Представиться системе:

Разделы


Отечественные формовочные массы


Исходные данные. В предыдущей главе были описаны свойства импортных формовочных масс К-90, «Суперкаст» и «Сатинкаст». Напомним, что эти массы состоят из химически чистого кристобалита (огнеупорного наполнителя) и высокопрочного гипса (упрочнителя), а также определенного количества вещества, регулирующего скорость затвердевания гипса (замедлителя).

Копирование состава импортных формовочных масс при разработке отечественных формовочных смесей для точного литья было неприемлемо по следующим причинам:

1.  В нашей стране нет природных месторождений химически чистого кристобалита, который используется при изготовлении формовочной массы за рубежом. Изготовление же кристобалита искусственным путем в настоящее время дорого и сложно.

2.  При изготовлении импортной формовочной массы применяется высокопрочный гипс марок 800 и 1000 с пределом прочности при сжатии 800 и 1000 кгс/см2. В СССР промышленность выпускает высокопрочный гипс марок 200, 300 и 350 (т.е. с пределом прочности при сжатии до 350 кгс/см2), что недостаточно в связи с большими усилиями, которые должна выдерживать литейная форма при центробежном литье [4].

В течение пяти лет (с 1968 по 1973 г.) сотрудники ВНИИювелирпрома изыскивали способ замены дефицитной импортной формовочной массы обычными отечественными материалами [5, 6]. В качестве огнеупорного наполнителя были опробованы: кварцевый песок, туфы, кальциты, шамот, асбест и динас. В качестве упрочнитслей использовались: строительный и медицинский гипсы, цементы и высокопрочный гипс марки 350.

Были опробованы применяемые в зубоврачебной практике ди насо-гипсовые смеси «Силаур 9а» и «Силаур 3б».

В ходе предварительных исследований было установлено, что наиболее перспективным является использование динасо-гипсовых смесей с упрочняющей добавкой азотной кислоты, получивших условное название ДГА. Динасо-гипсовые формовочные смеси являются смесями химически активного к воде и гипсу огнеупорного наполнителя (динаса) с гипсом, отдельные компоненты которых могут взаимодействовать друг с другом, обеспечивая упрочнение смесей.

Добавки азотной кислоты интенсифицируют процесс упрочнения динасо-гипсовых литейных форм за счет ускорения процессов выделения золя SiO2 из поликремниевых кислот, образующихся при разложении силикатов динаса азотной кислотой, и коагулирующего при химическом взаимодействии с гипсом, который вводится в азотнокислую суспензию динаса при формовке.

Таким образом, главным отличием отечественных формовочных смесей (ДГА) от импортных является высокотемпературный механизм упрочнения за счет присутствия в них спектрообразующих примесей СаО, Fe2O3, Аl2O3 и технологической добавки азотной кислоты.

Для определения оптимальных составов смеси ДГА, изучения ее основных характеристик и составления техпроцесса изготовления литейной формы на основе смеси ДГА был осуществлен комплекс исследований, результаты которого изложены ниже [5, 6].

