Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Технологические свойства смесей

05.11.2018

Технологические свойства характеризуют способность смеси обеспечивать получение высококачественных форм при различных технологических процессах их изготовления. К наиболее важным технологическим свойствам относятся влажность, текучесть, уплотняемость, формуемость, насыпная плотность, кажущаяся плотность, прочность, ударная вязкость, прилипаемость.

Основной задачей контроля технологических свойств смесей является поддержание их на уровнях, обеспечивающих получение высококачественных форм.

Плотность смеси определяют путем взвешивания стандартных образцов. Кажущаяся плотность песчано-бентонитовых образцов должна быть не ниже 1400 кг/м3.

Важной характеристикой смесей является их насыпная плотность, которая определяется как масса единицы объема свободно насыпанной смеси. Определение насыпной плотности формовочной смеси производится по ГОСТ 23409.13-78.

Влажность определяется непосредственно после приготовления смеси (не позднее чем через 10 мин) по ГОСТ 23409.5-78. Влажность оказывает влияние практически на все технологические и рабочие свойства смесей.

Важным технологическим фактором являются пластические свойства смеси. Они характеризуют ее способность к необратимым деформациям при приложении определенных внешних нагрузок. Существуют определенные рабочие интервалы пластических свойств, вне которых смеси становятся непригодными для изготовления форм. Они теряют способность воспроизводить точный отпечаток модели (сухая смесь, сухой песок и т. п.) или сохранять отпечаток после удаления модели (разведенная водой глина).

При уплотнении смеси ее пластичность определяется перемещением частиц относительно друг друга и деформацией пленок, покрывающих зерна наполнителя. Способность к пластической деформации смеси определяется влажностью, типом связующего и его вязкостью. Для оценки пластичности смеси различают следующие характеристики: уплотняемость, текучесть, сыпучесть, формуемость, заполняемость.

Уплотняемость характеризует способность смеси уменьшать свой объем (в замкнутом пространстве) под действием собственного веса или внешней нагрузки. Она определяется по относительному снижению высоты стандартного образца смеси после уплотнения тремя ударами копра (ГОСТ 23409.13-78).

От уплотняемости смеси зависит производительность труда формовщиков и стерженщиков. Величина работы уплотнения стержневой смеси на масляном связующем в 8-10 раз меньше величины работы уплотнения глино-опилочной смеси при одной и той же прочности их на сжатие. Это объясняется лучшей уплотняемостью стержневой смеси на масляном связующем.

Уплотняемость увеличивается с ростом влажности смеси до момента покрытия поверхности зерен влажной пленкой. По мере заполнения водой пор смеси повышение влажности уменьшает уплотняемость. Уплотняемость понижается с увеличением вязкости связующего.

От уплотняемости смеси зависят качество и чистота поверхности отливок. Повышение насыпной плотности смеси приводит к уменьшению уплотняемости и при объемном дозировании смеси - к ухудшению качества формы (низкая твердость, осыпаемость).

Понятие текучести смеси строго определяется понятием пластичности, т. е. характеризует способность смеси получать пластические деформации без нарушения сплошности под действием внешнего давления. Чем большую деформацию при данной нагрузке получает смесь, тем выше ее текучесть. Текучесть можно охарактеризовать как способность смеси к перемещению в направлении, перпендикулярном к уплотняющей силе. Высокая текучесть обеспечивает равномерную степень уплотнения форм. Текучесть характеризуется сопротивлением смеси сдвигу ее слоев. При уплотнении смеси в ней возникают нормальные а и касательные т напряжения. Под действием касательных напряжений происходит течение смеси.

На рис. 5.22, а приведен график зависимости между напряжениями сжатия и сдвига при уплотнении смеси. Если к смеси, расположенной между пластинами, приложить усилие F, создающее нормальное напряжение о, то величина касательного напряжения тS, при котором произойдет срез верхней части образца относительно нижней, будет зависеть от о в соответствии с графиком, изображенным на рис. 5.22, а. Если т < тS, то течения смеси не будет. Зависимость тS = f(о) может быть приближенно выражена законом Кулона для связно-сыпучих тел (рис. 5.22, б):

где ф - угол внутреннего трения, характеризующий величину сопротивления сдвигу;

К - напряжение сцепления слоев друг с другом.

Величина tgф является наиболее физически обоснованной характеристикой текучести. Величина внутреннего трения зависит от состава смеси и от уплотнения. Как видно на рис. 5.22, a, tgф уменьшается с увеличением уплотнения и прочности смеси. У песчано-бентонитовых смесей с добавкой битума, ЛСТ и связующего KBC малый коэффициент внутреннего трения tgф и большая удельная сила сцепления К. Эти смеси имеют предел прочности на сжатие в сыром состоянии 0,09-0,12 МПа и текучесть 85-90 %.

