Краткие теоретические сведения

Формовочная смесь представляет собой многокомпонентную систему, со­стоящую из огнеупорного зернистого наполнителя, связующего и различных до­бавок, придающих смеси требуемые свойства.

Свойства формовочных смесей разделяют на три группы: общие, харак­теризующие смесь как дисперсную систему; технологические, проявляющиеся при переработке смесей и формовке; рабочие, возникающие при взаимодействии смеси с металлом во время заливки и остывания отливки.

Общие требования к методам испытания формовочных смесей установ­лены ГОСТ 23409.0-0-78.

Общие свойства. Влажность (ГОСТ 23409,5-78) определяет уровень общих и рабочих свойств смеси. При недостаточном содержании влаги снижают­ся прочностные свойства смеси и увеличивается ее осыпаемость. Повышение вла­ги приводит к снижению прочности и увеличению газотворности смеси. Рекомендуемая влажность смесей при формовке по-сырому составляет 3-4 % (прессование), 4,5-6 % (ручная формовка и встряхивание).

Насыпная плотность (ГОСТ 23409-13-78). Повышение плотности смеси способствует выравниванию плотности по всему объему формы. Значения плот­ности для песчано-глинистой (ПГ) смеси при уплотнении следующие: 900-1000кг/м³ (прессование), 650-950 кг/ м³ (ручная формовка, встряхивание).

Концентрация водородных ионов - рН смеси (ГОСТ 23409.22-78) влияет на взаимодействие смеси с жидким металлом, заливаемым в полость литейной формы. Снижение рН песчано-глинистых смесей (менее 7-8) уменьшает активность бентонитовой глины и сни­жает прочность смеси.

Технологические свойства. Уплотняемость (ГОСТ23409.13-78). Повыше­ние уплотняемости вызывает вздутие сырых форм, а ее снижение вызывает по­вышение осыпаемости форм. Рекомендуемая уплотняемость песчано-глинистых смесей при формовке по-сырому - 35-45 % (автоматические линии), 40-45 % (машинная и ручная формовка).

Формуемость (ГОСТ 23409.15-78) характеризует вязкость (сыпучесть) смесей в неуплотненном состоянии. Оптимальнаяформуемость - 70-80 %. Фор­муемость зависит от влажности смеси.

Предел прочности на сжатие во влажном состоянии зависит от со держания активной глины, влажности, зернового состава и степени уплотнения (ГОСТ 23409.7-78). Предел прочности на сжатие во влажном состоянии наполни­тельной песчано-глинистой смеси составляет 0,025-0,040 МПа, единой для ма­шинной и ручной формовки - 0,05-0,08 МПа, единой для автоматических линий -0,15-0,6 МПа.

Предел прочности на сжатие и растяжение смесей в отвержденном со­стоянии (ГОСТ 23409.7-78) определяют для смесей, отверждаемых тепловой сушкой, смесей для СО₂ -процесса, горячей оснастки и холоднотвердеющих сме­сей. Низкая прочность повышает осыпаемость и разрушение форм и стержней, что приводит к засорам и переливам в отливках и литейных формах.

Рабочие свойства. Газопроницаемость (ГОСТ 23409.6-78). Низкая газо­проницаемость вызывает появление вскипов, газовых раковин; слишком высо­кая - ухудшает качество литой поверхности вследствие проникновения рас­плава в поры формы.

В литейных цехах контроль качества смесей сводится к определению ос­новных характеристик: влажности, газопроницаемости, пределу прочности при сжатии во влажном и сухом состояниях; пределу прочности при растяжении. При разработке новых составов смесей устанавливают газотворную способность смесей, осыпаемость, формуемость, текучесть, выбиваемость, прилипаемость, живучесть.

Определение влажности. Метод основан на определении потери массы навески смеси после высушивания при 105-110 °С до постоянной массы.

Содержание влаги в смесях находят нормальным и ускоренным методами.

