Порядок выполнения работы. Составы жидкостекольных смесей № п/п Содержание кварцевого песка
Таблица 7.1
Составы жидкостекольных смесей
| № п/п | Содержание кварцевого песка, % | Содержание жидкого стекла, % |
1. Рассчитать компоненты на 2 кг смеси и приготовить смесь в лабораторном смесителе. Продолжительность перемешивания 3 мин.
2. Приготовить девять образцов «восьмерок» для определения прочности при растяжении. Образцы изготавливаются в специальном разъемном стержневом ящике. Навеску смеси массой 110-120 г засыпают в сборный ящик и уплотняют с помощью лабораторного копра трехкратным ударом груза. Избыточный слой смеси, который не должен превышать 3 мм, срезают специальным ножом, установленном в ящике, без заглаживания.
3. Продуть по три образца углекислым газом в течение 15, 30 и 45 с. Для этого отрегулировать с помощью редуктора давления газа в пределах 0,15-0,17МПа и приложить насадку шланга к поверхности ящика.
4. Определить прочность образцов при растяжении, для чего установить образец в соответствующее приспособление прибора и разрушить. Результат испытания фиксируется прибором в МПа.
5. По окончании работы обменяться результатами исследования каждой группы и данные свести в табл.7.2.
Таблица 7.2
Результаты исследований
| № п/п | Содержание жидкого стекла, % | Время продувкиСО2, с | ||
Содержание отчета
По законченной работе оформить отчет, в котором должно быть отражено следующее:
1. Название работы
2. Цель работы
3. Краткая теоретическая часть
4. Методики проведения работы
5. Результаты работы
6. Выводы по работе
Вопросы для контроля
1. Что представляет собой связующее – жидкое стекло?
2. Как получают жидкое стекло?
3. Что такое модуль жидкого стекла и как он определяется?
4. На какие физико-механические параметры жидкостекольных смесей влияет модуль?
5. Какие марки жидкого стекла используются в литейных цехах?
6. Как выбирается необходимый модуль жидкого стекла?
7. Что входит в состав смеси для СО2-процесса?
8. Что происходит с жидкостекольным связующим при продувке смеси углекислым газом?
9. Преимущества и недостатки жидкостекольных смесей.
Лабораторная работа № 8
Изучение свойств жидких самотвердеющих смесей (ЖСС)
Цель работы: экспериментальное изучение технологии получения и свойств ЖСС в зависимости от содержания исходных компонентов.
Общие сведения
Большинство известных способов изготовления форм и стержней основаны на применении принципа уплотнения смесей под действием приложения внешних нагрузок. Совершенно иные технологические решения заложены при использовании жидких самотвердеющих смесей, которые сочетают в себе свойства жидкости, позволяющей получать формы и стержни свободной заливкой, и способность затвердевать на воздухе в заданное время. Основными преимуществами этой технологии состоят в следующем:
- резкое уменьшение трудоемкости изготовления форм и стержней;
- в 3-4 раза повышается производительность труда;
- отпадает необходимость в длительной сушке форм и стержней;
- появляется возможность комплексно механизировать и автоматизировать изготовление форм и стержней в условиях индивидуального и мелкосерийного производства;
- формирование прочности осуществляется по всему объему формы или стержня;
- повышается точность форм и стержней, что позволяет уменьшить припуски на механическую обработку отливок;
- увеличивается в 2-3 раза срок службы модельной оснастки;
- улучшаются санитарно-гигиенические условия труда на участках изготовления форм и стержней.
Составы жидких самотвердеющих смесей приведены в таблице 8.1.
Таблица 8.1
Составы ЖСС
| Наименование компонента | Содержание компонентов, % в смеси | ||
| Облицовочная смесь | Наполнительная смесь | Стержневая смесь | |
| Песок кварцевый (1-2)К(1-2)О(1-2)(02-025) | 57,0-66,5 | 58,0-67,0 | 94,0-96,5 |
| Регенерированный песок | 30,0-37,0 | 30,0-37,0 | - |
| Феррохромовый шлак | 3,0-5,0 | 3,0-5,0 | 3,0-5,0 |
| Добавка для улучшения выбиваемости | 0,5-1,0 | - | 0,5-1,0 |
| Жидкая композиция (сверх 100%) | |||
| Жидкое стекло | 6,0-7,0 | 4,0-5,0 | 7,5-8,5 |
| 10-й раствор NaOH | 0,2-0,3 | 0,2-0,3 | 0,2-0,3 |
| ПАВ (РАС, КЧНР и др.) | 0,05-0,1 | 0,005-0,1 | 0,05-0,1 |
| Примечание. В состав жидкой композиции вводится вода до плотности 1280-1320 кг/м3 |
Свойства жидкости смесь приобретает в результате введения в ее состав поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Поверхностная активность ПАВ определяется особенностями молекулярного строения вещества. Для всех ПАВ типичной является резко выраженная асимметричность молекулярной структуры. Молекула состоит из двух значительно отличающихся по свойствам частей: полярной гидрофильной группы с большим молекулярным сродством к воде – на одном конце молекулы, и длинной неполярной углеводородной группы – на другом (рис.8.1а). Полярные группы молекул ПАВ чаще всего бывают представлены в виде –ОН, -NH2, -COOH, -SO2OH, SO3Na и др. Такая особенность строения молекул ПАВ определяет и способность самопроизвольно адсорбироваться из растворов на различных поверхностях раздела жидких и газообразных фаз (рис.8.1б). Адсорбция ПАВ на границе раздела жидкость – газ приводит к снижению поверхностного натяжения растворов и проявления или других характеристик свойств, таких как пенообразование (рис.8.1в).
