Реферат: Анализ методов улучшения жидкостекольных смесей

В тех случаях, когда объяснения даются, они носят противо­речивый характер, так как связываются с различными темпера­турами и не подтверждаются экспериментальными данными.

Л. Петржела отмечает, что смеси, продутые CO, легче выби­ваются из отливок, чем смеси, подвергнутые тепловому высушиванию, вследствие меньшего содержания жидкого стекла и «в связи с уменьшением прочности гидрогеля под действием тем­пературы».

В докладе на 24-м конгрессе литейщиков Л. Петржела привел другие соображения, указав, что решающее значение имеет химическая реакция между продуктами разложения ще­лочного силиката, т. е. реакция между гидратированной крем­невой кислотой и карбонатом натрия, или дальнейшая реакция образовавшегося силиката с кристаллическим кварцем:

SiOpНО + NаСО == Na SiO + СO+ рНО.

В работе отмечается, что трудность выбивки опреде­ляется содержанием щелочей. Чем меньше Nа0, тем легче вы­бивка. Минимальную прочность имеют образцы, предварительно нагретые до 600—700° C, а максимальную при 100—200º C и 800—900° С.

Л. Петржела считает, что образование стекловидной пленки является главной причиной спекания стержней и форм и ухудше­ния выбиваемости. Прочность стекловидной пленки можно умень­шить добавлением горючих порошкообразных веществ, например каменноугольной пыли, древесных опилок, молотого кокса, гра­фита и т. п. Добавление таких органических веществ как сахара, канифоли, смол и т. п. не приносит никакой пользы.

Условиям выбиваемости стержней из отливок посвящены работы: Аттертона, Нилда и Эпштейна, Тэйлора, Бэмера, Шумахера, Герстманна, Ле Серва и Сегро и других.

Во многих английских, американских и немецких работах рекомендуется введение сахара, который растворяется в жидком стекле, не вызывая его коагуляции.

Указывается, что он нейтрализует щелочность силиката и тем самым обеспечивает смесям с жидким стеклом такую же выбивае­мость, как песчано-масляных смесей.

Исследования других авторов приводят к противоположным выводам, в которых отмечается, что добавка сахара еще более затрудняет выбивку.

Петржела, изучив жидкое стекло с патентованными добавками, сообщил, что оно содержит чаще всего растворенные углеводы (сахар) или синтетические смолы, которые снижают прочность после продувки CO, что вызывает необходимость увеличения в смеси жидкого стекла и тем самым ухудшает выбиваемость стержней из отливок. Он пришел к выводу, что так называемые специальные связующие вещества заграничного происхождения не имеют каких-либо преимуществ перед стандартными жидкими стеклами, и их рекомендации преследуют прежде всего коммер­ческие цели.

Старр, рекомендуя введение в смеси сахара, в то же время пессимистически оценивает перспективы улучшения выбиваемости смесей с жидким стеклом, так как, по его мнению, создаются именно те условия, которые явились неразрешимой проблемой использования щелочных силикатов в литейном производстве.

Систематические исследования общих закономерностей усло­вий выбиваемости смесей с жидким стеклом были проведены в нашей стране в лаборатории Старо-Краматорского машиностроительного завода, а за рубежом во французском техническом центре литей­ной индустрии.

В результате исследований, проведенных на СКМЗ Г. А. Равичем и О. М. Алешечкиной, было установлено, что образцы из смесей кварцевого песка с жидким стеклом имеют два максимума прочности при предварительном нагреве до 200 и до 1000° С и два минимума — в интервале 500—800° C и выше 1250° С.

Главная заслуга Г. А. Равича и О. М. Алешечкиной заклю­чается в том, что они на основании тщательно проведенной экспе­риментальной работы опровергли существовавшее мнение и до­казали, что выгорающие органические добавки не дают эффекта при нагреве стержней до высоких температур и что их введение может быть полезным лишь при нагреве стержней до температур, не превышающих 600—700° С.

Декро и Гогюллон на основании определения прочности образцов на сжатие после их предварительного нагрева отмечают два максимума — при 500° C и при 900—1000° С. Соответственно минимальные прочности найдены ими при 700° C и выше 1000° С.

