2. Як поділяються формувальні піски в залежності від вмісту у них глинистої складової? Назвіть види формувальних глин та їх властивості.

Формувальні піски залежно від масової частки глинистої складової (частинок глинистих матеріалів і уламків зерен кварцу і інших мінералів розміром менше 0,02 мм) підрозділяють на кварцові (К), пісні (Т) і жирні (Ж). Кварцові і пісні формувальні піски підрозділяють на групи в залежності:

• від масової частки глинистої складової;

• діоксиду кремнію;

• коефіцієнта однорідності;

• середнього розміру зерна.

Жирні формувальні піски підрозділяють на групи в залежності:

• від межі міцності при стисненні у вологому стані;

• середнього розміру зерна.

Таблиця 2.1 – Вміст глинистої складової в кварцових пісках
Група		Масова частка глинистої складової %, не більш
1		0,2
2		0,5
3		1,0
4		1,5
5		2,0
Таблица 2.2 - Вміст 8і02 в кварцових пісках
Група		Масова частка діоксиду кремнію %, не менше
К1		99,0
К2		98,0
Кз		97,0
К4		95,0
К5		93,0
Таблиця 2.3 - Коєфіцієнт однорідності кварцових пісків
Група		Коефіцієнт однорідності %
О1		Понад 80,0
О2		70,0 - 80,0
Оз		60,0 - 70,0
О4		50,0 - 60,0
О5		До 50,0
Таблиця 2.4 - Середній розмір кварцових пісків
Група		Середній розмір зерна, мм
01		До 0,14
016		0,14 - 0,18
02		0,19 - 0,23
025		0,24 - 0,28
03		Понад 0,28
Таблиця 2.5 – Вміст глинистої складової в пісних пісках
Група	Масова частка глинистої складової %, не більш
1	4,0
2	8,0
3	12,0
Таблиця 2.6 - Вміст Sі02 в пісних пісках
Група	Масова частка діоксиду кремнію %, не менше
T1	96,0
T2	93,0
Тз	90,0
Таблиця 2.7 - Міцність жирних пісків в вологому стані
Група	Межа міцності при стисненні у вологому стані, МПа
Ж1	Понад 0,08
Ж2	0,05 - 0,08
Жз	До 0,05

Групи кварцових пісків містять до 2,0% глинистої складової. Групи кварцових пісків приведені в таблицях 2.1- 2.4.

Жирні піски містять від 12,0 до 50,0% глинистої складової. Групи жирних пісків на­ведені в таблицях 2.4 і 2.7

Пісні піски містять від 2,0 до 12,0% глинистих складової. Групи пісних пісків наве­дені в таблицях 2.3-2.6.

Позначення марок кварцових і пісних пісків складається з позначень груп по масовій частці глинистої складової, масовій частці діоксиду кремнію, коефіцієнту однорідності і середньому розміру зерна. Приклад.

2К₁Оз02 - кварцовий формувальний пісок з масовою часткою глинистої складової від 0,2 до 0,5%, масовою часткою діоксиду кремнію не менше 99,0%, коефіцієнтом однорідності від 60,0 до 70,0% і середнім розміром зерна від 0,19 до 0,23%. 1Т₂ 0₃02- пісний формувальний пісок з масовою часткою глинистої складової 4%, масовою часткою діоксиду кремнію не менше 93,0%, коефіцієнтом однорідності від 60,0 до 70,0% і середнім розміром зерна від 0,19 до 0,23%.

Позначення марок жирних пісків складається з позначень груп по межі міцнос­ті при стисненні у вологому стані і середньому розміру зерна. Приклад. Ж₃О16 - жирний формувальний пісок з межею міцності при стисненні у вологому стані від 0,05 до 0,08 МПа і середнім розміром зерна від 0,14 до 0,18 мм

До формувальних глин відносять горні породи, які складаються з тонкодиспер- сних часток (22 мкм) водних алюмосилікатів, які володіють в'яжучою здатністю і термохімічною стійкістю та здатних забезпечувати достатньо міцні формувальні су­міші.

За походженням глини бувають:

• первинними;

• вторинними (осадковими);

• метаморфічними.

Первинні глини виникли при розкладенні кристалічних гірських порід або при випадінні осаду з водних розчинів і перенесенні з місця утворення в друге місце.

