Анализ методов улучшения жидкостекольных смесей (стр. 3 из 14)

По-видимому, эти соображения кажутся Декро и Гогюллону недостаточно убедительными, так как они приходят к выводу, что минимум прочности после предварительного нагрева образцов до 1000° C трудно объясним.

Вышеприведенное показывает противоречия в экспериментальных данных и мнениях различных авторов. Это свидетельствует о том, что в настоящее время еще недостаточно изучены общие закономерности физико-химических процессов, протекающих при нагреве и последующем охлаждении смесей с жидким стеклом. В частности, не предложены гарантийные меры, обеспечивающие легкую выбивку стержней из отливок.

1.2. Определение выбиваемости

Противоречия в экспериментальных данных, полученных различными исследователями, объясняются прежде всего несоблюдением постоянства условий экспериментов и несовершенством применявшихся методов.

Надо признать, что объективную оценку выбиваемости стержней из отливок дать очень трудно, так как смеси при их разрушении подвергаются различным видам нагрузок. Пленки связующего материала испытывают при этом одновременное действие скалывающих, изгибающих и растягивающих усилий. Если с этой позиции рассмотреть наиболее распространенные методы выбивки стержней, то общим для них является ударное воздействие на стержень.

Многие исследователи определяли выбиваемость смесей по прочности стандартных образцов на сжатие, что не может характеризовать способность к разрушению под действием ударной нагрузки, хотя определенная зависимость между прочностью на сжатие и выбиваемостью, по-видимому, существует.

С другой стороны, использование для определения выбиваемости стержней встряхивающих выбивных решеток, вибрационных машин, пневматических зубил и других аналогичных приспособлений неизбежно вносит существенный элемент субъективности, так как трудно определить момент конца выбивки: образование пригарной корки различной толщины значительно затрудняет оценку собственно выбиваемости смесей.

Наконец, эти методы применяют обычно при изготовлении какой-либо одной, специально выбранной опытной отливки.

Поэтому полученные результаты могут быть использованы лишь как сравнительные применительно к данным или подобным отливкам и не могут быть перенесены без существенных поправок на другие отливки. Очевидно, разнообразие конфигураций, веса, типа сплава отливок и, соответственно, условий прогрева стержней настолько велико, что практически невозможно найти такую форму и размеры опытной отливки, чтобы полученные закономерности могли быть перенесены на большую номенклатуру литья.

Поэтому, прежде всего, было обращено внимание на выбор методики исследований, лишенной упомянутых основных недостатков. В основу методики[11,13] была положена оценка смесей по наиболее близкому к производственным условиям показателю — работе, затрачиваемой на выбивку («пробивку») образцов, предварительно нагретых до различных, заданных условиями опыта, температур.

Для этого применялся копер, снабженный специальными приспособлениями (рис. 1).

Рис. 1. Приспособления для оценки выбиваемости смесей:

а — исследуемый образец; б — металлическая гильза; в — поддон;

г — боек.

На нижнем конце вертикального штока копра укреплялся боек диаметром 20 мм. При изготовлении бойка его острие делалось тупым, чтобы при длительном использовании сохранить стабильными размеры бойка. Для того чтобы обеспечить возможность выхода разрушенной смеси из-под бойка, последний имел три продольных паза шириной 5 мм, расположенных по окружности под углом 120°. Приспособление для определения работы выбиваемости имело комплект съемных грузов и кулачков, обеспечивающих возможность изменения высоты падения грузов. Таким образом, изменением веса падающего груза и высоты падения последнего достаточно быстро и точно определяли работу, затрачиваемую на выбивку как очень слабых, так и прочных стержневых смесей.

Образцы высотой 30 мм и диаметром 50 мм, уплотненные тремя ударами на обычном копре, высушивались при 200° C в течение 20 мин или продувались углекислым газом в течение 45 сек. Затем они подвергались нагреву до различных заданных температур от 200 до 1400° C с интервалом 100—200° C, выдерживались при этой температуре в течение 40 мин и медленно охлаждались в печи со скоростью 200—300°/ч.

Полученные образцы а (рис. 1) плотно, без зазора, вставлялись в металлическую гильзу б, которая, в свою очередь, устанавливалась на поддон в. В дне поддона имелось отверстие диаметром 22 мм для свободного выхода бойка г, пробивающего образец а,

Работа, затраченная на выбивку («пробивку» образца), находилась из следующей зависимости:

A = nGh

где A — работа, затраченная на пробивку опытного образца, в кГм;

n — число ударов бойка, необходимых для пробивки образца;

G — вес падающего груза в кг;

h — высота падения груза в м.

