Файл: Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 155
Скачиваний: 1
Предел прочности при растяжении. Методы и приборы для определения предела прочности при растяжении высушенных смесей не отличаются по существу от методов определения предела прочности при сжатии. Образец смеси («восьмерку») необходимо помещать в зону высоких температур и после полного прогрева до заданной температуры подвергать растягивающей нагрузке вплоть до разрушения.
На этом принципе основан прибор О. В. Колачевой, исполь зованный для исследования прочности образцов из бакелитовых смесей при высоких температурах. Образцы изготовляли в виде удлиненной «восьмерки»; общая длина ее 250 мм, толщина 10 мм.
Значительно проще определять предел прочности смесей при растяжении по методу Гофмана, описанному в гл. I I I и заключаю щемуся в определении прочности на раскалывание горизонтально лежащего цилиндрического образца смеси. Пересчет экспери ментально определенной прочности на раскалывание на проч ность при растяжении осуществляется по простой формуле (30). В то же время метод Гофмана позволяет использовать для оп ределения прочности на растяжение при высоких температурах те же приборы, что и для определения прочности на сжатие,- опи санные в настоящей главе.
В последнее время литейщики стали уделять много внимания методу определения прочности на растяжение сырых формовочных смесей в условиях одностороннего температурного воздействия. Эту характеристику смеси обычно называют «прочностью в зоне конденсации влаги» или «мокрой прочностью».
Большой интерес к этому виду испытания вызван прежде всего тем, что образование некоторых дефектов в отливках (в первую очередь ужимин) связано с отслоением поверхностного, слоя формы по зоне минимальной прочности, т. е. по зоне конденсации влаги при одностороннем нагреве.
Впервые этот метод испытания был описан в работе [203]. Обычный стандартный образец с одной стороны подвергается тем пературному воздействию. При этом в образце возникает поверх ностный высушенный слой формовочной смеси и следующий за ним переувлажненный слой, в котором происходит конденсация влаги, испаряющейся из наружной (нагреваемой) части образца. Высокая концентрация влаги в сочетании со значительной тем пературой приводят к тому, что прочность переувлажненного слоя резко падает. При приложении растягивающей нагрузки разрыв возникает именно в данном месте образца.
В настоящее время имеется много приборов разных конструк ций, предназначенных для определения прочности смеси в зоне конденсации влаги. На рис. 75 изображен один из таких приборов [116]. Образец / диаметром и длиной 50 мм, уплотняемый на стандартном лабораторном копре, нагревается в электрической печи 2 с регулируемой интенсивностью нагрева. Температура рабочей поверхности печи при обычных испытаниях равна 900—
950° С и поддерживается в этих пределах терморегулятором 3. Привод силового механизма для разрыва предварительно нагре того образца осуществляется от электродвигателя 4 с редуктором. Величина разрушающего усилия замеряется пластинчатым дина мометром 5. Верхняя часть образца прогревается на глубину 4—5 мм в течение 15—40 сек, в зависимости от исходной влажности и состава смеси.
Под высушенным слоем смеси образуется зона с повышенной влажностью и температурой около 100° С. Крышка 6 гильзы 7
Рис. 75. Прибор для определения прочности на растяжение образца в зоне конденсации влаги
нагревается до температуры 300—350° С, достаточной для бы строго создания равномерной зоны конденсации влаги. Разрыв образца происходит по слою с максимальной влажностью. Дли тельность одного опыта 40—70 сек, разброс результатов испыта ний — не более 15%.
На рис. 76 представлена несколько иная схема прибора для такого же испытания. Образец / уплотняют в гильзе 11 со съем ным кольцом 9 тремя ударами копра. Затем вместе с пуансоном 12 образец нагревается плитой 13, на которой расположены электро нагреватели 14 (рис.-76, б). Полный контакт плиты с поверх ностью образца 2 во время нагрева обеспечивается пневматиче ским приспособлением 15. Продолжительность нагрева опреде ляется образованием зоны 10 конденсации на глубине 5 мм, что при температуре плиты 300° С составляет 20 сек. После этого плиту 8 поднимают, а гильзу с образцом и пуансоном переводят в положение испытания (рис. 76, а). При этом кольцо 9 соеди няется с захватом 3, укрепленным на штоке 7 поршня 4.
