При добавке 2–3% прямогонного мазута или крекинг-остатка НСС сохраняет хорошую текучесть, высокую прочность.
Таблица 13
Влияние добавки мазута на свойства НСС
| Марка мазута или вид |
Добавка мазута в НСС, % |
Текучесть , мм |
Устой- чивость пены, мин |
Прочность, кгс/см2 ( 8*104 Па) |
Газопроница- емость, ед. |
|||
| 1 ч |
24 ч |
1 ч |
24 ч |
|||||
| 40 40 |
0,5 1,0 |
90 6–7 Смесь не течёт |
3,5 ― |
9,5 — |
102 — |
275 — |
||
| Прямо- гонный |
0,5 1,0 2,0 3,0 |
100 100 100 90 |
13 11 8 5 |
1.8 1.7 1.8 2,5 |
7,0 8,7 10,0 12 ,0 |
42 46 80 90 |
326 398 400 500 |
|
| Крекинг Остаток |
0,5 1,0 2,0 3,0 |
105 100 100 90 |
10 8 9 4 |
1,8 2,5 1,9 3,0 |
5,0 6,1 6,7 12,0 |
10 55 67 50 |
610 610 540 610 |
|
Хорошие результаты дает мазут марки 100, выпускаемый Кременчугским, Ухтинским и Новокуйбышевским заводами. Мазут марки 100 Кременчугского завода представляет собой обычный прямогонный мазут и его можно вводить в НСС до 3%. При этом текучесть НСС вполне удовлетворительная, прочность высокая (2,0—3,5 кгс/см2 , или (19,6—34,6) • 104 Па через 1 ч) и газопроницаемость хорошая (60—80 ед. через 1 ч и 500—700 ед. через 24 ч после заливки).
Мазут марки 100, а также прямогонный мазут и крекинг-остаток Ухтинского завода можно вводить до 4% без заметного ухудшения текучести и других свойств НСС, поскольку они не содержат легкокипящих примесей.
В табл. 14 показано влияние количества мазута на выбиваемость НСС.
Из таблицы видно, что мазут резко улучшает выбиваемость НСС, даже при прогреве смеси до 1200° С.
При введении органических добавок выбиваемость НСС в большой мере зависит от количества сажистого углерода, образующегося из
Таблица 14
Влияние добавки мазута на выбиваемость НСС
| Добавка мазута, % |
Работа выбивки, Дж, при нагреве НСС до температуры, °C |
||||||
| 20 |
200 |
400 |
600 |
800 |
1000 |
1200 |
|
| ― 0,5 1,0 2,0 |
2.2 2,2 2,2 2,2 |
1,8 3.0 4.0 6,0 |
1,4 2,4 2,0 1,8 |
1,6 2,0 1,5 1,3 |
2,2 1,5 1,0 0,8 |
3,2 2,0 1.5 0,7 |
5,2 2,5 1,7 0,7 |
этой добавки при нагреве смеси. Добавки, выделяющие большое количество сажистого углерода (инден-кумароновые смолы, мазут и др.), улучшают выбиваемость намного больше, чем углерод - содержащие добавки, образующие меньше сажистого углерода.
Такое влияние сажистого углерода подтверждают также опыты, при которых в НСС вместе со смолами вводили окислитель – нитрат аммония. Окислитель уменьшал количество сажистого углерода, вследствие чего выбиваемость ухудшалась. Размер частиц и распределение образовавшегося сажистого углерода оказывают большое влияние на выбиваемость НСС. Например, при вводе 0,25% сажи выбиваемость НСС составляла около 17 Дж, тогда как при вводе 0,5% инден-кумароновой смолы, из которой образуется тоже примерно 0,25% сажистого углерода, выбиваемость составляет лишь 1 Дж.
Количество выделяющегося при нагреве сажистого углерода зависит от строения вводимых в НСС органических веществ и возрастает с увеличением молекулярной массы и при переходе от линейного к циклическому строению молекулы вещества. Так, инден-кумароновые смолы, молекулы которых имеют два бензольных кольца, образуют 40–45% сажистого углерода, а синтетические смолы, молекулы которых имеют одно бензольное кольцо – 25–30 процентов.
При нагреве фенолоформальдегидных смол количество выделяющегося сажистого углерода и влияние смол на выбиваемость НСС зависят от количества находящегося в них фенола. Чем больше в них фенола, тем больше образуется сажистого углерода и тем лучше выбиваемость НСС. Рассмотренные выше резольные смолы (№ 228, 214 и др.) содержат больше связанного фенола, поэтому выделяют при нагреве больше сажистого углерода и больше улучшают выбиваемость НСС по сравнению с новолачными смолами (№ 15, 104 и др.).
По механизму действия на улучшение выбиваемости НСС органические вещества можно разделить на три группы.
К первой группе можно отнести вещества, воздействие которых на выбиваемость смеси связано с выделением при нагреве большого количества газов, например, древесные опилки с окислителем. Такие добавки эффективны при нагреве НСС не выше 700–720° С. При более высокой температуре поры в расплавленной композиции завариваются и выбиваемость НСС не улучшается. Вещества первой группы улучшают выбиваемость НСС только из чугунных отливок.
Во вторую группу входят вещества, которые при нагреве не претерпевают агрегатных изменений и в которых после нагрева до 1200°C коксовый остаток составляет 90–95%. К веществам данной группы относятся черный и серебристый графит, нефтяной и каменноугольный кокс и др. Вещества этой группы улучшают выбиваемость НСС в основном из чугунных отливок и лишь незначительно из стальных.
К третьей группе относятся вещества, образующие при нагреве значительное количество сажистого углерода, который, распределяясь в НСС, препятствует спеканию пленки композиции. В зависимости от количества выделяющегося при 1200°C сажистого углерода вещества третьей группы, в свою очередь, можно разделить на три подгруппы.
В первую подгруппу входят вещества, выделяющие до 20% сажистого углерода (торф, патока, гидрол и др.). Они эффективно улучшают выбиваемость НСС из чугунных отливок при прогреве смеси до 700–720° С.
Ко второй подгруппе относятся вещества, которые выделяют 20—30% сажистого углерода (смолы № 74 и 104, древесные опилки и др.). Они значительно улучшают выбиваемость НСС из чугунных отливок и в некоторой степени и из стальных (при нагреве НСС не более 1000–1200° С).
Вещества третьей подгруппы выделяют более 30% сажистого углерода и эффективно улучшают выбиваемость НСС как из чугунных, так и из стальных отливок. К этой группе относятся смолы инден-кумароновая, стирольно-инденовая, каменноугольная, № 236, мазут и др.
3. Выбиваемость ЖСС с жидкими отвердителями
3.1. Выбиваемость ЖСС с ацетатом этиленгликоля
Повышенное внимание литейщиков к жидкостекольным смесям с жидкими отвердителями объясняется рядом важных преимуществ этих смесей по сравнению с другими ЖСС: пониженным содержанием связующего при больших прочностных показателях, лучшей выбиваемостью из отливок и гарантией высокого качества поверхности.
Применяющиеся за рубежом жидкие отвердители, выпускаемые специализированными фирмами, представляют собой ацетаты глицерина или этиленгликоля. В нашей стране промышленное производство таких отвердителей отсутствует. В 1975 г. НПО «ЦНИИТмаш» были разработаны ЖСС с жидким отвердителем пропиленкарбонатом— сложным эфиром пропиленгликоля и угольной кислоты. Выпускается он опытными партиями ПО «Ангарскнефтеоргсинтез». Смеси с пропиленкарбонатом применяют в настоящее время на 13 заводах страны при получении стержней и форм для стальных, чугунных и алюминиевых отливок.
Из смесей с пропиленкарбонатом изготовляют: стержни для стальных отливок — на Харьковском турбинном заводе им. Кирова, Старо-Краматорском заводе им. Орджоникидзе, ПО «Электротяжмаш» (г. Харьков), «Сибтяжмаш», «Сибэнергомаш», стержни для чугунных отливок — на Гомельском и Сумском заводах «Центролит», формы для чугунных отливок — на Московском чугунолитейном заводе «Станколит» и ПО «Ташкентский тракторный завод», стержни повышенной сложности для алюминиевых отливок — на Харьковском заводе им. Малышева и др.
Однако поставка пропиленкарбоната литейному производству ограничена, и промышленный выпуск его в ближайшие годы не планируется. Кроме того, смеси с пропиленкарбонатом имеют ограниченную живучесть (Ж) 10...12 мин, затрудняющую изготовление крупных форм и стержней, особенно в летний период. Ж смесей с пропиленкарбонатом можно увеличить до 25 мин с помощью сложных эфиров фталевой кислоты, хорошо сочетающихся с пропиленкарбонатом. Однако использование на практике этого метода регулирования Ж связано с определенными неудобствами. Поэтому НПО «ЦНИИТмаш» в последние годы совместно с химиками ведет работы по получению других более технологичных сложноэфирных отвердителей с использованием относительно недефицитного и сравнительно дешевого сырья. К таким отвердителям относятся ацетаты этиленгликоля[3].
В результате исследований, проведенных НПО «ЦНИИТмаш» совместно с Дзержинским ПО «Синтез», разработана и уточнена технология синтеза отвердителей на основе ацетатов этиленгликоля, определен состав отвердителей в соответствии с требованиями литейного производства.
С помощью разработанной технологии можно получать отвердители различной активности с заранее заданными свойствами. Ж и скорость твердения смесей может регулироваться от 8...10 мин до 60.,..90 мин.
На рис. 26,а, б видна кинетика твердения смесей и Ж при применении отвердителей четырех марок. Различным маркам АЦЭГ даны условные обозначения: 1Б (быстрый) с Ж =8.. 10 мин, 2СБ (средне быстрый) с Ж=18...20 мин, ЗСМ (средне медленный) с Ж==27...30 мин, 4М (медленный) с Ж=50... 55 мин. В случае необходимости может быть получена пятая марка АЦЭГ 5ММ с Ж=90 мин. Смеси содержат 3,5 масс. ч. ЖС и 0,35 масс. ч. ацетатов этиленгликоля.
В Польше разработан и находит применение отвердитель «Флодур», представляющий собой также ацетат этиленгликоля. Разработанные автором АЦЭГ не только не уступают, но и превосходят по прочностным характеристикам смеси с отвердителем «Флодур».
Рис.26. σ
(а) и жидкотекучесть (б) смесей различных марок АЦЭГ
Сравнительные свойства смесей (основа, масс. ч.: 100 люберецкого песка; 3,5 ЖС M=2,5; p=1480 кг/м
) с 0,35 масс. ч. отечественного отвердителя АЦЭГ (смеси 1, 3) и 0,4 масс. ч. отвердителя «Флодур» (смеси 2, 4) приведены ниже.
| Ж, мин |
1 |
2 |
3 |
4 |
| 13 |
12 |
22 |
26 |
|
|
|
||||
| 1 |
1,57 |
0,53 |
0,83 |
0,47 |
| 8 |
2,13 |
1,1 |
2,6 |
1,66 |
| 14 |
4,4 |
3,5 |
5,0 |
4,1 |
,Мпа,через,ч:Выбиваемость смесей оценивалась по трудоемкости удаления опытных стержней сечением 100Х100 мм и высотой 180 мм из стальной отливки (470Х170Х180 мм, стенка толщиной 35 мм, масса 150 кг). Трудоемкость выбивки смеси для СО
--процесса, содержащей 6 масс. ч. ЖС принята за 100%, ЖСС и ПСС (с 6 масс. ч. ЖС) составила 68%, ЖСС с АЦЭГ (3,5 масс. ч. ЖС) — 38%, ЖСС с АЦЭГ (2,5 масс. ч. ЖС) — 12,5%, ЖСС с синтетической смолой— 7,5%.
При введении в смеси с АЦЭГ сахаросодержащих веществ или специальных диспергирующих поверхностно- активных ве-
Рис. 27 . Влияние относительной влажности воздуха (%) на кинетику твердения:
1—30; 2— 50; 3 — 70; 4 — 90.
ществ содержание ЖС может быть снижено с 3,5 до 2,5 масс. ч. при сохранении высоких прочностных свойств и низкой осыпаемости, что позволяет почти в 3 раза улучшить выбиваемость, приблизив ее к выбиваемости ЖСС с синтетическими смолами. По данным автора, снижение содержания ЖС на каждые 0,5 масс. ч. (без введения каких-либо добавок) улучшает выбиваемость смесей со сложноэфирными отвердителями примерно в 2 раза.
Жидкие отвердители на основе АЦЭГ выгодно отличаются от других сложноэфирных отвердителей, в частности пропиленкарбоната, тем, что позволяют снизить содержание ЖС в смеси путем понижения 
без ощутимой потери прочностных свойств в пределах допустимой осыпаемости.
Так, 
ЖС можно снизить с 1480...1500 до 1400 и 1450 кг/м
при том же содержании в смеси разбавленного ЖС и тем самым дополнительно улучшить ее выбиваемость. В смесях с пропиленкарбонатом снижение плотности ЖС приводит к заметному сокращению Ж, падению прочности и повышению осыпаемости.
На кинетику твердения и прочность смесей большое влияние оказывает относительная влажность (W) воздуха (рис. 27). Чем выше относительная W, тем медленнее темп нарастания прочности и ниже ее абсолютные значения. С повышением W с 30 до 90%, что соответствует дождливой сырой погоде, прочность снижается почти в 3 раза, однако это не оказывает существенного влияния на качество готовых стержней и возможность их дальнейшего использования.
Отличительной особенностью смесей со сложными эфирами является их хорошая сыпучесть из-за низкого содержания в смеси жидкой фазы. Вследствие этого смеси обладают легкой уплотняемостью, что позволяет использовать виброуплотнение взамен встряхивания, прессования, пескометной формовки и пр.
Для смесей с жидкими отвердителями характерен высокий темп нарастания прочности после окончания живучести, что имеет весьма важное значение для сокращения цикла изготовления форм и высвобождения оснастки. Извлечение моделей из затвердевшей формы можно осуществлять при достижении смесью манипуляторной прочности, величина которой для такого типа смесей <0,4 МПа. На рис. 28 .представлены соответствующие данные по кинетике нарастания прочности смесей со сложными эфирами пои различной Ж, изменяющейся в интервале 7...110 мин. Смеси приобретают манипуляторную прочность в течение времени, превышающего Ж примерно в 1,5—2 раза.
Рис. 28. Кинетика твердения смесей с различной живучестью, мин:
1—1; 2—14; 3—23; 4—38; 5—84; б— 110
Смеси с жидкими отвердителями могут заменять жидкостекольные ЖСС,. ПСС, СО
- процесс, а, в ряде случаев, и ЖСС с синтетическими смолами и применяться для изготовления форм и стержней.
ЖСС со сложноэфирными отвердителями и технология изготовления из них форм и стержней имеют следующие преимущества:
высокую общую и поверхностную прочность форм и стержней при пониженном содержании связующего;
улучшенную выбиваемость по сравнению с выбиваемостью известных жидкостекольных смесей;
удобство работы с жидкими отвердителями вместо порошкообразных (феррохромового шлака или нефелинового шлама);
повышение чистоты и качества , резкое сокращение дефектов и брака отливок по ужимам., пленам и песочным раковинам;
заметное снижение трудоемкости изготовления форм и стержней;
небольшую токсичность и соответствие повышенным санитарно-гигиеническим требованиям.
К недостаткам смесей со сложными эфирами можно отнести:
более высокую, чем у ЖСС с синтетическими смолами, хрупкость, что может вызывать поломки при изготовлении стержней повышенной сложности;
более трудоемкую, чем у ЖСС со смолами, выбиваемость из отливок;
пониженную водостойкость, в связи с чем рекомендуется применять преимущественно самовысыхающие противопригарные покрытия.
Смеси с АЦЭГ сопоставимы по стоимости со смесями для СО - процесса (с учетом стоимости углекислого газа).
3.2. Выбиваемость ЖСС с жидким
кремнийорганическим отвердителем .
Жидкостекольные самотвердеющие смеси с жидким кремнийорганическим отвердителем предназначены
9-09-2015, 15:28