КОНТРОЛЬ СВОЙСТВ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СМЕСЕЙ И ПОКРЫТИЙ

Для получения отливок требуемого качества необходим систематический контроль свойств исходных формовочных материалов и смесей.

Контроль свойств исходных материалов. У формовочных песков контролируют содержание глинистой составляющей, гранулометрический (зерновой) состав, форму зерен, влажность, содержание вредных примесей.

Содержание глинистой составляющей определяют следующим образом. Песок высушивают при 105—IlO0C и в количестве 50 г помещают в стеклянную банку вместимостью I л, наливают 475 см3 дистиллированной воды и 25 см3 1%-ного раствора едкого натра. Закрытую банку укрепляют в специальном приборе для взбалтывания, скорость вращения вала прибора 60 об/мин. Продолжительность взбалтывания I ч. После этого банку снимают, доливают воду до уровня 150 мм и в течение 10 мин содержимое банки отстаивается. Песок оседает, а воду со взвешенными в ней частицами глины сливают до уровня 25 мм. Затем в банку снова доливают воду до уровня 150 мм и далее все операции повторяют до тех пор, пока вода над осадком не станет совсем прозрачной. Потом воду отфильтровывают. Высушивают фильтр с песком при 105—IlO0C и взвешивают песок. По разнице масс между первоначальным и отмытым песком определяют процентное содержание глинистой составляющей.

Контроль гранулометрического состава пес- к а заключается в просеивании его на специальном приборе через набор из 11 сит со стандартными размерами ячеек, расположенных в порядке их уменьшения. Под ситами размещают металлический тазик. Навеска песка 50 г. После просеивания собирают и взвешивают песок с каждого сита и по наибольшему содержанию песка на трех смежных ситах определяют группу его зернистости.

Форму зерен песка (округлая, полукруглая, остроугольная, осколочная) определяют с помощью микроскопа.

Влажность песка, глины и смесей устанавливают по изменению массы навески (G) в 50 г при высушивании ее до постоянной массы (Gi) и выражают в %: W = G—Gi/G• 100%.

Для высушивания навески при 105—IlO0C используют инфракрасную лампу или сушильный шкаф.

В ряде случаев контролируют показатель концентрации водородных ионов pH-водной вытяжки из песка. Для этого в химический стаканчик помещают 5 г песка и 50 г дистиллированной воды и тщательно перемешивают их стеклянной палочкой в течение 3 мин; pH определяют по индикаторной бумаге или на приборе «рН-метре». Для песчано-смоляных смесей нежелательно применение песка, pH-водной вытяжки которого больше 7,0 (песок со щелочной реакцией).

Для формовочных глин наиболее важно проконтролировать связующие свойства, т. е. определить прочность на сжатие во влажном и сухом состоянии. Для проведения испытаний изготовляют стандартные цилиндрические образцы диаметром и высотой 50 мм. За показатель прочности принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных измерений.

У жидких связующих и покрытий обычно контролируют плотноеть и вязкость. Плотность определяют денсиметрами (ареометрами). Они представляют собой стеклянные трубки, в нижней части которых находится свинцовая дробь, а в верхней части шкала — указатель плотности. Для определения плотности денсиметр погружают в испытуемый материал. Чем выше плотность, тем меньше глубина погружения.

С увеличением вязкости жидкого материала возрастает погрешность измерения. Поэтому для очень вязких материалов применяют объемный метод контроля плотности, заключающийся во взвешивании точно измеренного объема данного материала. Разделив массу жидкого или пастообразного материала на его объем, определяют плотность.

Вязкость чаще всего контролируют вискозиметром ВЗ-4, представляющим собой укрепленную на штативе воронку вместимостью 100 см3 с диаметром выпускного отверстия 4±0,02 мм. Воронку заполняют испытуемой жидкостью, условная вязкость которой оценивается временем ее истечения в секундах.

Контроль свойств смесей и покрытий. Очень важное значение для стабильного получения качественных отливок имеет контроль основных физико-механических и технологических свойств формовочных и стержневых смесей.

Влажность — процентное содержание воды в смеси является очень важным фактором, от которого, особенно в составах песчано-глинистых и жидкостекольных смесей, зависят такие свойства, как прочность, текучесть, уплотняемость, газопроницаемость, газотворность и др. Для оптимального сочетания указанных свойств влажность должна находиться в заданных для каждого данного состава смеси пределах.

Прочное ть характеризует способность смеси сохранять требуемую конфигурацию стержня или полости литейной формы в процессе их изготовления, транспортировки, заливки жидким металлом и затвердевания отливки. Прочность оценивается предельной величиной нагрузки, при которой происходит разрушение образцов смеси.

Песчано-глинистые смеси для форм, а также стержневые смеси, отверждаемые конвективной сушкой, требуют испытаний прочности в сыром и сухом состоянии. Для испытания прочности в сыром состоянии изготавливают стандартные цилиндрические образцы диаметром и высотой 50 мм. Засыпают заранее взвешенную порцию смеси в металлическую гильзу и уплотняют смесь тремя ударами стандартного копра. Образец с помощью выталкивателя осторожно извлекают из гильзы и испытывают на сжатие, используя с этой целью стандартные приборы с предельной нагрузкой по шкале до 1,2 Па-IO5 или до 2,4 Па-IO5.

Прочность в сухом состоянии определяют на образцах в форме «восьмерок», которые получают в соответствующей оснастке, уплотняя смесь тремя ударами стандартного копра. Образцы высушивают в сушильном шкафу по заданному режиму, после чего испытывают на разрыв, используя стандартные приборы для прочностных испытаний.