При открывании вентиля 6 поршень 4 поднимается и разры вает образец. Сила разрыва определяется по показаниям мано метра 5.
Для лучшего сцепления образца с гильзой стенки последней необходимо делать либо шероховатыми, либо предусматривать некоторую конусность образца.
И. В. Рыжков и Е. А. Белобров предложили определять проч ность смеси в зоне конденсации водяных паров несколько иначе.
Образцы диаметром и высотой 50 мм из жидкостекольной смеси предварительно продувались углекислым газом или высушива лись, а затем помещались в автоклав, где обрабатывались насы щенным водяным паром под давлением 5 am и при температуре 150° С. После нагрева образца до 100° С в течение 5 сек с момента помещения образца в автоклав определяли прочность на сжатие. Таким образом образец как бы имитировал слой повышенной влажности толщиной 50 мм.
Между величинами прочности на растяжение и сжатие суще ствует определенное соотношение (см. гл. I I I ) , поэтому можно легко определить для указанного случая и прочность на растяже ние, с тем чтобы иметь данные, сопоставимые с данными других исследователей. Однако правильнее было бы при таком методе определять прочность на раскалывание, как об этом говорилось выше.
Известно еще несколько видов испытания смесей на прочность при растяжении, но эти испытания имеют частное значение.
9 |
Я . И . Медведев |
l g 9 |
Так, новый прибор № 365 фирмы Н. W. Dietert (США) слу жит для нагрева образцов и определения прочности на разрыв песчано-смоляных смесей при температуре твердения. Образец смеси некоторое время нагревается в разъемной электрически обогреваемой форме и без извлечения из последней разрывается при температуре твердения. Прибор позволяет исследовать про цесс формирования прочности смеси от сырого состояния до пол
ного затвердевания.
В работе [176 ] предпринята попытка создать методику ис следования процесса разруше-
Рис. 77. Схема установки для |
Рис. 78. Схема определения |
определения разрушающего да |
прочности смеси на срез при |
вления в керамических оболоч |
высоких температурах |
ках |
|
ния оболочковых форм, используемых при литье по выплавляемым моделям. На специальной установке (рис. 77) исследовали керами ческие оболочки, полости которых имели профиль цилиндров, кубов и сфер. Никелевую обойму 1 помещают в электропечь 2. В обойму через верхний торец устанавливают испытываемую оболочку 3, заполненную через трубку жидким металлом. Через нижний торец обоймы устанавливают термопару 4, фиксирующую температуру печи. При достижении температуры испытаний в оболочку под мед ленно возрастаемым давлением в направлении стрелки А подают азот. Его давление на металл в оболочке контролируется маномет ром. Давление газа возрастает до тех пор, пока оболочка под его воздействием не разрушится и металл из нее не вытечет через
нижнее отверстие в обойме. При этом манометр фиксирует давле ние, создавшее разрушающую нагрузку.
Для испытаний при комнатной температуре оболочки заливают
ртутью; при температурах до |
500° С |
используют |
сплав |
Вуда, |
||
при |
более высоких |
температурах — оловяносвинцовистый |
при |
|||
пой. Манометр установки позволял регистрировать |
давление до |
|||||
25 |
am с интервалом |
0,1 am. |
Кривая |
изменения |
разрушающих |
|
давлений в интервале температур 20—900° С близка к типичной кривой изменения прочности при высоких температурах.
Предел прочности на срез. Определение прочности смеси на срез в принципе аналогично определению прочности на разрыв в зоне конденсации влаги. В приборе (рис. 78) для определения прочности на срез торцовая поверхность образца 4, заформованного в гильзе 5, подвергается одностороннему нагреву [181 ]. Источником тепла являются четыре последовательно включенных нагревательных элемента / в огнеупорном теплоизолирующем ко жухе 2. Температура нагрева 1250° С. Торцовая поверхность об разца удалена от нагревательных элементов на 30 мм.