Текучесть смеси зависит от содержания глины и влажности. Максимальная текучесть достигается при отношении W/(W+T) — 0,15/0,25, где W - влажность смеси, %; Г - содержание в ней глины, %. Различают свободную текучесть и сыпучесть, которая характеризует способность смеси равномерно распределяться по сечению опоки и стержневого ящика под действием собственного веса. Сыпучесть оказывает значительное влияние на зависание смеси в бункерах, качество и длительность перемешивания смеси в бегунах, а также на начальную плотность смеси в опоке и, следовательно, на ее уплотняемость.

Выделяют 4 группы методов определения текучести, основанных на измерении:

1) степени уплотнения образца;

2) количества смеси, переместившейся под нагрузкой;

3) внутреннего сопротивления смеси (tgф);

4) сил связи между зернами неуплотненной смеси (сыпучести).

В соответствии с ГОСТ 23409.17-78 текучесть смесей определяется по ступенчатой пробе Г. М. Орлова. Этот метод основан на перетекании смеси. Количество переместившейся смеси определяется косвенно по твердости образца. Схема технологической пробы Г. М. Орлова показана на рис. 5.23, а. В гильзу засыпают 100-120 г смеси и уплотняют прессованием. После разборки пробы измеряется твердость образца H в точках А и В. Текучесть оценивается по формуле

На рис. 5.23, б приведены данные по текучести песчано-глинистой и песчано-бентонито-битумной смесей, полученные при испытании серии образцов. Физически обоснованные методы определения деформационных свойств смесей рассмотрены ниже.

Степень связности песчано-глинистых смесей оценивается по их формуемости. Согласно ГОСТ 23409.15-78 формуемость определяют по методу Дитерта путем просеивания пробы смеси за определенное время через вращающийся сетчатый барабан. Ее оценивают как выраженное в процентах отношение массы смеси, прошедшей через ячейки сетки, к исходной массе смеси.

Под формуемостью можно понимать способность смеси сжиматься и изменять свой объем под действием сжимающей силы, которая увеличивается от начального значения до предельной величины. Выше этой величины смесь практически не уплотняется. Определение формуемости осуществляют следующим образом. В гильзу засыпают навеску смеси и предварительно уплотняют давлением P0, образец при этом имеет исходную высоту h0. Далее образец сжимают при давлении Р1 до высоты h1, а затем при давлении P2 до высоты h2. Формуемость вычисляют по формуле

Важной характеристикой жидкоподвижных самотвердеющих смесей (ЖСС) является подвижность, или текучесть, характеризующая способность смеси заполнять полости стержневых ящиков или модельно-опочной оснастки под действием собственного веса. По ГОСТ 23409.25-78 подвижность ЖСС может определяться по сопротивлению сдвигу или диаметру расплывания определенного объема смеси. Оценка предельного напряжения сдвига тS осуществляется по глубине погружения в смесь плоского ножа под действием собственного веса:

где m - масса ножа;

S - площадь погружения в смесь части ножа.

Подвижность в этом случае измеряется в паскалях.

Для определения подвижности ЖСС по диаметру расплывания данного объема смеси под влиянием собственного веса в соответствии с ГОСТ 23409.25-78 применяют гильзу с внутренним диаметром 100 и высотой 50 мм, из которой смесь выливается на горизонтальную пластину. Подвижность измеряется при этом в миллиметрах.

По текучести ЖСС подразделяются на смеси:

• сочень высокой текучестью (сопротивление сдвигу TS < 140 Па, диаметр расплывания пробы dp > 120 мм);

• с высокой текучестью (тS = 140-200 Па, dp = 111-120 мм);

• со средней текучестью (тS = 200-300 Па, dp = 101-110 мм);

• с низкой текучестью (тS = 300-400 Па, dp = 90-100 мм);

• с очень низкой текучестью (тS > 400 Па, dp < 90 мм).

Прочностные характеристики смесей определяются на стандартных образцах. В соответствии с ГОСТ 23409.7-78 проводятся испытания влажных, сухих и отвержденных образцов при сжатии, растяжении, изгибе и срезе. Прочностные характеристики определяют на образцах смеси, полученных при стандартном уплотнении. Схемы механических испытаний образцов приведены на рис. 5.24.

Между различными прочностными характеристиками смесей существует зависимость. Отношение прочности на сжатие осж к прочности на срез оср находится в пределах 3,5-5,5. Отношение осж/оср является характеристикой хрупкости смеси. Для вязких смесей (стальное литье) осж/оср = 2,5-3, а для хрупких смесей (чугунное литье) осж/оср = 3,75^4,5. Отношение ор/осж = 1/8/1/15, где ор - предел прочности на разрыв; отношение оизг/ор = 1/3.

Прочность песчано-глинистой смеси во влажном состоянии зависит от зернового состава песка, влажности, содержания связующего, его связующей способности, а также от плотности (степени уплотнения). Характер зависимости прочности от влажности при прочих постоянных условиях показан на рис. 5.25, а.

