Свойства формовочных материалов для изготовления гипсовых форм

  1. Свойства гипсового связующего.

К формовочным материалам относятся все материалы, используемые для изготовления форм.

Различают три группы формовочных материалов: огнеупорная основа (наполнитель); связующее, обеспечивающее прочность связи частиц наполнителя; специальные добавки, придающие смесям особые свойства (например, увеличение времени живучести, уменьшение времени затвердевания, податливости, увеличению газопроницаемости и т.п.); совокупность перечисленных материалов составляет формовочную смесь, которая и служит материалом будущей литейной формы

Связующим в этих смесях выступает гипс. Гипс – это порошкообразный материал белого цвета, который получают в результате термической обработки природного гипсового камня с последующим измельчением продукта обжига (обжиг производят в специальных мельницах).

При затворении водой гипс быстро схватывается и твердеет. Процесс схватывания протекает при повышенной температуре. Практически гипс за 10-12 мин превращается в камневидное состояние [1].

Залежи природного гипса встречаются вместе с глинами, известняками, каменной солью. Химический состав природного гипса определяется формулой CaS04*2Н2О — двуводный сульфат кальция. Образование гипса происходит в результате выпадения его в осадок в озёрах и лагунах из водных растворов, богатых сульфатными солями. Залежи гипса обычно содержат примеси кварца, пирита, карбонатов, глинистых и битумных веществ. Плотность гипса равна 2,2-2,4 г/см3. Растворимость его в воде составляет 2,05 г/л при 20°С.

Формовочный гипс получают в результате обжига природного гипса. При этом двуводный сульфат кальция теряет часть кристаллизационной воды и переходит в полуводный (полугидрат) сульфат кальция. Процесс обезвоживания наиболее интенсивно протекает в температурном интервале от 120 до 190° С.

2(CaS04*20) — (CaS02)220 + 3Н20

В зависимости от условий термической обработки полуводный гипс может иметь две модификации — α- и β-полугидраты, которые отличаются физико-химическими свойствами (табл. 1):

  • α-гипс получают при нагревании двуводного гипса под давлением 1,3 атм., что заметно повышает его прочность. Этот гипс называют супергипсом, автоклавным, каменным гипсом;
  • β-гипс получается нагреванием двуводного гипса при атмосферном давлении.

Гипс после обжига размалывают, просеивают через особые сита и фасуют в мешки из специальной бумаги или в бочки. При замешивании полугидрата гипса с водой происходит образование двугидрата, причём вся смесь затвердевает.

(CaS04)220 + 3H20 = 2(CaS02*20)

Эта реакция экзотермическая, т. е. сопровождается выделением тепла. Схватывание гипса протекает очень быстро. Сразу же после смешивания с водой становится заметным загустение массы, но в этот период гипс ещё легко формуется. Дальнейшее уплотнение уже не позволяет проводить формовку. Процессу схватывания предшествует кратковременный период пластичности гипсовой смеси. Замешанный до консистенции сметаны, гипс хорошо заполняет формы и даёт чёткие её отпечатки. Пластичность гипса и последующее быстрое затвердевание делают возможным его применение для получения оттисков, в том числе с челюстей и зубов. Однако процесс нарастания прочности гипса ещё продолжается некоторое время, и максимальная прочность гипсового оттиска и гипсовой модели достигается при высушивании его до постоянной массы в окружающей среде.

Таблица 1. Основные физические свойства гипса (по М. Piynanelli, 1974)

Физические свойства β – гипс α – гипс
Соотношение воды/порошка 0,5 0,32 – 0,35
Расширение при кристаллизации 0,3 – 0,5 0,1 – 0,2
Твёрдость по Роквеллу, Мпа 20 80
Сопротивление сжатию влажного гипса, кг/см2 85 210
Сопротивление сжатию сухого гипса, кг/см2 280 560 – 630

 

 

Формовочный гипс – быстросхватывающее вяжущее, и по ГОСТу начало схватывания должно наступать не ранее, чем через 4 минуты с момента затворения гипсового теста, а твердеет гипс не ранее, чем через 6 минут, но не позднее, чем через 30 минут [3].