Нормальный метод. Навеску (50 ± 0,01)·10^-3 кг исследуемой смеси помеща­ют в предварительно высушенные и взвешенные фарфоровые чашки и переносят в сушильную печь. Температура в печи должна быть 105-110 °С, По истечении 1,8·10³ с чашку с навеской вынимают из печи и взвешивают, затем опять поме­шают в печь. Каждое последующее взвешивание производят после высушивания,в течение 0,9·10³с до постоянной массы. После этого чашки с навеской помеща­ют в эксикатор, где охлаждают до комнатной температуры. Охлажденную навеску взвешивают. Влажность смеси определяют по формуле (2.1):

Х = 2(m₁-m₂), (2.1)

где m₁ и m₂ - масса чашки с навеской до высушивания и после него, кг.

Ускоренный метод. Для ускоренного определения влаги в формовочных смесях используют прибор модели 062М (рисунок 2.1). Навески смеси массой10·10^-3 кг каждая взвешивают с точностью до ±0,1·10^-3 кг в фарфоровых чашках. Чашки с навесками устанавливают на столик 1 прибора под лампу 2 на расстоянии 40-50·10^-3 м от нее. Для удобства их установки кожух 3 поворачивают на 90°, а затем возвращают в исходное положение. Прибор включают и вы­сушивают смесь до постоянной массы. Средняя продолжительность высушивания составляет 1,8·10² с. После высушивания навеску охлаждают до ком­натной температуры и снова взвешивают.

Влажность смеси определяют по формуле (2.2):

(2.2)

где m₁- масса навески песка до сушки, m₂- масса навески песка после сушки.

1- столик; 2 - лампа; 3- кожух

Рисунок 2.1 - Прибор для ускоренного определения

влажности смеси тип 062М

Одновременно сушат три образца. Расхождение между результатами па­раллельных определений влажности как нормальным, так и ускоренным метода­ми не должны быть более 0,1 % при массовой доле влаги до 1 %; 0,15 % при мас­совой доле влаги от 1 до 5 % и 0,18 % при массовой доле влаги свыше 5 %. Если эти различия превышают указанные значения, то определение повторяют.

Определение газопроницаемости. Для этого также используют нормальный и ускоренный метод.

Нормальный метод.

Через стандартный образец диаметром и высотой 50·10^-3 м пропускают 2·10^-3 м³ воздуха комнатной температуры, при этом фиксируют давление Р воз­духа перед образцом и время прохождения всего объема воздуха τ.

Газопроницаемость определяют по формуле (2.3):

(2.3)

где - объем воздуха, прошедшего через образец, м³; - высота образца, м; - площадь поперечного сечения образца, м²; - давление воздуха перед образцом, Па; - время прохождения через образец данного объема воздуха, с.

Газопроницаемость измеряется в условных единицах.

Газопроницаемость смеси определяют на специальном приборе типа 042М (рис. 2.2). Трехходовой воздушный кран 10 прибора ставят в положение "Открыто" и осторожно поднимают колокол 3 до тех пор, пока отметка X, имею­щаяся на колоколе, не совпадает с верхней кромкой бака 5, после этого кран при­бора переключают на положение "Закрыто".

Из исследуемой смеси изготовляют стандартный образец на лабораторном копре тип 2МОЗО в неразъемной металлической гильзе. При опреде­лении газопроницаемости смеси во влажном состоянии сразу же после изготов­ления образца гильзу с ним вставляют в чашку 9 затвора и поворотом гайки плот­но закрепляют в приборе. При определении газопроницаемости смеси в сухом со­стоянии образец после изготовления высушивают или отверждают в условиях, со­ответствующих требованиям к конкретным связующим материалам и смесям, за­тем охлаждают на воздухе. После охлаждения образец помещают в специальную гильзу и устанавливают на приборе.

