Выбиваемость ЖСС с жидкими отвердителями

3. Выбиваемость ЖСС с жидкими отвердителями

 

3.1.Выбиваемость ЖСС с ацетатом этиленгликоля

 

Повышенное внимание литейщиков к жидкостекольным смесям с жидкими отвердителями объясняется рядом важ­ных преимуществ этих смесей по сравнению с другими ЖСС: пониженным содержанием связующе­го при больших прочностных показателях, лучшей выбиваемостью из отливок и гарантией высокого качества поверхно­сти.

Применяющиеся за рубежом жидкие отвердители, выпус­каемые специализированными фирмами, представляют собой ацетаты глицерина или этиленгликоля. В нашей стране промыш­ленное производство таких отвердителей отсутствует. В 1975 г. НПО «ЦНИИТмаш» были разработаны ЖСС с жидким отвердителем пропиленкарбонатом— сложным эфиром пропиленгликоля и угольной кислоты. Вы­пускается он опытными партиями ПО «Ангарскнефтеоргсинтез». Смеси с пропиленкарбонатом применяют в настоя­щее время на 13 заводах страны при получении стержней и форм для стальных, чугунных и алюминиевых отливок.

Из смесей с пропиленкарбонатом изготовляют: стержни для стальных отливок — на Харьковском турбинном заводе им. Кирова, Старо-Краматорском заводе им. Орджоникидзе, ПО «Электротяжмаш» (г. Харьков), «Сибтяжмаш», «Сибэнергомаш», стержни для чугунных отливок — на Гомель­ском и Сумском заводах «Центролит», формы для чугун­ных отливок — на Московском чугунолитейном заводе «Станколит» и ПО «Ташкентский тракторный завод», стержни по­вышенной сложности для алюминиевых отливок — на Харь­ковском заводе им. Малышева и др.

Однако поставка пропиленкарбоната литейному производ­ству ограничена, и промышленный выпуск его в ближайшие годы не планируется. Кроме того, смеси с пропиленкарбо­натом имеют ограниченную живучесть (Ж) 10...12 мин, затрудняющую изготовление крупных форм и стержней, осо­бенно в летний период. Ж смесей с пропиленкарбонатом можно увеличить до 25 мин с помощью сложных эфиров фталевой кислоты, хорошо сочетающихся с пропиленкарбо­натом. Однако использование на практике этого метода ре­гулирования Ж связано с определенными неудобствами. Поэтому НПО «ЦНИИТмаш» в последние годы совместно с химиками ведет работы по получению других более техно­логичных сложноэфирных отвердителей с использованием от­носительно недефицитного и сравнительно дешевого сырья. К таким отвердителям относятся ацетаты этиленгликоля[3].

В результате исследований, проведенных НПО «ЦНИИТ­маш» совместно с Дзержинским ПО «Синтез», разработана и уточнена технология синтеза отвердителей на основе ацетатов этиленгликоля, определен состав отвердителей в соот­ветствии с требованиями литейного производства.

С помощью разработанной технологии можно получать отвердители различной активности с заранее заданными свой­ствами. Ж и скорость твердения смесей может регулировать­ся от 8...10 мин до 60.,..90 мин.

 На рис. 26,а, б видна кинетика твердения смесей и Ж при применении отвердителей четырех марок. Различным маркам АЦЭГ даны условные обозначения: 1Б (быстрый) с Ж =8.. 10 мин, 2СБ (средне быстрый) с Ж=18...20 мин, ЗСМ (средне медленный) с Ж==27...30 мин, 4М (медленный) с Ж=50... 55 мин. В случае необходимости может быть получена пя­тая марка АЦЭГ 5ММ с Ж=90 мин. Смеси содержат 3,5 масс. ч. ЖС и 0,35 масс. ч. ацетатов этиленгликоля.

В Польше разработан и находит применение отвердитель «Флодур», представляющий собой также ацетат этиленгли­коля. Разработанные автором АЦЭГ не только не уступают, но и превосходят по прочностным характеристикам смеси с отвердителем «Флодур».

