Формовочные материалы (стр. 7 )

Из пробы песка, отобранной и подготовленной по ГОСТ 29234.0, изготовляют образцы в специальной металлической гильзе, собранной без сетки со стороной ячейки 0, 10 мм, на лабораторном копре трехкратным ударом груза. Высота образцов должна быть (50±0,8) мм и контролируется тремя рисками, нанесенными на станине и штоке копра.

Гильзу с утрамбованным образцом снимают с копра, снимают надставку и удаляют избыток песка. Устанавливают сетку со стороной ячейки 0,10 мм и прикрывают гильзу надставкой, после чего вынимают подставку.

Гильзу с образцом устанавливают на прибор для определения газопроницаемости и проводят измерение.

За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух определений. Допускаемое расхождение между результатами параллельных определений не должно превышать 5%. Если расхождение между результатами параллельных определений превышает приведенное значение, определение повторяют. За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов трех определений.

3.3.7. Определение потери массы
формовочного песка при прокаливании

Метод основан на определении потери массы пробы при прокаливании ее в электрической печи до постоянной массы (ГОСТ 29234.13–91).

Навеску массой 1 г взвешивают в фарфоровом тигле, прокаленном при температуре (1000±50)°С до постоянной массы. Тигель с навеской помещают в муфельную печь, нагретую не выше 400°, постепенно нагревают до температуры (1000±50)°С и выдерживают при этой температуре в течение 1 ч, затем охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Прокаливание повторяют по 10 мин до достижения постоянной массы.

Массовую долю потери массы при прокаливании (Х) в процентах вычисляют по формуле

,

где m1 – масса тигля с навеской до прокаливания, г;

m2 – масса тигля с навеской после прокаливания, г;

m – масса навески, г.

Абсолютные расхождения результатов параллельных определений не должны превышать допускаемых значений, приведенных в табл. 3.15.

Таблица 3.15

Массовая доля потери массы при прокаливании формовочного песка

Массовая доля потери массы при прокаливании, %	Абсолютное допускаемое расхождение, %
От 0,10 до 0,30 Св. 0,3 до 0,8 Св. 0,8 до 2,0 Св. 2,0 до 5,0	0,05 0,10 0,15 0,20

3.4. Высокоогнеупорные формовочные материалы

Для получения крупных чугунных и стальных отливок с чистой по­верхностью вместо кварцевых песков применяют другие высокоогнеупорные материалы: хромит, хромомагнезит, циркон, дистен-сил­­ли­манит, шамот и др. Эти материалы имеют более высокие теплофизические свойства и меньшую склонность к физико-химичес­кому взаимодействию с железом и его оксидами, поэтому позволяют получать чугунные и стальные отливки с более чистой поверхностью.

Теплофизические свойства некоторых высокоогнеупорных материалов приведены в табл. 3.16.

Таблица 3.16

Теплофизические свойства высокоогнеупорных материалов

Материал	Температура плавления, °С	Тепло- аккумулирующая способность, Дж/(м2·с1/2·К)	Температурный коэффициент расширения (К-1) в интервале 300–1000°С	ρ, кг/м3
объемного	линейного
Кварцевый песок SiO2	1550–1713	1260	1,54	13,7·10–6	2650
Дистен-силлиманит Al2O3·SiO2	1800–1830	1470	0,43	–	3250
Циркон ZrO2·SiO2	2600	1820	0,16–0,63	5,5·10–6	4570
Рутил TiO2	1560–1570	1960	0,25–0,92	–	4200–4300

Окончание табл. 3.16

Материал	Температура плавления, °С	Тепло- аккумулирующая способность, Дж/(м2·с1/2·К)	Температурный коэффициент расширения (К-1) в интервале 300–1000°С	ρ, кг/м3
объемного	линейного
Хромомагнезит MgO·Cr2O3	2000–2100	2100	0,8–0,9	–	3900
Хромит FeO·Cr2O3	1600–1800	2380	0,7	–	3760–4280
Магнезит MgCO3	2000–2800	–	–	13,5·10–6	2900
Оливиниты, дуниты (Mg, Fe)2SiO4	1830–1750	–	–	–	3200–3500
Шамот (40% Al2O3, остальное SiO2)	1580–1750	–	–	(4,5¸6,0)×10–6	3000
Муллит 3Al2O3 × 2SO2	1810	–	–	–	3030

Поскольку эти материалы по сравнению с кварцем имеют более высокую теплопроводность, длительность контакта жидкого металла с формой при их применении снижается.

