности 1,4 г/см³ и содержащая 76% сухого вещества, назы­вается литейным концентратом барды твердой (ЛКБТ). Концентрат барды твердой с содержанием не менее 87% сухого остатка выпуска­ют в виде порошка марки КБП. Жидкую барду используют без подготовки, твердую барду перед использованием растворяют.

На основе сульфитной барды разработаны комбинированные связующие: СП, состоящее из 95% (по массе) сульфитной барды и 5% окисленного петролатума; СБ, состоящее из 80—90% суль­фитной барды и 10—20% связующего ГТФ.

Сульфитную барду, связующие СП и СБ вводят в формовочные и стержневые смеси в количестве 1,5—3%. Температура сушки 160-180° С.

Декстрин — продукт обработки крахмала слабой кислотой при небольшом нагреве, используют в комбинации с другими свя­зующими, а также при приготовлении клея для стержней.

Патока — жидкие отходы свеклосахарного производства. Стержни, полученные из смесей на основе патоки, обладают хорошей податливостью. Патоку используют также для опрыскивания по­верхности стержней с целью придания им поверхностной прочности.

Органические затвердевающие связующие относятся к группе А-3. В твердом состоянии хрупки, поэтому самостоятельно их не

используют. Эти связующие применяют в комбинации с глиной и сульфитной бардой.

Канифоль — продукт переработки смол хвойных деревьев, входит в состав связующих 4ГУ, П, ЗИЛ.

Древесный пек — остаточный продукт отгонки масел из древесных смол, применяют вместе с глиной.

Торфяной пек — продукт переработки торфа, исполь­зуют для приготовления связующего КТ.

Неорганические связующие относятся к классу В, наиболее распространены из них формовочная глина, цемент, жидкое стекло, гипс.

Жидкое стекло — водный раствор силикатов натрия или калия переменного состава Na₂0 -ftSi0₂ -mH₂0. Жидкое стекло приготовляют трех марок: А — с модулем 2,61—3,0; Б — с моду­лем 2,31—2,6; В — с модулем 2,61—3,0. Модуль жидкого стекла определяют по формуле

... %Si0₃ 1 лоо

где 1,032 — отношение молекулярных масс окиси натрия и двуокиси кремния.

Формовочные и стержневые смеси на жидком стекле приобре­тают высокую (до 25—30 кгс/см²) прочность при нагреве (220—260° С) или химической сушке (с продувкой углекислым газом СО_г). Послед­ний способ сушки позволяет отказаться от сушил и резка ускорить производственный процесс.

В формовочную смесь (в зависимости от рода металла и толщины стенки отливки) в качестве противопригарных добавок вводят каменноугольную пыль, мазут, пылевидный кварц, древесно­угольную пыль, графит и цемент.

Каменноугольную пыль добавляют в облицовочные или единые формовочные смеси при литье чугуна. Практика пока­зала, что лучше всего применять каменный уголь марок Г (газовый) или Д (длиннопламенный) с малым содержанием золы и серы. Перед помолом каменный уголь сушат при температуре не более 120° С.

Каменноугольная пыль должна иметь остаток на сите 016 не бо­лее 5%, на сите 005 не более 70%, остальное на тазике. При нагре­вании форм жидким металлом угольная пыль сгорает и выделяет летучие вещества, содержащие газы СО и С0₂, образующие газовую прослойку между стенками формы и жидким металлом, препят­ствующую появлению пригара.

Количество каменноугольной пыли, вводимой в формовочную смесь, зависит от толщины стенки отливки. Чем толще стенка отливки, тем больше каменноугольной пыли добавляют в формо­вочную смесь. Например, в смеси для тонкостенных отливок (5—15 мм) вводят 2—6% каменноугольной пыли, а в смеси для толстостенных отливок — 12%.

Мазут добавляют в облицовочную смесь для получения чис­той поверхности отливок из чугуна и бронзы при литье по-сырому. Вследствие малого содержания золы в мазуте увеличиваются долговечность и газопроницаемость формовочных смесей. Количе­ство вводимого мазута зависит от толщины стенки отливки. Жела­тельно применять мазут, содержащий не более 2% золы, 2% влаги и не более 0,5% серы.

Пек вводят взамен каменноугольной пыли. Содержание золы и серы в нем меньше, чем у каменноугольной пыли, поэтому он дает меньший пригар на отливках. Кроме того, пек увеличивает прочность смеси в сыром и сухом состояниях. Чтобы лучше раз­молоть пек, его часто смешивают с углем (1 часть пека и 2—3 части каменного угля).

Древесноугольную пыль используют как противо­пригарное средство для покрытия поверхностей сырых форм.

Лучшими углями считают березовый и ольховый. Уголь раз­малывают и просеивают через сито 01. Древесноугольную пыль наносят на стенки формы припыливанием из полотняного мешка.

Графит серебристый применяют для припыливания поверх­ности сырых форм, чтобы уменьшить пригар формовочной смеси к отливке. Графит обладает высокой огнеупорностью. Вместо графита можно применять эстонский сланец в виде порошка.

Маршалит (пылевидный кварц) применяют в качестве огне­упорного материала при приготовлении противопригарных красок для форм и стержней стальных отливок; иногда вводят в состав облицовочных смесей.

Циркон обезжелезненный также применяют для приготовления огнеупорных красок для форм и стержней стальных отливок.

Тальк — минерал, водный силикат магния, применяют для приготовления противопригарной краски. Связующая часть краски состоит из мелкой огнеупорной формовочной глины, бентонита или органических водорастворимых добавок, обеспечивающих относи­тельно высокую прочность.

Древесные опилки вводят в стержневые смеси для увеличения газопроницаемости и податливости стержней. Перед употреблением опилки должны быть сухими и проходить через сито 2,5.