Рис.26. σ(а) и жидкотекучесть (б) смесей различных марок АЦЭГ

Сравнительные свойства смесей (основа, масс. ч.: 100 лю­берецкого песка; 3,5 ЖС M=2,5; p=1480 кг/м) с 0,35 масс. ч. отечественного отвердителя АЦЭГ (смеси 1, 3) и 0,4 масс. ч. отвердителя «Флодур» (смеси 2, 4) приведены ниже.

Ж, мин	1	2	3	4
	13	12	22	26
,Мпа,через,ч:
1	1,57	0,53	0,83	0,47
8	2,13	1,1	2,6	1,66
14	4,4	3,5	5,0	4,1

Выбиваемость смесей оценивалась по трудоемкости уда­ления опытных стержней сечением 100Х100 мм и высотой 180 мм из стальной отливки (470Х170Х180 мм, стенка тол­щиной 35 мм, масса 150 кг). Трудоемкость выбивки смеси для СО--процесса, содержащей 6 масс. ч. ЖС принята за 100%, ЖСС и ПСС (с 6 масс. ч. ЖС) составила 68%, ЖСС с АЦЭГ (3,5 масс. ч. ЖС) — 38%, ЖСС с АЦЭГ (2,5 масс. ч. ЖС) — 12,5%, ЖСС с синтетической смолой— 7,5%.

При введении в смеси с АЦЭГ сахаросодержащих веществ или специальных диспергирующих поверхностно-активных ве-

Рис. 27.Влияние относительной влажности воздуха (%) на кинетику твердения:

1—30; 2— 50; 3 — 70; 4 — 90.

ществ содержание ЖС может быть снижено с 3,5 до 2,5 масс. ч. при сохранении высоких прочностных свойств и низ­кой осыпаемости, что позволяет почти в 3 раза улучшить выбиваемость, приблизив ее к выбиваемости ЖСС с синте­тическими смолами. По данным автора, снижение содержа­ния ЖС на каждые 0,5 масс. ч. (без введения каких-либо добавок) улучшает выбиваемость смесей со сложноэфирными отвердителями примерно в 2 раза.

Жидкие отвердители на основе АЦЭГ выгодно отличаются от других сложноэфирных отвердителей, в частности пропиленкарбоната, тем, что позволяют снизить содержание ЖС в смеси путем понижения  без ощутимой потери прочност­ных свойств в пределах допустимой осыпаемости.

Так,  ЖС можно снизить с 1480...1500 до 1400 и 1450 кг/м при том же содержании в смеси разбавленного ЖС и тем самым дополнительно улучшить ее выбиваемость. В смесях с пропиленкарбонатом снижение плотности ЖС при­водит к заметному сокращению Ж, падению прочности и повышению осыпаемости.

На кинетику твердения и прочность смесей большое вли­яние оказывает относительная влажность (W) воздуха (рис. 27). Чем выше относительная W, тем медленнее темп нарастания прочности и ниже ее абсолютные значения. С повышением W с 30 до 90%, что соответствует дождливой сырой погоде, прочность снижается почти в 3 раза, однако это не оказывает существенного влияния на качество гото­вых стержней и возможность их дальнейшего использования.

Отличительной особенностью смесей со сложными эфирами является их хорошая сыпучесть из-за низкого содержа­ния в смеси жидкой фазы. Вследствие этого смеси облада­ют легкой уплотняемостью, что позволяет использовать виб­роуплотнение взамен встряхивания, прессования, пескомет­ной формовки и пр.

Для смесей с жидкими отвердителями характерен высокий темп нарастания прочности после окончания живучести, что имеет весьма важное значение для сокращения цикла изго­товления форм и высвобождения оснастки. Извлечение мо­делей из затвердевшей формы можно осуществлять при до­стижении смесью манипуляторной прочности, величина ко­торой для такого типа смесей <0,4 МПа. На рис. 28 .представ­лены соответствующие данные по кинетике нарастания проч­ности смесей со сложными эфирами пои различной Ж, из­меняющейся в интервале 7...110 мин. Смеси приобретают манипуляторную прочность в течение времени, превышаю­щего Ж примерно в 1,5—2 раза.

