Файл: Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 151
Скачиваний: 1
Первый этап испытания заключался в определении прилипаемости между подвижным основанием 5 и торцовой плоскостью образца (рис. 68, а). Как только образец оторвется от подвижного основания 5, его движение ограничится пружинящим штифтом 4. Это предохраняет подвижное основание от удара о верхнюю часть гильзы, что могло бы сказаться на результатах последующих испытаний. Усилие отрыва подвижного основания от образца смеси характеризует прилипаемость смеси к поверхностям модели, перпендикулярным к направлению движения последней при выемке из формы.
На втором этапе испытания определяют силу, необходимую для снятия части "гильзы с образца (рис. 68, б). Перед этим измерением штифт 4 удаляют и при помощи тянущего устрой ства 3 и подвижного основания снимают с образца верхнюю часть гильзы. Полученная величина усилия является мерой прилипаемости смеси к стенкам модели, параллельным направ лению движения.
Изменяя состав смеси и материал гильзы и подвижного основа ния, можно получить характеристику прилипаемости в любой системе «смесь—модель».
Известны также методы, позволяющие определять относитель ную прилипаемость смесей в комплексе с другими технологичес кими свойствами.
ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ рН
Уравнение диссоциации воды имеет вид
H g O t ^ H ' + OH'.
При применении закона действия масс к диссоциации воды получаем
[Н'1 [ОН'] |
= К. |
(57) |
[H.OJ |
|
|
Так как концентрация недиссоциированных молекул может быть принята постоянной вследствие весьма малой степени дис социации, то выражение (57) может быть записано в виде
[Н] [ОН'] = К. |
(58) |
Величину К называют ионным произведением воды. Она со ставляет 1 • 1СГ14. Пользуясь ионным произведением воды, можно любую реакцию среды выразить на основе концентрации только водородных ионов. В нейтральном растворе концентрации ионов Н' и ОН' одинаковы и равны 10~7. Очевидно, в кислом растворе концентрация Н будет увеличиваться, в щелочном растворе — уменьшаться.
Количественное обозначение реакции среды выражается так называемым водородным показателем рН — отрицательным лога рифмом концентрации водородных ионов
р Н = - l o g [ H ' ] .
Тогда нейтральная среда будет характеризоваться рН = 7, кислая — рН == 6; 5; 4 и т. д. (по мере возрастания кислотности), щелочная — рН == 8; 9; 10 и т. д. (по мере возрастания щелочно сти раствора).
Так как в формовочные и стержневые смеси практически всегда входит вода, следовательно смеси имеют некоторую величину рН, характерную для данного состава. Используемые в литейном про изводстве неорганические материалы в большинстве случаев являются природными солями различных кислот и оснований. Реагируя с водой, они образуют кислоты и основания, изменяю щие рН смеси. Существенно влияет на рН смеси разложение орга нических добавок с образованием органических и минеральных кислот. В связи с этим предлагают подбирать состав смеси с обя зательным учетом рН используемых компонентов 1 .
В последние годы в отечественной и зарубежной практике стали уделять внимание контролю рН, как фактора, влияющего на исход ные свойства смесей. По данным работы [34], величина рН ока зывает существенное влияние на связующие свойства бентони товых глин. Сравнительно высокие значения рН обеспечивают в естественных условиях образование бентонитовых глин с харак терными свойствами (высокой дисперсностью, набухаемостью, гидрофильностью и высокой связующей способностью), тогда как кислая среда способствует менее резкому проявлению этих свойств, и бентонитовые глины становятся похожими по свойствам на каолинитовые.
В очень кислых средах бентониты почти не набухают, а в очень щелочных образуют плотный гель, препятствующий диспергиро ванию глины. Поэтому наиболее полно проявляются полезные свойства бентонита при некотором определенном значении рН.
В работе [183] также подчеркивается, что связующая способ ность глин и бентонитов определяется не только их химическим составом, но и величиной рН. В результате проведенных исследо ваний было установлено, что у некоторых естественных и синтети ческих смесей с увеличением рН прочность в высушенном состоя нии резко возрастает, в то время как прочность во влажном со стоянии растет незначительно. Отмечалось также, что, например, с увеличением рН бентонита с 7,3 до 10,5 пластичность смеси по вышается. В то же время, по данным работы [183], изменение величины рН смесей от 5 до 10,5 существенно не влияет на качество поверхности отливок.