Химический состав динасо-гипсовых формовочных смесей. В табл. 16 и 17 представлены результаты химических анализов динасового порошка, замешиваемого на дистиллированной воде и на азотнокислом растворе, а также заформованных (сырых) образцов из различных вариантов динасо-гипсовых формовочных смесей и импортных кристобалито-гипсовых смесей — «К-90», «Суперкаст», «Сатинкаст». При сравнении п.п. 1, 2, 3 табл. 16 видно, что при затворении динасового порошка в воде значительная часть SiO2, FеО, А12O3 и СаО не реагирует с ней, находясь в нерастворимых силикатах. Затвореиие динаса в 5% азотнокислом водном растворе при отношении динас: вода (Д/В)=1:20 сопровождается переходом около 70% кальция, 90% алюминия и 95% железа в раствор. При отношении Д/В=1:0,5, что примерно соответствует условиям затвореиия динасо-гипсовых азотнокислых суспензий — количество ионов Са+2 в растворе почти не изменяется (по отношению к п. 1), а количества алюминия и железа в растворе уменьшаются, соответственно, до 30% и 50% (по сравнению с п. 2). При этом, если в водной суспензии динаса в нерастворимых силикатах содержится 7,5% общего количества SiO2, то в водно-азотнокислых суспензиях с динасо-водными отношениями 1:20 и 1:0 5, соответственно, 1,0 и 3,4% (за счет перехода значительного количества SiO2 в процессе анализа в щелочные силикаты). Азотная кислота в водно-динасовых суспензиях, частично разлагая сложные силикаты кальция, железа и алюминия, образующих стекловидную составляющую динаса, способствует созданию кальций-алюмо-азотных и азотных вяжущих веществ (в виде кальций-алюмо-нитрата и кальций-алюмо-нитрита), кремнекислых золей и химически малоактивных, высокоподвижных, хорошо растворимых в воде ионов FeNO2+2. Это воздействие азотной кислоты на динас может способствовать упрочнению динасо-гипсовых форм за счет интенсификации процессов спекообразования при прокаливании. Сравнение результатов химических анализов и п.п. 4 — 7 табл. 16 наглядно подтверждает этот вывод. С уменьшением содержания гипса (от 15 до 2,5% в сухом соотношении с суммой динас-гипс), увеличением концентрации азотной кислоты в растворе (от 5 до 7,5% в объемном соотношении с водой) и температуры прокаливания (от 700 до 1000° С) увеличивается количество SiO2, связываемое в нерастворимых силикатах, от 2,23 до 9,04%. Соответственно, увеличиваются количества СаО (от 1,52 до 2,7 — 2,9%), А12O3 (от 0,2 до 0,45%) и Fе2O3 (от 0,51 до 0,62%), связанных в нерастворимых силикатах (с 5102). В данном случае слово «нерастворимые» означает, что соответствующие осадки из прокаленных образцов при химических анализах не растворяются в воде, водных растворах и щелочных «плавах». 

Результаты химических анализов динаса 

№ п/п

Наименование и состав исходных навесок, режимы их приготовления

Компонентный состав

 

Разновидности смесей

В2О3

CaSO4

SiO2

FeO

Fe2O3

TiO2

Al2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

NO3-1

NO2-1

Потери при прокаливании

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

 

1

Динас+вода Д/В 1:20 г/мл, рНв=7,6; Д/В =1:0,5 г/мл

1

2

3

-

-

-

-

-

-

 

0

79,4

7,5

0,00

0,00

0,71

-

-

 

0,00

-

0,20

0,00

-

0,95

3,5

-

6,5

0,1

-

0,1

0,00

-

0,00

0,00

-

0,00

-

-

-

-

-

-

0,50

 

2

Динас+рабочий раствор: кHNO3=50мл/л; рНд=7,6; Д/В=1:20 г/мл

1

2

3

-

-

-

-

-

-

0,05

91,6

7,5

-

-

-

0,87

-

0,07

0,10

-

0,05

0,58

-

0,10

3,83

-

1,14

 

0,04

-

0,04

0,00

-

0,00

0,00

-

0,00

-

-

-

-

-

-

0,63

 

3

Динас+рабочий раствор: Д/В=1:0,5 г/мл, рНд=7,6

1

2

3

-

-

-

-

-

-

0,00

89,7

3,40

-

-

-

0,45

-

0,48

0,02

-

0,07

0,25

-

0,40

1,07

-

3,35

0,01

-

0,01

0,00

-

0,00

0,00

-

0,00

-

-

-

-

-

-

0,37

 

4

Динас+гипс (15%), кHNO3=50мл/л; кН2С2О2 = 1,5г/л;В/М=0,49 л/кг; рНв=7,1-7,5; tпр=700°СрНд=7,6

1

2

3

 

-

-

-

 

9,75

-

0,00

0,00

50,57

2,23

-

-

-

0,34

-

0,51

0,00

-

0,05

0,17

-

0,2

1,37

-

1,52

0,07

-

0,05

0,00

-

0,02

0.00

-

0,01

0,001

-

0,00

0.0001

-

0,0001

33,03

 

5

Динас+гипс (7,5%); kHNO3 = 50мл/л; В/м = 0,42 л/кг; рНв=5,7-5,8; tпр=900°С, рНд = 7,6