Рис.8.1 Схема строения дифильной молекулы ПАВ (а), ориентации молекул ПАВ на поверхности воды (б) и образование пены (в)
Возникающие при перемешивании смеси пузырьки пены располагаются между зернами песка (рис.8.2) разобщают их, снижая тем самым трение между песчинками и сводя до минимума влияние шероховатости поверхности наполнителя. Когда пространство между зернами наполнителя заполнится пузырьками пены, смесь становится жидкоподвижной и ее можно заливать в форму или стержневой ящик.
Рис.8.2 Схема ориентации молекул ПАВ вокруг зерен песка, частиц шлака в жидкой смеси
После заливки ЖСС в форму или стержневой ящик по истечении некоторого времени происходит гашение пены и смеси твердеет на воздухе. При этом постоянно увеличивается прочность равномерно по всему объему. Отверждение происходит вследствие взаимодействия жидкого стекла и феррохромового шлака (ФХШ), содержащего в своем составе r – 2CaSiO2, в результате чего образуется сложный гидросиликат (Na2O)m·(CaO)n·(SiO2)p·(H2O)q, являющийся основной структурообразующей фазой. Отличительная особенность ЖСС – высокая газопроницаемость, особенно после отверждения в течение 24 ч, когда из смеси полностью исчезает пена, а образованные пеной поры являются причиной высокой газопроницаемости смеси.
Свойства жидких самотвердеющих смесей представлены в таблице 8.2.
Таблица 8.2
Свойства жидких самотвердеющих смесей
| Параметр смеси | Время отвержде-ния, ч | Физико-механические свойства ЖСС | ||
| облицовочной | наполнительной | стержневой | ||
| Текучесть, мм | - | 120-125 | 105-110 | 130-135 |
| Устойчивость пены, с | - | 360-420 | 300-350 | 420-600 |
| Влажность, % | - | 4,5-5,0 | 5,0-5,6 | 5,0-5,6 |
| Продолжение таблицы 8.2 | ||||
| Прочность на сжатие, МПА | 0,09-0,12 | 0,03-0,05 | 0,15-0,20 | |
| 0,25-0,30 | 0,13-0,15 | 0,35-0,45 | ||
| 0,45-0,60 | 0,30-0,35 | 0,60-1,20 | ||
| Газопроницаемость, ед. | 150-200 | 100-120 | 200-250 | |
| 200-230 | 180-200 | 300-350 | ||
| 300-340 | 300-340 | 400-450 | ||
| Работа выбивки после прокалки при темпера-туре 800 °С, Дж | - | 30-45 | 30-35 | 40-60 |
Подвижность ЖСС характеризуется текучестью, которая зависит от эффективности процесса пенообразования при перемешивании смеси. Поэтому конструктивные особенности агрегатов для приготовления смеси должны обеспечивать не только хорошее перемешивание, но и достаточно интенсивное вовлечение в смесь воздуха. Этим условиям в наибольшей степени отвечают лопастные смесители периодического или непрерывного действия.
Порядок приготовления ЖСС следующий: вначале перемешиваются сухие компоненты – песок и ФХШ в течение 60-80 с, затем в смеситель подается жидкая композиция, которая приготавливается в специальной мешалке с непрерывным перемешиванием и после приобретения смесью подвижности смесь заливается в форму или стержневой ящик.
Постановка работы
Приборы и материалы, используемые в работе: лабораторный смеситель для приготовления ЖСС, миксер для приготовления жидкой композиции, стержневые ящики для изготовления стандартных образцов, прибор для определения прочности стандартных образцов, технические весы с пределом взвешивания 500 г и погрешностью ±100 мг, сухой кварцевый песок, жидкое стекло плотностью 1450-1500 кг/м3 и модулем 2,4-2,6, феррохромовый шлак, ПАВ, вода, графит кристаллический, керосин.
Каждая группа студентов приготавливает один состав смеси, приведенный в таблице 8.3.
Таблица 8.3
Составы ЖСС
| № смеси | Кварцевый песок | Феррохромовый шлак | Жидкое стекло* | ПАВ* | Вода* |
| 0,15 | 2,0 | ||||
| 0,15 | 2,0 | ||||
| 0,15 | 2,0 | ||||
| * компоненты берутся сверх 100% и вводятся в смесь песка и ФХШ в виде предварительно приготовленной жидкой композиции |