1 |
Авторское свидетельство № 224006. «Бюллетень изобретений», № 25, |
1968 |
г. |
Автор работы [196] утверждает, что увеличение рН не только повышает прочностные и пластичные свойства смесей, но улучшает и качество поверхности чугунных отливок. Оптимальные резуль таты были им получены при рН = 7,5-:-10. В частности, при вве дении в смесь соды и соответствующем увеличении рН до 8 за метно улучшалась поверхность отливок.
Анализ большого числа экспериментов показывает, что изме нение свойств смесей и качества поверхности не является прямым следствием изменения величины рН, а связано с физико-химичес ким взаимодействием добавок, изменяющих рН, со связующим материалом и металлом. Так, при введении в смесь соды, едкого натра, буры и других щелочных материалов прочность смеси по вышается, а огнеупорность несколько понижается [196]. Послед нее обстоятельство как раз может быть причиной большей глад кости отливок, так как при заливке формы вероятно частичное оплавление смеси.
Очевидно, величину рН следует рассматривать не как пока затель влияния технологических факторов на свойства смесей и качество отливок, а как один из параметров контроля стабиль ности этих свойств.
Изменение рН может быть вызвано рядом причин. Во-первых, могут измениться свойства некоторых исходных формовочных мате риалов. В результате длительного хранения декстрин, древесные мука и опилки могут образовывать органические кислоты; кислота легко образуется также из серы, содержащейся в угольной пыли. Некоторые органические связующие (патока, сульфитная барда) вследствие протекания биологических процессов, вызванных воз никновением и ростом бактерий, имеют пониженную величину рН.
Во-вторых, химическое взаимодействие формовочной смеси с металлом при заливке и физико-химические изменения в отрабо танных смесях приводят к заметному изменению рН. Опыты, про веденные в одном из чугунолитейных цехов, показали, что рН
смеси на основе свежего песка с декстрином составляет 6,3; |
обли |
|||||
цовочной |
смеси, |
содержащей |
60% |
отработанной смеси, — 7,6; |
||
наполнительной |
смеси, увлажненной |
после выбивки, с добавкой |
||||
1 % свежего |
песка — 6,7; смеси, взятой непосредственно |
после |
||||
выбивки |
из |
отливок, — 5,2 |
[196]. |
|
|
|
Очевидно, величина рН является весьма чутким показателем изменений, происходящих в формовочных смесях, и должна быть принята как один из основных критериев контроля качества фор мовочной смеси.
Измерение величины рН не вызывает практических трудностей и может быть осуществлено в условиях любой заводской лабора тории.
Метод определения рН формовочных смесей и исходых мате риалов заключается в том, что навеска испытуемых материалов некоторое время взбалтывается в дистиллированной воде, после чего замеряется рН образовавшегося раствора. Для измерения рН
используют стандартные рН-метры. Во ВНИИЛИТМАШе разра ботана методика определения рН при помощи рН-метра типа ЛП-58 Московского завода контрольно-измерительных приборов [57]. Прибор позволяет определять рН в пределах от 0 до 13, при этом общая погрешность не превышает 0,1 рН.
Б. И. Мархасев для определения рН смесей рекомендует ис пользовать иономер ИМ-2М. Этот прибор удобен, надежен и прост в работе и обеспечивает точность до 0,2 рН, что вполне доста точно для цеховых условий. В настоящее время, известно большое число рН-метров, больших и малых, стационарных и переносных, например прибор ЛПУ-01.
Независимо от типа применяемого прибора настройку послед него производят по стандартным буферным растворам, т. е. ра створам, рН которых точно известно. Обычно в качестве буферных используют 0,1-молярный раствор однозамещенного ацетата ка лия (рН = 3,72) или 0,05-молярный раствор безводной буры (рН = 9,18 при 25 °С и 9,23 при 18 °С).