Рис. 28. Кинетика твердения смесей с различной живучестью, мин:

1—1; 2—14; 3—23; 4—38; 5—84; б—110

Смеси с жидкими отвердителями могут заменять жидкостекольные ЖСС,. ПСС, СО- процесс, а, в ряде случаев, и ЖСС с синтетическими смолами и применяться для изго­товления форм и стержней.

ЖСС со сложноэфирными отвердителями и технология из­готовления из них форм и стержней имеют следующие пре­имущества:

высокую общую и поверхностную прочность форм и стерж­ней при пониженном содержании связующего;

улучшенную выбиваемость по сравнению с выбиваемостью известных жидкостекольных смесей;

удобство работы с жидкими отвердителями вместо порош­кообразных (феррохромового шлака или нефелинового шла­ма);

повышение чистоты и качества , резкое сокращение дефек­тов и брака отливок по ужимам., пленам и песочным рако­винам;

заметное снижение трудоемкости изготовления форм и стержней;

небольшую токсичность и соответствие повышенным санитарно-гигиеническим требованиям.

К недостаткам смесей со сложными эфирами можно отне­сти:

более высокую, чем у ЖСС с синтетическими смолами, хрупкость, что может вызывать поломки при изготовлении стержней повышенной сложности;

более трудоемкую, чем у ЖСС со смолами, выбиваемость из отливок;

пониженную водостойкость, в связи с чем рекомендуется применять преимущественно самовысыхающие противопригарные покрытия.

Смеси с АЦЭГ сопоставимы по стоимости со смесями для СО - процесса (с учетом стоимости углекислого газа).

3.2.Выбиваемость ЖСС с жидким

кремнийорганическим отвердителем.

 

Жидкостекольные самотвердеющие смеси с жидким кремнийорганическим отвердителем предназначены для повышения ка­чества поверхности отливок и используются как облицовочные смеси для стержней и форм ответственных отливок различных отраслей машиностроения , а также в качестве единой смеси для особо сложных стержней в целях предотвращения образования поверхностных дефектов.

В качестве отвердителей и катализаторов твердения приме­няют жидкие кремнийорганические полимеры и органические мономеры. Органические мономеры вводят в ЖС перед приго­товлением смеси; эта композиция может храниться в закрытой тape в течение длительного времени.

Содержание мономера и кремнийорганического полимера оп­ределяют живучесть и прочность смеси. В отличие от жидко­стекольных смесей, отверждаемых сложными эфирами, для при­готовления смеси с жидкими кремнийорганическими отверди­телями может применяться ЖС с М=2,2...3,2, однако лучшие результаты достигаются при использовании высокомодульного стекла. Свойства смесей: живучесть Ж=5...120 мин; че­рез 1 ч (при Ж—60 мин) —0,1...0,2 МПа; (через 24 ч — 4,5...6 МПа; осыпаемость через 24 ч—0,05%; остаточная проч­ность (после нагрева до 800°С и охлаждения — 1 МПа. Смеси могут отверждаться с помощью СО без последующего ухудшения прочностных свойств при хранении стержней и форм.

Жидкостекольные смеси с жидкими кремнийоргаиическими отвердителями позволяют получить смеси с 1...3 масс. ч. ЖС, улучшить качество поверхности и точности отливок (Rz 40 мкм. 3—4-й классы чистоты).

Рассмотрим особенности выбиваемости смесей с жидкими кремнийорганическими отвердителями[14]. На рис. 29 видна температурная зависимость  для смеси с кремнийорганическим

Рис. 29. Зависимость  жидкостекольной смеси

(3 масс. ч. ЖС, М ==2,2) на

кварцевом песке от

 температуры.