Кран 10 (рис. 2.2) ставят в положение "Испытание", колокол 3 начинает опускаться. При совпадении отметки 0 на колоколе с краем бака 5 включают се­кундомер, при прохождении отметки 1000 по манометру 12 фиксируют давление воздуха Р под испытуемым образцом, при прохождении отметки 2000 оста­навливают секундомер и фиксируют время

(τ), в течение которого через образец прошло 2·10^-3 м³ воздуха. Трехходовой кран ставят в положении "Закрыто".

Зная Р и τ, по формуле находят газопроницаемость смеси. За газопрони­цаемость принимают среднее арифметическое результатов испытания трех об­разцов. Если результат одного испытания отличается от среднего арифметиче­ского более чем на 10 %, испытание повторяют на трех новых образцах.

1- ручка; 2 - грузы; 3- колокол; 4 - стержень; 5 - бак; 6 - направляющая трубка;

7 - исследуемый образец; 8 - ниппель; 9- чашка затвора; 10 - трехходовой кран; 11-воздухопровод; 12-водяной манометр; 13 -станина

Рисунок 2.2 - Прибор для определения газопроницаемости тип 042М

Ускоренный метод. В воздухопровод прибора (рис.2.2) вставляют до­полнительное сопротивление в виде ниппеля. В комплекте прибора имеется два ниппеля с калиброванными отверстиями диаметром 0,5 и 1,5·10^-3 м, которые поддерживают определенный минутный расход воздуха для каждого образца, в этом случае отпадает необходимость фиксировать время прохождения воздуха через образец. Для испытания смеси газопроницаемостью более 49 единиц при­меняют ниппель с отверстием диаметром 1,5·10^-3 м, а для смеси газопрони­цаемостью до 49 единиц - ниппель с отверстием 0,5·10^-3 м. Ниппели устраняют необходимость пропускания через образец 2·10^-3 м воздуха и позволяют опреде­лять газопроницаемость смеси по показаниям водяного манометра с помощью таблицы 2.1.

Определение прочности смеси при сжатии во влажном состоянии. Налабораторных бегунах тип 02113 (рис.2.3) приготовляют формовочную смесьследующего состава: сухой кварцевый песок 1КО₁0315 – 92-94 % (1,85 кг); бентонитовая глина БМ2Т₂ – 6-8 % (0,15 кг); вода – 3,5-4,5% (0,07 кг).

1-катки; 2-плужки; 3-окно для выгрузки смеси

Рисунок 2.3 - Бегуны тип 02113

Таблица 2.1 - Газопроницаемость песчано-глинистых смесей

Сухой песок и глину загружают в лабораторные бегуны и перемешивают в течении 1,2·10² с. Затем добавляют отмеренное мензуркой количество воды и продолжают перемешивание еще 4,8·10² с. Для определения прочности смеси при сжатии во влажном состоянии используют образцы, прошедшие испытание на газопроницаемость.

Образец устанавливают на площадку 6 рычажного прибора тип 051 (рисунок 2.5), предварительно проверив, чтобы указатель 4 каретки 2 стоял на делении 0 шкалы рычага 5. Затем с помощью винта 7 и верхней площадки 8 зажимают образец. Вращением рукоятки 3 винта 1 перемещают каретку 2 до тех пор, пока под дей­ствием сжимающей нагрузки образец не разрушится; при этом указатель 4 зафик­сирует на рычаге 5 разрушающее усилие в кгс/мм². Величину разрушающего усилия необходимо перевести в МПа (1 кгс/мм²= 9,8∙10⁶ Па).

1 - винт, 2 - каретка, 3 - рукоятка, 4 - указатель, 5 - шкала рычага, 6 - площадка,

7 - винт, 8 - верхняя площадка

Рисунок 2.5 - Прибор для определения предела прочности

смеси при сжатии во влажном состоянии тип 051

Допускается определение предела прочности на испытательных машинах моделей 04116А и приборе LRu.

Испытание проводят на трех образцах; значение предела прочности при­нимают как среднее арифметическое трех определений.