На скорость схватывания гипса влияет ряд факторов: температура, степень измельчения (дисперсность), способ замешивания, качество гипса и присутствие в гипсе примесей. Повышение температуры смеси до +30 — +37°С приводит к сокращению времени схватывания гипса. При увеличении температуры от +37 до +50°С скорость схватывания начинает заметно падать, а при температуре свыше 100°С схватывания не происходит. Степень измельчения (тонкость помола) также оказывает влияние на скорость затвердевания: чем выше дисперсность гипса, тем больше его поверхность, а увеличение поверхности двух химически реагирующих веществ, как известно, приводит к ускорению процесса. На скорость схватывания полугидрата влияет также способ его перемешивания. Чем энергичнее будет замешиваться смесь, тем полнее станет контакт между гипсом и водой и, следовательно, тем быстрее схватывание. Отсыревший гипс затвердевает значительно медленнее, чем сухой. Такой гипс лучше всего просушить при температуре +150 — +170°С. Во время просушивания необходимо постоянно помешивать гипс, так как вследствие его плохой теплопроводности возможно неравномерное нагревание, что приводит к частичному образованию таких продуктов, как нерастворимый ангидрид и т. п.

В работе также важно соблюдать правила хранения гипса. Полуводный гипс обладает значительной гигроскопичностью, поглощая атмосферную влагу, он портится, и схватывание его становится хуже. Поэтому рекомендуется хранить гипс в хорошей упаковке (металлических бочках, плотных бумажных мешках), желательно в сухом и теплом месте и не на полу. Это препятствует его отсыреванию. Длительное хранение гипса даже в хорошо укупоренной таре и без доступа влаги делает его непригодным, так как гипс слёживается в комки, а иногда вовсе не схватывается. Объясняется это тем, что полугидрат является нестойким соединением и между его частицами происходит перераспределение воды, в результате чего образуется более устойчивое соединение — двугидрат и ангидрид.

2(CaS04)*Н20 =  CaS04*20 + CaS04 

К достоинствам гипса следует отнести то, что он позволяет получать чёткий отпечаток поверхности, доступен и дёшев, безвреден, не обладает неприятным вкусом и запахом, практически не даёт усадки, не набухает при смачивании водой и легко отделяется от модели при употреблении простейших разделительных средств (вода, мыльный раствор и т. п.).

Высокая текучесть обеспечивает хорошую способность заполнения формы, а также высокое сопротивление на сжатие и твёрдость [2].

Общее правило – гипса в смеси должно быть около 30-35 процентов. Если больше – смесь теряет огнеупорность, если меньше – теряет прочность. Обязательно в составе смеси должны быть мелкие (пылевидные) и более крупные фракции наполнителя. Мелкие передают тонкие рельефы, крупные повышают прочность и стойкость к растрескиванию [4]. В качестве затворителя (для приготовления суспензии и её затвердевания) применяют дистиллированную воду из расчёта 0,32…0,42 л на 1 кг смеси [5].

 2. Наполнители для гипсовых форм

Это главным образом динасовые и кварцевые (из плавленого кварца) огнеупоры. Их основу составляет кремнезём, содержание которого в зависимости от назначения и сорта изделия колеблется в пределах 93-98 %.

Кремнезём в природе существует в виде кварцевого песка, кварцитов, горного хрусталя, песчаников, примеси в глинах и каолинах и в виде составной части многих изверженных пород [6]. В качестве огнеупорной основы наибольшее распространение получили кварцевые пески. По происхождению они относятся к осадочным горным породам, которые получаются в результате разрушения изверженных или первичных горных пород (гранита, диабаза, базальта и др.). важнейшей их характеристикой является время отложения и кратность переноса. Наиболее округлые и равные по величине зерна имеют пески, которые в течении длительного времени подвергались многократным переносам и повторным отложениям. Основой кварцевых песков является кремзём или оксид кремния, SiO2. Минерал кварц имеет плотность 2,65 г/см3, твёрдость 7 (по шкале Мооса), температуру плавления 1713ºС. При нагреве кварц претерпевает несколько аллотропических превращений, которые сопровождаются изменением объёма.

При заливке металла в форму зерна кварцевого песка нагревают до различной температуры и претерпевают объемные изменения. В результате зерна частично растрескиваются и разрушаются.

Формовочный песок состоит из зерновой части и глинистой составляющей. В соответствии с ГОСТ 2138-91 к зерновой части относятся зерна размером более 22мкм, к глинистой составляющей – менее 22мкм.

