Легковыбиваемые жидкостекольные смеси для литейного производства

Стрюченко А.А., Дорошенко В.С., dorosh@inbox.ru

ЛЕГКОВЫБИВАЕМЫЕ ЖИДКОСТЕКОЛЬНО-ПОЛИСТИРОЛЬНЫЕ Песочные ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ Консистенции ДЛЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В песочных формах со связывающим получают около 75 % выпуска отливок, что сохраняет актуальность совершенствования технологии взаимодействия отливок с такими формами. Посреди многих видов связывающих материалов для изготовления формовочных и стержневых консистенций жидкое стекло вместе с огнеупорными глинами является более используемым, его вводят в консистенции в количестве до 6-7 %.

Как неорганическое связывающее в формовочных консистенциях жидкое стекло имеет ряд бесспорных преимуществ – большие способности сырьевой базы, дешевизна, доступность, экологическая безопасность и др. Совместно с тем, есть один очень суровый недочет этих консистенций, который заключается в нехороший выбиваемости отливок. Большая энергоемкость выбивки обычно свойственна для металлических отливок (для железных меньше), конкретно температурный интервал их получения приводит к спеканию и экстремальному росту прочности жидкостекольных консистенций, что в особенности затрудняет выбивку стержней из этой консистенции. Потому разработаны бессчетные меры, направленные на улучшение выбиваемости консистенций с водянистым стеклом, в главном связанные с введением разупрочняемых добавок в смесь, которые некординально понижают крепкость и предупреждают спекание консистенции.

В истинной работе кардинально решается неувязка выбивамости жидкостекольных консистенций методом ввода в их вместе с водянистым стеклом не как добавки-разупрочнителя, а на правах равноправного связывающего - полимера полистирола в виде 40 %-го раствора отходов пенополистирола в живичном скипидаре. Это позволяет: в 2 раза уменьшить содержание водянистого стекла в консистенции, исключить образование сплошной стекловидной пленки силикатного связывающего вокруг ее зернистого материала, резко сделать лучше выбиваемость отливок в связи с деструкцией полимера полистирола, выделением сажистого углерода и следующим разупрочнением формовочного материала после его контакта с заливаемым в форму металлом. Сочетанное 2-ух разнородных связывающих и возникновение сажистого продукта термодеструкции 1-го из их делает эффект надрезания и охрупчивания пленки водянистого стекла, что позволяет отнести приобретенные консистенции к категории легковыбиваемых наряду со растворами на синтетических смолах.

Проведен цикл исследовательских работ с одним из вероятных составов жидкостно-полистирольной формовочной консистенции: кварцевый песок 95 % (по массе, тут и дальше); жидкое стекло 3 %; полимер полистирол 2 % (в виде 40 %-го раствора отходов пенополистирола в живичном скипидаре). Крепкость таковой консистенции на сжатие по сырому после продувки СО2 в течение 1 мин. превосходит способности ее определения на стандартном рычажном приборе, другими словами существенно выше 1,25 кгс/см2, а крепкость консистенции по сырому на разрыв равна 0,04 МПа.

В качестве свойства выбиваемости этих консистенций с жидкостекольно-полимерным связывающим была принята крепкость образцов на разрыв зависимо от температуры высушивания и с учетом обработки СО2 либо без обработки СО2.

Вариант продувки консистенций СО2 предугадывает получение быстротвердеющей консистенции, и в этом ее основное преимущество. Следует, но, при всем этом учесть те закономерности физико-химии твердения этого связывающего, что крепкость таковой консистенции разъясняется склеиванием зернистого материала гелем кремневой кислоты. Но по данным А.М. Лясса, "крепкость склеивания зернышек наполнителя стекловидной пленкой силиката натрия во много раз выше, чем крепкость склеивания гелем кремневой кислоты". Потому целенаправлено в ряде всевозможных случаев литейной практики, в особенности в личном производстве, использовать эту возможность сурового упрочнения консистенции методом ее высушивания, в том числе после продувки СО2.

В связи с изложенным были проведены тесты консистенций с жидкостекольно-полистирольном связывающим на крепкость на разрыв после продувки СО2 и без продувки СО2 в интервале температур от 20°С до 350°С.

После продувки СО2 и следующем высушивании при хорошей температуре 150°С крепкость консистенции на разрыв существенно возрастает с 0,04 МПа при комнатной температуре до 0,57 МПа, т.е. практически в 15 раз. При предстоящем повышении температуры (лучшая длительность сушки 1,5 часов) наблюдается резкое уменьшение прочности на разрыв, что обосновано началом активного воздействия полимера полистирола, который при 200°С начинает подвергаться процессам деструкции. Так, если при 170°С крепкость консистенции на разрыв только приметно уменьшилась с 0,57 МПа до 0,46 МПа, то при 200°С она резко снизилась до 0,14 МПа. А при 250°С и 300°С смесь фактически стопроцентно разупрочнилась, и стержень растерял свою форму, подвергаясь рассыпанию.

Высушивание консистенций упомянутого выше состава без подготовительной продувки СО2 показало последующие результаты. При 100°С наблюдается замедленное повышение прочности на разрыв в сопоставлении с продувкой консистенции СО2 – только 0,20 МПа в сопоставлении с 0,46 МПа, т.е. более, чем 2 раза меньше. Но, при хорошей температуре сушки 150°С и длительности 1,5 час. прочности обеих консистенций фактически сравнялись – соответственно с продувкой СО2 – 0,57 МПа и без продувки СО2 - 0,60 МПа.

При предстоящем повышении температуры сушки наблюдается существенное уменьшение прочности консистенций на разрыв – при 170 °С до 0,34 МПа, при 200 °С до 0,28 МПа, при 250 °С до 0,10 МПа, при 300 °С до 0,04 МПа и при 350 °С – до 0,03 МПа, т.е. до полного разупрочнения консистенции.

На базе проведенных исследовательских работ изготовлены последующие выводы.

1. Предложено взамен обычно используемых жидкостекольных консистенций, содержащих 6-7 % водянистого стекла и имеющих затрудненную выбиваемость отливок, использовать легковыбиваемые жидкостекольно-полистирольные формовочные и стержневые консистенции при несущественном их удорожании, потому что полистирольная добавка сделана из отходов.

2. Исследован и обусловлен механизм процесса, состоящий в том, что легкая выбиваемость жидкостекольно-полистирольных консистенций обоснована термодеструкцией полимера полистирола, начиная с 200°С с следующим фактически полным разупрочнением консистенции при температурах 300-350°С.

3. Рассмотрены 2 варианта высушивания жидкостекольно-полистирольной консистенции - с продувкой СО2 в течение 1 мин и без продувки СО2. Продувка СО2 позволяет получить быстротвердеющую смесь с относительно низкой сырой прочностью на разрыв – 0,04 МПа. Высушивание таковой консистенции позволяет прирастить ее крепкость на разрыв неоднократно – с 0,04 МПа до 0,57 МПа.

Высушивание консистенции без продувки СО2 ввиду отсутствия геля кремневой кислоты дает замедленный рост прочности при 100 °С - 0,20 МПа против 0,46 МПа. Но, при хорошей температуре высушивания 150 °С крепкость на разрыв в обоих случаях фактически схожи – без продувки СО2 – 0,60 МПа, с продувкой СО2 - 0,57 МПа.

4. Разработана разработка смесеприготовления, в какой необходимо подчеркнуть в качестве важного технологического требования при изготовлении жидкостекольно-полистирольных консистенций с продувкой СО2 обязательность соблюдения последующей очередности ввода компонент в смеситель, поначалу 40 %-го раствора отходов пенополистирола и только потом водянистого стекла.