Материалы для изготовления оболочки восковых моделей (литейных форм)

В процессе литья по выплавляемым моделям большую роль играют литейные формы. Они должны быть, с одной стороны, огнеупорны (во избежание пригара), прочны, чтобы выдерживать давление заливаемого металла, и не должны выделять газов, а с другой — форма должна иметь гладкую рабочую поверхность и небольшие изменения в рабочей конфигурации при нагреве. Последний фактор очень важен в художественном литье.

Для удовлетворения таких высоких требований применяются высокоогнеупорные мелкораздробленные формовочные материалы и специальные огнеупорные связующие материалы.

Для облицовочного огнеупорного покрытия применяются твердые огнеупорные материалы и жидкие связующие материалы: этилсиликат и жидкое стекло.

Огнеупорные наполнители. В качестве наполнителя были опробованы различные типы огнеупорных материалов: кремнеземистые, алюмосиликатные, глиноземистые, магнезиальносиликатные, цирконовые и др. Наилучшими из них были кремнеземистые огнеупоры, аморфный и кристаллический кварц, кварцевый песок, кристобалит, динас и асбест. За рубежом применяют только кристобалит, а в России — динас и асбест. Часто кристобалит получают из кремнеземистого сырья.

Асбест. Асбест и асбест-хризотил состоят из волокон различной длины и представляют гидросиликат магния (3MgO • 2SiC02 • 2Н20). В зависимости от его насыпной плотности асбест делится на группы (марки) от 0-й до 7-й. Чем выше плотность, тем выше группа. При 360°С асбест выделяет адсорбционную воду, а при 700°С обезвоживается и легко превращается в порошок. Он при добавлении в гипсовую массу создает каркас, который и воспринимает значительную часть нагрузки при изготовлении формы, ее сушке и заливке металлом.

При создании литейных форм применяют 6-ю и 7-ю группы. Остальные группы не рекомендуются, так как при этом гипсовая смесь теряет текучесть и затрудняется заполнение узких полостей модели. 6-я и 7-я группы приведены в табл. П3.1.

Таблица ПЗ. 1

Фракционный состав 6-й и 7-й групп асбеста

Группа

(марка)

Остаток на ситах с размером стороны сечения в свету (мм), % по массе, не менее

Фракции не менее 0,4 мм, % по массе, не более

Насыпная плотность г/ дм2, не более

12,7

4,8

1,35

А-б-40

0

0

40

13

А-б-20

0

0

20

14,5

Окончание табл. П 3.1

Группа

(марка)

Остаток на ситах с размером стороны сечения в свету (мм), % по массе, не менее

Фракции не менее 0,4 мм, % по массе, не более

Насыпная плотность г/ дм2, не более

12,7

4,8

1,35

А-7-370

0

0

370

А-7-450

0

0

450

А-7-520

0

0

520

Кремнеземистые огнеупоры подразделяются на пять марок по химико-минералогическому составу и на восемь классов в зависимости от зернового состава. Огнеупоры 1—4-го классов в отсутствие более мелких следует размалывать в шаровых мельницах. Обычно используют огнеупоры 5—8-го классов, причем чем тоньше рисунок изделия, тем более мелкий класс. Для литья по выплавляемым моделям применяют молотый пылевидный кварц, изготовленный из кварцевого песка.

Кристобалит. Это наиболее качественный наполнитель для гипсовых форм, что обусловливается его динамометрической характеристикой. Большое термическое расширение кристобалита при 230—280°С составляет ~ 1,6%, а при 800°С — около 1,8%, что позволяет компенсировать усадку гипсовых форм при их прокаливании, а также устранять влияние усадки металлов и легкоплавких моделей на размеры получаемых изделий. Пологость кривой линейного расширения формовочных материалов с кристобалитовым наполнителем при 260°С обусловливается стабильностью размеров форм в большом интервале температур, что положительно влияет на точность отливок и сохранение целостности форм. Отсутствие кристобалита привело к использованию искусственных тридимито-кристобалитовых динасов и к получению искусственного кристобалита из песка.