В верхней части образца при его уплотнении устанавливают два кольца 3. После нагрева в течение заданного времени верхнее кольцо срезает часть образца; силу Р, необходимую для срезания слоя смеси, считают срезающим усилием.
Было установлено, что наименее прочной является граница между нагретыми слоями и более холодными, расположенными дальше от нагревателей [181 ]. Очевидно, здесь также сказывается
процесс конденсации влаги, |
приводящий к разупрочнению слоя |
||
с повышенной влажностью, |
хотя этот метод |
более |
чувствителен |
к влиянию иных факторов. Авторам работы |
[181] |
удалось уста |
|
новить четкое влияние термического коэффициента |
расширения |
||
смесей (одного состава, но приготовленных из различных по при роде песков) на прочность их на срез.
ПОВЕРХНОСТНАЯ ПРОЧНОСТЬ
Поверхностная прочность форм и стержней при высоких тем пературах и связанная с ней осыпаемость являются одним из важных критериев оценки качества смесей, так как это свойство определяет в первую очередь опасность образования засоров в отливках. К сожалению, смеси на осыпаемость при высоких температурах в производственных условиях почти не испытываются, хотя методы и приборы для этого известны.
На рис. 79 представлена схема одного из таких приборов [87]. Песчаный образец / вместе с предварительно установленной ме таллической втулкой уплотняется тремя ударами копра в гильзе. Втулка необходима для укрепления образца / к столику 2, ко торый при помощи шестерен 3 и 4 вращается вокруг вертикальной оси. После установки образца силитовая печь 5, нагретая до тре буемой температуры (максимальная температура 1200° С), опу-
9* |
131 |
скается. Затем на образец опускается стержень 6 с грузом 8. К стержню 6 через шарнир прикреплена стальная круглая фреза 7 того же диаметра, что и образец /. При вращении шестерни 3 фреза стирает верхний слой образца под давлением, создаваемым грузом 8. Величина давления составляет 0,025 кгс/см2, скорость вращения шестерни 5 об/мин. Температура и время, в течение которого образец находится в печи до испытания, зависят от условий опыта.
Рис. 79. Прибор для определения осыпае- |
Рис. 80. Устройство для испы- |
мости образца смеси при высоких темпе- |
тания смесей на осыпаемость и |
ратурах |
истирание |
На рис. 80 приведено устройство для испытания на сопротив ление истиранию и на осыпаемость формовочных и стержневых смесей. Цилиндрический образец 4 из испытуемой смеси закреп
ляют на планшайбе |
3 |
диском 5. Вращение образцу передается |
|
от электродвигателя |
1 |
и червячного |
редуктора 2. |
Образец нагревается |
элементами |
6, расположенными в кор |
|
пусе 7. Положение нагревательных элементов относительно ис пытуемого образца можно регулировать перемещением корпуса 7 по направляющей 8. Следовательно, изменяя расстояние от нагре вателей до образца, можно проводить опыт при любой темпера туре.
К направляющей 8 на оси 10 прикреплена фасонная изогнутая плита 9, на которой расположен свободно перемещаемый груз 12. В середине плиты находятся два ролика П. Усилие, с которым ролики давят на образец, регулируется положением груза 12.
При вращении образца происходит разрушение его поверхно стного слоя; отделившиеся частицы смеси падают в сборник 13. Отношение веса осыпавшихся частиц к первоначальному весу образца является характеристикой осыпаемости или сопротив ляемости истиранию смеси и выражается в процентах.
В Польше выпускается прибор, состоящий из системы, приво дящей во вращение два параллельных ролика, на которые уста навливается стандартный образец. Образец вращается на роли ках заданное время; убыль веса образца характеризует осыпае мость.
Излучатель, расположенный над образцом, нагревает смесь до заданной температуры.
