Файл: Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 1
Я.И. МЕДВЕДЕВ, канд. техн. наук,
И.В. ВАЛИСОВСКИЙ, канд. техн. наук
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ИСПЫТАНИЯ
ФОРМОВОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Издание 2-е, |
исправленное |
и |
дополненное |
КОНТРОЛЬНЫЙ I ЭКЗЕМПЛЯР !
М о с к в а « М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е »
1973
М 42 УДК 621.742
Медведев Я. И., |
Валисовский И. |
В. «Техноло |
гические испытания |
формовочных |
материалов». |
М., «Машиностроение», |
1973, 312 с. |
|
В книге описаны в основном нестандартные методы испытаний важнейших технологических свойств фор мовочных материалов, формовочных и стержневых смесей, а также рассмотрена связь технологических свойств смесей с качеством получаемых отливок.
Книга рассчитана на инженерно-технических работ ников заводских литейных лабораторий, а также на научных сотрудников, работающих в области литей ного производства.
Ил. 181, табл. 41, список лит. 218 назв.
бИбЛКС - ' |
';. |
ЧИТАЛЬНО: О З А Л А \
Рецензент канд. техн. наук А. Я. Калашникова
|
3122-079 |
М |
038(01)-73 7 9 7 3 |
) Издательство „Машиностроение". 1973г.
ВВЕДЕНИЕ
Формовочные и стержневые смеси, как строительный материал для форм и стержней, должны обладать комплексом заранее за данных свойств. Комплекс этих свойств и их количественные характеристики определяются следующими основными факто рами:
1) принятой технологией изготовления форм (стержней);
2)условиями «работы» форм (стержней) на всех этапах тех нологического процесса;
3)нормами санитарии и гигиены;
4)экономическими соображениями.
Существующие технологические процессы изготовления форм (стержней) основаны на использовании тр,ех типов смесей: пла стично-вязких, сыпучих и жидких. Для смесей каждого типа наряду с общими свойствами характерны свои технологические свойства, подлежащие контролю.
Пластично-вязкие смеси отличаются способностью необратимо пластически деформироваться при приложении внешней нагрузки. Они сравнительно легко формуются и после удаления модели спо собны сохранять на определенном этапе технологического цикла приданную им конфигурацию. Пластические свойства смесей переходят к изделиям из них, которые обладают небольшой по отношению к собственному весу прочностью. С целью предотвра щения разрушения и нежелательных деформаций при операциях, следующих за формовкой, а также для удобства транспортировки форм и стержней используют специальные упрочняющие эле менты: опоки, каркасы, драйеры, шпильки, крючки и т. д.
Сыпучие смеси, используемые для изготовления оболочковых форм и стержней, в исходном состоянии не обладают связанностью зерен песка. Они заполняют контур моделей под действием только силы тяжести или вибрации. Силы связи в этих смесях возни кают при тепловой обработке в результате расплавления порош кообразных связующих; образующая пластично-вязкая смесь упрочняется непосредственно на нагретой модели вследствие протекания необратимых химических реакций. После завершения
1* |
3 |
процесса твердения форма неспособна пластически деформи роваться.
Жидкие смеси содержат много жидкости или пленкообразу
ющих веществ. Эти смеси используют |
для |
изготовления форм |
при литье по выплавляемым моделям |
и в |
других процессах. |
Формы получают с помощью методов окунания модели или за ливки смеси на модель или стержень. Упрочнение жидких смесей, т. е. переход в твердое состояние, совершается, как и в случае сыпучих смесей, на модели в результате протекания процессов физического или химического удаления жидкой фазы и образо вания твердых пленок между зернами песка.
Изложенное выше деление технологических процессов в зави симости от физико-механического состояния смеси, естественно, является условным. Существуют промежуточные смеси и процессы. Некоторые пластично-вязкие смеси упрочняются также непо средственно на модели, как это происходит, например, при про дувке СО 2 жидкостекольных смесей.
Для смесей каждого типа и соответствующего им технологи ческого процесса существует своя область применения, опреде ляемая в конечном итоге экономическими факторами. Смеси неза висимо от типа в одинаковой мере должны обеспечить получение здоровых отливок.
Литейные формы и стержни (геометрический фактор) придают отливке необходимые очертания и размеры, а также (технологи ческий фактор) определяют качественные показатели отливки: чистоту поверхности, • физико-механические свойства металла, отсутствие дефектов и т. п.
В первом случае форма и установленные в ней стержни яв ляются для жидкого металла сосудом, негативные очертания которого должны быть сохранены по крайней мере до момента затвердения металла и переданы отливке. Работа формы как сосуда для металла сводится к восприятию давления и веса ме талла в условиях резкого нагрева смеси.
