Глава 4 материалы и оборудование для единой смеси в художественном литье

В предыдущих главах говорилось об изготовлении оболочек на ЭТС с добавлением маршалита, шамота, хромомагнезита и других огнеупорных наполнителей. Этот процесс литья по выплавляемым моделям можно назвать основным, поскольку в оболочки, выполненные из перечисленных материалов, можно заливать практически любые металлы и сплавы, включая чугун, сталь, титан и др. Это возможно благодаря тому, что оболочка, в которой находится жидкий металл, прокаливается в печах с температурой, превышающей 1000 °С.

Однако при литье художественных изделий, изготовляемых индивидуально, особенно для ювелирных изделий, перечисленные металлы практически не требуются, а используются в основном цветные и благородные сплавы, температура плавления которых не превышает 1100—1150 °С. К ним относятся латунь, бронза, алюминий, нейзильбер, мельхиор и пр.

Для перечисленных сплавов резко упрощаются и технологический процесс, и материалы, и оборудование для изготовления единой заливочной смеси для изготовления формы. В качестве огнеупорного материала стали применять гипсодинасовую или гипсокристоболитовые смеси с различными добавками.

Отличительными особенностями процесса изготовления отливок в гипсовых формах являются: хорошая жидкотекучесть гипсовой массы, что позволяет получать гладкую поверхность отливок; достаточная прочность формы в нагретом до 800 °С состоянии; малая теплопроводность, обеспечивающая спокойное заполнение формы металлом без опасения его быстрого затвердевания и относительно малый срок изготовления отливки по сравнению с литьем по выплавляемым моделям с использованием многослойных форм.

Все гипсовые формы делят на две группы. Формы, состоящие из чистого гипса и обрабатываемые при температурах до 200 °С представляют первую группу. Они предназначены для отливки оловянных и цинковых сплавов. Ко второй группе относятся формы, нагреваемые до 800 °С. В них заливают сплавы на алюминиевой, медной основах и драгоценные металлы. Эту группу представляют:

• гипсовые формы с асбестовыми наполнителями;

• гипсовые формы с кремнеземистыми и кремнеземисто-асбестовыми наполнителями;

• гипсовые формы с динасо-кристобалитовыми наполнителями.

При отливке из драгоценных металлов используют гипсо-кристобалитовые формы благодаря их наилучшим технологическим свойствам.

2.4.1. Материалы формы

Гипс. В нем связующим материалом является гипсовое вяжущее. Гипс в природе встречается в виде гипсового камня (двугидрата CaSО₄ x 2Н₂О). В нем содержится около 21 % гидратной воды. С нагреванием происходит его обезвоживание (дегидратация) с образованием полугидрата CaSО₄ • 0,5Н₂О, содержащего 6,2 % воды. При недостаточном нагреве (температура, время) в полученном гипсовом вяжущем может присутствовать неразложившийся двугидрат.

В зависимости от способа нагрева происходит образование α- или β-модификации: полуводного гипса. Теоретически реакция разложения двугидрата протекает при 107 °С:

CaSO₄ • 2Н₂О → CaSO • 0,5Н₂О + 1,5Н₂О.

Температура перехода из одной модификации в другую не постоянна и зависит от наличия примесей.

При обработке гипсового камня насыщенным водяным паром в автоклавах образуется α-полугидрат (высокопрочный гипс), в открытых сосудах, сообщающихся с атмосферой, β -полугидрат (строительный гипс).

При дальнейшем нагреве гипса до 170— 200 °С происходит его дальнейшее обезвоживание с образованием растворимого ангидрида CaSО₄. При 200—400 °С происходит полное удаление воды с образованием смеси нерастворимого и растворимого ангидрида. При 400—450 °С гипс переходит в модификацию гипса — ангидрид CaSО₄, который практически не реагирует с водой. Дальнейший нагрев до 750—800 °С приводит к образованию эстрих-гипса. Гипс частично разлагается с образованием извести СаО. Дальнейший нагрев увеличивает в гипсе содержание извести.

Для заливки цветных металлов за рубежом используют высокопрочный гипс с σ_В при сжатии 50—100 Мпа, в нашей промышленности согласно ГОСТ 125-79 — 25 Мпа.

В зависимости от сроков схватывания применяют различные виды связующих (табл. 2.4.1.1).

Табл. 2.4.1.1. Сроки схватывания гипсовых вяжущих

Вид вяжущего	Индекс сроков твердения	Сроки схваты­вания, мин
		Нача­ло, не ранее	Конец, не позднее
Быстротвердеющий	А	2	15
Нормальнотвердеющий	Б	6	30
Медленнотвердеющий	В	20	He норми руется

Для изготовления моделей, пресс-форм, фальшивых опок возможно применение гипса с нормальным сроком твердения. Для изготовления литейных форм рекомендуется применять высокопрочные марки тонкого помола с нормальными сроками твердения (табл. 2.4.1.2).

Табл. 2.4.1.2. Степень помола связующих.

Вид вяжущего	Индекс степени помола	Максимальный остаток на сите с размером ячеек < 0,2 мм
Грубого помола	I	23
Среднего помола	II	14
Тонкого помола	III	2