Формувальні глини, їх класифікація

Формувальні глини – гірські породи, які складаються більш ніж на 50% з дрібнодисперсних часток розміром менше 22 мкм і містять водні алюмосилікати (Al₂O₃ + SiO₂).

Глини мають зв’язуючу здатність у вологому і сухому стані, є основним зв’язуючим матеріалом у формових і стержневих сумішах. Частки глини щільно прилягають одна до одної, не утворюючи зазорів. Тому глина має високу міцність і пластичність, але знижує газопроникність і податливість суміші.

Класифікація формувальних глин по ГОСТ 3226-77:

1. За мінералогічним складом:

1.1. Бентонітова – Б.

1.2. Каолінова і каоліно-гідрослюдиста – К.

1.3. Полімінеральна – П.

Найчастіше застосовують каолінові та бентонітові глини. Бентонітові глини Al₂O₃^.4SiO₂^.nH₂O мають дуже високу зв’язуючу здатність, t_пл = 1250 – 1300^оС. Каолінові глини Al₂O₃^.2SiO₂^.2H₂O мають t_пл = 1750 – 1787^оС.

2. За межею міцності при стисканні у вологому стані:

Групи	Межа міцності при стисканні у вологому стані, МПа, не менше
	бентонітових глин	каолінових, полімінеральних глин
П (міцнозв’язуюча)	0,13	0,1
С (середньозв’язуюча)	0,11	0,08
М (малозв’язуюча)	0,09	0,05

3. За межею міцності при стисканні у сухому стані:

Підгрупи	Межа міцності при стисканні у сухому стані, МПа, не менше
	бентонітових глин	каолінових, полімінеральних глин
1	0,55	0,45
2	0,35	0,3
3	0,3	0,2

4. За вмістом шкідливих домішок:

Групи	Характеристика
Т1	з низьким вмістом домішок
Т2	з середнім вмістом домішок
Т3	з високим вмістом домішок

При маркуванні глини вказують: вид глини, групу і підгрупу за межею міцності, групу за вмістом шкідливих домішок. Наприклад: БП1Т₂, КС3Т₁, ПМ2Т₂.

Зв’язуюча здатність глини тим вище, чим більше в ній так званих колоїдних часток розміром менше 0,1 мкм. Бентоніт містить велику кількість таких часток.

Переваги бентоніту порівняно з іншими глинами:

1. витрати в сумішах у 2-3 рази менше;

2. менше води у складі суміші, тому краще газопроникність;

3. велика текучість суміші і краща заповнюваність опок і стержневих ящиків;

4. вище чистота поверхні відливок;

5. зменшення у 2 рази витрат кріпильників у стержневих сумішах.

Зв’язуючі матеріали, їх класифікація і характеристика

Зв’язуючі матеріали (кріпильники) вводять в суміші для зв’язування піщинок і надання міцності у вологому і сухому стані.

Вимоги до зв’язуючих:

1. рівномірно розподілятися по поверхні формувальних пісків при приготуванні сумішей;

2. не прилипати до моделі і стержневого ящика під час виготовлення стержнів і форм;

3. забезпечувати достатню міцність у вологому і сухому стані;

4. надавати суміші текучості для заповнення всіх порожнин форми і стержневого ящика;

5. сприяти швидкому висиханню стержня і форми, не поглинати вологу при складанні форм і зберіганні стержнів;

6. не виділяти багато газів при сушці і заливанні форми, забезпечувати податливість форми і стержня;

7. не знижувати вогнетривкість суміші і не збільшувати пригар на відливці;

8. сприяти легкому видаленню стержня з відливки;

9. бути дешевими, недефіцитними і нешкідливими для оточуючих.

Всі зв’язуючі ділять на органічні (які вигорають) і неорганічні (які не вигорають).

Органічні зв’язуючі бувають водні і неводні. Неорганічні зв’язуючі є водними.

Характер затвердіння зв’язуючого може бути необоротний, оборотний і проміжний.

За своєю зв’язуючою дією кріпильники ділять на такі види:

1. Матеріали, які в процесі сушки форм або стержнів окислюються і полімеризуються, утворюючи міцні плівки, що обволікають і зв’язують зерна піску. Це органічні хімічно твердіючі зв’язуючі, мають низьку міцність і добру текучість у вологому стані, високу міцність у сухому стані, застосовують для виготовлення тонкостінних складних стержнів. До них відносять масла та синтетичні смоли.