При нагреве до 1600—1650°С в течение 1,5—2 ч кварцевый кристобалит превращается в кристобалит. Введение в песок 0,5—1% щелочного минерализатора Na2C03 позволяет снизить температуру обжига кварцевого песка до 1350—1400°С с выдержкой от 10 до 35 мин. Полученный после такой обработки материал содержит 91—97% кристобалита.

Этил силикат и его подготовка. Технический этилсиликат (C2H50)4Si является прозрачной жидкостью желтовато-зеленоватого цвета с удельной массой не выше 1,0. Он содержит (по массе) 30—40% кремнезема (Si02) и до 15% соляной кислоты (НС1). Применение этилсиликата как связующего объясняется тем, что, взаимодействуя с водой, он способен выделять кремнезем по реакции

Сначала образуется золь, коллоидный раствор, т.е. тончайшая взвесь твердого материала в жидкости, для смешивания с пылевидным кварцем. В дальнейшем, при сушке, золь переходит в гель (студенистый нерастворимый осадок), обволакивающий и склеивающий отдельные песчинки, затем — в аморфный кремнезем, а после прокаливания — в кристаллический кремнезем.

Таким образом, после прокаливания огнеупорное покрытие состоит только из кристаллического кремнезема (кремнезема кварцевого песка и кремнезема этил силиката), что обеспечивает высокую огнеупорность покрытия.

Спирт, образующийся при гидролизе, удаляется из огнеупорного покрытия испарением при сушке.

Однако вода с этилсиликатом почти не смешивается, поэтому реакция гидролиза идет очень медленно. Для введения воды в этилсиликат и ускорения реакции применяют растворители, растворяющие в себе и воду, и этилсиликат. Этот раствор называют гидролизованным раствором этилсиликата. Растворителями могут быть этиловый спирт (С2Н5ОН), эфироальдегидная фракция (83—85% С2Н5ОН, 1,5% метилового спирта, менее 3% эфира, менее 2% сивушных масел и до 1% кислот), ацетон (СН3СОСН3) и растворитель № 16 (более 90% С2Н5ОН и по 2% воды и толуола).

С целью улучшения процесса гидролиза, увеличения прочности облицовочного огнеупорного покрытия и ускорения его сушки в небольших количествах применяют соляную кислоту с плотностью 1,18—1,19 г/см3. (Возможны случаи применения борной кислоты и глицерина.) Соляная кислота ускоряет гидролиз этилсиликата, способствует выделению геля оксида кремния и схватыванию его при нанесении и сушке огнеупорного покрытия. Количество соляной кислоты будет рассмотрено ниже.

Гидролиз может быть одноступенчатый и двухступенчатый. При одноступенчатом гидролизе в спирт вводят необходимое по расчету количество воды и остальные добавки, после чего смешивают с определенным количеством этилсиликата. Одноступенчатый гидролиз является более простым и распространенным, но в нем процесс гидролиза протекает более медленно, а в связи с этим уменьшается время его хранения.

При двухступенчатом гидролизе количество растворителя и воды вводят в два приема. Его преимущества заключаются в большей устойчивости раствора, который можно хранить при температуре не выше 23°С до 10 месяцев.

Приводим пример двухступенчатого гидролиза. Количество дистиллированной воды и растворителя (С2Н5ОН) или ЭАФ (эфироальдегидной фракции) определяют в зависимости от модельного состава и количества кремнезема в этилсиликате по табл. П3.2.

Первая ступень гидролиза состоит из смешивания меньшей части растворителя с необходимым количеством подкисленной воды и этилсиликата. При смешивании подкисленная вода и этилсиликат вводятся постепенно при непрерывном перемешивании при нагреве не более чем до 38—50°С. В случае подъема температуры выше 50°С введение подкисленной воды и этилсиликата прекращают до необходимого понижения температуры. После введения всего количества ингредиентов раствор продолжают перемешивать еще около 30 мин. Такой раствор может храниться длительное время.

