При прогреве НСС до 700–720°C размягчение жидкостекольно-шлаковой композиции не наблюдается, т. е. она находится еще в твердом состоянии. После охлаждения прочность смеси существенно не изменяется и выбиваемость ее вполне удовлетворительна.
Как показали исследования А. П. Семика, в интервале температур 720–1060°С жидкостекольно-шлаковая композиция плавится. Образующаяся жидкая фаза взаимодействует с зернами песка и приводит к спеканию смеси при охлаждении, в результате чего прочность НСС возрастает, а выбиваемость ухудшается. Вязкость композиции при 720—1060°C превышает 200 Па • с, поэтому проникающая способность ее в поры смеси небольшая. При нагреве смеси выше 1060°C вязкость ее вследствие расплавления композиции снижается и при 1100°C составляет 8 Па • с. Благодаря этому резко возрастает проникающая способность композиции в поры между наполнителем, вследствие чего (после охлаждения) прочность НСС значительно увеличивается, а выбиваемость резко ухудшается.
О расплавлении связующей композиции можно судить по уменьшению прочности НСС, измеренной непосредственно при высоких температурах (табл. 6).
Наблюдалось, что при нагреве до800°C после приложения нагрузки образец рассыпался на куски, а при 800ºC и выше начинал течь.
Нерастворившаяся часть шлака является включениями в связующем и частично снижает прочность НСС, поэтому выбиваемость
Таблица 6
Влияние температуры на прочность НСС
Время выдержки образцов в
печи, мин
Прочность на сжатие, кгс/см‚ (9,8-10„ Па), при нагреве, °C
200
400
600
800
1000
1200
1300
5
30
45
60
10,0
9,0
8,5
8,0
8,5
7,5
7,0
6,5
7,0
6,0
5,8
5,0
2,0
1.8
1,0
0,5
1,0
0,5
0,2
0
0,3
0
0
0
0
0
0
0
НСС немного лучше, чем у обычных жидкостекольных смесей, не содержащих феррохромового шлака.
2.2.Влияние усадки отливки
Кроме температуры, на выбиваемость НСС в значительной мере влияет усадка отливки. Об этом свидетельствуют результаты экспериментов с различными железоуглеродистыми сплавами по заливке в форму при 1550°C (табл. 7).
Таблица 7
Влияние усадки сплавов на выбиваемость НСС
Сплав
Усадка сплава, %
Работа выбивки, Дж, при плотности
смеси, 10ƒ кг/мƒ
1,1
1.3
1,5
1,7
Серый чугун СЧ 15-32 Половинчатый чугун Белый чугун
Сталь ЗОЛ
0,9—1,1 1,4—1,6 1,9—2,1 1.9—2,1
5,0—5,5 6,0—6,5 7,0—8,0 7,5—8,0
14—15 18—20 23—25 24—25
46—48 62—64 78—80 78—80
120—125 156—160 195—205 195—205
Поскольку усадка стали больше, чем чугуна, выбиваемость НСС из стальных отливок в 1,5–1,6 раза хуже, чем из чугунных вследствие увеличения сил сжатия на стержень.
2.3. Влияние неорганических добавок на выбиваемость НСС
Выбиваемость НСС улучшается при снижении содержания жидкого стекла, повышении его модуля и увеличении содержания феррохромового шлака, благодаря повышению температуры плавления жидкостекольно-шлаковой композиции и увеличению ее вязкости.
Добавка шлака улучшает выбиваемость НСС, поскольку при этом повышается температура плавления жидкостекольно-шлаковой композиции (рис. 24). Однако содержание феррохромового шлака более 5% ведет к уменьшению текучести смеси и снижению ее прочности, особенно поверхностной. Уменьшение количества жидкого стекла ниже 6% также ведет к снижению конечной прочности НСС. Поэтому для получения НСС с удовлетворительной выбиваемостью необходимо строго дозировать состав НСС, особенно количество жидкой композиции.
|
Рис.24.Влияние содержания шлака на температуру начала(1) и конца(2)плавления жидкостеколь-но-шлаковой композиции. |
Удовлетворительная выбиваемость НСС наблюдается при содержании в смеси не более 6,0—6,5% жидкого стекла с модулем не
менее 2,7 и плотностью (1,48—1,52) • 103 кг/м3 или 8—8,5% жидкостекольной композиции с плотностью (1,29—1,31) • 103 кг/м3 при содержании феррохромового шлака не менее 4—5%.
Из рис. 25 видно, что выбиваемость значительно улучшается с понижением плотности НСС и уменьшением температуры прогрева. Хорошая выбиваемость НСС наблюдается при плотности (1,0–1,1)´ 103 кг/м3 и температуре прогрева не более 600° С. Однако для получения достаточной прочности 1,5–3,0 кгс/см2, или (14,7–29,4)´ 104 Па, через 1 ч плотность НСС необходимо выдерживать в пределах (1,3–1,4)´103 кг/м3.
Чтобы улучшить выбиваемость НСС, как уже указывалось, необходимо вводить в нее добавки. Многие неорганические добавки улучшают выбиваемость НСС при прогреве до 700–1200°C, однако максимального эффекта можно добиться при прогреве до 800–900° С. Улучшение выбиваемости при этом обусловлено, в основном, повышением температуры плавления и вязкости жидкостекольно-шлаковой композиции. Исследования, проведенные в КПИ и другими авторами, показали, что из неорганических добавок лучшие результаты по улучшению выбиваемости НСС дают оксид и гидроксид алюминия (2,0–2,5%), алюминиевая пудра (0,5–0,6%), а также фосфоритная мука, шамот, вспученный перлит и вермикулит (по 1%). Однако при вводе неорганических добавок выбиваемость НСС улучшается мало, так как в смесь нельзя ввести необходимое количество добавки (3–5%) из-за сильного снижения текучести, а в некоторых случаях и ухудшения прочности смеси. Поэтому перед вводом в НСС неорганические добавки следует подвергать специальной обработке.
Известно, что глина улучшает выбиваемость НСС. Добавки в НСС пятихатской глины, обожженной при 700°C, резко уменьшает работу выбивки стержней из стальных и чугунных отливок (табл. 8).
Из-за резкого снижения текучести содержание глины в НСС не превышает 1,0%. Такое количество глины не оказывает существенного влияния на выбиваемость НСС. Перед вводом в НСС большего (>3–4%) количества глины её необходимо предварительно обработать СДБ, инден-кумароновой смолой, мазутом или прокалить при 700–750°С. Обработанная таким образом глина в количестве 3–4% улучшает выбиваемость НСС в интервале температур 400–1200°С, поэтому ее можно рекомендовать в качестве добавки для улучшения выбиваемости НСС из чугунных и стальных отливок.
Таблица 8
Влияние добавки отожжённой глины на выбиваемость НСС
Сплав
Работа выбивки стержней, Дж, при содержании глины и НСС, %
―
2
4
6
8
Сталь
Чугун
161,40
52,90
102,60
32,64
10,08
4,47
9,00
1,02
3,84
0,97
.
2.4. Влияние органических добавок на выбиваемость НСС
Большинство органических добавок снижает прочность НСС после прогрева до 800°C и заметно улучшает выбиваемость НСС из чугунных отливок[2,7]. Наиболее рациональными и экономичными следует считать следующие добавки: древесные опилки (0,6–1,0%), древесный пек или крепитель ДП (1,0–1,5%), каменный уголь или кокс (1,5–2,0%) и др. При большем содержании этих добавок снижается текучесть НСС. Чтобы уменьшить влияние опилок на текучесть НСС, их необходимо замачивать в воде в соотношении 1 : 1, а еще лучше — в воде с добавкой 0,025% ПАВ. При этом в НСС вводится соответственно меньшее количество воды и ПАВ. Лучшие результаты получают при добавлении опилок с размерами ситовой фракции около 2 мм. Выбиваемость НСС при прогреве до 700–800°C улучшается также, если добавить к ней 0,5–1,0% патоки; 1,0–1,5% торфа; 1,5–2,0% графита; 0,7–1,0% твердой СДБ и др.
Из добавок, которые существенно не влияют на текучесть и прочность НСС, но улучшают выбиваемость, следует отметить гидрол производства Верхнеднепровского крахмало-паточного завода и Бесланского (Северная Осетия) маисового комбината. Гидрол Бесланского комбината перед вводом в НСС необходимо нейтрализовать.
Влияние добавки гидрола на выбиваемость НСС после нагрева до различных температур показано в табл. 9.
Из таблицы видно, что добавка гидрола улучшает выбиваемость НСС при прогреве их до температуры не выше 800°C, поэтому гидрол заметно улучшает выбиваемость НСС только из чугунных отливок.
Новолачные смолы (№ 15, 18, 76, 104, 180, пульвербакелит, идитол и др.) улучшают выбиваемость НСС лишь при прогреве до 800° С. При прогреве выше этой температуры выбиваемость НСС резко снижается. Поэтому добавка новолачных смол улучшает выбиваемость НСС лишь из чугунных отливок. Выбиваемость НСС из стальных отливок улучшается только при добавке идитола.
