ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Л. А. Кучкоров, Н. К. Турсунов

Ташкентский государственный транспортный университет

АННОТАЦИЯ

Проведены исследование состава формовочных смесей различного состава. Получены количественные зависимости влияния добавок в рецептуру смесей.

Ключевые слова: Стержневые смеси, выбиваемость, газопроницаемость, прочность смесей, бентонит, кварцевый песок, мел, известь.

STUDY OF THE COMPOSITION OF FORMING AND ROD MIXTURES FOR INCREASING THE MECHANICAL PROPERTIES

ABSTRACT

A study of the composition of molding sands of various compositions was carried out. Quantitative dependences of the influence of additives in the formulation of mixtures were obtained.

Keywords: Core mixes, knockout, gas permeability, mix strength, bentonite, quartz sand, chalk, lime.

Затрудненность при выбиваемости стержней из отливок, изготовленных из различных смесей, является одним из не мало важных проблем производства. На разных предприятиях встречаются разные ситуации, связанные с выбиванием стержней из отливок. Если на одном заводе стержни легко выбиваются из отливок, на других возникают трудности с выбивкой стрежней; а некоторых случаях выбивка оказалась настолько проблематичной, что возникли серьезные осложнения в использовании гидравлической выбивки, которое является современным механизированным средством удаления стержней. Для устранения подобных проблем и для улучшения выбивки стрежней, во всем мире проделаны множество работ.

Были проведены множество исследований и проверены эффективности различных добавок в большом количестве органического и неорганического происхождения.

Например, в России было проверено влияние на условия выбивки стержней: древесного и каменного угля, кокса, черного и серебристого графитов, древесного пека, битума, нефтяных масел, патоки, декстрина, сульфитно-

спиртовой барды, пульвербакелита, МСБ, древесной муки и опилок, глины, цемента, извести, шамота, магнезита, фосфорита и других [1-4].

В Европейских странах проводились ни только этих, но других добавок таких как, сахар, железная окалина, нафталин, патентованные добавки и пр. Исходя из этих исследований пришли к выводам что, оптимальной решением является, добавление органических добавок в малом количестве.

Но введение таких добавок ни всегда давало положительных результатов, и вовсе оказалось не эффективным.

Некоторые исследователи исходили из представлений о необходимости вызвать разрушение прочной пленки жидкого стекла, цементирующей отдельные зерна кварцевого песка, при помощи разнообразных добавок главным образом органического происхождения [5,6].

Проведенные опыты не дали никаких положительных результатов по решению этой проблемы, что, безусловно не исключило возможности улучшения выбиваемости стержней из отливок в отдельно взятых случаях. После того как, в производстве и в научной сфере поняли, как можно достичь ожидаемых положительных результатов по повышению показателей выбиваемости, можно только объяснив сложные процессы, которые протекают в жидкостекольных смесях при их заливке металлом, постепенно начали проработывать систематические исследования по этому вопросу.

Выбиваемость смеси в основном оценивалась многими специалистами по пределу прочности при сжатии образцов, сначала нагретых до высоких температур, и далее охлажденных. Однако, во многих работах не даются объяснения причины выбранных температур нагрева, т.е. не объясняется увеличения прочности образцов при их предварительном нагреве до одной температуры и изменение прочности при нагреве до другой температуры [7-10].

Эксперименты по исследованию состава формовочных и стержневых смесей проводили в дочернем предприятие «Литейно-механический завод», г. Ташкент. Для исследования стержней были приготовлены 4 варианта смесей. Смеси были приготовлены из кварцевого песка марки 2K20202, глина бентонитовая марки П1Т2, жидкое стекло, известь, мел (СаСОЗ) и сахар.

Приготовление смеси производилось путём ручного перемешивания в специальной таре, сперва перемешивались порошкообразные компоненты, а затем добавлялось расчётное количество жидкого стекла.

Смеси с добавками извести, мела и сахара представлено в таблице 1 .

