28.Классификация смесей (1 и 2 (3 признака)классификация).Теплофизические своства.Влияние их на качество отливок.

В соответствии с ГОСТ 2138–91 все формовочные пески, в зависимости от массовой доли глинистой составляющей (частиц глинистых материалов и обломков зерен кварца и других минералов размером менее 0,02 мм), подразделяют на кварцевые (К), тощие (Т) и жирные (Ж). Кварцевые и тощие формовочные пески подразделяют на группы в зависимости от массовой доли глинистой составляющей, диоксида кремния, коэффициента однородности и среднего размера зерен, жирные – от предела прочности при сжатии во влажном состоянии и среднего размера зерна. Кварцевые пески (табл. 3.1–3.4) содержат до 2,0% глинистой составляющей.

Таблица 3.1

Массовая доля глинистой

составляющей в кварцевых песках

Группа	Массовая доля глинистой составляющей, %, не более
1 2 3 4 5	0,2 0,5 1,0 1,5 2,0

Таблица 3.2

Массовая доля SiO2

в кварцевых песках

Группа	Массовая доля диоксида кремния, %, не менее
К1 К2 К3 К4 К5	99,0 98,0 97,0 95,0 93,0

Таблица 3.3

Коэффициент однородности

формовочных песков

Группа	Коэффициент однород- ности, %
О1 О2 О3 О4 О5	Св. 80,0 От 70,0 до 80,0 >> 60,0 >> 70,0 >> 50,0 >> 60,0 До 50,0

Таблица 3.4

Средний размер зерен

формовочных песков

Группа	Средний размер зерна, мм
О1 О16 О2 О25 О3	До 0,14 От 0,14 до 0,18 >> 0,19 >> 0,23 >> 0,24 >> 0,28 Св. 0,28

Тощие пески (см. табл. 3.3–3.6) содержат от 2,0 до 12,0% глинистой составляющей.

Таблица 3.5

Массовая доля глинистой

составляющей тощих песков

Группа	Массовая доля глинистой составляющей, %, не более
1 2 3	4,0 8,0 12,0

Таблица 3.6

Массовая доля SiO2

тощих песков

Группа	Массовая доля диоксида кремния, %, не менее
Т1 Т2 Т3	96,0 93,0 90,0

Таблица 3.7

Предел прочности при сжатии

во влажном состоянии

Группа	Предел прочности при сжатии во влажном состоянии, МПа
Ж1 Ж2 Ж3	Св. 0,08 От 0,05 до 0,08 До 0,05

Жирные пески (см. табл. 3.4 и 3.7) содержат от 12,0 до 50,0% глинистой составляющей. Обозначение марок кварцевых и тощих песков состоит из обозначений групп по массовой доле глинистой составляющей, массовой доле диоксида кремния, коэффициенту однородности и среднему размеру зерна. Пример: 2К1О302 – кварцевый формовочный песок с массовой долей глинистой составляющей от 0,2 до 0,5% (см. табл. 3.1), массовой долей диоксида кремния не менее 99,0% (см. табл. 3.2), коэффициентом однородности от 60,0 до 70,0% и средним размером зерна от 0,19 до 0,23% (см. табл. 3.4).

Обозначение марок жирных песков состоит из обозначений групп по пределу прочности при сжатии во влажном состоянии и среднему размеру зерна. Пример: Ж2О16 – жирный формовочный песок с пределом прочности при сжатии во влажном состоянии от 0,05 до 0,08 МПа (см. табл. 3.7) и средним размером зерна от 0,14 до 0,18 мм (табл. 3.4).

К теплофизическим свойствам относятся теплоемкость, теплопроводность, температуропроводимость и теплоаккумулирующая способность. Эти характеристики определяют тепловой режим охлаждения отливки в форме. Значения их зависят главным образом от природы огнеупорной основы смесей, а также и от состояния формы (влажная, сухая). Наиболее высокими теплофизическими свойствами обладают цирконовые, дистен-силлиманитовые, хромитовые формовочные пески. Теплофизические характеристики кварцевых песков значительно ниже. Различные теплофизические свойства смесей позволяют регулировать процессы затвердевания отдельных частей отливок. Значение теплоемкости и теплопроводности смесей определяется в специальных теплофизических лабораториях, а температуропроводность и теплоаккумулирующая способность – расчетным путем.

