Определение свойств формовочной смеси

Цель работы: изучение методики определения влажности и газопроницаемости в формовочной смеси; изучение влияния влаги на свойства формовочной смеси, изучение влияния добавок (глины, влаги и др.) на газопрони­цаемость формовочной смеси.

Оборудование и инструмент: Лабораторные бегуны, технические весы с разновесами, сушильный шкаф с термометром для измерения температур до 300°С, прибор для ускоренного определения влажности, прибор для определения газопроницаемости, коробка для смеси, сухой песок, формо­вочная глина, вода.

Для изготовления разовых форм применяются единые, облицовоч­ные и наполнительные формовочные смеси. Единые смеси, как пра­вило, используется для формовки по сырому, т.е. когда заливка металла производится в сырые формы. Облицовочные смеси служат для выполнения поверхности формы, непосредственно контактирующей с металлом.

Их применяют при изготовлении средних и крупных форм, которые подвергают сушке или поверхностной подсушке. Облицовочную смесь наносят на модель слоем 50-60 мм, остальной объём опоки заполняют наполнительной смесью. В последнее время в качестве облицовочных смесей крупных форм используют самотвердеющие смеси, позволяющие исключить операцию сушки.

В зависимости от условий работы и технологического процесса изготовления отливки формовочные и стержневые смеси должны обладать следующими основными свойствами:

1) прочностью – способностью форм и стержней не разрушаться под действием внешних усилий;

2) поверхностной прочностью (осыпаемостью) – сопротивлением поверхностного слоя формы или стержня истирающим усилиям;

3) поверхностной твердостью – способностью поверхности формы (или стержня) сопротивляться проникновению в нее более твердого тела;

4) газопроницаемостью – способностью смеси пропускать через себя газы, выделяемые формой и жидким металлом; если газопроницаемость смеси недостаточна, то газы попадают в металл, вызывая брак отливки.

Газопроницаемость формовочной смеси зависит от величины и формы зерен формовочного песка, количества глины в смеси, влажности и степени уплотнения смеси при формовке. Чем крупнее и однороднее зерна песка, тем больше размеры пустот между ними и тем легче проходят газы через стенки формы или стержня. Однако грубые и очень крупные пески дают шероховатую неровную поверхность отливки. Средние и мелкие пески способствуют образованию ровной и гладкой поверхности отливки, но газопроницаемость их в несколько раз ниже. Поэтому при выборе песка руководствуются весом и конфигурацией отливки. Содержание глины в небольших количествах (6-7%) практически не снижает газопроницаемости, так как глина в виде оболочки окружает зерна песка, незначительно уменьшая сечения каналов для прохода газов. При обычном содержании глины в смеси (8-12%) газопроницаемость снижается более чем на 20%.

5) малой газотворностью – способностью смеси выделять газы при нагревании;

6) текучестью – способностью смеси перемещаться под действием внешних усилий или собственного веса;

7) податливостью – способностью форм и стержней сжиматься при усадке остывающей отливки;

8) влажностью – способностью смеси удерживать влагу;

9) низкой гигроскопичностью – способностью компонентов поглощать влагу из окружающей среды;

10) малой прилипаемостью – способностью смеси прилипать к стенкам модели или стержневого ящика;

11) огнеупорностью – способностью смеси выдерживать высокую температуру без оплавления;

12) низкой пригораемостью – способностью смеси привари­ваться к стенке отливки в результате механического и химического взаимодействия с металлом;

13) высокой выбиваемостью – способностью форм и стержней легко разрушаться после охлаждения отливки;

14) долговечностью – способностью смеси сохранять свои свойства после повторных заливок;

15) "живучестью" – способностью смесей сохранять свои физико-механические свойства от момента их приготовления до применения.

В литейных цехах контроль качества формовочных и стержне­вых смесей сводится к определению следующих физико-механических характеристик: влажности, газопроницаемости, предела проч­ности при сжатии во влажном и высушенном состояниях, предела прочности при растяжении, а иногда при изгибе.

Кроме того, при разработке новых составов смесей производят определение газотворности, осыпаемости, поверхностной твердости, долговечности, текучести, выбиваемости и "живучести".

Методика определения влажности

Под влажностью формовочной смеси понимается содержание в ней свободной и гидроскопической влаги, выражаемой в процентах к весу смеси. Влияние влажности на газопроницаемость показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Зависимость газопроницаемости смесей от содержания влаги

Содержание влаги в смесях определяют одним из двух методов: нормальным и ускоренным.

Нормальный метод. Навеску 50±0,01 г. исследуемой смеси помещают в предварительно высушенные и взвешенные фарфоровые чашки и переносят в сушильную печь. Температура в печи должна быть 105-110°C.

По истечении 1 часа чашку с навеской вынимают из печи и взвешивают, затем опять помещают в печь. Этот процесс повторяют до установления постоянного веса. После этого чашку с навеской охлаждают до комнатной температуры. Охлажденную навеску взвешивают.

Влажность смеси определяется по формуле:

, (1)

где G – вес смеси до сушки в граммах;

G₁– вес смеси после сушки в граммах.

Ускоренный метод. В предварительно высушенную и взвешенную металлическую чашечку с сетчатым дном помещают 25±0,01 грамм смеси. Чашечку с навеской устанавливают в прибор и пропускают через неё нагретый до температуры 110-150 ^оС воздух в течение 5-6 мин.

