Представиться системе:

Разделы


Рабочие свойства формовочных масс


Прочность на сжатие при различных температурах. Результаты проведенных исследований прочности па сжатие отечественных формовочных масс и импортной формовочной смеси «К-90» при нагреве, последующем прокаливании и охлаждении представлены графическими зависимостями на рис. 35.

Анализ этих кривых позволяет сделать следующие выводы:

1. Исходная прочность на сжатие у импортной формовочной массы К-90 (кривая 1) выше, чем у всех отечественных. При прокаливании прочность на сжатие массы К-90 уменьшается вплоть до температур 550 — 600°С, а затем возрастает до 8 кгс/см2 при 1000°С. При охлаждении литейиой формы, изготовленной из массы «К-90», до температуры заливки (около 550°С), ее прочность на сжатие резко понижается (до 3,2 — 3,5 кгс/см2).

  

2. Прочность на сжатие отечественной формовочной массы ДГА (кривая 2) при температуре нагрева 500°С уже выше, чем у смеси К-90. При всех более высоких температурах эта закономерность сохраняется. Следует особо отметить, что при охлаждении литейных форм, изготовленных из этой формовочной массы, прочность на сжатие значительно выше, чем у импортной массы К-90 и составляет около 8,0 кгс/см2 при температурах 800 — 600°С.

3. Уменьшение содержания гипса в отечественных формовочных массах до 7,5% и 2,5% (кривые 3 и 4 соответственно) приводит к снижению их прочности на сжатие при нагреве вплоть до температур 500 — 600°С, однако при охлаждении литейных форм до температуры заливки прочность их резко возрастает до 7,5 кгс/см2 при 600° С (кривая 3) и до 10,0 кгс/см2 при 700°С (кривая 4). Эти показатели значительно превосходят прочность на сжатие импортной формовочной массы К-90.

Таким образом, удалось, используя динас, добавки азотной кислоты и высокопрочного гипса марки 350, получить формовочную массу с прочностными рабочими свойствами, превосходящими импортную формовочную массу К-90, хотя последняя содержит отсутствующий в СССР высокопрочный гипс марок 800 и 1000.

Наличие высокой прочности на сжатие у отечественной формовочной массы с содержанием гипса 2,5% при температуре 1000°С и последующем охлаждении весьма интересно с точки зрения ее использования как единого наполнителя литейной формы при литье цветных и черных металлов и сплавов, имеющих температуру плавления выше, чем у золота и серебра. Высокое содержание огнеупорного динаса и весьма малое содержание гипса позволяет осуществлять литье некоторых специальных сталей в кремнеземисто-гипсовые формы, что считалось (невозможным из-за термического разложения гипса и пригарообразования.

Газопроницаемость. Результаты измерений газопроницаемости крсмнеземисто-гипсовых формовочных масс графически представлены на рис.36. При изучении кривых можно сделать следующие выводы.

1. Газопроницаемость импортных и отечественных формовочных масс существенно зависит от водомассового отношения (В/М).

2. С уменьшением содержания гипса в смесях увеличивается их газопроницаемость. В этом отношении обращает на себя внимание газопроницаемость отечественной формовочной массы с 10% гипса и KHNO3 = 75 мл/л, а также массы с 3% гипса и добавками HNO3 и H2C2O4.

3. Отечественные формовочные массы при оптимальных водомассовых отношениях имеют более высокую газопроницаемость, чем импортные, и, следовательно, с большим успехом могут использоваться при литье методом вакуумного всасывания, где это свойство является главным.

Тепловое расширение. На рис.37—41 приводятся графики линейного теплового расширения литейных форм из исследуемых кремнеземисто-гипсовых формовочных смесей. Во многих из них зависимости tпрσ настолько сложны, что в данной книге, в круг задач которой не входит детальное исследование физико-химических процессов, происходящих в указанных смесях, пока не представляется возможным полностью объяснить тот или иной ход кривой. Однако ряд общих вполне очевидных закономерностей можно и необходимо отметить. К ним относятся:

  1. Увеличение максимального значения теплового расширения от 0,66 до 1,92% (см. рис.41), с уменьшением содержания гипса в смеси от 30 до 3% за счет снижения доли усадки гипса и возрастания доли расширения тридимита и кристобалита в общем балансе его изменения.
  2. Сопоставление результатов химических анализов и 'измерений показывает, что кривые зависимостей 6 от тем сложнее, чем больше примесей и технологических добавок содержат соответствующие кремнеземисто-гипсовые формовочные смеси.
  3. Кривая зависимости σ от tпр, полученной на образцах их смеси К-90 (см. рис.37), содержащих наименьшее количество примесей и технологических добавок, имеет два максимума a и с, соответственно при 240 и 620° С, и один минимум b — при 380°С. Максимум а соответствует началам превращения α и β-кристобалитов и усадки гипса, минимум при температуре 380°С соответствует окончанию обезвоживания гипса [27]. Этот процесс протекает в интервале температур 320—360° С и сжатие образца при этом заканчивается; вышесказанное означает, что в интервале 240—380°С, опасном в смысле образования трещин, формы из смеси К-90 должны нагреваться осторожно, с минимальной скоростью (70°С/ч). Участок bс соответствует дальнейшему расширению кристобалита без изменения

  

состояния гипса; максимум с означает начало разложения гипса, обусловленное каталитическим воздействием кремнезема и борной кислоты [30, 31]. Это разложение особенно сильно развивается в интервале температур 900—1000°С и сопровождается значительной усадкой образца с отрицательными значениями σ.

 

  1. Более сложный ход имеет кривая для образцов из смеси «Суперкаст» (см. рис. 38), в которой первая ступенька а’ при 80—130°С соответствует дегидратации двуводного а-гипса с переходом в полуводный a-гипс [27]. Максимум а при 280°С обусловлен началом перехода

 

 гипса а и а1 при начавшемся превращении крпстобалита b в a минимум; b при 480° С означает окончание перестройки молекулярной решетки a1-гипса; таким образом, наиболее опасными в смысле образования трещин в образцах из смеси «Суперкаст» являются интервалы 80 — 130° С и 280 — 480° С, в пределах которых нагрев форм должен производиться с малой скоростью. Максимум с при 640° С соответствует началу разложения гипса, обусловленному рядом причин, к главным из которых можно отнести каталитическое воздействие SiO2, замедлителя (буры) и примесей (FeO, А12О3) [29]; однако формы из смеси «Суперкаст», прокаленные при 1000° С, имеют значительно меньшую усадку, чем формы из смеси «К-90».

 

5. Еще более сложный ход имеет кривая расширения у образцов из смеси «Силаур 3б», применяемой в зубопротезировании (см. рис.39); максимум а и минимум b при температурах, соответственно 360 и 380°С отвечают началу и концу перестройки молекулярной кристаллической решетки ß и ß1-гипса. Их величины менее значительны по сравнению со смесями К-90 и «Суперкаст», по-видимому, за счет более поздней дегидратации сложных гипсосодержащих фаз. Максимум g при 730°С соответствует началу разложения гипса; связанная с ними усадка образца сопровождается двумя замедлениями h и i соответственно, при 810—870°С и 920—970°С, происходящими, очевидно, вначале процесса спекообразования.

6. К наиболее сложным относятся зависимости σ = f(t) у азотнокислых динасо-гипсовых форм [28, 29, 31]:

а) у образцов из смеси с 15% гипса (см. рис.40) характерна остановка теплового расширения образца при 280—340°С за счет перестройки ß в ß1 фазу гипса; максимум а при 410°С, минимум b при 480°С, а также остановки сd (540 — 580°С), ef (600 — 670° C), gf (720 — 770°С), повидимому обусловлены дегидратацией различных сложных фаз на основе динаса, азотной кислоты и гипса, образовавшихся при формовке; максимумы i (830°С), l (950° С) и минимум k (890°С), очевидно, обусловлены вышеупомянутыми процессами спекообразовaния;

б)    у образцов из смесей с 3% гипса (рис. 41) перегиб а" при 150—180°С на кривой расширения связан, очевидно, с промежутком между превращениями γ в ß и ß в α — тридимит [28], а остановка а' — с перестройкой молекулярной кристаллической решетки гипса; остальные остановки, максимум и минимумы от а до i обусловлены, повидимому, процессами дегидратации, спекообразования и разложения гипса; причины, указанные выше (для смеси с 15% гипса), также обусловливают отсутствие усадки образцов из данной смеси при 900 — 1000°С).