Вторинні глини виникли в результаті розмивання первинних глин і вторинного їх відкладення.

Метаморфічні глини виникли в результаті ущільнення первинних та вторинних глин під впливом гідростатичних або динамічних впливів.

Формувальні глини складаються з мінералів груп каолініту, гідрослюди та мо- нтморілоніту.

Каолініт (А1₂0₃-28і0₂-2Н₂0) має температуру плавлення 1750⁰С. В сухому стані глина поглинає вологу, утворює пластичне тісто. При температурі 900-1050⁰С повні­стю руйнується кристалічна решітка, розпадаються на суміш аморфних речовин - глінозем (А1₂0₃) і кремнезем (8і0₂); при 1200-1280⁰С утворюється новий мінерал - мулліт (3АІ203-28і0₂).

Монтморілоніт (А1₂0₃-48і0₂-Н₂0-пН₂0) має температуру плавлення 1250-1300⁰С і є дуже м'яким матеріалом. При 600⁰С відбувається незворотня дегідратація мінерала, і він втрачає здатність до поверхневого набухання; при нагріванні в діапазоні темпе­ратур 100-150⁰С відбувається поверхнево-зв'язаної, а при 500-7000С - хімічно- зв'язаної (конституційної) води.

Гідрослюда є проміжним продуктом при розкладанні слюди в каолініт. До мінералів цієї групи відносять моно терміт, за структурою кристалічної решітки схожий на мо­нтморилоніт.

Згідно ГОСТ 3226-91, в залежності від мінералогічного складу, формувальні глини поділяються на три вида:

1. К-каолінові і каоліно - гідрослюдисті, які вміщують основні мінерали - каолі­ніт або каолініт з гідрослюдою ;

2. Б-бентонітові, осн. породоутворюючий мінерал - монтморіллоніт;

3. П-полімінеральні, які вміщують любий глинистий мінерал.

Най­більш поширеними в ливарному виробництві є каолінові глини.

Таблиця 2.12 - Класифікація глин в залежності від межі міцності при стисненні в вологому стані

Група глин		Межа міцності при стисненні, МПа, не більш
Позначення	Найменування	Бентонитової	Каолінової і каоліно - гідрос- людистої та полімінеральної
П	Міцнов'яжуча	0,13	0,10
С	Середньов' яжуча	0,11	0,08
М	Малов'яжуча	0,09	0,05

В залежності від межі міцності при стисненні в сухому стані каолінові та каоліно- гідрослюдисті глини поділяються на підгрупи (таблиця 2.13).

Таблиця 2.13 - Класифікація глин в залежності від межі міцності при стисненні в сухому стані

	Сума обмінних катіонів глини, мг екв/ 100 г
Група глин	сухої глини
	Бентонітові глини	Каолінові і другі глини
З високою сумою обмінних катіонів	80	35
З середньою сумою обмінних катіонів	50	20
З низькою сумою обмінних катіонів	30	Не нормується

За сумою об'ємних катіонів формувальні глини поділяються на групи (таблиця2.14).

Таблиця 2.14 - Класифікація вогнетривких глин за сумою обмінних катіонів

	Сума обмінних катіонів глини, мг екв/ 100 г
Група глин	сухої глини
	Бентонітові глини	Каолінові і другі глини
З високою сумою обмінних катіонів	80	35
З середньою сумою обмінних катіонів	50	20
З низькою сумою обмінних катіонів	30	Не нормується

В залежності від вмісту шкідливих домішок (Ре₂0, СаО, Ка₂0₃, К₂0₃, МдО) формувальні глини поділяють на групи (таблиця 2.15).

Таблиця 2.15 - Класифікація вогнетривких глин від вмісту шкідливих домішок

Група глин		Масова доля шкідливих домішок, % не більш
	Найменування	Ре20	Ка203+К203	Са0+Мg0
Т1	З низьким вмістом домішок	2,5	1,5	2,0
Т2	З середнім вмістом домішок	4,5	3,0	5,0
Т3	З високим вмістом домішок	8,0	5,0	8,0

За числом пластичності глини поділяються на чотири групи:

1) високо пластичні;

2) середньо пластичні;

3) задовільно пластичні;

4) мало пластичні.