 

твердителем (кривая 1) и для смеси с пропиленкарбонатом (кривая 2). Если в низко температурной области (Т=400... 600°С) выбиваемость обеих смесей мала, то в высокотемпера­турной (800...1000°С)  смесей с кремнийорганическим от­вердителем в 1,5 раза меньше, а соответственно выбиваемость лучше. Таким образом, применение кремнийорганического отвердителя позволяет улучшать выбиваемость смесей главным образом в высокотемпературной области Существенное влияние на выбиваемость смесей с кремнийорганическими отвердителями оказывает количество ЖС в смеси и М. На рис. 30 видно изменение  после нагрева до 8OO°C и охлаждения в зависимости от содержания ЖС в смеси. Для смеси с пропиленкарбонатом (.кривая 3) и кремнийорга­ническим отвердителем (кривая 2) существенное различие в выбиваемости наблюдается у смесей, содержащих>3 масс. ч. ЖС (М=2,2); у смеси с 2 масс. ч. ЖС (М=2,2) влияние отвердителя на выбиваемость смесей на кварцевом песке прак­тически нивелируется.

Зависимость  от содержания связующего существенно меняется при применении высокомодульного ЖС (М=3,1), что возможно в случае использования кремнийорганического отвердителя. С уменьшением содержания ЖС (М=2,2) с 3 до 2 масс. ч.  снижается почти в 3 раза (кривая 1).

Сопоставить результаты испытаний смеси с высокомодульным ЖС, отверждаемой пропиленкарбонатом, не представля­ется возможным из-за ее малой Ж.

Рис. 30. Изменение  смеси в зависимости от содержания ЖС.

Для смесей с пониженным содержанием ЖС выбиваемость улучшается только в том случае, если при их приготовлении не используется ЖС с низким модулем. Применение таких сме­сей показало, что улучшение Ж, прочности, осыпаемости за счет снижения М жидкого стекла нивелирует эффект улучше­ния выбиваемости от снижения его содержания и даже может привести к ухудшению выбиваемости.

Необходимо отметить еще одну особенность выбиваемости смесей с кремнийорганическим отвердителем: для стержней из смеси на кварцевом песке с 1,5...2,0 масс. ч. ЖС продолжи­тельность гидровыбивки оказалась такой же, как для стержней из смоляных смесей, однако при выбивке с помощью механи­ческого инструмента продолжительность удаления жидкостекольных смесей в несколько раз больше продолжительности удаления смоляных.

Смеси с ЖС и кремнийорганическим отвердителем, исполь­зующие в качестве наполнителя .хромит или хромомагнезит, отличаются рядом особенностей. Содержание ЖС в этих сме­сях составляет 3,5...4,5 масс. ч., что в 2—2,5 раза меньше, чем в применяемых хромитовых смесях, отверждаемых СО. Хромитовые и хромомагнезитовые смеси с ЖС и кремнийоргани­ческим отвердителем могут отверждаться с помощью СО без последующего ухудшения свойств при хранении стержней и форм.

Работа выбивки жидкостекольных хромитовых смесей с кремнийорганическим отвердителем в 10—15 раз меньше ра­боты выбивки хромитовых смесей с 7...10 масс. ч. ЖС. В ин­тервале нагрева 400...1000° С работа выбивки этих смесей практически постоянная (температурные экстремумы выбивки не наблюдаются). Другой аномалией жидкостекольной хромитовой смеси с кремнийорганическим отвердителем является слабая зависимость работы выбивки от модуля ЖС в интервале 400...1000 ° С при одинаковом его содержании.

Применение кремнийорганических отвердителей в жидкосте­кольных хромитовых смесях позволило существенно улучшить выбиваемость за счет сокращения содержания ЖС и изменения структуры связующей композиции после охлаждения. В то же время использование в хромитовых смесях с 7...10 масс. ч. ЖС добавок (глин, бокситов и др.), обеспечивающих улучшение выбиваемости путем повышения температуры плавления связующей композиции, приводило к ухудшению противопригарных свойств.