Во втором случае формы и стержни отбирают тепло у отливки и частично передают его в окружающую атмосферу. Скорость охлаждения отливки и, следовательно, формирование структуры металла, появление внутренних напряжений, термических тре щин, усадочных раковин и т. п. определяются теплофизическими
свойствами смесей и геометрическими характеристиками |
форм |
и стержней. |
|
Параллельно с теплопередачей на поверхности раздела |
между |
металлом и формой происходит сложный комплекс физико-хими ческих и механических взаимодействий: протекание химических реакций с образованием различных окислов, газов и легкоплавких Соединений; взаимное проникновение металла и формовочного материала, сопровождающееся образованием пригара и песча ных включений в отливке; выделение из металла и нагретых до высокой температуры формовочных смесей газов, вызывающих
при определенных условиях объемные и поверхностные газовые раковины, неравномерное расширение и отслаивание поверхност ных слоев формовочной смеси и другие явления.
После затвердевания металла материал форм и стержней продолжает отбирать тепло от отливки. Высокая механическая прочность смесей на этом этапе становится нежелательной, так как она препятствует усадке отливки, вызывает появление усадочных напряжений и трещин, а также ухудшает выбиваемость. Послед ние обстоятельства особенно характерны для стержней.
Требования санитарии и гигиены, направленные на создание нормальных условий труда в литейных цехах, порождают стрем ление использовать материалы и смеси, обладающие минимальной вредностью.
При рассмотрении формовочных смесей с точки зрения тре бований экономики более правильно учитывать стоимость не соб ственно отливок (заготовок), а готовых машиностроительных деталей, так как не всегда оказываются выгодными дешевые смеси. Во многих случаях экономически оправдывается при менение дорогих формовочных материалов, например этилсиликата, смол, циркона и т. п., которые позволяют не только улуч шить качество отливок и снизить их брак, но и создать новые прогрессивные процессы литья.
В пределах заданного процесса и смесей принятого типа снижение стоимости последних достигается сокращением их расхода и разработкой технологически оправданных рецептур смесей. В каждом конкретном случае производства литья экспе риментально устанавливают тот минимум свойств смесей, который обеспечивает получение качественных отливок. Превышение тре буемого минимума свойств, достигаемое введением в смесь допол нительного количества сравнительно дорогих материалов, яв ляется источником неоправданных расходов.
Изложенное позволяет следующим образом сформулировать задачи контроля технологических свойств формовочных мате риалов и смесей:
1) при проведении |
поисковых исследовательских работ — |
это изучение свойств |
новых формовочных смесей, установление |
связи между свойствами смесей и образованием различных дефек тов в отливках, раскрытие механизма появления дефектов и раз работка условий получения отливок с заданными свойствами;
2) при проведении исследовательских и экспериментальных работ по внедрению новых формовочных и стержневых смесей, новых технологических процессов и новой номенклатуры отли вок — это установление требуемого минимума или допустимого интервала изменения количественных показателей свойств сме сей, подлежащих контролю;
3) при проведении текущего контроля формовочных смесей в литейных цехах — это наблюдение за фактическим исполнением действующих норм по регламентированным свойствам смесей.
Стандартные методы испытания формовочных материалов и смесей широко распространены на практике и достаточно полно отражены в специальной литературе. Однако они касаются в ос новном контроля исходных материалов (песков, глин, связу ющих, пылевидного кварца, графита и т. п.) и в небольшой степени свойств формовочных смесей. Испытание и контроль многих важнейших технологических свойств смесей не регла
ментированы стандартами и |
недостаточно широко применяются |
в производстве. Отсутствие |
в литейных цехах систематического |
контроля важнейших технологических свойств смесей (не охва ченных стандартами) частично объясняет тот факт, что более 50% всего брака отливок из черных металлов прямо или кос венно связано с формовочными материалами.
Для повышения качества литья и сокращения материальных и трудовых затрат на его производство требуется обратить вни мание на технологический контроль формовочных материалов, в том числе и с помощью нестандартных методов. Это тем более необходимо в связи с существующей тенденцией автоматизации смесеприготовительных и формовочных процессов и все возра стающим объемом выпуска литья в стране.
Опыт показывает, что роль технологического контроля при внедрении новых прогрессивных процессов не уменьшается, а резко возрастает. Непрерывно увеличивается число методов испытания различных свойств смесей, однако они часто не находят
применения в производстве |
или из-за недостаточной информации |
о них, или из-за отсутствия |
серийного выпуска соответствующих |
приборов. |
|
В предлагаемой книге авторы подробно описывают некоторые используемые в литейном производстве нестандартные методы испытаний пластично-вязких формовочных смесей. При созда нии книги возникла необходимость описать также часть стандарт ных методов испытаний, с тем чтобы достичь цельности изло жения и высказать некоторые критические замечания.