Теплопроводность вещества λ определяется как количество теплоты Q, которое подводится за время τ через поверхность площадью F, расположенную перпендикулярно к тепловому потоку, отнесенное к температурному градиенту Δt/d (Δt – разность температур; d – толщина образца): Теплопроводность большинства формовочных смесей с повышением температуры увеличивается, а у смесей с магнезитом и корундом, в качестве наполнителя, уменьшается. Получение заданной теплопроводности в песчаных формах затруднительно, так как она зависит не только от теплопроводности наполнителя, но и от влажности воздуха и газов, находящихся в межзерновых порах. В сухом песке предположительно теплопередача происходит от зерна к зерну за счет прямых контактов, частично – излучением. Теплопроводность при повышении температуры на 1000оС (с 95 до 1095оС) изменяется почти на 100% – с 2,63⋅10-6 до 4,75⋅10-6 Вт/(м⋅К). Процесс распространения теплоты во влажном песке, однако, более сложен, чем в сухом. Теплопередача происходит как за счет теплопроводности зерен наполнителя, так и воды (водяного пара), адсорбированной зернами песка и находящейся в порах между песчинками. При нагреве влажной формовочной смеси залитым металлом в глубь формы проникает водяной пар (в результате изменения давления), нагретый в порах воздух, а также продукты сгорания органических составляющих. В холодных слоях формы, удаленных от отлив 18 ки, происходит конденсация влаги. В результате переноса теплоты водяным паром и улучшения условий теплопередачи между контактирующими зернами песка из-за накопления влаги в местах их контакта общая теплопроводность смеси с повышением влажности также повышается.

На теплопроводность песчано-глинистых форм влияют степень уплотнения формовочной смеси и содержание связующего. Например, теплопроводность повышается при увеличении степени уплотнения и количества бентонина в смеси. Удельная теплоемкость формовочной смеси зависит не только от ее вида, но и от температуры. С повышением температуры она также увеличивается. Значительное влияние на удельную теплоемкость формовочной смеси оказывает содержание в ней влаги. Для более полного представления о теплофизических свойствах форм определяют температуропроводность а (в м2⋅с-1), характеризующую, насколько интенсивно в форме выравниваются температурные перепады:

а = λ/(с · ρ),

где с – удельная теплоемкость смеси, Дж/(кг⋅К);

ρ – плотность смеси, кг/м3. Температуропроводность в интервале температур 500–1000оС

кварцевого песка составляет 0,00145 м2⋅с-1, шамота – 0,00178 м2⋅с-1. При расчете теплопередачи от отливки к форме применяется также величина, называемая коэффициентом тепловой аккумуляции

b = λc ⋅ ρ .

Чем выше теплоаккумуляторная способность формы, тем быстрее охлаждается отливка и меньше опасность образования пригара на поверхности отливки.

29. Состав, свойства и назначение смесей теплового отверждения

Смеси требующие нагрева ( в сушилах) Стержни изготавливаются любым способом. Состав смеси: песок кварцевый 1К02(В) или 016(А) (К2О2 70-80% ситах 0,16) -100%; ЛСТ 2-5%; КО, ОСК, КОМ 2-5% без глины для пескодувно-пескострельного способа уплотнения (влажн 1,5-2%, газопрониц не мен 100-120 ед, прочн во влаж сост: пескодувн 0,03-0,05 10⁵ Па; встряхиван(крупн)0,12-0,16 – след в смесь добавить каолиновую глину 2-4%, сух прочн 8-12 10⁵па, гигроскопичность не мен 0,5) Конвективный процесс сушки в камерных вертикальных сушилах, горизонтальных камерах.

ПОВЕРХНОСТНО ПОДСУШИВАЕМЫЕ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫЕ СМЕСИ (облицовочные)

Стремление использовать преимущества форм, упрочняемых высушиванием, ограничивается длительностью процессов высуши­вания. Поэтому предложено и осуществлено несколько путей ускорения процессов упрочнения, в частности поверхностное под­сушивание.

Поверхностное подсушивание применяется и при изготовлении форм из глинистых смесей. Так, на заводе «Серп и молот» поверх­ностное подсушивание на глубину 20—30 мм применялось для изготовления отдельных отливок весом до 300 кг. На заводе «Стан-колит» применялось подсушивание на глубину 15—30 мм (см. табл. 41).

В табл. 169 приведены примеры поверхностно подсушиваемых песчано-глинистых смесей, взятые из американской прак­тики [284].