Формовочные материалы (стр. 12 )

а) природа материала (органический, неорганический, водные и неводные);

б) характер затвердевания (необратимый, промежуточный, обратимый).

Органические материалы не выдерживают высоких температур заливаемого металла и разлагаются, что приводит к облегчению выбивки. Неорганические связующие, напротив, хорошо выдерживают воздействие высоких температур. Они используются для приготовления облицовочных формовочных смесей, а в стержневые смеси добавляются для увеличения сырой прочности.

По отношению к воде связующие делятся на водные и неводные. К неводным относятся такие материалы, которые не растворяются в воде и не смачиваются ею, к водным – растворимые в воде.

Органические неводные связующие – это растительные масла и масла на основе переработки продуктов нефти. Они обеспечивают наиболее высокую прочность стержней после сушки.

Водные и неводные связующие не смешиваются между собой. Их смешивание почти всегда понижает прочность смесей как во влажном, так и в сухом состоянии.

Необратимо затвердевающие связующие претерпевают сложные химические изменения при нагреве, вызывающие образование прочной пленки. После охлаждения они не восстанавливают свои первоначальные свойства. В основе их затвердевания лежат процессы полимеризации вещества.

Обратимо затвердевающие материалы восстанавливают свои первоначальные свойства после охлаждения (битумы, пеки, канифоль) или при действии растворителя (декстрин, пектиновый клей, барда сульфидного щелока).

К группе с промежуточным характером затвердевания относятся связующие, в состав которых входят вещества с обратимым и необратимым характером затвердевания.

Необратимо затвердевающие связующие обеспечивают наибольшую прочность сухих стержней >0,5 МПа/1% (> 5 кг/см2/1%), связующие с промежуточным характером затвердевания дают прочность 0,3–0,5 МПа/1% (3–5 кг/см2/1%), обратимо затвердевающие свя­зую­щие дают наименьшую прочность до 0,3 МПа/1% (3 кг/см2/1%) .

В соответствии с этим связующие разделяются на три группы по удельной прочности на разрыв в сухом состоянии.

Удельной прочностью связующего называется прочность, полученная при испытании сухого стандартного образца из смеси с оптимальным содержанием связующих, отнесенная к процентному содержанию связующего в смеси.

К классам А и Б относятся органические связующие: А – неводные, Б – водные. К классу В относятся неорганические водные связующие. Связующие класса А проявляют свои связующие свойства, не требуя добавки воды, и не растворяются в ней. Такими материалами являются масла, битумы, канифоль и др.

В класс Б входят материалы, способные растворяться в воде, а после ее испарения связывать зерна песка. Такими материалами являются лигносульфонаты технические (ЛСТ), декстрин, патока и др. Класс В содержит жидкое стекло, фосфаты, алюминаты, глину, цемент, гипс и другие неорганические материалы.

5.4. Масла

Масла относятся к органическим неводным связующим клас-
са А-1. Первыми органическими связующими, применяемыми для приготовления стержневых смесей, были растительные масла. Их получают из семян льна, конопли, хлопчатника и др. В их состав входят жирные кислоты или сложные эфиры кислот глицерина-глицеридов.

Упрочнение смесей с растительными маслами происходит при тепловой сушке в результате полимеризации содержащихся в них жирных кислот. Способность масла к высыханию (затвердеванию) определяют по йодному числу – количеству йода (в г), которое поглощается 100 г масла. Если йодное число больше 150, такое масло называется высыхающим (льняное, конопляное и др.), если йодное число равно 150–100 – полувысыхающим (подсолнечное, хлопковое, кукурузное и др.), а если йодное число < 100 – слабовысыхащим (оливковое, касторовое и др.).

В литейном производстве применяют в основном льняное и конопляное масла (ГОСТ 5791–81). Оптимальная добавка масла в стержневую смесь – 1,5%, температура сушки – 200–250°С. Стержни с добавкой растительного масла имеют высокую прочность 0,7–1,0 МПа (7–10 кг/см2), хорошую податливость, легкую выбиваемость, негигроскопичны. Однако в сыром состоянии стержни с добавкой растительного масла имеют низкую прочность 3–6 кПа (0,03–0,06 кг/см2). Для увеличения прочности смесей в сыром состоянии в нее вводят глину (до 3%). Однако из-за большой удельной поверхности глина поглощает масло и увеличивает его расход. Поэтому для стержневых смесей с добавкой растительного масла применяют только кварцевые пески с содержанием глины до 2%. Поскольку растительные масла являются в большинстве пищевыми продуктами, в настоящее время они практически не применяются. Заменителями растительных масел являются натуральная олифа, олифа оксоль, связую-
щее 4ГУ и др. (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Характеристика масляных связующих

Масло	Содержание масла в смеси, %	Плотность ρ, кг/м3	Прочность при растяжении, МПа, (кг/см2), не менее
Растительное Льняное Олифа натуральная Олифа оксоль 4ГУ (в) 4ГУ (п) ОХМ	1,5 1,5 2,0 2,0 2,0 3,0	932 930–938 930 920 940 960–970	0,9 (9,0) 0,8 (8,0) 0,5 (5,0) 0,65 (6,5) 0,45 (4,5) 0,22 (2,2)
Нефтяное П ПТ ПТА КО УСК	2,0 2,0 2,0 2,0 2,0	820–880 860–900 820–850 840–870 850–920	0,8 (8,0) 0,1 (1,0) 1,2 (12,0) 0,8 (8,0) 0,8 (8,0)
Сланцевое ГТФ ПС	1,95 3–4	1010–1030 920	0,56 (5,6) 1,8 (18,0)

Натуральная олифа представляет собой льняное или конопляное масло, обработанное при 250°С без доступа воздуха в присутствии сиккативов. Сиккативы (соли жирных, смоляных и нафтеновых кислот) – вещества, хорошо растворимые в растительных маслах и служащие катализаторами для быстрого их высыхания.