Значительное место в книге занимает анализ причин появле ния различных дефектов отливок и связи их со свойствами фор мовочных и стержневых смесей.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ НОРМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
Г л а в а I
ВЛАЖНОСТЬ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ
РОЛЬ ВЛАГИ В СМЕСИ И ЕЕ СВЯЗЬ С ФОРМОВОЧНЫМ МАТЕРИАЛОМ
Большинство формовочных смесей в исходном рабочем состоя нии содержит воду в количестве, необходимом для придания им определенных технологических свойств: прочности, пластичности, живучести и т. п. Прочностные свойства многих связующих органического (сульфитная барда, декстрин, патока и др.) и неор ганического (глина, жидкое стекло, цемент и др.) происхождения проявляются только в присутствии воды, причем вода в одних случаях растворяет связующие, в других образует с ними кол-, лоидные системы, а в третьих случаях как бы сама растворяется в связующем, вызывая набухание последних. Вода способствует равномерному распределению компонентов смеси, увеличивает прочность сцепления (адгезию) связующего с поверхностью зерен песка. Кроме того, вода, имеющая сравнительно высокое по верхностное натяжение, сама в известной степени является свя зующим.
На основе |
многочисленных исследований связи |
влажности |
со свойствами |
смесей и с образованием в отливках |
различных |
дефектов можно сделать следующие выводы. |
|
1. Влажность не одинаково влияет на различные свойства смесей. С повышением влажности одни свойства смеси до опре деленного значения улучшаются, другие ухудшаются [10]. Это вызывает соответствующие трудности при составлении рецептур смесей и необходимость принятия компромиссного решения, порою ухудшающего некоторые свойства. Диапазон изменения влажности формовочных смесей, уплотняемых обычными мето дами (вручную, встряхиванием, прессованием, пескометом), нахо дится в пределах 2—8%, а стержневых — в пределах 0—4%.
2. Для каждого конкретного состава смеси существует опти мальная величина влажности, при которой достигается наилуч шее сочетание основных свойств смеси. В большинстве случаев оптимальная влажность определяется экспериментально. Она зависит от типа формовочного песка, содержания глинистых веществ и их качества, наличия различных примесей и добавок.
Наиболее важными факторами являются удельная поверхность зерновой массы смеси и влагоемкость глинистых составляющих [11, 135].
3.Современные технологические процессы и особенно авто матические и механизированные смесеприготовительные и фор мовочные линии предъявляют жесткие требования к величине отклонения влажности смесей, составляющее 0,2—0,5%. В случае большего отклонения влажности смесь теряет свои оптимальные технологические свойства, что нарушает работу установок и способствует образованию дефектов в отливках.
4.С отклонением влажности смеси от оптимального значения связано появление следующих распространенных дефектов отли вок: песчаных засоров и раковин, ужимин, пористости, поверх ностных и объемных газовых раковин, искажений размеров
отливки (в результате повышенной деформации смеси), дефектов
поверхности и т . д . |
137, 105, 114, 178, |
192 и др . ] . |
|
|||
5. Существующие |
методы определения и |
контроля |
влаж |
|||
ности |
формовочных |
и |
стержневых |
смесей |
можно |
разбить |
на две |
группы: 1) прямые |
методы непосредственного |
физиче |
ского или химического определения влажности; 2) косвенные
методы, основанные или |
на |
измерении |
свойств |
формовоч |
||
ных смесей, |
зависящих |
от |
влажности, |
или |
на |
измерении |
интенсивности |
протекания |
в смеси каких-либо |
процессов, зави |
сящих от влажности, при воздействии какого-либо внешнего фактора.
Вода, входящая в состав формовочных смесей, не является
просто механически примешанным компонентом. |
|
|
Влажные формовочные и стержневые материалы |
принадлежат |
|
к классу структурно-сложных коллоидных |
капиллярно-пористых |
|
веществ. Существуют три формы связи |
воды с |
минеральными |
и органическими веществами смеси: химическая, физико-химиче ская и физико-механическая. Каждая форма связи характери зуется несколькими основными признаками [86].
Наиболее прочной связью воды с минералами является хими ческая связь, характеризуемая точными количественными соот ношениями; она нарушается лишь при нагреве минералов до высоких температур. Химическая связь воды с минералами воз никает в результате протекания химической реакции или при образовании кристаллогидратов.
Физико-химическая связь жидкости с коллоидными веще ствами в стадии ее установления аналогична растворению двух жидкостей с разными молекулярными весами. С точки зрения термодинамики процесс набухания коллоидного вещества (на пример, глины) в первой стадии аналогичен процессу образования твердого раствора; при этом происходит адсорбция молекул жидкости молекулами внешней и внутренней поверхностей мицелл коллоидного тела с выделением некоторого количества теп лоты.