1

2

3

 

-

-

-

4,78

-

0,00

0,00

51,82

8,02

-

-

-

0,17

-

0,64

0,01

-

0,07

0,24

-

0,51

1,98

-

2,52

0,02

-

0,03

0,00

-

0,00

0,00

-

0,00

0,001

-

0,00

0,0001

-

0,0001

29,05

 

6

Динас+гипс (5%); kHNO3 = 75 мл/л; В/М = 0,4 л/кг, рНв=6,8-6,9; tпр =1000°С; рНд = 7,6

1

2

3

 

-

-

-

 

2,95

-

0,00

0,00

54,87

8,5

-

-

-

0,08

-

0,61

0,02

-

0,02

0,12

-

0,43

1,81

-

2,97

0,02

-

0,01

0,00

-

0,00

0,00

-

0,00

0,001

-

0,00

0,0001

-

0,0001

27,08

 

7

Динас + гипс (2,5%); kHNO3 = 75 мл/л; В/М = 0,38 л/кг; рНв = 6,8-6,9; tпр = 1000°С: рНв = 7,6

1

2

3

-

-

-

 

1,12

-

0,00

0,00

57,34

9,04

-

-

-

0,02

-

0,62

-

0,03

-

0,00

0,08

-

0,45

1,54

-

2,70

0,01

-

0,02

0,00

-

0,00

0,00

-

0,01

0,001

-

0,00

0,0001

-

0,0001

27,01

 

8

Импортная формовочная смесь (30% гипса) К-90 (США); В/М = 0,38л/кг; tпр=800°С; рНв = 6,8-6,9

1

2

3

 

0,83

-

-

 

20,65

-

0,00

0,00

20,24

0,47

-

-

-

0,03

-

0,08

0,00

-

0,00

0,01

-

0,01

0,04

-

0,27

0,00

-

0,01

0,00

-

0,00

0,00

-

0,00

0,00

-

0,00

0,00

-

0,00

27,25

 

 

Примечание

 

  1. В пп. 1 — 3 в качестве исходных навесок были взяты навески динасового порошка, рНд-природный показатель динаса (в нейтральной воде); рHв — водородный показатель азотной кислоты на 1 л воды; kН2С2О4 —количество щавелевой кислоты; tпр— температура прокаливания.
  2. Разновидности смесей: 1 — в вытяжке; 2 — в растворимых силикатах и динасо-гипсовых формовочных смесей порошка; в п.п. 4 — 8 — навески заформованных (сырых) образцов; рНд — исходной воды, Д/В — соотношение между динасом и водой; kHNO3 — количество на 1 л воды; В/М — водомассовое отношение (количество воды на 1 кг сухой смеси); З—в нерастворимых силикатах.

Результаты анализа импортной кристобалито-гипсовой формовочной смеси К-90 (п. 8) показывают, что она содержит 20,65% СаSO4 по отношению к весу сырого образца, что в пересчете на соотношение компонентов в сухом состоянии составляет около 28—30%. Общее количество SiO2 в этой смеси (в пересчете на соотношение компонентов в сухом виде) составляет около 70%. Характерным для этой смеси является высокая чистота кремнеземистой составляющей (Fе2O3 — 0,11 %, А12O3 — 0,02, СаО — 0,31%, МgО — 0,01%), обуславливающая малое количество SiO2 в осадке нерастворимых силикатов (0,47), а также — наличие борного ангидрида В2O3 (0,83%). Последнее объясняется использованием в данной смеси борной кислоты в качестве замедлителя схватывания гипса. Результаты химических анализов (см. табл. 17) двух других импортных кристобалито-гипсовых смесей «Суперкаст» и «Сатинкаст» (США) показывают, что в качестве замедлителя схватывания гипса в первой используется бура (около 0,8% в сухой смеси), а во второй — сернокислый алюминий (около 1%).