Резольные смолы (№ 214, 236, 228 и др.) при добавке их 0,3–0,5% резко уменьшают работу выбивки при нагреве НСС до 1200°C, т. е. они эффективны для улучшения выбиваемости НСС как из чугунных, так и из стальных отливок. Однако эти смолы снижают текучесть смесей.
Таблица 9
Влияние добавки гидрола на выбиваемость НСС
Добавка
гидрола, %
Работа выбивки, Дж
после нагрева до температур, °C
Из отливок
20
200
400
600
800
1000
1200
Чугуна
стали
—
1
2
3
5
2,2
2,2
2,2
2,2
2,2
1,8
1,6
1,8
2,2
2,8
1,4
1,2
1.5
1,8
2,0
1,6
1.0
0,8
0,6
0,5
2,2
1,0
0,8
0,7
0,7
3,2
1,8
1,5
1,4
1,3
5,0
2,8
2,5
2,2
2,0
10—12
7,0
5,0
3,0
1,0
20—25
18
16
13
12
Полихлорвиниловая смола (ПВХ-С60) снижает прочность НСС при прогреве до 1000–1200°C, а поэтому также улучшает выбиваемость из чугунных и стальных отливок.
Из продуктов коксохимического производства особого внимания заслуживают инден-кумароновые, стирольно-инденовые и каменноугольные смолы. Влияние инден-кумароновых смол на выбиваемость и другие свойства НСС после нагрева до различных температур показано в табл. 10 и 11.
Из табл. 10 видно, что все инден-кумароновые смолы резко снижают прочность НСС при прогреве до 1000°C и только при 1200°C работа выбивки несколько увеличивается. Поэтому инден-кумароновые смолы улучшают выбиваемость стержней из НСС из стальных отливок.
Таблица 10
Влияние добавки инден-кумароновой смолы на выбиваемость НСС
Марка
инден-кумаро-
новой молы
Добавка
смолы,
%
Работа выбивки, Дж, после нагрева до
температур, °C
20
200
400
600
800
1000
1200
НСС
без смолы
—
2,2
1,6
1,4
1,8
2,2
3,2
5,0
B\I
0,3
0,5
2,2
2,2
2,2
0,7
0,4
0,1
0,4
0,2
0,1
0,2
0
0
0,2
0
0
0,4
0,2
0,1
0,6
0,4
0,3
Д/IV
0,3
0,5
1,0
2,2
2,2
2,2
1,0
0,5
0.3
0,6
0,4
0,1
0,5
0,3
0,1
0,5
0,3
0,1
0,6
0,4
0,2
0,8
0,7
0,6
Д/V
0,3
0,5
1,0
2,2
2,2
2,2
1,0
0,7
0,5
0,8
0,5
0,3
0,6
0,5
0,3
0,6
0,5
0,3
0,8
0,8
0,6
1,0
0,9
0,8
Таблица 11
Влияние добавки инден-кумароновой смолы на свойства НСС
Марка инден-кумароновой
смолы
Добавка смолы, %
Текучесть,
мм
Устойчивость пены,мин
Прочность на
сжатие, кгс/см2
(9.8-104 Па), через, ч
1
24
НСС без смолы
—
110
8—10
2,0
6,0
В/I
0,3
0,5
1,0
1,5
2,0
110
108
108
106
105
8
7
8
8
7
2,0
2,0
2,2
2,2
2,5
6,0
6,0
6,2
6,5
6,5
Д/IV
0,3
0,5
1,0
1.5
2,0
112
110
110
108
106
8
7
7
8
7
2,0
2,0
2,0
2,2
2,0
6,0
6,0
6,5
6,2
6,0
Д/V
0,3
0,5
1,0
1,5
2.0
110
110
110
108
106
8
8
8
7
7
2,0
2,0
2,0
2,2
2,2
6,0
6,0
6,2
6,2
6,5
Стержни из НСС при добавке смолы B/I в количестве 1,0% высыпались из отливки. Преимуществом инден-кумароновых смол является также и то, что при добавке до 2% они практически не влияют на текучесть, прочность и другие технологические свойства НСС (см. табл. 11).
Резкое улучшение выбиваемости НСС при добавке инден-кумароновых смол объясняется выделением при нагреве значительного количества сажистого углерода, который распределяется в жидкостекольной композиции и поэтому снижает прочность смеси. Разложение этих смол при нагреве подробно рассматривается в работах Д. М. Колотило.