Масла: рослинні, з нафтопродуктів, зі сланців.

Рослинні: льняне масло, оліфа.

Льняне масло – отримують з насіння льону, додають в суміш 1-2%, застосовують для особливо відповідальних і складних стержнів; міцність в сухому стані – 6-13 кг/см².

Оліфа натуральна – отримують спеціальною обробкою льняного масла; міцність – до 13 кг/см².

Оліфа-оксоль - отримують спеціальною обробкою льняного масла з додаванням уайт-спіриту; міцність – до 8 кг/см².

Масляні кріпильники з нафтопродуктів: петролатум П, зв’язуючі ПТ, ПС (з покращеними властивостями).

Петролатум П – розчин окисленого петролатуму в уайт-спіриті (1:1), недефіцитний, дешевий замінник рослинних масляних кріпильників, в суміш додають до 4%; міцність – не менше 8 кг/см².

ПС – 60% окисленого петролатуму + 40% сланцевої смоли; міцність – до 18 кг/см².

ПТ – розчин окисленого петролатуму і талового масла в уайт-спіриті.

Кріпильник 4ГУ – розчин льняного масла і каніфолі в уайт-спіриті (комбіноване зв’язуюче), замінник льняного масла; міцність – 6-8 кг/см².

Кріпильник ГТФ – важка фракція сланцевої смоли; міцність – 6-8 кг/см².

При застосуванні цих зв’язуючих необхідна сушка стержнів ( t_сушки = 200-230^оС), що пов’язано з енерговитратами, витратами часу і площі.

Синтетичні смоли дозволяють усунути операцію сушки стержнів.

Пульвербакеліт – фенолоформальдегідна смола з отверджувачем, 4-6% у суміші.

Карбамідні смоли – кріпильники МФ17, М, УКС, КФ-35, КФ-40, КФ-90, міцність – 25 кг/см².

2. Матеріали, які розплавляються в процесі сушки форм і стержнів, обволікають зерна піску, утворюючи плівку, яка при затвердінні надає міцності стержню – органічні твердіючі зв’язуючі.

Каніфоль – отримують із соснової смоли, додають в суміш у вигляді порошку, t_пл = 85^оС, частіше застосовують як добавку до різних кріпильників.

Пеки – продукти обробки смол, отримують з кам’яного вугілля, торфу або деревини, в суміш додають 3-5%.

Деревний пек – вводять у вигляді порошку, t_пл = 100-140^оС, t_сушки = 220-240^оС, міцність – 3-4 кг/см².

Торф’яний пек – додають в суміш у вигляді водного розчину.

Нафтові бітуми.

3. Водорозчинні і висихаючі зв’язуючі речовини – органічні висихаючі зв’язуючі. Їх використовують разом з глиною.

Сульфітний щелок – продукт відходів переробки деревини, перед додаванням в суміш розчиняють у воді, застосовують для сирих і сухих формових та для стержневих сумішей. t_сушки = 160-180^оС, міцність – не менше 4 кг/см² стержні гігроскопічні.

Сульфітно-спиртова барда – отримують при бродінні щелока; ЛКБЖ – рідкий концентрат (ρ = 1,25-1,3 г/см³), ЛКБТ – твердий концентрат (ρ = 1,4 г/см³), t_сушки = 150-180^оС; стержні податливі, але гігроскопічні, суміш прилипає до стержневих ящиків.

Кріпильник СП – емульсія сульфітно-спиртової барди (93-95%) + окислений петролатум (5-7%).

Кріпильник СБ - емульсія сульфітно-спиртової барди (80-85%) + ГТФ (15-20%).

Міцність цих кріпильників – до 5 кг/см², тривалість сушки в 2-3 рази менше, t_сушки = 160-180^оС, дешеві, недефіцитні.

Патока – рідкі відходи цукрового виробництва; стержні податливі, міцність – 3кг/см², t_сушки = 150^оС, значна гігроскопічність.

Декстрин – продукт обробки крохмалю (білий і жовтий); t_сушки = 180^оС, міцність – не менше 5,5 кг/см², стержні дуже гігроскопічні.