7. У динасо-гипсовых азотнокислых смесей с содержанием от 15 до 3% гипса (особенно для последней) характерно отсутствие резких скачков при нагреве (по сравнению со смесями К-90 и «Суперкаст»), что связано с преобладающей тенденцией данных смесей к равномерному расширению, обусловленной большей весовой долей содержания суммы тридимита и кристобалита и незначительной долей — гипса. Опасными температурными интервалами нагрева, в смысле появления трещин, в динасо-гипсовых азотнокислых формах являются: а) для смеси с 15% гипса — от комнатной температуры до 480°С; б) для смеси с 3% гипса — от комнатной температуры до 350°С.

Из сравнения зависимостей σ от tпр, приведенных на рис. 37— 41, можно сделать вывод, что для предотвращения значительной усадки отливок необходимо в каждом конкретном случае учитывать линейное термическое расширение кремнеземистогипсовой литейной формы данного состава.

Процесс приготовления динасового порошка и изготовления форм. Для практического использования отечественных формовочных масс при литье сплавов золота и серебра необходимо получить порошок динаса с крупностью частиц не более 70 мкм. Технологическая схема этого процесса дана на рис. 42. Порошок динаса до операции

  

Рис. 42. Технологическая схема приготовления динасового порошка

 

смешивания с высокопрочным гипсом проходит обработку рабочим раствором, содержащим 50 — 75 мл азотной кислоты и 0 — 1,5 г щавелевой кислоты на 1 л дистиллированной воды (рис. 43). Данная суспензия вакуумируется в течение 4 мин. Обработка динаса азотной кислотой, а в ряде случаев и щавелевой, приводит к разложению стекловидной составляющей его, окислению двухвалентного железа до трехвалентного, образованию растворимых нитратов и нитритов кальция, алюминия, железа и других элементов, что способствует снижению вязкости суспензий формовочных масс и их высокой устойчивости к образованию трещин.

При работе с различными сортами и технологическими разновидностями динаса в 1971—73 гг. было установлено, что оптимальная концентрация азотной кислоты в рабочем растворе зависит от рН водно-динасовой суспензии (при водомассовом отношении, равном 0,4 л/кг). Характер этой зависимости показан на рис. 44.

 

Рис. 43. Технологическая схема изготовления отечественных литенных форм

 

Увеличение добавок азотной кислоты выше оптимальной концентрации, приводит к уменьшению периода текучести, т.е. ускорению схватывания формовочной массы, а уменьшение — к трещинообразованию.

Применение добавок щавелевой кислоты, для удлинения периода текучести, эффективно только при рНд<8,5 и при отсутствии в динасе хромомагнезитовых добавок.

После обработки порошка динаса рабочим раствором и вакуумирования он смешивается с расчетным количеством высокопрочного гипса марки 350. На практике использовался гипс вышеуказанных марок производства Куйбышевского и Пешеланьского гипсовых комбинатов. Для получения хороших отливок весьма важно строго соблюдать оптимальные соотношения между водородным показателем воднодинасовой суспензии (рНд), концентрацией азотной кислоты в рабочем растворе (kHNO3) и водомассовым отношением формовочной смеси (В/Мо). Эта зависимость графически показана на рис.45.

 

После двукратного вакуумнрования и затвердевания форм производят выплавление воска и прокаливание.

Режим нагрева форм установлен следующий:

 

Температура нагрева, °С                 Время нагрева, ч

от 20 до 120                                      1 — 1,5

120    180                                           1 — 1,5

180    300                                           1 — 1,5

300    480                                           1 — 1,5

480    800                                           2,5 — 8

 

Регламентированные режимы охлаждения литейных форм приведены в табл. 20.

Таблица 20. Режимы охлаждения литейных форм

 

Марка сплава

Температура охлаждения, °С

Время охлаждения, ч

ЗлМНЦ 750-100

От 800 до 600

1-1,5

ЗлСрМ 750-150

От 800 до 600

1,5-2

ЗлСрМ583-80

ЗлСрПдМ375

СрМ875

От 800 до 400-450

2-2,5

СрМ916

 

Опытно-промышленные испытания отечественных формовочных масс на ряде предприятий Союзювелирпрома, а также использование их вместо импортных в производственных условиях на предприятиях показали возможность полной замены импортных формовочных масс отечественными динасо-гипсовыми при обязательном тщательном соблюдении технологии производства литейных форм.

 

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.