Свойства формовочных глин

Влажность. Вода, содержащаяся в глинах, разделяется на входящую в состав минералов (химически связанная) и не входящую в них (адсорбированная и капиллярная). Влажность формовочных глин определяется по ГОСТ 3594.11–93.

Навеску глины массой 20 г сушат в сушильном шкафу при температуре 105–110°С до постоянной массы, затем охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Массовую долю влаги х в процентах вычисляют по формуле

Х = × 100,

где m и m ₁ – масса навески глины до высушивания и после высушивания, г.

Зерновой состав глин характеризует их степень дисперсности и наличие в них крупнодисперсных включений. Дисперсность глин оказывает существенное влияние на их прочностные свойства. Гранулометрический состав глин определяют по ГОСТ 3594.12–93.

О степени дисперсности судят по содержанию глинистой составляющей, т. е. частиц размером менее 0,02 мм. Для большинства глин содержание глинистой составляющей находится в пределах 75–99%.

Связующая способность – важнейшее свойство, характеризующее качество глин. С ее повышением уменьшается количество глины, вводимой в состав формовочной смеси, повышаются газопроницаемость и огнеупорность смеси и в большинстве случаев снижается влажность, что уменьшает прилипаемость смеси и улучшает ее формуемость. Однако при изготовлении форм по-сырому глина должна обладать умеренной прочностью в сухом состоянии, так как в противном случае затрудняется выбивка и подготовка отработанной смеси.

Связующая способность определяется по пределу прочности образцов во влажном и высушенном состоянии. Сушка образцов проводится при t = 150–180°С в течение 1,5 ч.

Прочность во влажном состоянии наиболее существенно зависит от минералогического состава глин, дисперсности глинистых частиц, емкости и состава обменного комплекса.

В сырых формовочных смесях находятся свободные молекулы воды. Чем больше слоев этих молекул, тем меньше связь между составляющими компонентами и тем меньше прочность смеси во влажном состоянии. В связи с этим при приготовлении смесей для сырых форм важным является оптимальное соотношение между глиной и водой, которое различно для глин различной минералогической природы и гранулометрического состава. Это соотношение для каждой новой партии глин определяется опытным путем. Предел прочности при сжатии во влажном состоянии определяется на стандартных образцах высоты 50 и диаметром 50 мм по ГОСТ 3594.7–93.

Прочность при сжатии в сухом состоянии является основной характеристикой песчано-глинистых смесей, применяемых для изготовления сухих форм. Для получения максимальной прочности смесей в сухом состоянии требуется большее содержание воды чем в сыром. Это обусловлено необходимостью более равномерного распределения глинистой оболочки по поверхности зерен наполнителя. В процессе сушки удаляется сначала капиллярная вода, а, затем адсорбированная. При сушке форм происходит усадка смеси, которая может приводить к образованию макро- и микротрещин и снижению прочности смеси в высушенном состоянии. В связи с этим для получения максимальной прочности сухих форм необходимо правильно устанавливать режимы сушки для каждой смеси с учетом габаритов опок и стержней.

Предел прочности при сжатии в сухом состоянии определяется
на стандартных образцах высотой 50 и диаметром 50 мм по
ГОСТ 3594.6–93.

Для оценки связующей способности бентонитовых глин определяют предел прочности при разрыве в зоне конденсации влаги по ГОСТ 28177–89.

Метод основан на определении сопротивления образца разрыву при одностороннем поверхностном нагревании.

Коллоидальность характеризует глины с точки зрения образования устойчивой водно-глинистой суспензии, влияет на распределение глинистой составляющей в формовочной смеси и тем самым на прочность и пластичность формовочных смесей. Коллоидальность в процентах определяется по ГОСТ 3594.10–93 отношением объема осадка к общему объему водно-глинистой суспензии (%) после отстаивания ее в течение 24 ч.

Для испытания в пробирку высотой около 150 мм насыпают 0,5 г воздушно-сухой и размолотой глины и доливают 15 мл дистиллированной воды. После этого содержимое тщательно взбалтывают и добавляют 0,1 г MgO, снова взбалтывают в течение 1 мин и оставляют в покое на 24 ч, после чего замеряют объем образовавшегося осадка.

Состав обменных катионов определяется по ГОСТ 3594.2–93, ГОСТ 3594.3–93 специальными методами химического анализа и выражается в мг×экв. на 100 г глины. К числу обменных катионов относятся К⁺, Na⁺, Mg⁺⁺, Ca⁺⁺.

Чем выше сумма обменных катионов в глине, тем выше ее качество. При обмене одних катионов на другие меняются свойства глины. Например, при обработке кальциевого бентонита содой происходит замещение катионов Ca⁺⁺ катионами Na⁺ и бентонит из кальциевого становится натриевым.

Водопоглощение бентонитов характеризует способность глины поглощать влагу, зависит от строения кристаллической решетки глины и количества примесей. По водопоглощению можно ориентировочно определить вид глины. Водопоглощение оказывает некоторое влияние на изменение размеров отпечатка форм, изготавливаемых по-сухому, и на характеристики водно-глинистых суспензий.

Коэффициент водопоглощения определяется по ГОСТ 28177–89.

Метод основан на определении показателя влагоемкости глины, соответствующего переходу системы “глина–вода” из пастообразного состояния в состояние суспензии.

Навеску глины массой 5 г помещают в стакан, добавляют 5 см³ дистиллированной воды и тщательно перемешивают глинистую
массу с помощью стеклянной палочки до однородного состояния.
Добавляют дистиллированную воду до тех пор, пока мениск не
приобретет подвижное состояние. Воду добавляют порциями от 0,5 до 2,5 см³. Порции уменьшают по мере добавления воды.

Коэффициент водопоглощения воды (k) вычисляют по формуле

,

где m ₁ – масса дистиллированной воды, требуемой для перехода системы “глина – вода” в состояние суспензии, г;

m – масса навески глины, г.

Концентрация водородных ионов (рН) влияет на прочностные свойства формовочных материалов. Наблюдается, что с повыше-
нием рН прочность формовочной смеси в горячем состоянии возрастает. Простейший анализ по определению рН позволяет очень быстро узнать, из какого места разработки получена данная партия глины, рН определяется на приборе по ГОСТ 3594.5–77. Навеску глины массой в 8–10 г помещают в стаканчик и приливают 80–100 мл дистиллированной воды. После взбалтывания в течение 10 мин в стаканчик с раствором опускают электроды прибора и определяют рН по шкале.

Термическая устойчивость бентонитовых глин основана на определении прочности при сжатии во влажном состоянии после нагрева глины и выдержки ее в течение 1 ч при температуре 550°С. После охлаждения глины в эксикаторе готовят смеси из исходной и прокаленной глины. Затем определяют предел прочности при сжатии для исходной и прокаленной глины.

Термическую устойчивость определяют по формуле

Т = ,

Где s1 – предел прочности при сжатии во влажном состоянии по результатам испытания прокаленной глины, Па (кгс/см2); s2 – предел прочности при сжатии во влажном состоянии по результатам испытания исходной глины, Па (кгс/см2).