 

Таблица 17. Результаты химических анализов импортных формовочных смесей «Суперкаст» и «Сатинкаст»

 

Наименование смеси

Компонентный состав формовочной смеси, %

SiO2

CaO

Fe2O3

FeO

Al2O3

TiO2

MnO

MgO

SO3

Na2O

B2O3

Потери при прокаливании

«Суперкаст» (США)

72,34

10,46

0,15

-

0,24

-

-

0,02

14,90

0,25

0,58

1,51

«Сатинкаст» (США)

73,48

10,32

0,12

-

0,40

-

-

0,05

14,77

-

-

0,88

 

 

Максимальные нагрузки при вдавливании пуансона в образцы.

Методика испытаний заключалась в том, что заформованный и прокаленный образец (при температуре испытания) устанавливался верхним (ПО положению При формовке) торцом на асбестовую прокладку, лежащую на нижней плите гидравлического пресса. На противоположный (обращенный к верхней плите пресса) торец устанавливался своим меньшим диаметром (0 15 мм) стальной ступенчатый пуансон, а на него сверху укладывалась асбестовая прокладка. Перемещением нижней плиты пресса сверху производилось вдавливание пуансона в тело образца до совмещения их верхних плоскостей. При этом по манометру пресса фиксировалась максимальная нагрузка в кгс/см2, после чего производилось опускание 'нижней плиты пресса. Образец с пуансоном внутри осторожно приподнимался (с помощью специальных щипцов) над нижней плитой пресса, и по боковой поверхности опоки производилось несколько легких ударов молотком. При этом от нижнего торца образца, в зависимости от исходных технологических параметров (состава кремнеземисто-гипсовой смеси, водомассового отношения и др.), влияющих на особенности строения монолита, отдялись куски небольших размеров или «мениск» (в виде плосковыпуклой линзы) без трещин, или «мениск» с глубокими радиальными трещинами. По последним трем критериям производилась оценка, соответственно, малости, достаточности и избыточности водомассового отношения В/М для данного вида кремнеземисто-гипсовой формовочной смеси. На рис. 33 представлены зависимости максимальных нагрузок Рд при вдавливании фигурного пуансона в прокаленные образцы из испытуемых динасо-гипсовых смесей от

 

оптимальных водомассовых отношений В/М. Анализ этих зависимостей показывает следующее:

1. При уменьшении в формах количества гипса за счет использования динаса (взамен кристобаллита) и рабочего азотнокислого раствора (HNO3 — 50 мл/л и H2C2О4 — 1,2 г/л) значения максимальных нагрузок Рд возрастают с 60 до 420 кгс/см2. Сопоставление повышения усилий Рд с увеличением содержания SiО2 в нерастворимых силикатах (см. табл.16) подтверждает предположение о процессах спекообразования в динасо-гипсовых азотнокислых литейных формах.

2. Соответственно, с уменьшением содержания гипса, сокращается потребность в количестве воды при затворении формовочных суспензий и средние водомассовые отношения уменьшаются от 0,41 до 0,32 л/кг; однако, нельзя объяснять увеличение Рд только простым повышением плотности монолитов за счет уменьшения исходного влагосодержания.

3. Характерным подтверждением влияния на повышение Рд именно спекообразования (а не просто повышения плотности за счет уменьшения исходного влагосодержания) является поведение монолитов из смеси «Силаур 3б». Эта смесь содержит (как и импортные смеси) 30% гипса и динаса — взамен кристобалита; Рд в этом случае (при В/М = 0,4l л/кг) повышается почти в три раза по сравнению с массой К-90.

4. Кривые зависимостей Рд импортных кристобалито-гипсовых смесей, содержащих до 30% гипса и почти не имеющих в своем составе спекообразующих примесей, имеют минимумы при средних значениях В/М (для К-90 — 0,39 л/кг, для «Суперкаст» и «Сатинкаст — 0,41 л/кг). Динасо-гипсовые азотнокислые монолиты с содержанием гипса 15% (в сухом соотношении) дают почти прямолинейную, обратнопропорциональную зависимость Рд от В/М, а при уменьшении содержания гипса до 3—10% (в этих монолитах) кривые зависимости В/Мм— Рд имеют максимум при среднем значении В/М = 0,32 л/кг.