3.4.1. Хромит

Хромит, или хромистый железняк – природный материал, содер­жащий хромшпинелиды. Химическая формула основного минерала в хромите FeO·Cr2O3, в котором содержится 68% Cr2O3 и 32% FeО. Однако из-за наличия примесей содержание Cr2O3 в хромите намного меньше. Минимальное содержание Cr2O3 в хромите 36%.

К особенно вредной примеси в хромите относится CаСO3, который при нагревании разлагается с выделением CO2, что может вызывать образование газовых дефектов. Поэтому содержание СаО в хромите допускается не более 1,5%, содержание SiO2 – не более 7%, постоянно присутствующих примесей (п. п.п.) – не более 2%. Соотношение Cr2O3:FeО в природном материале нахо­дится в пределах
2,7–5,0 (в зависимости от месторождения).

Для уменьшения газовыделения (п. п. п.), особенно СО2, рекомен­дуется перед приготовлением формовочных смесей хромит прокали­вать при температуре 900–1000°С.

Температура плавления хромита (при содержании Cr2O3 до 40%) не превышает 1800°С, плотность – 3760–4280 кг/м3. Хромит имеет более низкий температурный коэффициент объемного расширения, чем кварц. Хромит применяется для приготовления облицовочных смесей (или паст), при производстве крупных стальных и чугунных отливок. Полагают, что при применении хромита отливки с чистой поверхностью получаются в результате его спекания с последующим закрытием пор при нагреве поверхности формы заливаемым и зали­тым металлом.

3.4.2. Магнезит

Магнезит – горная порода, содержащая минерал МgСО3. Чис-
тый МgСО3 имеет цвет от коричневого до светло-серого, плотность 2900 кг/м3. В горных породах наряду с минералом МgСО3 содержатся соединения кальция, кремния и железа.

При переработке магнезитовой породы путем обжига из нее уда­ляется CO2, а магнезит превращается в оксид магния MgO кристал­лизующийся как минерал периклаз. Оксид магния имеет свойства, подобные извести, т. е. поглощает влагу из воздуха и гидратируется. Поэтому его обжигают до спекания при температуре свыше 1400°С с добавками оксидов железа. В результате получают металлургический магнезит, имеющий шоколадно-коричневый цвет и содержащий более 85% MgO – основного жаростойкого компонента. Если обжиг про­исходит при температуре 800–950°С, образуется обезуглероженный каустический магнезит, обладающий вяжущими свойствами.

Чистый MgО имеет огнеупорность 2800°С, а магнезитовые изделия – более 2000°C.

Зернистый материал для формовочных смесей получают дробле­нием отходов и боя магнезитовых изделий.

Магнезит рекомендуется применять для приготовления облицовочных смесей или противопригарных красок, при получении отливок из высокомарганцовистых и других высоколегированных сталей.

3.4.3. Хромомагнезит

Хромомагнезит представляет собой продукт обжига при темпера­туре 1500–1600°С смеси, состоящей из 50–70% хромитовой руды
и 30–50% металлургического магнезита. Хромомагнезит содержит 40–58% MgО и 16–27% Cr2O3. Огнеупорность его – не менее 2000°С, плотность – 3900 кг/м3. В отличие от магнезита хромомагне­зит хорошо противостоит резким изменениям температуры.

В литейном производстве обычно применяются отходы и бой хромомагнезитового кирпича. Хромомагнезит используется для приготов­ления облицовочных смесей, паст и красок, при получении крупного стального литья из легированных сталей. Для приготовления обли­цовочных смесей используют размолотый хромомагнезит, имеющий остатки на ситах 1–016–50...60%, а на ситах 01–005 – 40...50%; для паст – остаток на ситах 04–016 – 30...40 %, а на ситах 01–005 и в тазике – 60...70%; для красок – остаток на сите 005–90%, остальное – остатки на ситах 01–0063.