Вытяжку из испытуемого материала готовят на дистиллиро ванной воде. При хранении воды необходимо принимать меры для предупреждения растворения и удаления уже растворившегося в воде углекислого газа. Последний сообщает воде более кислую реакцию, что искажает результаты измерений. Для удаления ра створенного углекислого газа воду необходимо кипятить не менее 1 ч и хранить в закрытых сосудах, снабженных поглотителями угле кислого газа, например трубкой с натронной известью. Натронную известь приготовляют следующим образом. К крепкому раствору NaOH добавляют порошкообразную негашеную известь (на 1 вес. ч. NaOH 2 вес. ч. СаО), перемешивают и, выпарив досуха в желез ном сосуде, известь покаливают при 500 °С. Полученную массу измельчают и просеивают. Хранить известь нужно в плотно заку поренных банках.
Результаты работы [57 ] показывают, что рН вытяжки практи чески не зависит от ее разбавления, и точность взвешивания на вески материала существенно не влияет на точность определе ния рН. Для определения рН глин и бентонитов достаточно раз бавление1 1 : 25; при меньшем разбавлении увеличивается дли тельность установления равновесия. Для определения рН смесей с органическими связующими рекомендуется разбавление 1 : 4; большее разбавление приводит к нестабильным результатам, мень шее — к обильному пенообразованию при приготовлении вытяжки, что затрудняет определение. При определении рН песков, песчаноглинистых смесей, смесей на жидком стекле рекомендуется разбав ление 1 : 2; большее разбавление приводит к нестабильным резуль татам, меньшее — затрудняет перемешивание.
1 Отношение количества материалов (в г) к количеству дистиллированной воды (в мл).
8 |
Я . И . М е д в е д е в |
113 |
Материал с водой необходимо взбалтывать |
не более |
5 |
мин, |
|
так как постоянство измерений достигается уже после 3 мин |
взбал |
|||
тывания. |
Длительность отстаивания вытяжки |
на величину |
рН |
|
не влияет |
и определяется только дисперсностью испытуемого мате |
|||
риала. В табл. 16 приведены рекомендуемые условия для опреде ления рН различных формовочных материалов по данным работы [571.
|
|
|
|
|
Таблица 16 |
|
Рекомендуемые условия для определения рН различных |
||||
|
* |
формовочных |
материалов |
|
|
|
|
|
|
П р о д о л ж и т е л ь н о с т ь в мин |
|
|
Ф о р м о в о ч н ы е м а т е р и а л ы |
Р а з б а в л е н и е |
взбалтыва |
|
|
|
в ы т я ж к и |
о т с т а и в а н и я |
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|
н и я |
|
|
|
|
|
|
|
Пески, песчано-глинистые смеси, |
|
|
|
||
смеси на жидком стекле, отрабо1 |
|
|
|
||
тайная смесь |
|
1 : 2 |
5 |
5 |
|
Глины |
и бентониты |
|
1 : 25 |
5 |
10 |
Смеси |
на органических |
связующих |
1 : 4 |
5 |
10 |
Описанная методика с достаточной точностью может быть использована для определения рН всех используемых в литей ных цехах формовочных материалов.
ЖИВУЧЕСТЬ
Живучесть — это технологическое свойство, характеризующее длительность сохранения смесью основных свойств. Очевидно, размерность живучести должна соответствовать единицам времени.
Необходимость учитывать это свойство смеси и выражать его количественно, естественно, возникла в связи с появлением новых формовочных и стержневых смесей, обладающих малой живу честью. Применявшиеся ранее песчано-глинистые или песчаномасляные смеси не подвергались каким-либо видимым изменениям и сохраняли формуемость после выдержки в течение весьма дли тельного времени. Но уже появление С02 -процесса заставило литейщиков принимать определенные меры для увеличения живу чести смеси, так как сразу после ее приготовления в результате взаимодействия жидкого стекла с атмосферой цеха в смесях начи нался процесс отверждения. Преждевременное отверждение вызы вало увеличение отходов, ухудшение пластических свойств и умень шение конечной прочности смеси. Известно, что живучесть жидкостекольиых смесей увеличивали путем использования низко модульного жидкого стекла, добавления в смесь раствора едкого натра, изоляцией приготовленной смеси от контакта с окружающей атмосферой и т. д.
Особое значение приобрела проблема живучести в связи с по явлением различных видов самотвердеющих смесей, т. е. смесей,