Таблица 1 - Количественное отношение компонентов смеси

Компоненты Массовая доля компонентов, %

№0 №1 №2 №3

Кварцевый песок 96 94 92 90

Исходные Глина бентонитовая 4 4 4 4

Жидкое стекло 6 6 6 6

Известь 0 2 4 6

Добавки Мел 0 2 4 6

Сахар 0 2 4 6

Для испытания на выбиваемость были изготовлены образцы высотой 30 мм и диаметром 50 мм (Рис. 1, а), уплотненные тремя ударами на автоматическом копре. После уплотнения образцы удалялись из гильзы и передавались на сушильную камеру.

Рисунок 1 - Образцы для испытания механических свойств

Сушка готовых образцов производилась в электрическом сушильном шкафу, после чего образцы подвергались испытаниям. Приготовленные образцы, для приобретения оптимальной прочности, сушились в электрическом сушильном шкафу, при 200 °С в течении 30 минут. Затем, после охлаждения образцов до комнатной температуры, они подвергались нагреву до температуры 600 ± 10°С, выдерживались при этой температуре в течение 30 мин и медленно в течении 2-х часов охлаждались в печи.

Для определения работы, затрачиваемой на выбивку смеси, использовали аналитическую зависимость на основе потенциальной энергии определенной массы, воздействующей на испытуемый образец.

Полученные образцыбыли взвешены предварительно на весах (ГОСТ 24104-88, погрешность ±0,01г), затем плотно, без зазора, вставлялись в металлическую гильзу б, которая, в свою очередь, устанавливалась на поддон в. В дне поддона имелось отверстие диаметром 22 мм для свободного выхода бойка г, пробивающего образец, а.

С помощью автоматического копра были нанесены на образцы по 10 ударов. Разрушенная часть пробы снова взвесилась на весах (ГОСТ 24104-88, погрешность ±0,01г) и полученные результаты.

В процессе исследования образцов на выбиваемость параллельно были изучены физические свойства смеси как газопроницаемость и прочность на растяжения.

При определении газопроницаемости сухого помещали в специальную гильзу, под давлением 980,7 Па через образец пропускали 2000 см3 воздуха.

Для определения предела прочности при растяжении формовочных и стержневых смесей, изготовили образцы по ГОСТу 23409.7-78.

Работа по разрушению образцов в зависимости от содержания добавки после сушки при температуре 200 оС представлено в таблице 2 и на рисунке 2.

Таблица 2-Работа по разрушению образцов в зависимости содержания добавки

Добавки Затраченная работа на разрушений, Дж

Исходный 525,40

Добавки, % 2 4 6

Мел 243,90 272,60 125,14

Известь 860,83 573,89 243,90

Сахар 860,83 478,24 358,68

Рисунок 2 - Работа, затрачиваемая на разрушение образцов

Как видно из рисунка 2 добавка в смесь 2 % извести, как и сахара увеличивает величину работы по разрушению образцов, а введение смесь 2 % мела позволило снизить работу по разрушению образцов в 2 раза. Присутствие в смеси 4 % извести и такого же количества сахара практически не оказывает влияния на работу по разрушению образцов, а содержание в смеси 4 % мела снижает величину работы почти в два раза. Увеличенное до 6 % содержание в смеси извести и сахара позволили снизить работу в два раза, а добавка мела уменьшает работу по разрушению образца в 3 раза.

На следующем этапе эксперимент проводился с добавлением 6-ти процентов каждого из этих материалов. Проведённые испытания тех же свойств образцов показали, примерно, одинаковые значения, которое оказались гораздо ниже чем образцы с 2 % и 4 %-ными добавками.

Проведённые испытания на прочность образцов типа «восьмёрок» показали следующие результаты в соответствии таблицей 3 и рисунком 3. Таблица 4 - Результаты испытании на прочность при растяжении

Образцы Прочность на растяжение, Па

Исходный 184,00

Добавки, % 2 2 2

Мел 134,10 134,10 134,10

Известь 80,58 80,58 80,58

Сахар 190,95 190,95 190,95

Рисунок 3 - Прочность при растяжении образцов

Как видно из рисунка 3, 2 % -ная добавка сахара и извести снижают показатели прочности, а при добавлении мела происходит некоторое увеличение показателей прочности смеси, а 6 % -ная добавка извести и мела уменьшают показатели прочности, а сахар увеличивает этот показатель почти в 1,5 раза.

