Анализ методов улучшения жидкостекольных смесей (стр. 9 из 14)
Снижение прочности смесей при нагреве до 200°C объясняется испарением воды гелем, а также различными коэффициентами термического расширения кварцевого песка и геля кремневой кислоты. В табл. 5 приведены результаты изменений объема жидкостекольно-шлаковой композиции и НСС при нагреве их до 600° С.
Таблица 5
Изменение объема композиции и НСС в зависимости от температуры нагрева
| Смесь | Расширение (+) и усадка (–). % при температуре, °С | |||||
| 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | |
| Жидкостекольно-шлаковая композиция НСС | +0,08 +0,08 | –4,40 +0,20 | –4,60 +0,40 | –4,50 + 0,75 | –4,40 + 1,05 | –4,20 + 1.55 |
В результате нагрева в пленке композиции, скрепляющей зерна наполнителя, возникают внутренние напряжения, приводящие к образованию трещин и частичному отрыву пленки композиции от зерна песка. Поэтому сушка стержней или форм из НСС, выдержанных после изготовления более 2 ч, уменьшает их прочность. Особенно сильно снижается прочность, если стержни и формы из НСС выдержаны до сушки сутки и более.
При прогреве НСС до 700–720°C размягчение жидкостекольно-шлаковой композиции не наблюдается, т. е. она находится еще в твердом состоянии. После охлаждения прочность смеси существенно не изменяется и выбиваемость ее вполне удовлетворительна.
Как показали исследования А. П. Семика, в интервале температур 720–1060°С жидкостекольно-шлаковая композиция плавится. Образующаяся жидкая фаза взаимодействует с зернами песка и приводит к спеканию смеси при охлаждении, в результате чего прочность НСС возрастает, а выбиваемость ухудшается. Вязкость композиции при 720—1060°C превышает 200 Па • с, поэтому проникающая способность ее в поры смеси небольшая. При нагреве смеси выше 1060°C вязкость ее вследствие расплавления композиции снижается и при 1100°C составляет 8 Па • с. Благодаря этому резко возрастает проникающая способность композиции в поры между наполнителем, вследствие чего (после охлаждения) прочность НСС значительно увеличивается, а выбиваемость резко ухудшается.
О расплавлении связующей композиции можно судить по уменьшению прочности НСС, измеренной непосредственно при высоких температурах (табл. 6).
Наблюдалось, что при нагреве до800°C после приложения нагрузки образец рассыпался на куски, а при 800ºC и выше начинал течь.
Нерастворившаяся часть шлака является включениями в связующем и частично снижает прочность НСС, поэтому выбиваемость
Таблица 6
Влияние температуры на прочность НСС
| Время выдержки образцов в печи, мин | Прочность на сжатие, кгс/см- (9,8-10- Па), при нагреве, °C | ||||||
| 200 | 400 | 600 | 800 | 1000 | 1200 | 1300 | |
| 5 30 45 60 | 10,0 9,0 8,5 8,0 | 8,5 7,5 7,0 6,5 | 7,0 6,0 5,8 5,0 | 2,0 1.8 1,0 0,5 | 1,0 0,5 0,2 0 | 0,3 0 0 0 | 0 0 0 0 |
НСС немного лучше, чем у обычных жидкостекольных смесей, не содержащих феррохромового шлака.
2.2.Влияние усадки отливки
Кроме температуры, на выбиваемость НСС в значительной мере влияет усадка отливки. Об этом свидетельствуют результаты экспериментов с различными железоуглеродистыми сплавами по заливке в форму при 1550°C (табл. 7).
Таблица 7
Влияние усадки сплавов на выбиваемость НСС
| Сплав | Усадка сплава, % | Работа выбивки, Дж, при плотности смеси, 10- кг/м- | |||
| 1,1 | 1.3 | 1,5 | 1,7 | ||
| Серый чугун СЧ 15-32 Половинчатый чугун Белый чугун Сталь ЗОЛ | 0,9—1,1 1,4—1,6 1,9—2,1 1.9—2,1 | 5,0—5,5 6,0—6,5 7,0—8,0 7,5—8,0 | 14—15 18—20 23—25 24—25 | 46—48 62—64 78—80 78—80 | 120—125 156—160 195—205 195—205 |
Поскольку усадка стали больше, чем чугуна, выбиваемость НСС из стальных отливок в 1,5–1,6 раза хуже, чем из чугунных вследствие увеличения сил сжатия на стержень.
2.3. Влияние неорганических добавок на выбиваемость НСС
Выбиваемость НСС улучшается при снижении содержания жидкого стекла, повышении его модуля и увеличении содержания феррохромового шлака, благодаря повышению температуры плавления жидкостекольно-шлаковой композиции и увеличению ее вязкости.