За колоїдальністю глини поділяють на три групи і визначають за ГОСТ3594.10- 91 (таблиця 2.16)

Таблиця 2.16 - Класифікація вогнетривких глин по колоїдальності

Група глини		Колоїдальність глини, % не менш
Позначення	Найменування	Бентонитової	Каолінової
В	Висококолоїдальна	90	60
С	Середньоколоїдальна	50	30
Н	Низькоколоїдальна	25	-

Згідно ГОСТ 3226-91 формувальні глини досліджуються по таким параметрам:

• хімічного складу;

• вологості;

• міцності;

• довговічності;

• колоїдальності;

• гранулометричного складу.

Формувальні глини обирають для приготування суміші в залежності від спосо­бу формування и виду ливарного сплаву. Чим вища температура заливання, товщина і маса виливка, тим більш вогнетривку і високоміцну глину необхідно використову­вати.

В масовому виробництві при формуванні в вологі форми бентонітові глини ви­користовуються частіше, чим другі види глин. При цьому найкращі результати дося­гають при використанні бентонітових глин, які активовані содою.

Зернова будова формувальних глин суттєво впливає на їх в'яжучу здатність. Глини з більш дисперсною будовою має більшу в'яжучу здатність. Позначення глини.

При позначенні формувальної глини вказують її параметри в такій послідовності:

• вид глини (К або П);

• група міцності в вологому стані (П, С, М);

• група міцності в сухому стані (1,2,3);

• група по вмісту шкідливих домішок (Т₁, Т₂, Т₃).

Приклад: КС1Т₃ - каолінова, середньов'яжуча в вологому стані, міцнов'яжуча в сухому стані і з високим вмістом шкідливих домішок.

При позначенні бентонітової глини вказують її параметри в такій послідовності:

група міцності в вологому стані (П, С, М); група міцності на розрив в зоні конденсації води (міцнов'яжуча-1, серед- ньов'яжуча-2, малов'яжуча-3); термічна стійкість (висока стійкість Т₁, середня стійкість Т₂, низька стійкість Т₃); літера (А-порошкова активована, Н- натрієва глина, К- кальцієва глина). Приклад: П2Т₃А - міцнов'яжуча в вологому стані, середньов'яжуча по міцності в зоні конденсації води, термічно низькостійка та порошкова активована.

Згідно ГОСТ 3226-91 формувальні глини рекомендується використовувати в складах піщано-глинистих сумішей в залежності від способу формування і матеріалу виливка. Наприклад, для чавунних виливків зі стінками товщиною 10-50 мм і дріб­них сталевих при формуванні в вологі форми рекомендовано використовувати глини марок КП3Т₃; для других виливків з стінками товщиною більше 20 мм при форму­ванні в сухі форми - глини марок КП1Т₁.

3. В’яжучі матеріали, їх особливості. Рідке скло, його склад і особливості.

В'яжучі матеріали. Щоб в'яжучий матеріал забезпечував міцність формувальної суміші, необхідну для виготовлення форми і не руйнувався при механічній і физико- хімічній дії рідкого і тверднучого металу, він повинен володіти низкою необхідних властивостей.

Основні вимоги до в'яжучих матеріалів.

1. Висока питома міцність для досягнення максимальної міцності формувальної су­міші при мінімальній витраті в'яжучого.

2. Висока термостійкість. Матеріал не повинен руйнуватися нижче мінімально не­обхідної міцності при контакті з рідким металом, поки він не охолодиться від темпе­ратури заливки до втрати рухливості.

3. Максимальна втрата міцності після охолоджування виливків для забезпечення до­статньої підатливості, низької залишкової міцності форми і легкої вибиваємості су­міші з виливків.

4. Додання формувальним сумішам необхідної текучості для досягнення максималь­ного ступеня ущільнення при мінімальній роботі.

5. Відповідність по тривалості процесу зміцнення форми (стрижня) прийнятому тех­нологічному циклу виробництва.

6. Виключення схильності суміші прилипати до модельного оснащення.

7. Негігроскопічність для запобігання руйнування і зниження інших физико- механічних і технологічних властивостей, при зберіганні (витримці) форм і стриж­нів до заливки металом.

8. Негазотворність при нагріві рідким металом для попередження поразки виливків різними газовими дефектами., продуктів їх розкладання, що виділяються при залив­ці форм металом і погіршують санітарно-гігієнічні умови труда в цеху, негативно впливають на навколишнє середовище.