Декро и Гогюллон пытаются объяснить обнаруженные ими и другими исследователями максимумы и минимумы, соответственно затрудняющие или облегчающие выбивку стержней из отливок. Первый максимум прочности после нагрева до 500° C они объяс­няют высыханием жидкого стекла и началом его спекания. Минимум прочности при 700° C Декро и Гогюллон сначала пытались объяснить быстрым расширением кварца в этом интер­вале температур (переход α-кварца в β-кварц при 575° С), могу­щим вызвать образование трещин между зернами. Однако замена цирконовым песком, не имеющим модификационных изменений в этом интервале температур, дала тот же характер кривой. Также были отвергнуты гипотезы, объясняющие падение проч­ности при 700° C выделением CO из силиката и дегидратацией силикагеля. Поэтому Декро и Гогюллон остановились на пред­положении, что падение прочности при 700° C связано с превраще­ниями бисиликата натрия, кристаллическая форма которого изменяется при 678 и 707° C; при нагреве до этих температур, по их мнению, образуется неоднородная структура, лишенная свя­зующей способности.

Второй максимум при 900—1000° C вызывается тем, что некарбонизированный крепитель становится жидким, начиная с 800° C, и взаимодействует с поверхностью зерен кварца.

Вторым источником прочности является NaО, образующийся в результате разложения силиката углекислым газом. Освобо­ждающийся NaО взаимодействует с кремневой кислотой и обра­зует силикат.

Понижение прочности образцов при температурах выше 1000° C Декро и Гогюллон объясняют переходом NaО из рас­плава силиката в зерна кварца, что способствует более быст­рому превращению кварца в кристобалит, но вызывает в то же время постепенное исчезновение связующего вещества между зернами.

Это явление сопровождается у смесей кварцевого песка с жид­ким стеклом, нагретых до 1300° C, ясно выраженным прекраще­нием спекания, которое может вновь начаться в смесях, нагретых до более высоких температур (свыше 1500° С).

По-видимому, эти соображения кажутся Декро и Гогюллону недостаточно убедительными, так как они приходят к выводу, что минимум прочности после предварительного нагрева образцов до 1000° C трудно объясним.

Вышеприведенное показывает противоречия в эксперименталь­ных данных и мнениях различных авторов. Это свидетельствует о том, что в настоящее время еще недостаточно изучены общие закономерности физико-химических процессов, протекающих при нагреве и последующем охлаждении смесей с жидким стеклом. В частности, не предложены гарантийные меры, обеспечивающие легкую выбивку стержней из отливок.

1.2. Определение выбиваемости

Противоречия в экспериментальных данных, полученных различными исследователями, объясняются прежде всего несоблюдением постоянства условий экспериментов и не­совершенством применявшихся методов.

Надо признать, что объективную оценку выбиваемости стерж­ней из отливок дать очень трудно, так как смеси при их разруше­нии подвергаются различным видам нагрузок. Пленки связую­щего материала испытывают при этом одновременное действие скалывающих, изгибающих и растягивающих усилий. Если с этой позиции рассмотреть наиболее распространенные методы выбивки стержней, то общим для них является ударное воздействие на стержень.

Многие исследователи определяли выбиваемость смесей по прочности стандартных образцов на сжатие, что не может харак­теризовать способность к разрушению под действием ударной нагрузки, хотя определенная зависимость между прочностью на сжатие и выбиваемостью, по-видимому, существует.

С другой стороны, использование для определения выбивае­мости стержней встряхивающих выбивных решеток, вибрационных машин, пневматических зубил и других аналогичных приспособ­лений неизбежно вносит существенный элемент субъективности, так как трудно определить момент конца выбивки: образование пригарной корки различной толщины значительно затрудняет оценку собственно выбиваемости смесей.

Наконец, эти методы применяют обычно при изготовлении какой-либо одной, специально выбранной опытной отливки.

Поэтому полученные результаты могут быть использованы лишь как сравнительные применительно к данным или подобным отливкам и не могут быть перенесены без существенных поправок на другие отливки. Очевидно, разнообразие конфигураций, веса, типа сплава отливок и, соответственно, условий прогрева стержней настолько велико, что практически невозможно найти такую форму и размеры опытной отливки, чтобы полученные законо­мерности могли быть перенесены на большую номенклатуру литья.

Поэтому, прежде всего, было обращено внимание на выбор ме­тодики исследований, лишенной упомянутых основных недо­статков. В основу методики[11,13] была положена оценка смесей по наиболее близкому к производственным условиям показателю — работе, затрачиваемой на выбивку («пробивку») образцов, предва­рительно нагретых до различных, заданных условиями опыта, температур.