Таблица П3.2

Количество воды и растворителя в зависимости от модельного состава

Модельный

состав

Содержание кремнезема в исходном этил силикате,

%

Количество добавок (к объему этисиликата), %

Подкислен-

ная

вода

Спирт или ЭАФ

I ступень гидролиза

II ступень гидролиза

Парафино-

29—34

15

10

40

стеариновые

35—36

13

10

70

37—41

10

15

85

Вторая ступень гидролиза производится за несколько дней до употребления раствора. При этом после первой ступени гидролиза в частично гидролизованный раствор вводят остальную часть растворителя, перемешивают и выдерживают не менее суток. Срок хранения после полного гидролиза составляет не более 15 сут.

На ряде производств вместо дорогостоящего этилсиликата применяют жидкое стекло.

Жидкое стекло. В качестве жидкого стекла наиболее употребительным является натриевое стекло содовой варки состава

Углекислый газ, находящийся в воздухе, вызывает разложение жидкого стекла по формуле

Поэтому жидкое стекло желательно хранить в закрытой таре. При разложении выпадает кремнезем в виде студенистого осадка. Такое стекло к работе непригодно.

Плотность жидкого стекла определяется ареометром. Пленку, которая может образоваться на поверхности жидкого стекла, перед измерением плотности удаляют.

Характеристикой жидкого стекла является модуль. Модуль — это отношение числа граммолекул кремнезема к числу граммолекул оксида натрия. Модуль натриевого жидкого стекла определяется по формуле

где Si02 — содержание кремнезема, % (по массе); Na20 — содержание оксида натрия, % (по массе); 1,032 — отношение молекулярных весов оксида натрия и кремнезема.

В зависимости от способа приготовления жидкого стекла его состав, модуль и плотность незначительно различаются (табл. ПЗ.З).

Таблица ПЗ.З

Типы жидкого стекла

Характеристика

Жидкое стекло

садовое

садово

сульфатное

сульфатное

Состав, % по массе:

кремнезем

32—34,5

28—32

28—32

оксид натрия

11—13,5

10—12

10—12

оксид кальция

0,20

0,30

0,35

оксид железа

вместе с оксидом

алюминия,

0,25

0,40

0,50

вода

57

60

60

модуль

2,6—3,0

2,56—3,0

2,56—3,0

Удельная масса

1,5—1,55

1,43—1,5

1,43—1,5

Жидкое стекло перед употреблением подвергают подготовке тремя способами и в зависимости от его дальнейшего применения:

  • 1) разбавляют водой до необходимой удельной массы;
  • 2) повышают модуль хлористым аммонием;
  • 3) отделяют оксид натрия от кремнезема.

В художественном литье применяют первый способ подготовки жидкого стекла.

Требуемое для разбавления жидкого стекла количество воды определяется по формуле

где Vb —объем воды, л; Vc — объем исходного разбавляемого жидкого стекла, л; ус — удельная масса исходного жидкого стекла, т/м3; урс — необходимая удельная масса разбавленного жидкого стекла, т/м3.

Обычно разбавление жидкого стекла проводят до удельной массы 1,32.

Количество воды для разбавления часто определяют из графика (рис. П3.1). Например, жидкое стекло удельной массой 1,1 следует разбавить до 1,32. На вертикальной оси графика находим значение требуемой удельной массы 1,32. Проводим горизонтальную линию от этой величины до пересечения с линией 2. Из точки пересечения опускаем вертикальную линию вниз и по горизонтальной шкале находим, что на 1 кг жидкого стекла необходимо ввести около 0,4 л воды.

График для определения количества воды при разбавлении

РисП3.1. График для определения количества воды при разбавлении

жидкого стекла:

1 — на 1 л; 2 — на 1 кг

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >