Исследования[11,10,1] показали, что смеси на основе циркона, силлиманита, хромита и хромомагнезита обеспечивают получение стальных отливок с чистой поверхностью в тепловых узлах. Например, хромитовая смесь позволяет получать отливки толщиной до 300 мм с чистой поверхностью.
Высокоогнеупорные материалы применяют в виде паст и наносят на поверхность формы слоем до 3-6 мм, или из них изготовляют полностью формы. Поскольку высокоогнеупорные материалы дороже кварцевого песка, более целесообразно применять их только для приготовления облицовочных смесей, а в ряде случаев выполнять ими только отдельные участки формы, особо подверженные пригару. В последнем случае расход огнеупорного материала существенно сокращается и обычно не превышает 10-15 кг на 1 т литья.
Из высокоогнеупорных материалов наибольшее применение получил хромистый железняк (хромит) как наиболее дешевый[10,11].
Дистен-силлиманит. Внедрение облицовочных стержневых смесей с добавкой дистен-силлиманита марки ДСК-П на жидком стекле или СДБ в сочетании со сланцевой смолой позволило получить отливки без пригара из сложнолегированных сталей.
Применение цирконовых смесей наиболее оправдано при изготовлении крупных стальных отливок, на поверхности которых обычно образуется особенно сильный пригар. Смеси на цирконовой основе отличаются малой газопроницаемостью, поэтому изготовленные из них формы должны иметь хорошую и надежную вентиляцию. Тонко измельченный цирконовый песок применяется для изготовления красок.
Таким образом, применение цирконовых смесей дает возможность получать отливки с весьма чистой поверхностью. Однако, принимая во внимание дефицитность, дороговизну и сложность технологического процесса обогащения цирконового песка, смеси на цирконовой основе могут быть рекомендованы при изготовлении массивных и сложных по конструкции стальныхотливок ответственного назначения, к качеству поверхности которых предъявляются повышенные требования. Эти смеси могут быть использованы также для изготовления тех участков формы, где требуется ускорить охлаждение отливки, т. е. в качестве своеобразных холодильников.
Оливин. Отливки, получаемые с применением оливиновых формовочных смесей, имеют более чистую поверхность и менее склонны к поверхностным дефектам, чем отливки с использованием кварцевых песков. Это объясняется большей теплопроводностью, меньшим коэффициентом термического расширения (0,034%) и большей огнеупорностью оливинита (1870° С) и дунита (1863° С) ,высокая температура плавления, химическая инертность по отношению окислам железа и марганца. Оливиновые пески нельзя смешивать с кварцевыми, так как их смесь образует, легкоплавкие эвтектики и усиливает пригар.
Дуниты менее пригодны для изготовления формовочных смесей, поскольку при заливке стали происходит выделение кристаллизационной воды из серпентина. Все это приводит к повышенной газотворности дунитовых форм. Формовочная смесь из оливинового песка с угловатыми зернами имеет более высокую прочность в сыром состоянии, но менее текуча.
Оливин химически не реагирует с окислами марганца, поэтому отливки из марганцовой стали получаются без пригара и менее трудоемки при очистке и механической обработке. Установлено также, что отливки из углеродистой стали, полученные литьем в формы из оливиновой смеси, имеют более чистую поверхность, чем полученные литьем в обычные формы. В настоящее время оливиновые смеси при производстве отливок из углеродистой стали применяют только для облицовки отдельных участков формы, где при использовании обычных смесей образуется пригар.
Главными недостатками оливина являются высокая стоимость и затрудненная уплотняемость из-за остроугольной формы зерен.
Загрязнение оливиновых смесей глиной, известняком или кварцем приводит к снижению их температуры плавления и появлению пригара. В качестве связующего материала при изготовлении формовочных смесей на оливиновой основе применяется, как правило, бентонит. Введение глины в смесь не допускается
Формовочные смеси на оливиновой основе могут быть рекомендованы к применению в условиях единичного производства при изготовлении массивных отливок из углеродистых и специальных, в том числе, марганцовых, сталей.
Хромистый железняк. Хромовые руды (хромистый железняк) давно привлекают внимание литейщиков. Главными преимуществами их являются высокая огнеупорность (до 1900°), химическая инертность по отношению к окислам железа, способность противостоять проникновению жидкой стали в поры формы и высокая теплопроводность (в 5-7 раз больше, чем песчано-глинистых смесей), а также способностью его спекаться при высоких температурах и намного меньше, чем кварц, разупрочняться. Уже первые опыты показали, что хромистый железняк является прекрасным противопригарным средством при изготовлении стальных отливок. В настоящее время его с успехом применяют для изготовления формовочных смесей, а также красок с различными связующими материалами.
Формы, облицованные хромистым железняком, обладают высокими противопригарными свойствами, однако их изготовление, кроме большого расхода хромистого железняка, связано с рядом неудобств. В частности, при съеме формы с модели происходит отслаивание облицовочной смеси, при формовке в почве и на встряхивающих машинах облицовочная смесь часто перемешивается с наполнительной. В то же время известно, что для получения стальных отливок с чистой поверхностью в зависимости от толщины стенок и веса их достаточно иметь слой хромистого железняка толщиной 1,5-4 мм. Такой слой можно получить нанесением на поверхность форм пасты повышенной вязкости, которая не требует сильного измельчения хромистого железняка и хорошо удерживается даже на вертикальных поверхностях. Лучшими связующими для пасты, являются патока и декстрин. Формы для отливок весом 1,5-2,0 т следует покрывать слоем пасты толщиной 1, 5 мм, а формы для отливок весом 30 т и более слоем толщиной 2-4 мм.
Применение пасты позволяет значительно повысить качество поверхности стальных отливок и более чем в 3 раза снизить затраты труда на очистку. Особенно высока экономическая эффективность применения указанной пасты при производстве крупных стальных отливок.
При изготовлении отливок из высокомарганцовых сталей, особенно склонных к образованию пригара, лучшим средством его устранения является хромистый железняк.
Хромомагнезит. Хромомагнезит представляет собой огнеупорный материал, содержащий 15-20% Сг2Оз и не менее 42% MgO. Его огнеупорность превышает 2000°. Формовочные смеси на хромомагнезитовой основе изготовляются из отходов хромомагнезитового кирпича.
Опытами установлено, что применение хромомагнезитовых смесей на крупных отливках из нержавеющей стали обеспечивает получение чистой поверхности. Образующаяся плотная корка пригара легко отделяется от отливки.
При проведении опытов обнаружилось значительное влияние зернового состава хромомагнезитового порошка на качество отливок. Применение крупного хромомагнезита вызывает механический пригар, а очень мелкого - поверхностные раковины. При изготовлении мелких и средних отливок рекомендуется более мелкий помол хромомагнезита (остаток на двух нижних ситах и тазике 35-40%), чем при изготовлении крупных отливок (остаток на тех же ситах и тазике 30-35%). Практически рекомендуется наносить облицовочный слой небольшой толщины (15-20 мм), использовать подслой с высокой газопроницаемостью и применять частые наколы, обеспечивающие хорошую вентиляцию формы. Применение быстросохнущих хромомагнезитовых смесей, наряду с повышением чистоты поверхности отливок, снижает трудоемкость изготовления форм по сравнению с обычной технологией на 35%.
Таким образом, использование формовочных смесей на основе хромомагнезита позволяет существенно улучшить качество поверхности отливок. Такие смеси могут с успехом применяться там,где имеются в достаточном количестве отходы хромомагнезитового кирпича. Хромомагнезитовые смеси особенно рационально применять при получении отливок из коррозионно-стойкой стали.