Взамен древесных опилок можно применять торф, содержащий около 70—73% летучих веществ, не более 5—6% золы, до 25—30% л влаги.

Недостатком опилок и торфа является их гигроскопичность.

- Поэтому вместо древесных опилок и торфа применяют асбестовую крошку, она негигроскопична и обладает хорошей формуемостью.

§ В. Формовочные и стержневые смеси Свойства смесей

Для получения качественных форм, стержней и годных отливок формовочные и стержневые смеси должны обладать технологичес­кими свойствами, отвечающими определенным требованиям.

Для хорошего уплотнения формовочной смеси в опоке боль­шое значение имеет пластичность смеси — способность деформи­роваться под действием приложенных внешних усилий или соб­ственной массы, что обеспечивает получение отпечатка модели или заполнение полости стержневого ящика. Пластичность фор­мовочной и стержневой смеси зависит от свойств составляющих смеси и применяемых связующих. Например, смесь с масляным связующим обладает большой пластичностью; песчано-глинистые смеси имеют небольшую пластичность.

Литейная форма должна обладать достаточной прочностью, чтобы при сборке, транспортировке и заливке металлом она не разрушалась. Поэтому и формовочная смесь должна обладать определенной прочностью — способностью сопротивляться разру­шению под действием нагрузки. Прочность формовочной смеси зави­сит от зернистости песка, влажности, плотности и от содержания глины или связующих в смеси. С увеличением плотности, уменьше­нием размера зерен песка, увеличением глиносодержания прочность смеси возрастает.

Сыпучесть смеси влияет на зависание ее в бункерах, на запол­нение и равномерность распределения смеси при засыпке в опоку, на качество и длительность перемешивания смеси в смесителях.

С сыпучестью связана комкуемость — способность смеси образовывать комки. Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Начальная (насыпная) плотность смеси повышает равномерность уплотнения формы. Поэтому смесь должна иметь хорошую сыпучесть — минимальную комкуемость

Большое значение имеет поверхностная проч­ность— сопротивление поверхностного слоя формы или стержня истиранию. Поверхностная прочность характеризуется осыпаемо­стью.

В процессе заливки и охлаждения отливки стенки формы нагре­ваются металлом до высоких температур, равных практически тем­пературе металла, поэтому формовочные материалы должны обла­дать высокой огнеупорностью. Это одно из главных требований, предъявляемых к формовочным материалам.

Огнеупорность — способность смеси сопротивляться размяп- чению или расплавлению под действием высокой температуры жид­кого металла — зависит от огнеупорности составляющих смеси и количественного их соотношения. Чем больше примесей в песке и глине, тем меньше огнеупорность формовочных и стержневых сме­сей. Чем крупнее песок и чем меньше в нем примесей, пыли и больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь.

В процессе заливки формы металлом органические материалы, входящие в состав формовочной смеси (связующие, опилки), сго­рают и выделяют газы, влага испаряется и образует большое коли­чество паров. Способность смеси выделять газы при заливке называется газотворностью. Она определяется количеством газов, выделяющихся из 1 кг смеси. Образующиеся газы, пары и воздух стремятся выйти из формы через поры формовочной смеси. Поэтому она должна иметь достаточную газопроницаемость.

Газопроницаемость — свойство смеси пропускать через себя газы — зависит от качества и количества глинистых составляющих и кварцевого песка. Чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, тем выше газопроницаемость смеси, и наоборот. Газо­проницаемость зависит также от формы зерен песка, влажности, наличия пыли, угля, степени уплотнения и т. п. Чем больше пыли в песке, тем меньше газопроницаемость. При быстром газообразова­нии и недостаточной газопроницаемости смеси давление газа пре­вышает давление залитого металла, и газ стремится выйти из формы не через смесь, а через металл. В этом случае в отливках могут появиться и газовые раковины.

В процессе затвердевания и охлаждения размеры отливки уменьшаются вследствие усадки металла. Однако форма препят­ствует усадке, в результате в отливке могут возникать напряжения и появляться трещины. Поэтому формовочная смесь должна обла­дать податливостью — способностью сокращаться в объеме и пе­ремещаться под действием усадки отливки.

Высокая прочность и газопроницаемость формовочной смеси обеспечиваются однородностью — равномерным распределением в

формовочной смеси составляющих компонентов в результате тща­тельного перемешивания.

Формовочные и стержневые смеси должны обладать минимальной прилипаемостью к модели или стержневому ящику, что зависит от содержания влаги, связующей добавки и ее свойств. Прили- паемость смеси повышается с увеличением количества жидкости в смеси. Сульфитно-спиртовая ба'рда увеличивает прилипаемость смеси, масляные связующие уменьшают ее.

Гигроскопичность — способность формовочной и стержневой смеси поглощать влагу из воздуха — зависит от свойств связую­щей добавки. Стержни, изготовленные из смесей на сульфитной барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой металла, в противном случае увеличивается брак по газовым рако­винам.

Долговечность — способность смеси сохранять свойства при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют в отработанную смесь свежих формовочных материалов при ее переработке. Освобождение отработанной смеси от пыли, введение свежего песка и глины позволяют восстановить свойства смеси.

Выбиваемость — способность стержневой смеси легко удаляться при выбивке ее из охлажденной отливки — зависит от количества песка, глины и вида связующего в стержневых смесях.

Формовочные смеси

Состав формовочных и стержневых смесей чрезвычайно разно­образен, он зависит от рода сплава, массы, толщины стенки и кон­фигурации отливки, предъявляемых к ней требований, характера производства.

Формовочные смеси делят:

1. по характеру использования — на единые, облицовочные, наполнительные;

по состоянию формы перед заливкой — на смеси для форм, заливаемых в сыром состоянии, и смеси для форм, заливаемых в сухом состоянии;