Такое изменение характера зависимостей может быть объяснено различной физико-химической природой связей между частицами в перечисленных выше случаях: в первом — плотные кристаллические пленки гипса обволакивают и цементируют зерна частиц химически «инертного» кристаллического наполнителя SiO2 и могут иметь (в зависимости от недостатка, нормы или избытка воды) повышенное или минимальное количество дислокационных дефектов в кристаллической решетке, во втором — налицо сложный конгломерат из кристаллических пленок гипса, спекообразователей и аморфного кремнезема; в третьем — возможно образование новых химических соединений (при гетерогенных процессах спекания с участием спекообразующих примесей, аморфного кремнезема, продуктов разложения гипса и азотной кислоты), дающих максимум Рд при оптимальных B/M.

Ниже приводится табл.18, в которой представлены экспериментальные статистические данные об оптимальных значениях водомассовых соотношений В/М.

 

Таблица 18. Оптимальные водомассовые соотношения формовочных смесей (опытно-статистические данные)

 

Наименование и состав смеси

Водомассовое отношениеВ/М, л/кг

Оптимальное водомассовое отношение В/М0, л/кг

К-90

0,37

0,39

0,41

0,39

«Суперкаст»

0,39

0,41

0,43

0,41

«Сатинкаст»

0,40

0,41

0,43

0,41

Динас 85%+гипс 15%, рНд=8,5; рабочий раствор: HNO3-50мл/л ; H2C2O4 – 1,2г/л

0,35

0,38

0,40

0,38

Динас 90%+гипс 10%: рНд=8,5

0,30

0,32

0,34

0,32

Динас 97% + гипс 3%: рНд=8,5

0,30

0,32

0,31

0,32

Динас 90%, гипс 10%; рНд=10; рабочий раствор HNO3 = 75мл/л

0,37

0,39

0,41

0,39

 

 

Таблица 19. Водородные показатели рН воды,  рабочих растворов и суспензий

Среда

Водомассовое отношение В/М, л/кг

рН

В начале затворения

Через 10 мин после затворения

Вода водопроводная (невская)

-

6,85

-

Динасовая суспензия (рНд=8,5)

0,40

8,35

8,55

Рабочий раствор: 50мл HNO3 и 1,2 г H2C2O4 на 1л воды

-

<2

-

Динасовая суспензия на азотнокислом растворе (рНд=8,5)

0,4

2,15

2,25

Смесь ДГА;

Динас 90% гипс 10% (рНд = 8,5)

Динас 97% гипс 3% (рНд = 8,5)

 

0,4

0,35

 

2,50

2,30

 

2,72

2,45

Зубопротезная  формовочная смесь «Силаур 36» на воде

0,42

6,45

6,55

К-90 (США) на воде

0,38

2,60

2,80

«Суперкаст» (США) на воде

0,42

6,65

6,85

«Сатинкаст» (США) на воде

0,40

5,40

5,60

Динасовая ( с хромитовой добавкой) суспензия на воде

0,40

10,00

10,35

Динас (рНд = 10) + гипс 10% (HNO3 = 75мл/л)

0,40

3,50

3,75

 

 

Водородный показатель рН, вязкость суспензий М и период текучести t. Результаты измерений рН воды, рабочих растворов и различных суспензий представлены в табл.19. Эмпирическая формула для определения вязкости суспензии имеет вид:

 

μх = 0,0140рНх( (В/М0)/(В/М))+0,0013

 

где µх — вязкость суспензии в момент tx; рНх — водородный показатель суспензии в момент времени tx; В/М0 и В/М— водомассовые отношения, соответственно, оптимальное и измеряемое.

 

Формула (5) была использована для построения кривых (рис. 34), показывающих зависимость изменения вязкости кремнеземисто-гипсовых суспензий от водородного показателя (рН) и времени с начала затворения.

Л.А. Гутов     Литье по выплавляемым моделям сплавов золота и серебра


Информация представлена на сайте исключительно для ознакомления.
Организаторы сайта не несут ответственности за последствия использования данных, указанных на сайте. Авторские права на статьи принадлежат их авторам. Мнения авторов статей необязательно совпадают с мнением и точкой зрения организаторов сайта.