Смеси по СОг-процессу испытывают на сжатие сразу после продувки их углекислым газом, а также спустя I и 24 ч после продувки. Смесь уплотняют в цилиндрической гильзе тремя ударами копра и, не извлекая из гильзы, продувают углекислым газом в заданном режиме, в результате чего образец отверждается и может быть извлечен из гильзы.

Образцы песчано-смоляных смесей, отверждаемых в горячей оснастке, изготавливают и испытывают на специальном стенде, снабженном пескодувной машиной, электрообогреваемой оснасткой и устройством для определения прочности на разрыв. Смесь задувают в горячую оснастку, формирующую образец в виде «восьмерки», после выдержки в горячей оснастке в течение заданного времени (от 15 до 45—60 с) определяют прочность на разрыв образца смеси в горячем состоянии.

Прочностные испытания самотвердеющих смесей могут проводиться как на сжатие, так и на разрыв. Особенностью самотвердеющих смесей является изменение (нарастание) их прочности во времени. Поэтому их испытания проводят через I, 2, 4 и 24 ч с момента выпуска готовой смеси из смесителя (при необходимости испытывают также прочность через 0,5 и 6 ч. Выбор типа испытаний (сжатие, разрыв) определяется наличием того или иного прибора, позволяющего измерить высокую прочность полностью отвержденных образцов (через 24 ч).

К изготовлению образцов приступают немедленно по выпуску готовой смеси из смесителя. Если живучесть смеси достаточна (не менее 5—6 мин), можно изготавливать образцы последовательной набивкой в индивидуальных гильзах с уплотнением смеси тремя ударами копра. При этом продолжительность набивки образцов не должна превышать 2—2,5 мин. Возможно также одновременное изготовление образцов засыпкой смеси в блок гильз (как правило, девятигнездный) с тщательным ручным доуплотнением смеси.

Осыпаемость характеризует поверхностную прочность стандартных цилиндрических образцов из отвержденной смеси. Испытания проводят на стандартном приборе, который представляет собой горизонтальный приводной барабан с цилиндрической поверхностью в виде сетки. Образец помещают внутрь барабана, последний приводят во вращение в течение заданного интервала времени. Осыпаемость выражают в %, относя массу просыпи (за счет трения образца о внутреннюю поверхность вращающегося барабана) к массе образца до испыта- ния.

Живучесть — важнейшее свойство самотвердеющих смесей, представляющее собой время с момента выпуска смеси из смесителя, в течение которого она сохраняет свои рабочие свойства и может быть использована для изготовления стержней и форм. Важность этого показателя для практики состоит в том, что дефекты стержней (низкая прочность, высокая осыпаемость), изготовленных из смеси, частично потерявшей живучесть, выявляются нередко лишь на стадии сборки формы, а в ряде случаев только после получения бракованной отливки.

Живучесть в условиях цеха определяют визуально. Полная потеря живучести характеризуется изменением состояния смеси от вязкопластичного до сухого, несвязанного. Формовка стержней должна быть полностью завершена еще до достижения смесью вязкопластичного состояния. Живучесть связана со скоростью отверждения и при прочих равных условиях уменьшается с повышением температуры воздуха и песка.

В лабораторных условиях живучесть определяют путем изготовления цилиндрических образцов через 2, 4, 6 и т. д. минут с момента приготовления смеси. За показатель живучести принимается время выдержки (в минутах) до изготовления образца, при котором его прочность (после полного отверждения, т. е. через 24 ч) падает на 30% по сравнению с максимальной прочностью, полученной в данной серии испытаний.

Г азопроницаемость характеризует способность смеси пропускать газы. При недостаточной газопроницаемости затрудняется удаление из формы газообразных продуктов, образующихся при заливке жидкого металла, что может быть причиной образования в отливках газовых раковин. Определяют газопроницаемость смеси на стандартном приборе посредством пропускания воздуха через цилиндрический стандартный образец испытуемой смеси, заключенный в гильзе.

Давление, возникающее под образцом из-за сопротивления образца пропускаемому воздуху, фиксируется манометром, градуировка которого выполнена таким образом, что позволяет определять газопроницаемость смеси, измеряемую в условных единицах газопроницаемости.

Г азотворность — способность смеси выделять при нагреве газы в основном в результате испарения растворителей и термического разложения связующих. Мерой газотворности является объем газов (в см3), отнесенный к I г навески отвержденной смеси, которую в течение заданного времени прокаливают при 800—IOOO0C в трубчатой лабораторной печи. Смеси с повышенной газотворностью (20 см3/г и более) могут служить источником образования газовых дефектов в отливках.

Выбиваемость характеризует остаточную прочность смесей после заливки сплава и остывания отливки.

В отдельных случаях, устанавливаемых конкретными условиями производства, а также при разработке и исследовании новых составов смесей определяют и контролируют еще целый ряд свойств смесей: уплотняемость, текучесть, твердость, прили- паемость, пористость, гигроскопичность, податливость, термостойкость и др.

Контрольные вопросы Назовите основные показатели качества кварцевых песков. В каких случаях требуется использовать другие огнеупорные наполнители? Назовите основные органические и неорганические связующие материалы. Какие по назначению группы специальных добавок входят в формовочные и стержневые смеси? В чем заключается подготовка исходных материалов? Для чего проводят регенерацию отработанных смесей? Какое оборудование используют для приготовления формовочных смесей? Назовите основные группы стержневых смесей (по способам их отверждения). Каково назначение литейных покрытий и какие методы используют для их нанесения? Какие вспомогательные материалы и составы применяют при изготовлении литейных форм и стержней? Какие основные свойства формовочных и стержневых смесей контролируют в литейном цехе?