В формовочных песках помимо кварца присутствует и другие минералы: полевые шпаты, слюды, гидраты оксидов железа и т.д. Наиболее качественной является та огнеупорная основа (кварцевый песок), которая содержит минимальное количество пылевидной фракции и минеральных примесей, которые при взаимодействии с расплавом могут образовывать легкоплавкие соединения.

В целях повышения качества формовочных песков их обогащают путём водной обработки, потоки воды удаляют пылевидную фракцию, инородные оксиды.

Классификация формовочных песков по составу в соответствии с ГОСТ 1238-91 представлена в таблице 2, из которой следует, что наиболее качественным являются обогащённые пески.

Фракционный состав песка определяют путём просеивания через 11сит с размерами ячеек от 2,5 до 0,005 мм. Остаток песка, расположенный на трёх смежных ситах, называют основной фракцией песка. Её содержание не должно быть менее 70 % (таблица 3).

Наиболее крупные пески (группа 04 и 0315) применяют для приготовления стержневых смесей. Пески группы 02 – 01 входят в состав формовочных смесей. Пески групп 0063 и 005 используют для приготовления противопригарных красок.

В зависимости от распределения на ситах основной зерновой фракции пески разделяют на категории А и Б. Если остаток на верхнем из трёх смежных сит больше, чем на нижнем, пески относят к категории А, если меньше – к категории Б.

Таблица 2. Классификация формовочных песков по составу

Песок Класс Содержание глинистой составляющей, % содержание кремнезёма, SiO2, % Содержание вредных примесей, % не более
Оксиды щелочных и щёлочноземельных металлов Оксиды железа
Обогащённый кварцевый об 1 К 0,2 98,5 0,40 0,20
об 2 К 0,5 98,0 0,75 0,40
об 3 К 1,0 97,5 1,00 0,60
Кварцевый 1 К 2,0 97,0 1,20 0,75
2 К 2,0 96,0 1,50 1,00
3 К 2,0 94,0 2,00 1,50
4 К 2,0 90,0 не регламентируется не регламентируется
Глинистый: тощий полужирный жирный

очень жирный

 

Т

П

Ж

ОЖ

 

2,0-10,0

10,0-20,0

20,0-30,0

30,0-50,0

не регламентируется

В маркировке песка на первом месте стоит обозначение класса, на втором – зерновой группы, на третьем – категории. Например, маркировка об 1К02А означает: обогащённый кварцевый песок класса об 1К зерновой группы 0,2 категории А [7].

Таблица 3. Классификация формовочных песков по размеру зёрен.

Песок Группа Размер зёрен основной фракции, мм
Грубый 063 1,000-0,400
Очень грубый 04 0,630-0,315
Крупный 0315 0,400-0,200
Средний 02 0,315-0,160
Мелкий 016 0,200-0,100
Очень мелкий 01 0,160-0,063
Тонкий 0063 0,100-0,005
Пылевидный 005 0,063 и менее

Кремнезём может существовать при атмосферном давлении в виде нескольких кристаллических и одной аморфной модификации. Полиморфные превращения кремнезёма предопределяют как технологию, кремнезёмистых изделий, так и их свойства. Кремнезём известен в следующих восьми модификациях: α-кварц, β-кварц, а-тридимит, β-тридимит, γ-тридимит, а-кристобалит, β-кристобалит, кварцевое стекло. Модификация, стабильная при наивысших температурах, обозначается через α. Следующая модификация, возникающая по мере охлаждения, обозначается через β. β-кварц, стабильный при обычной температуре, при температуре 573°С переходит в α-кварц. α-кварц при обычных температурах не существует, устойчив только в интервале температур 573—870°С. При температуре 870°С α-кварц медленно и только в присутствии сильного плавня-минерализатора (Na2WO4) переходит в α-тридимит. В присутствии обычных минерализаторов, применяемых в заводской практике, α-кварц переходит в α-тридимит через промежуточную фазу — метакристобалит — при температуре 1200—1470°С, если в массе нет плавней, то при температуре 1300—1450°С. При достаточно быстром нагреве до температуры выше 1600°С можно расплавить кварц, минуя переход его в другие модификации.

α-тридимит в природе не встречается, так как область его стабильности 870—1470°С. При охлаждении через промежуточную фазу (β-тридимит) переходит в γ-тридимит. Выше 1470°С переходит в α -кристобалит.