После этого навеску с чашечкой взвешивают и по приведенной выше формуле определяют содержание влаги в смеси.

В настоящее время для ускоренного определения влаги в формовочных смесях используют новый прибор (рисунок 2) лампового типа. Навеску 1 исследуемой смеси насыпают на поворотный столик 3 прибора, а затем помещают под колпак 2 на 3 мин.

Рисунок 2 – Прибор для определения влажности смеси

Для определения газопроницаемости смеси существует два метода: нормальный и ускоренный.

Нормальный метод. Через стандартный образец диаметром 50 мм и высотой 100 мм пропускают 2000 см³ воздуха при комнатной температуре, при этом фиксируют давление воздуха перед образцом и время прохождения всего объема воздуха.

Величину газопроницаемости вычисляют по формуле:

, (2)

где V – объем воздуха, прошедшего через образец, в см³

h – высота образца, см.

F – площадь, см²

P – давление воздуха перед образцом, г/см²

t – время прохождения через образец см³ воздуха в мин

Газопроницаемость выражается безразмерным числом.

Газопроницаемость смеси определяют на специальном приборе (рисунок 3). Трёхходовой воздушный кран 10 прибора ставят в положение "открыто" и осторожно поднимают колокол 3 до тех пор, пока отметкаX, имеющаяся на колоколе, не совпадёт с верхней кромкой бака 5; после этого кран прибора переклю­чают на положение "закрыто".

Из исследуемой смеси изготавливают стандартный образец в металлической гильзе. Гильзу с образцом 7 вставляют в чашку 9 затвора и поворотом гайки плотно зак­репляют.

Кран 10 ставят в положение "испытание", колокол 3 начинает опускаться. При совпадении отметки 0 на колоколе с краем бака 5 включают секундомер; при прохождении отметки 1000 фикси­руют по манометру12 давление воздуха Р под испытуемым образ­цом, а при прохождении отметки 2000 останавливают секундомер и фиксируют время, в течение которого через образец прошло 2000 см³ воздуха. Трехходовой кран ставят в положение "зак­рыто". Зная Р и t по формуле находят газопроницаемость смеси. За показатель газопроницаемости принимают среднее арифметическое результатов испытания трёх образцов.

Если результат одного испытания, отличается от среднего ариф­метического, более чем на 10%, испытания повторяют на трёх но­вых образцах.

Рисунок 3 - Прибор для определения газопроницаемости:

1 – ручка; 2 – грузы; 3 – колокол; 4 – стержень; 5 – бак; 6 – направляющая трубка;

7 – исследуемый образец; 8 – ниппель; 9 – чашка затвора; 10 – трехходовой кран;

11 – воздухопровод; 12 – водяной манометр; 13 – станина.

Ускоренный метод.В воздухопровод прибора (рисунок 3) встав­ляют дополнительное сопротивление в виде ниппеля. В комплекте прибора имеется два ниппеля с калибровочными отверстиями диа­метром 0,5 и 1,5 мм, которые поддерживают определенный минутный расход воздуха для каждого образца; в этом случае отпадает необходимость замера времени прохождения воздуха через обра­зец. Для испытания смеси газопроницаемостью более 50 применяют ниппель с отверстием диаметром 1,5 мм, а для смеси газопрони­цаемостью до 50 - с отверстием диаметром 0,5 мм.

Ниппели устраняют необходимость пропускания через образец 2000 см³ воздуха и позволяют определять газопроницаемость смеси по показаниям водяного манометра с помощью таблицы 1.

Таблица 1 - Газопроницаемость смесей

Порядок проведения работы

1. Приготовить формовочную смесь следующего состава:

кварцевого песка – 82 %

формовочной глины – 3 %

горелой смеси – 15 %

влаги произвольное количество.

2. Определить влажность смеси по обычному способу и ускоренному способу.

3. Приготовить формовочную смесь следующего состава:

состав №1

кварцевого песка – 92 %

формовочная глина – 3 %

влаги – 5 %

состав №2

кварцевого песка – 88 %

формовочная глина – 7 %

влаги – 5 %

4. Определить газопроницаемость формовочных смесей по нормальному и укрепленному составу.

Содержание отчета

1. Состав смеси и режим ее приготовления.

2. Описание методики определения влажности.

3. Описание методики определения газопроницаемости.

4. Схемы приборов.

5. Результаты испытаний.

Таблица 2 - Свойства формовочных смесей

Контрольные вопросы

1. Какими свойствами должны обладать формовочные и стержневые смеси?

2. Влияние влаги на свойства формовочной смеси.

3. Влияние влаги на качество отливки (газовые поры и раковины).

4. Оптимальное содержание влаги в формовочных смесях в летний и зимний периоды.

5. Методы определения влаги в формовочных смесях.

6. Понятие о газопроницаемости формовочной смеси.

7. Какова газопроницаемость сухого и сырого образца.

8. Методика определения газопроницаемости формовочной смеси.

9. Связь между газопроницаемостью литейной формы и качеством отливки (газовыми раковинами и газовой пористостью).

Литература

1 Курдюмов А.В., Михайлов A.M. и др. "Лабораторные работы по технологии литейного производства" издат. М.: 1970

2 Берг П.П. "Формовочные материалы" М.: Машгиз, 1963

3 Велисовский К.В., Медведев Я.И. "Технологические испытания формовочных материалов" М.: Машгиз, 1963