Олифа оксоль представляет собой продукт окисления растительных масел (55%) с последующим введением сиккативов и растворением в уайт-спирите (45%). Уайт-спирит – фракция перегонки нефти (особо чистый керосин, возгоняющийся при 140–200оС, имеющий плотность 770 кг/м3).

Связующие 4ГУ (п) и 4ГУ (в) – это раствор сплава (50%) полувысыхающих и высыхающих масел (соответственно, индекс “п” или “в”) с канифолью (3%) или нефтеполимерной смолой в уайт-спирите (47%). Указанные связующие вводятся обычно в смесь в количестве 1,5–2%.

Связующее ОХМ – это обработанное хлопковое масло плотностью 960–970 кг/м3.

В 50–60-е годы был разработан ряд связующих на основе продуктов переработки нефти, сланцев и других веществ, которые почти полностью заменили масла.

П – раствор окисленного петролатума (побочный продукт при изготовлении смазочных масел из нефти) в уайт-спирите в соотношении 1:1. Плотность 820–880 кг/м3.

ПТ – раствор в уайт-спирите окисленного петролатума и таллового масла (до 30%) – побочного продукта при получении целлюлозы.

ПТА – раствор в уайт-спирите окисленного петролатума, обработанного аммиаком, и таллового масла.

ГТФ – продукт термической переработки эстонских сланцев (генераторная тяжелая фракция).

ПС – связующее из 60% П и 40% ГТФ.

СЛК – 50% ГТФ и 50% лака-энтиноля.

КО – раствор кубовых остатков (от производства синтетических жирных кислот) в уайт-спирите.

УСК – раствор кубовых остатков продуктов переработки нефти (30–35%) в органическом раствори–50%) с адгезионной присадкой (0,1–15%). Для снижения температуры его застывания вводят до 15% асфальтовых смолистых веществ.

Все масляные связующие являются жидкостями, хорошо смешиваются с песком, позволяют достичь высокой прочности формовочной смеси после сушки, негигроскопичны, смесь к оснастке не прилипает, имеет хорошую выбиваемость. Недостатками масляных связующих являются необходимость длительной сушки, малая термостойкость, низкая прочность в сыром состоянии. Масляные связующие применяют для изготовления стержней 1-го и 2-го классов сложности.

5.5. Полисахариды

Полисахариды – высокомолекулярные сложные углеводы. Они являются побочными продуктами производства переработки сахаросодержащих веществ. Упрочнение форм и стержней с такими связующими происходит при тепловой сушке в результате испарения влаги и полимеризации сахаров. При этом из-за диффузии водного раствора связующего и испарения влаги с поверхности формы поверхностные слои ее обогащаются связующим, в результате чего прочность поверхности повышается, а прочность глубинных слоев понижается.

К связующим этого класса (класс Б-2, Б-3) относятся мелясса, пектиновый клей, декстрин, крахмалит, гидрол и др.

Мелясса (патока) – продукт переработки сахарной свеклы или тростника. Связующие свойства меляссы зависят от содержания
в ней сахарозы, глюкозы, фруктозы. Обычно в меляссе содержится 45–50% сахаров.

В процессе сушки стержней (при нагреве) мелясса разжижается
и обволакивает песчинки. Затем стержни остывают и приобретают
необходимою прочность. Однако из-за разжижения меляссы при сушке стержни непрочны, могут дать осадку, поэтому в смесь вводят до 6% глины. Мелясса вводится в смесь в количестве до 2%.

Прочность смеси, содержащей 2% меляссы и 6% глины, после сушки при 160–180°С составляет не менее 0,3 МПа (3 кг/cм2).

Пектиновый клей – отходы переработки жома плодов и овощей, обработанные кислотами. Прочность смеси при содержании 2,5% пек-
тинового клея после сушки при 160–180°С составляет не менее 1 МПа (10 кг/см2).

Декстрин – продукт неполного гидролиза картофельного или кукурузного крахмала (при 120–150°С) разбавленными минеральными кислотами. Крахмал (С6Н10О5)n имеет большую молекулярную массу и не растворим в воде.

При нагреве его молекулы расщепляются, и образующийся декстрин становится растворимым. Декстрин поставляется в виде порошка желтого и палевого цвета. Вводится в смесь в количестве 0,5–1,5%. Прочность смеси при содержании 1,25% декстрина после сушки при температуре 160–180°С не менее 0,5 МПа (5,0 кг/см2).

Крахмалит – связующее, полученное путем специальной обработки крахмала, вводится в смеси в небольшом количестве (0,015–0,1%) для автоматических линий формовки.