β-тридимит является промежуточной модификацией, не существующей ниже 117 и выше 163°С. γ-тридимит, хотя и является неустойчивой модификацией, существует при обычных температурах в течение неограниченного времени.

α -кристобалит устойчив в интервале 1470—1713°С и при 1713°С плавится. При температуре ниже 1470°С α -кристобалит неустойчив и при 230°С полностью переходит в β-кристобалит.

β-кристобалит, хотя и является неустойчивой модификацией, но подобно γ-тридимиту может существовать при обычных температурах неопределённо долго. В природе встречается редко. При нагревании в интервале 180 — 270° С быстро переходит в α -кристобалит [8].

При переходе из одной модификации в другую происходит значительное изменение объёма, что необходимо учитывать при разработке технологии производства и условий эксплуатации огнеупора.

Схематически переход можно представить так: (рис. 1)

 

По горизонтали отложены стабильные модификации, по вертикали – нестабильные и температуры превращения одной модификации в другую, указаны также изменения объёма при превращениях.

Горизонтальные превращения протекают медленно и практически необратимо, превращения в пределах одной модификации (вертикальные) протекают сравнительно легко и являются обратимыми. Как видно, примерно при 600ºС протекают все превращения в метастабильных фазах.

Кремнезём широко распространён в природе (примерно 60% земной коры состоит из SiO2), однако значительные его части находятся в соединении с другими оксидами, образуя минералы с низкой огнеупорностью[6].

Динас — огнеупорный материал с содержанием SiO2 не менее 95%, изготовленный из кварцевого сырья на известковой или иной связке и обожжённый при температуре, обеспечивающей полиморфное превращение кремнезёма в тридимит и кристобалит (в любом случае она должна быть выше 870°С) [8].

Породы, используемые для изготовления динаса тоже состоят из кварца (т.н. кварциты; укр. – овруч). Но в них он находится в виде мелких кристаллов, сцементированных тонкодисперсным кремнезёмом. Это так называемые кварциты. Для изготовления динаса используется также песок с высоким содержанием SiO2, некоторые минералы, например, маршалит и др [6].

По микроструктуре кварциты делятся на цементные и кристаллические. Для производства динаса применяют кристаллические кварциты. Они сохраняют достаточно плотную структуру и после обжига, однако скорость фазовых превращений в них незначительна. В качестве включений в кварцитах встречаются слюда, анортит, щелочные полевые шпаты, кальцит, глинистые и углеродистые частицы, железный колчедан и др. Содержание значительного количества примесей (например, слюды, анортита) может вызвать при обжиге появление выплавок. Для производства динаса имеют значение свойства кварцита: макро — и микроструктура, огнеупорность, пористость, механическая прочность и отношение к обжигу (изменение плотности и пористости при обжиге).

В кристаллических кварцитах зерна кварца непосредственно сцеплены между собой и содержат незначительное количество природного (SiO2) цемента. По характеру сцепления зёрен различают кристаллические кварциты с зубчатой и мозаичной структурой. Цементные кварциты представляют конгломерат кварцевых зёрен различных размеров, сцементированных кремнезёмистым веществом — цементом, относительное содержание которое в них составляет 15—85%. Цементирующее вещество имеет скрытнокристаллическое строение. Зерна кристаллов кварца в цементных кварцитах не соприкасаются между собой, они как бы погружены в цементирующее вещество.

Для изготовления динасов применяют кварциты и пески, которые для удаления глинистых фракций промывают водой. Составляют шихту требуемого химического состава, куда входит и бой динаса, и подвергают её помолу и рассеву. В этом материале не должно быть более 1%Al2O3 и 0,3 % (Na2O + K2O). После помола и рассева готовят смесь с зерновым составом 45% крупной фракции (не более 3мм), 10% средней и 45% мелкой (0,09-0,50мм) фракции. В эту смесь добавляют пластификатор (гашеную известь) в количестве не более 3,5% CaO, минерализаторы (оксиды щёлочноземельных металлов и закись железа – по 1,5%) и ССБ. ССБ играет роль клеящей добавки, обеспечивающей сырцу необходимую прочность.

Полученные заготовки медленно сушат при температуре не более 150-180ºС в течение 8-10 часов.

Обжиг изделий ведут по сложному режиму с предварительным подогревом. В процессе обжига происходит расширение сырца в результате полиморфных превращений, образование силикатов, тридимита и кристобалита.