Выводы

Анализ литературных источников показал ,что для улучшения выбиваемости жидкостекольных смесей из отливок применяют следующие методы:

1)Введение в смесь неорганических добавок(глины,боксита,мела и др.).

Действие неорга­нических добавок на условия выбивки смесей с жидким стеклом принципиально одинаково. Оно основано на том, что в процессе нагрева вводимое вещество реагирует с составляющими жидкого стекла NaO и SiO, образуя соответствующее тройное соединение. Температура плавления тройного соединения соответствует тем­пературе второго максимума работы, затрачиваемой на выбивку стержней.

2)Введение органических добавок(древесного пека,битума ,графита и др.).

При низких температурах прогрева стержней до 400º C введение органических добавок может содействовать прорыву пленок и снижению работы, затрачиваемой на выбивку стержней. При высоких температурах, превышающих 800°C, в условиях недостатка кислорода может происходить неполное сгорание органических добавок, в результате чего между силикат­ной пленкой связующего вещества и зерном наполнителя обра­зуется инертная прослойка сажистого углерода.

Известно, что инертные прослойки снижают адгезию пленок и уменьшают прочность смесей. Поэтому введение таких добавок может уменьшить абсолютное значение величины A, при температуре образования второго максимума или близких к ней.

3)Уменьшение содержания жидкого стекла.

Т.к жидкое стекло обладает исключительно высокой адгезией к кварцу, то протекает когезионный тип разрушения смеси. В результате прочность смеси будет непосред­ственно зависеть от количества введенного в нее связующего мате­риала. Чем меньше жидкого стекла будет введено в смесь, тем легче окажется выбивка стержней из отливок.

Список использованной литературы

Список использованной литературы:

 

1. Берг П. П. Формовочные материалы. - М.: Машгиз ,1963.- 408с.

2.Борсук П.А.,Лясс А.М.Жидкие самотвердеющие смеси.-М.:Машиностроение,1979.- 255с.

3.Борсук П.А.Смеси с жидкими отвердителями.//Литейное производство.-1990.-№2.-c.15-17.

4.Винокуров В.В.,Иоговский В.А.,Мармонтов Е.А и др.Улучшение выбиваемости жидкостекольных смесей из отливок.//Литейное производство.-1966.-№2.-c.25-27.

5.Вишняков Х.И. Улучшение выбиваемости жидкостекольных смесей добавками доменного шлака.//Литейное производство.-1976.-№11.-c.42.

6.Грузман В.М.Улучшение выбиваемости жидкостекольных смесей.//Литейное производство.-1999.-№6.-c.30-31.

7.Дорошенко С.П.,Ващенко К.И.Наливная формовка:Монография.-Киев:Вища школа. Головное изд-во,1980.-176c.

8.Дорошенко С.П.,Макаревич А.П.Состояние и перспективы применения жидкостекольных смесей.//Литейное производство.-1990.-№2.-c.14-15.

9.Климкин А.В.Смеси улучшенной выбиваемости.//Литейное производство.-1990.-№2.-c.25.

10.Лясс А.М.Быстротвердеющие формовочные смеси .-.:Машиностроение,1965.-322c.

11.Лясс А.М.,Валисовский И.В.Пути улучшения выбиваемости смеси с жидким стеклом.//Труды ЦНИИТМАШ.-1960.-№6.-c.81-95.

12.Лясс А.М.,Валисовский И.В.Об улучшении выбиваемости смесей с жидким стеклом .//Литейное производство.-1961.-№9.-с.15-17.

13.Медведев Я.И.,Валисовский И.В.Технологические испытания формовочных материалов.-2-е издание ,перераб.и доп. -М.:Машиностроение,1973.-298c.

14.Ромашкин В.Н.,Валисовский И.В.Смеси с улучшенными технологическими свойствами.//Литейное производство.-1990.-№2.-c.17-18.

15.Рыжков И.В.,Толстой В.С.Физико-химические основы формирования свойств смесей с жидким стеклом.-Харьков:Вища школа,1975.-128c.