Добавка шлака улучшает выбиваемость НСС, поскольку при этом повышается температура плавления жидкостекольно-шлаковой композиции (рис. 24). Однако содержание феррохромового шлака более 5% ведет к уменьшению текучести смеси и снижению ее прочности, особенно поверхностной. Уменьшение количества жидкого стекла ниже 6% также ведет к снижению конечной прочности НСС. Поэтому для получения НСС с удовлетворительной выбиваемостью необходимо строго дозировать состав НСС, особенно количество жидкой композиции. | Рис.24.Влияние содержания шлака на температуру начала(1) и конца(2)плавления жидкостеколь-но-шлаковой композиции. |
Удовлетворительная выбиваемость НСС наблюдается при содержании в смеси не более 6,0—6,5% жидкого стекла с модулем не
менее 2,7 и плотностью (1,48—1,52) • 103 кг/м3 или 8—8,5% жидкостекольной композиции с плотностью (1,29—1,31) • 103 кг/м3 при содержании феррохромового шлака не менее 4—5%.
Из рис. 25 видно, что выбиваемость значительно улучшается с понижением плотности НСС и уменьшением температуры прогрева. Хорошая выбиваемость НСС наблюдается при плотности (1,0–1,1)´ 103 кг/м3 и температуре прогрева не более 600° С. Однако для получения достаточной прочности 1,5–3,0 кгс/см2, или (14,7–29,4)´ 104 Па, через 1 ч плотность НСС необходимо выдерживать в пределах (1,3–1,4)´103 кг/м3. 
Чтобы улучшить выбиваемость НСС, как уже указывалось, необходимо вводить в нее добавки. Многие неорганические добавки улучшают выбиваемость НСС при прогреве до 700–1200°C, однако максимального эффекта можно добиться при прогреве до 800–900° С. Улучшение выбиваемости при этом обусловлено, в основном, повышением температуры плавления и вязкости жидкостекольно-шлаковой композиции. Исследования, проведенные в КПИ и другими авторами, показали, что из неорганических добавок лучшие результаты по улучшению выбиваемости НСС дают оксид и гидроксид алюминия (2,0–2,5%), алюминиевая пудра (0,5–0,6%), а также фосфоритная мука, шамот, вспученный перлит и вермикулит (по 1%). Однако при вводе неорганических добавок выбиваемость НСС улучшается мало, так как в смесь нельзя ввести необходимое количество добавки (3–5%) из-за сильного снижения текучести, а в некоторых случаях и ухудшения прочности смеси. Поэтому перед вводом в НСС неорганические добавки следует подвергать специальной обработке.Известно, что глина улучшает выбиваемость НСС. Добавки в НСС пятихатской глины, обожженной при 700°C, резко уменьшает работу выбивки стержней из стальных и чугунных отливок (табл. 8).
Из-за резкого снижения текучести содержание глины в НСС не превышает 1,0%. Такое количество глины не оказывает существенного влияния на выбиваемость НСС. Перед вводом в НСС большего (>3–4%) количества глины её необходимо предварительно обработать СДБ, инден-кумароновой смолой, мазутом или прокалить при 700–750°С. Обработанная таким образом глина в количестве 3–4% улучшает выбиваемость НСС в интервале температур 400–1200°С, поэтому ее можно рекомендовать в качестве добавки для улучшения выбиваемости НСС из чугунных и стальных отливок.
Таблица 8
Влияние добавки отожжённой глины на выбиваемость НСС
| Сплав | Работа выбивки стержней, Дж, при содержании глины и НСС, % | ||||
| ― | 2 | 4 | 6 | 8 | |
| Сталь Чугун | 161,40 52,90 | 102,60 32,64 | 10,08 4,47 | 9,00 1,02 | 3,84 0,97 |
.
2.4. Влияние органических добавок на выбиваемость НСС
Большинство органических добавок снижает прочность НСС после прогрева до 800°C и заметно улучшает выбиваемость НСС из чугунных отливок[2,7]. Наиболее рациональными и экономичными следует считать следующие добавки: древесные опилки (0,6–1,0%), древесный пек или крепитель ДП (1,0–1,5%), каменный уголь или кокс (1,5–2,0%) и др. При большем содержании этих добавок снижается текучесть НСС. Чтобы уменьшить влияние опилок на текучесть НСС, их необходимо замачивать в воде в соотношении 1 : 1, а еще лучше — в воде с добавкой 0,025% ПАВ. При этом в НСС вводится соответственно меньшее количество воды и ПАВ. Лучшие результаты получают при добавлении опилок с размерами ситовой фракции около 2 мм. Выбиваемость НСС при прогреве до 700–800°C улучшается также, если добавить к ней 0,5–1,0% патоки; 1,0–1,5% торфа; 1,5–2,0% графита; 0,7–1,0% твердой СДБ и др.