Обжиг производится по сложному температурному режиму, учитывающему полиморфные превращения и предусматривающему соответствующие температурные остановки:

Подогрев              (tº<700ºC)                              22 ч

Подогрев              700 – 1000ºC                          24 ч

Обжиг                   1000 – 1400ºC и выдержка   30 ч

Охлаждение         1400 – 300ºC                          27 ч

Охлаждение         300 – 50ºC                              25 ч

Итого                           128 ч

 

Термостойкость динаса плохая и не превышает 1 – 2 водяных теплосмен вследствие кристобаллитного эффекта (β кристобалит переходит в α – кристобалит при температуре 180-270°С , +2.8% ΔV) и превращения β кварца в α кварц при 500-600°С, + 0.82% ΔV. Поэтому динас нельзя охлаждать ниже температуры 600-700ºС. Выше этого предела динас демонстрирует хорошую термостойкость. При содержании в динасе 95-98% SiO2 его огнеупорность достигает 1710-1730ºС, температура начала деформации под нагрузкой колеблется в пределах 1650-1670ºС [6].

Маршалит — пылевидный кварц (горная мука, кварцевый мелит, пылевидный кремнезём) — мучнистая масса тонкодисперсного кварца, обычно безукоризненно белого цвета. Состоит из угловатых зёрен кварца с примесью халцедона, опала, карбонатов и глинистых минералов. Потери при прокаливании 0,55—1,42%. Маршалит отличается высокой дисперсностью и низким содержанием окислов железа. Преобладающей фракцией (св. 80%) являются зерна меньше 0,01 мм. Объём пустот в природном маршалите достигает 60%. Удельная поверхность 1130—1500см2/г, огнеупорность 1650—1710°С [9].

Кристобалит встречается в составе всех фирменных формовочных масс на основе гипса. Это огнеупор – близкий родственник кварца, но с уникальными свойствами, делающими его практически незаменимым. При нагревании до 300-450 градусов гипс начинает быстро терять воду (не ту, которая мокрая, а ту, которая в составе его молекулы) и сжиматься. Все наполнители, кроме кристобалита, при этой температуре ещё не начинают расширяться, и не могут компенсировать сжатие гипса. (Кварц, например, начинает расширение при 500-550 градусах). Кристобалит же расширяется уже при 270-300 градусах, и компенсирует усадку гипса. В результате, наличие кристобалита в составе других наполнителей лучше всего препятствует растрескиванию формовочной массы [4].

Применение кристобалита даёт возможность при литье в горячую форму (температура около 350 – 400°С) получить её расширения до 1,85%, что компенсирует усадку сплавов с относительно небольшой усадкой во время твердения (сплавы на основе золота и др.). Формовочные массы на основе кристобалита имеют определённые преимущества по сравнению с кварцевыми. Кристобалит расширяется больше, чем кварц, и может полностью компенсировать усадку сплавов на основе золота. Для более полной компенсации усадки отливка расплавленный металл заливают в формы до температуры, при которой кристобалит находится в β-форме. Таким образом, форма с кварцевого песка должна быть нагрета до 700°С, а с кристобалитом – всего до 450°С.

Методом смешения в разных пропорциях кварца и кристобалита получают формовочные смеси с различной величиной термического расширения (в пределах от 0,9 до 1%). Кварц может придать формовочному материалу термического расширение до 1,4%, а кристобалит – до 1,6%. Формовочные смеси на основе кварца имеют наименьшее отличие в температурном интервале 100 – 125°С и 770 – 830° С (переход кварца с α-формы в β-форму).

Материалы из кристобалита проявляют наименьшую прочность при температуре 210 – 260°С. Поэтому расплавленный металл надо заливать в форму, нагретую до температуры, которая выше температуры, когда прочность формовочного материала минимальна [1].

Шамот — огнеупорная глина или каолин, обожжённые до потери пластичности, удаления химически связанной воды и той или иной степени спекания.

Шамот получают обжигом (преимущественно при 1300—1500 °С) во вращающихся, шахтных или других печах исходного сырья в виде естественных кусков или брикетов, приготовленных на ленточных, вальцевых и других прессах. Степень спекания шамота характеризуется водопоглощением, которое обычно составляет от 2—3 до 8—10 % (для «низкожжённого» шамота 20—25 %) [10].

