3.1 Основные теоретические положения

Сухие формы применяют при изготовлении крупных, массивных или сложных по конфигурации отливок в тех случаях, когда в сырых формах не удается получить качественные изделия.

Прочность в высушенном состоянии определяется с помощью высушенных и охлажденных до комнатной температуры образцов.

Высушенные образцы обычно подвергаются испытанию на срез, сжатие, разрыв, изгиб, осыпаемость и твердость.

Как и прочность в сыром состоянии, прочность высушенных образ­цов еще не позволяет делать непосредственных выводов, касающихся поведения формы при ее нагреве до температуры жидкого металла. Однако данные по прочности в высушенном состоянии позволяют делать вывод о поведении формы в момент заливки. Это обстоятельство, наряду с относительной легкостью и доступностью проведения измерений для любой лаборатории, сделали показатели прочности смесей в сухом состоянии обязательными характеристиками для всех смесей.

3.2 Методика и порядок выполнения работы

П редел прочности смеси при растяжении определяют на сухих образцах, имеющих форму восьмерки (рис. 3.1а). Образцы изготовляют в специальном стержневом ящике (рис. 3.1б). На под­дон 1 ставят половины 2 и 3 стержневого ящика, не допуская их пе­рекоса; затем на ящик устанавливают воронку 4 таким образом, чтобы штыри, имеющиеся на ниж­ней плоскости воронки, вошли в гнезда стержневого ящика. Половины ящика скрепляют винтом 6. Навеску смеси (110 – 120 г) насыпают в собранный ящик, затем свободно устанавливают ко­лодку 5. Смесь уплотняют на стандартном копре тремя ударами груза. Если уплотнение прове­дено правильно, то верхняя пло­скость воронки должна находить­ся в пределах трех контрольных рисок, имеющихся на колодке (при несоблюдении этого условия образец бракуют). После этого удаляют колодку, отвинчивают винт 6 и снимают воронку. Стержневой ящик с образцом осто­рожно переносят на специальную подставку и разбирают. Образец на подставке помещают в сушильный шкаф.

а) б)

Рисунок 3.1 – Стержневой ящик для изготовления образцов-восьмерок

Режим сушки определяется видом связующего материала. Перед испытанием высу­шенный образец охлаждают.

Испытания образцов формовочных смесей на растяжение проводят на приборе типа 05070 А (рис. 3.2). Для этого тарелка 1 (см. рис. 2.2 лабораторной работы № 2) отводится в сторону, приспособление 7 для испытания образцов – «восьмерок» укрепляется на колонне, а переключатель 6 переводится в положение испытания на растяжение. Все остальные манипулирования аналогичны описанным в лабораторной работе № 2.

Рисунок 3.2 – Прибор модели 05070 А

3.3 Структура отчета

1. Название и цель работы.

2. Эскизы приборов, их краткое описание и методика испытания; состав смеси, эскиз образца – «восьмерки».

3. Результаты измерения предела прочности на растяжение в сухом состоянии.

3.4 Вопросы для самоконтроля

1. Описать порядок изготовления образцов – «восьмерок».

2. Описать порядок работы на приборе модели 05070 А при испытании образцов на растяжение.

Лабораторная работа № 4.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ

Цель работы – освоить методику определения влажности формовочных и стержневых смесей

Работа рассчитана на 2 часа.

Оборудование, инструмент и материалы. Лабораторные бегуны; лабораторный копер; электронные весы; прибор для ускоренного определения влажности смеси; коробка для смесей; сухой песок; формовочная глина.

4.1 Основные теоретические положения

Содержание воды в формовочных смесях колеблется в широких пределах - от 1 до 6 % и более. Наибольшее количество воды характерно для песчано-глинистых смесей и смесей на основе других водораство­римых (гидрофильных) связующих; свойства этих смесей в наибольшей степени определяются содержанием в них воды. Содержание воды в песча­но-глинистых формовочных смесях объясняется главным образом мине­ралогическим и зерновым строением глины и ее количеством в смеси.

Смеси на основе нерастворяющихся в воде (гидрофобных) связую­щих таких, как П, ПТ, ЧГ(У), растительное масло и др., содержат наименьшее количество воды.