1.3.Изменение работы выбивки смеси в зависимости от температуры нагрева

По описанной методике образцы смесей при их нагреве и охлаждении не испытывают сжимающих усилий, возникающих в стержнях при усадке отливок.

Поэтому в работе параллельно с испытанием образцов, подвергавшихся нагреву в печах, определяли выбиваемости смесей на опытных отливках плиты длиной 650 мм, шириной 200 мм и высотой 50 мм, в которую одновременно устанавливали четыре стержня из испытуемой смеси. В результате контрольных опытов были выбраны диаметры стержней с таким расчетом, чтобы отношение толщины стенки отливки к радиусу стержня составляло 0,5; 1,0; 2,0 и 4.0.

Опытные отливки весом 150 кг заливались при температуре 1550— 1580° C сталью 30Л. Температура нагрева стержней при разных соотношениях толщин стенок отливок к радиусам стерней приведена на рис. 2. Работа, затрачиваемая на выбивку стержней из отливок, определялась после полного их остывания с помощью переносного копра, аналогичного описанному выше.

Так как пленки склеивающие зерна наполнителя в случае продувания смесей углекислым газом и в случае удаления влаги при нагреве отличаются, то

поэтому при изучении общих закономерностей условий выбивки стержней опыты проводились с образцами, продутыми углекислым газом в течение 45 сек, и с образцами, высушенными при 200º C в течение 20 мин. Смесь содержала кварцевый песок Люберецкого месторождения (1К025А)—100 весовых частей; жидкое стекло (модуль 2,7, удельный вес 1,48 г/см³)— 5 весовых частей; NaOH (10 %-ный раствор)—1 весовая часть.

Была установлена непосредственная зависимость работы A, затрачиваемой на выбивку образцов, от температуры их предварительного нагрева (рис. 3).

Как видно из этой зависимости, кривая, характеризующая работу выбивки A, имеет два максимума и два минимума.

Первый максимум соответствует исходному состоянию образцов, нагретых до 200º C и охлажденных, а также продутых CO

. При последующем нагреве и охлаждении образцов работа, затрачиваемая на их выбивку, непрерывно падает, достигая минимальных значений («первый минимум») в интервале 400—600° С.

Нагрев до более высоких температур вызывает новый значительный рост работы, затрачиваемой на выбивку, которая достигает максимальных значений при 800° C («второй максимум»).

Из приведенных на рис. 3 зависимостей видно также, что работа, затрачиваемая на выбивку образцов, продутых CO

, при всех температурах их предварительного нагрева оказалась ниже работы, затраченной на выбивку высушенных образцов.

Однако, если при первом максимуме работы разница весьма существенна, то при втором максимуме эта разница значительно уменьшается, а при обоих минимумах величина A практически одинакова. Это свидетельствует о том, что при нагреве до высоких температур и охлаждении опытных образцов в смеси происходят одинаковые или подобные процессы. На этом явлении подробно остановимся.

Наличие минимума работы, затрачиваемой на выбивку образцов, предварительно нагретых до температур, лежащих в интервале 400—600° C, приводит к мысли о возможности создания в стержнях условий, при которых связь между отдельными зернами наполнителя нарушалась бы после заполнения литейной формы жидким металлом и образования на отливке твердой корки и не восстанавливалась бы в процессе последующего охлаждения стержней. Для достижения этой цели могут быть использованы два пути.

Первый заключается в регулировании степени прогрева стержней с использованием для этого различных теплопроводных и теплоизоляционных смесей; второй — в значительном расширении благоприятного для выбивки интервала температур.

На практике приходится сталкиваться с очень большим диапазоном температур прогрева стержней — от минимальной в центре до максимальной (близкой к температуре заливаемого металла) — на поверхности. Однако для успешной выбивки стержня часто оказывается достаточно иметь легкую выбиваемость его основного объема, тогда наружная часть, соприкасающаяся с отливкой, довольно легко может быть удалена. Об этом свидетельствует, например, опыт применения оболочковых стержней из смеси с жидким стеклом, как правило не вызывающих затруднений при выбивке из отливок.