Выводы. Была опробована технология со сниженным, т.е. менее 6%-ным, содержанием жидкого стекла, так как жидкое стекло обладает исключительно высокой адгезией к кварцу, то протекает когезионный тип разрушения смеси. В результате прочность смеси будет непосредственно зависеть от количества,

введенного в нее связующего материала. Чем меньше жидкого стекла будет введено в смесь, тем легче окажется выбивка стержней из отливок.

Исследование влияния различных факторов на условия выбивки стержней из отливок показало перспективность направления для поиска материалов и технологий, снижающих работу при их выбивке.

REFERENCES

1. Ромашкин В.Н., Валисовский И.В.Смеси с улучшенными техно-логическими свойствами. //Литейное производство. -1990. -№2. -c.17-18.

2. Вишняков Х.И. Улучшение выбиваемости жидкостекольных смесей добавками доменного шлака. //Литейное производство. -1976. -№11. -c.42.

3. Грузман В.М.Улучшение выбиваемости жидкостекольных смесей. //Литейное производство. -1999. -№6. -c.30-31.

4. Дорошенко С.П.,Макаревич А.П.Состояние и перспективы применения жидкостекольных смесей.//Литейное производство.-1990.-N^2.-c.14-15.

5. Климкин А.В.Смеси улучшенной выбиваемости. //Литейное произ-водство.-1990.-№2.-c.25.

6. Борсук П.А.Смеси с жидкими отвердителями. //Литейное производ-ство. -1990. -№2. -c.15-17.

7. Рыжков И.В.,Толстой В.С.Физико-химические основы формирова-ния свойств смесей с жидким стеклом.-Харьков:Вища школа,1975.-128c.

8. С. С. Ткаченко, в. С. Кривицкий, в. О. Емельянов, к. В. Мартынов. Возможность применения жидкостекольных формовочных и стержневых смесей в художественном литье // Литье и металлургия - 2 (87). 2017.

9. Н. А. Кидалов, Н. А. Осипова, Н. В. Григорьева, Д. А. Багаев. Ис-следование природных материалов волгоградской области с целью исполь-зования в литейном производстве

10Е. А. Чернышева, А. А. Евлампиев, О. Б. Гусева. Мониторинг эко-логичности при изготовлении формы и стержней // Экология и промышленность России, ноябрь 2013 г.

11.Турсунов Н.К., Семин А.Е., Котельников Г.И. Кинетические особенности процесса десульфурации при выплавке стали в индукционной тигельной печи // Черные металлы. - 2017. №5. - с. 23-28.

12. Турсунов Н.К., Семин А.Е., Санокулов Э.А. Исследование процессов дефосфорации и десульфурации при выплавке стали 20ГЛ в индукционной тигельной печи с дальнейшим обработкой в ковше с использованием РЗМ // Черные металлы. - 2017. №1.- с. 33-40.

13.Турсунов Н.К., Семин А.Е., Санокулов Э.А. Исследование в лабораторных условиях и индукционной тигельной печи вместимостью 6 тонн режимов

рафинирования стали 20ГЛ с целью повышения ее качества// Тяжелое машиностроение. - 2017. №1-2.- с. 47-54.

14.Турсунов Н.К., Санокулов Э. А., Семин А.Е. Исследование процесса десульфурации конструкционной стали с использованием твердых шлаковых смесей и РЗМ // Черные металлы. - 2016. №4.- с. 32-37.

15. Турсунов Н.К., Семин А.Е., Санокулов Э.А. Исследование в лабораторных условиях и индукционной тигельной печи вместимостью 6 тонн режимов рафинирования стали 20ГЛ с целью повышения ее качества// Тяжелое машиностроение. - 2017. №1-2.- с. 47-54.