3. Добавки, регулирующие свойства гипсовых смесей

Особое значение при работе с гипсом имеют соли-катализаторы. Они обычно ускоряют процесс схватывания гипса. Наиболее эффективными являются такие ускорители, как сульфат калия или натрия, хлорид калия или натрия. При увеличении концентрации свыше 3% они, наоборот, замедляют схватывание. Также в качестве ускорителя применяют 2-3% раствор поваренной соли. Ингибиторами затвердевания гипса являются сахар, крахмал, глицерин.

Катализаторы — вещества, ускоряющие химические реакции.

Ингибиторы — вещества, замедляющие протекание химических реакций или прекращающие их.

Между скоростью твердения гипса и его прочностью имеется, как правило, обратная зависимость: чем быстрее протекает схватывание, тем меньше прочность полученного изделия, и наоборот, чем медленнее смесь твердеет, тем она прочнее. Например, замешивание гипса на растворе буры даёт ощутимое замедление твердения, в результате чего образуется очень прочный продукт [2].

Для затворения в качестве растворов-ингибиторов применяют 5-10%-ный столярный клей, а также некоторые растворы: 2-3%-ный – буры; 5-6%-ный – сахара; 5%-ный – этилового спирта.

Придаёт крепость гипсу пропитка его изделий в течение суток раствором 5%-ного борнокислого аммония, нагретого до 30 градусов. Заметим, что борнокислый аммоний необходимо правильно приготовить. И делают это так. Сначала в тёплый раствор борной кислоты в воде добавляют при помешивании небольшими порциями нашатырный спирт до тех пор, пока лакмусовая бумажка не начнёт окрашиваться в синий цвет (жидкость имеет рН = 6-7). После чего жидкости дают постоять.

С увеличением количества воды, добавляемой для затворения гипса, прочность последнего снижается, так как избыток воды испаряется, в результате чего в гипсе образуются поры. [3].

Для замедления сроков схватывания в гипс также вводят специальные добавки: известь, поверхностно-активные вещества, являющиеся отходами химической промышленности (мылонафт, омылённые остатки синтетических жирных кислот, композиции этих веществ с сульфатно-дрожжевой бражкой). При применении в качестве замедлителя мездрового (столярного) клея (0,2-2% от массы гипса) схватывание его происходит через 40 мин после затворения водой. Чтобы замедлить процесс схватывания в два-три раза (15-20 мин), добавляют столярный клей (0,3-0,5%), обработанный известью. Для этого 1 мас. ч. клея замачивают в 5 мас. ч. воды в течение 15 ч, после чего добавляют 1 мас. ч. известкового теста и кипятят 5-6 ч, постоянно помешивая. Полученный клей не загнивает при хранении [11].

В целях регулирования процессов термического расширения и скорости схватывания в формовочные смеси вводят добавки в количестве до 2% (натрия хлорид, ортоборатная кислота и др.). Так, добавка буры увеличивает время схватывания и уменьшает термическое расширение. Добавляя порошок сырого гипса, можно уменьшить время схватывания и увеличить терм. расширение [12].

Добавка асбеста в гипс резко уменьшает количество трещин при высушивании и прокаливании формы. Асбест — волокнистый минерал. Формула его химического соединения 3MgO•2SiO2•2H2O (гидросиликат магния). Особенностью асбеста является его способность разделяться на более мелкие волокна. Асбест не горит, но при нагреве до 800°С теряет кристаллизационную воду 2Н2O и рассыпается в порошок [13].

Таблица 4. Добавки и их действие на гипсовую формовочную смесь.

Добавки Процентное содержание добавки в растворе, % Воздействие
Сульфат калия K2SO4 <3 ускоряет процесс схватывания
Сульфат калия Na2SO4 <3 ускоряет процесс схватывания
Хлорид калия, KCl <3 ускоряет процесс схватывания
Хлорид натрия NaCl <3 ускоряет процесс схватывания
Бура 2 – 3 замедляет процесс твердения и уменьшает термическое расширение
Сульфат калия K2SO4 >3 замедляет процесс твердения
Сульфат калия Na2SO4 >3 замедляет процесс твердения
Хлорид калия, KCl >3 замедляет процесс твердения
Сахар 5 – 6 замедляет процесс твердения
Крахмал замедляет процесс твердения
Глицерин замедляет процесс твердения
Столярный клей 5-10% замедляет процесс твердения
Этиловый спирт 5 замедляет процесс твердения
Порошок сырого гипса   ускоряет процесс схватывания и увеличивает термическое расширение
Борнокислый аммоний 5 Придаёт крепость гипсу
Асбест   Уменьшает растрескивание гипсовой формы при сушке и прокалке