9. Низька вартість, щоб їх застосування не викликало підвищення собівартості вили­вків.

10. Недіфіцитність, щоб матеріали могли поставлятися ливарним цехам у необхідній кількості.

В'яжучого, яке б задовольняло одночасно всім цим вимогам немає. Тому в практиці вибирають такий в'яжучий матеріал, який, виходячи з конкретних умов виробництва, задовольняє більшості вимог.

В основі класифікації в'яжучих матеріалів, вживаних в ливарному виробництві, лежать дві основні ознаки:

природа матеріалу (органічні і неорганічні, водні і неводи);

характер твердіння (оборотний проміжний, необоротний).

Hеорганічні водні в'яжучі. Рідке скло - добрий в'яжучий матеріал, широко вживаний в ливарному виробництві. Застосування рідкого скла, як в'яжучого, дозволило одержувати холоднотверднучі суміші ХТС. Основна його перевага полягає в тому, що:

• дозволяє застосувати швидкісну технологію виготовлення форм і стрижнів;

• підвищує точність форм і виливків;

• підвищує продуктивність праці.

Розчинене або рідке скло (силікат-глиба) є з'єднанням кварцу з солями лужних мета­лів (сода або сульфат натрію з вугіллям), виражене загальною формулою К₂0-п8і0₂, де К- натрій або калій.

Силікат натрію, розчинений у воді, використовується в ливарному виробництві для отримання рідкого скла (ГОСТ 3263-78). Залежно від висхідних матеріалів силікат- глиба підрозділяється на содову і сульфатну, а кожна з них - на марки А, Б і В.

М=К-((8і0₂%)/( К₂0%)), де К коефіцієнт, що показує співвідношення молекулярної маси лужних окси­дів до молекулярної маси кремнезему. Для натрієвого рідкого скла

М=((8Ю₂%)/( К₂0%))=((61,994)/(60,06))=1,032. Надалі під модулем рідкого скла розумітиметься вираз:

М=1,032- ((8і02%)/( N20%)). При виготовленні ливарних форм і стрижнів для крупних виливків, що мають багатоступінчатий цикл виробництва, застосовують рідке скло з модулем М=2,0-2,3. Для ливарних форм і стрижнів, твердіння яких проводиться за допомогою продуван­ня СО₂, повинне бути особливий швидким і для цього доцільно застосовувати рідке скло з модулем М=2,6-3,0.

В'язкість рідкого скла, залежить від вмісту води, густини і модуля, не повинна перевищувати 1мПа-с. В цьому випадку товщина плівок на піщинках складає 1,0-2,5 мкм.

Із збільшенням модуля збільшується міцність формувальної або стрижневої суміші у вологому стані, але зменшується в сухому. Модуль рідкого скла можна штучно зни­жувати шляхом добавки до нього їдкого натра з густиною, близькою до густини рід­кого скла.

Скріплення піщинок при застосуванні рідкого скла полягає в тому, що в суміші відбувається виділення і гідратація кремнезему, який розчиняється в залишку рідко­го скла. Весь процес тверднення протікає в три стадії:

1. розкладання силікату натрію, що протікає значно інтенсивніше у присутності вуг­лекислого газу:

Ка20-28Ї02 +СО2= Ка2СО3+28іО2+0;

2. утворення гелю кремнієвої кислоти:

ш8і0₂+пН₂О= т 8Ю₂-пН₂О;

3. в останній стадії частково віддаляється волога, яка входить до складу гелю крем­нієвої кислоти:

ш8і02-пН2О= т 8і02-рН2О+(п-р) Н2О. При гідратації до кремнезему може приєднатися різна кількість води, проте не­обхідно пам'ятати, що гель кремнієвої кислоти буде тим міцніше, ніж менше води він міститиме. Найміцнішу плівку гелю дає з'єднання 28Ю₂-Н₂О, що містить близько 13% води. Цим пояснюється порівняно низька міцність сумішей, що тверднуть в ре­зультаті продування холодним вуглекислим газом. Значно більш високі показники міцності виходять, якщо продування проводити гарячими газами, що містять 15-20% вуглекислого газу. На практиці частіше за все застосовують продування стрижнів ву­глекислим газом безпосередньо в стрижневих ящиках з подальшим підсушуванням в сушилі при температурі 250-300⁰С.