В зависимости от взаимодействия с песком и глиной и физического состояния вода формовочных смесей бывает двух видов: 1) входящей в состав минералов и 2) не входящей в состав кристаллической ре­шетки.

Вода, входящая в состав минералов, разделяется на три условные подгруппы: конституционная, кристаллизационная, цеолитная.

Конституционная - вода, непосредственно входящая в состав минералов, например, водных оксидов и силикатов. Она выделяется при определенной температуре (интервал 300-700 °С), после ее выде­ления свойства минералов резко изменяются (в частности, зерна становятся мелкодисперсными). Процесс удаления конституционной воды необратим.

Кристаллизационная – вода, имеющая много общего с конституцион­ной: она удаляется при определенных температурах, и ее удаление связано с ухудшением качества глин. Однако, в отличие от конститу­ционной, кристаллизационная вода возвращается в состав минералов при длительном намокании (пример минерала - гипс).

Цеолитная – вода, входит в состав минерала, но химически не связана с молекулами решетки и сохраняет свою молекулярную форму (название предложено акад. В. И. Вернадским).

Общее у этой воды с двумя первыми то, что после ее выделения свойства минерала резко изменяются, но отличается менее резко выра­женной температурой начала выделения и полной обратимостью процесса.

Содержание цеолитной воды в минералах доходит до 30 % (напри­мер, монтмориллонит, характерная составная часть бентонитовых глин, удерживает значительное количество воды).

Вода, не входящая в состав минералов, может быть подразделена на три группы:

а) адсорбированная – вода, поглощенная смесью из окружающего воздуха. Некоторыми авторами вводится подразделение адсорбированной во­ды на несколько видов (вода в форме пара, пленка прочно связанной воды, слой рыхлосвязанной воды).

В зависимости от величины зерна и от величины поверхности зер­на, а также от атмосферной влажности, температуры, количество адсор­бированной воды изменяется, но всегда составляет менее 0,1 % от ве­са кварцевых зерен. На 10 % глинистых составляющих адсорбируется до 2,5 % воды.

Толщина слоя адсорбированной воды растет с уменьшением размера частиц смеси, с увеличением количества глинистых и коллоидных частиц (жидкое стекло). Наличие в смесях гидрофобных веществ препятствует влагопоглощению. По своим физическим свойствам адсорбированная вода отличается от обычной плотностью, вязкостью и другими свойствами, что объясняется значительным давлением на молекулы воды, вследствие их притяжения к твердым частицам под воздействием электромолекулярных сил;

б) капиллярная – вода, которая не удерживается силами адсорб­ции, но и не стекает с поверхности зерен под влиянием капиллярных сил, значительно превосходящих силу тяжести;

в) свободная – вода, образующаяся при увлажнении смеси сверх капиллярной влажности и свободно стекающая под воздействием силы тяжести.

Переувлажнение смеси приводит и изменению всех свойств: умень­шается прочность и газопроницаемость смесей в сыром состоянии, рез­ко увеличивается прилипаемость, возрастает газотворность смеси.

Методы определения влажности.

Стандартный метод.

Стандартным методом можно определить количество той воды, кото­рая испаряется при температуре 100 °С. Поэтому этим методом нельзя определить не только конституционную и кристаллизационную воду, но и воду, которая адсорбирована на поверхности зерен в виде очень тон­ких слоев, наиболее близко прилегающих к поверхности зерен. Не­посредственными опытами было доказано, что слои воды, прилегающие к поверхности зерен, обладают температурой кипения, значительно пре­вышающей 100 °С, и удельным весом, значительно превышавшим единицу.

Стандартом предусмотрен такой метод определения влажности, при котором за 100 % принимается вес влажной навески.

В соответствии с принятыми допущениями, при стандартном мето­де определения воды высушивают навеску смеси при температуре 105-110 °С до постоянного веса. Навеску рекомендуется принимать равной 50 г.

Преимущество метода – его крайняя простота при проведении испы­тания. Недостатком метода является длительность его проведения.

Поэтому наряду со стандартным существует большое количество ускоренных методов определения содержания воды в смесях.

Ускоренные методы определения влажности смесей могут быть пря­мыми, основанными на определении количества воды путем ее удаления из материала, и косвенными, при которых вода из материала не выделя­ется, а влажность определяется по свойствам, изменяющимся с измене­нием влажности.