 

  1. 4. Особенности гипсовых смесей

Формовочные материалы, в которых связующим веществом является гипс, называются гипсовыми. Особенностями гипсовых смесей является хорошая текучесть при добавлении в смесь воды, а также низкая теплопроводность по сравнению с известными формовочными материалами. Это позволяет медленно заполнять форму и создавать направленное затвердевание. Прочность гипсовой формы можно изменить введением различных добавок.

Гипсовые формовочные смеси находят применение при литье сплавов, имеющих температуру плавления до 1100ºC. При литье сплавов с более высокой температурой плавления пользоваться такими смесями не следует. Уже при температурах свыше 400-500°С наступает частичное разложение гипса с образованием сернистого газа, сероводорода и других газообразных продуктов. Однако при температурах плавления сплавов до 1100 º C применение гипса для связи, огнеупорных наполнителей допустимо, так как действие высокой температуры за очень короткое время практически не успевает вызвать разрушение оболочки и на качестве небольшой по массе отливки не сказывается. Следует учитывать некоторые особенности гипсовых формовочных материалов, связанных со свойствами гипса [14]:

Во время твердения формовочная масса расширяется (вследствие уменшения плотности массы, обусловленной задержкой воды между кристаллами огнеупорного наполнителя). Когда заполненную опоку в начальной стадии затвердения погрузить в воду, то происходит насыщение формовочной массы водой, что приведёт к ещё большему её расширению. Суммарная величина гигроскопичного расширения может достигать 1-2%.

Во время термической обработки опоки, проводимой с целью выжигания воска, наблюдается дегидратация гипса, и он даёт усадку (до 2%).

Низкая теплопроводность гипсовых форм затрудняет получение плотных отливок из алюминиевых сплавов с широким интервалом кристаллизации. Поэтому основной задачей при разработке литниково-прибыльной системы для гипсовых форм является предотвращение образования усадочных раковин, рыхлот, оксидных плёнок, горячих трещин и недоливов тонких стенок. Это достигается применением расширяющихся литниковых систем (Fст:Fшл:Fпит=1:2:4), обеспечивающих низкую скорость движения расплавов в полости формы, направленным затвердеванием тепловых узлов в сторону прибылей с помощью холодильников, увеличением податливости форм за счёт повышения содержания кварцевого песка в смеси. Заливку тонкостенных отливок ведут в нагретые до 100-200 °С формы методом вакуумного всасывания, что позволяет заполнять полости толщиной до 0,2 мм. Толстостенные (более 10 мм) отливки получают заливкой форм в автоклавах. Кристаллизация металла в этом случае ведётся под давлением 0,4—0,5 МПа [15].

 

 

 

Список литературы

[1] – лекции по зубному протезированию

[2] – http://stom-portal.ru/materialovedenie/tverdie-ottisknie-materiali

[3] – http://www.dokatorg.com/gips.htm

[4] – http://angelusvenefica.ru/forum/49-71-1

[5] – http://uvelir.info/articles/26660/

[6] – http://uas.su/books/refrectory/41/razdel41.php

[7] – http://www.86352-69097.ru/lite_formovochnye_materialy/

[8] – http://arxipedia.ru/teploizolyacionnye-i-ogneupornye-materialy/proizvodstvo-dinasa.html

[9] – http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-181-2/289.htm

[10] – http://www.ogneupor-plus.com.ua/index.php/shamot.html

[11] – http://www.lepnina.plasterstudio.ru/gips/gips/

[12] – http://stomatolog-umsa.poltava.ua/kafedra/metodicheskie_razrabotki_dlya_samostoyatelnoy_roboti_3-go_kursa_modul_2/dublirovanie_modeley_podgotovka_k_dublirovaniyu_dubliruyushchie_massi.html

[13] – http://delta-grup.ru/bibliot/17/96.htm

[14] – http://article-factory.ru/medicina/zubotehnicheskoe-materialovedenie/209-gipsovye-formovochnye-materialy.html

[15] – http://works.tarefer.ru/82/100204/index.html

Свойства формовочных материалов для изготовления гипсовых форм
Пролистать наверх