С повышением содержания глины (Г) и уменьшением размера зерен песка оптимальное значение влажности возрастает, так как увеличивается смачиваемая поверхность и расход влаги на набухание глины (рис. 5.25, б). Уменьшение содержания глины при одновременном снижении влажности улучшает многие технологические и рабочие свойства смесей.

Применение бентонитов вместо каолиновых глин позволяет получить необходимую прочность при более низком содержании глинистых веществ и при меньшей влажности. Зависимость исходной прочности (в необработанном состоянии) от количества связующего имеет характер, аналогичный показанному на рис. 5.25, а. При этом расход связующего возрастает с увеличением дисперсности песка.

Характер и механизм влияния различных факторов на прочность в исходном (влажном) и обработанном состояниях зависят от вида применяемого связующего и способа его твердения. Эти вопросы рассмотрены в п. 5.6.

В зарубежной практике кроме указанных выше испытаний прочности смесей применяют испытание стандартных образцов на раскалывание. Схема проведения испытания приведена на рис. 5.26. В контактных зонах образца при сжатии возникают встречные клинья скольжения, внедрение которых в образец вызывает в нем растягивающие напряжения. Как только эти напряжения превзойдут предел прочности, горизонтальный цилиндрический образец разорвется по вертикальной плоскости, проходящей через его продольную ось. Поэтому испытание смесей на раскалывание является разновидностью испытания на разрыв.

Предел прочности на раскалывание ораск можно рассчитать по следующей формуле:

где P - разрушающая сила при испытании на раскалывание;

d - диаметр образца;

h - высота образца;

С - эмпирический коэффициент, C = 1,1-1,6.

Отношение прочности при раскалывании ораск к прочности при сжатии осж является характеристикой вязко-пластических свойств смесей. Более высокие значения ораск/осж указывают на высокие пластические свойства смеси. Для песчано-бентонитовых смесей, например, отношение ораск/осж должно быть не менее 0,17, чтобы исключить опасность повреждения форм при извлечении модели, транспортировке, сборке и т. п.

При обычных испытаниях формовочных смесей определяют общую прочность, т. е. среднюю величину по всему сечению образца. В объеме смеси каждое зерно равномерно со всех сторон связано с окружающими подобными же частицами пленкой связующего. Зерна, находящиеся на поверхности формы или стержня, контактируют только со стороны внутренней части, вследствие чего поверхностные слои обладают меньшей прочностью, чем центральные. Поверхностная прочность определяет сопротивляемость формы механическому и термическому воздействию струи металла при заливке и поэтому существенно влияет на качество поверхности отливок. Поверхностную прочность смесей характеризуют величиной осыпаемости.

Определение осыпаемости по ГОСТ 23409.9-78 основано на измерении потери массы стандартного образца смеси в сыром и высушенном состояниях при его трении в течение 1 мин о стенки сетчатого барабана диаметром 110 мм с размерами ячеек сита 2,5 мм, вращающегося с частотой 1 с-1.

Важным технологическим свойством смесей является их живучесть, характеризующая время, в течение которого смесь сохраняет свойства, необходимые для принятой технологии изготовления форм или стержней. В процессе хранения смеси происходят процессы испарения влаги, полимеризации или поликонденсации связующего, которые прежде всего приводят к увеличению прочности смеси и снижению ее формуемости. Живучесть выражают отношением значений прочности смеси, полученных после ее выдержки через определенные промежутки времени и сразу после приготовления.

Для холоднотвердеющих смесей изготовляют стандартный образец и на его верхнем торце через определенные промежутки времени определяют твердость. За показатель живучести принимают время тж от ввода в смесь отвердителя до достижения значения твердости 30 ед. На этом же образце определяется длительность тн твердения смеси, за которую принимается время от достижения твердости 30 ед. до достижения твердости 90 ед., обычно отвечающей прочности, достаточной для извлечения стержня из оснастки. В настоящее время разработаны методы определения прочности в обработанном состоянии смесей для изготовления стержней в нагреваемой оснастке и оболочковых форм, а также для жидкоподвижных самотвердеющих смесей.

Твердость - величина, характеризующая сопротивление поверхности проникновению в нее постороннего тела. Твердость форм и стержней косвенно характеризует такие свойства, как прочность и плотность смеси. Простота определения твердости без разрушения формы обеспечила широкое распространение определения твердости как показателя качества формы или стержня. Твердость сырых образцов и форм характеризуется сопротивлением смеси погружению в нее шарикового наконечника твердомера на глубину до 5 мм под нагрузкой от 2 до 10Н. Вид твердомера показан на рис. 5.27, а. Твердомер прижимается к поверхности формы до тех пор, пока опорная плоскость прибора не коснется ее. При погружении шарика в смесь стрелка прибора отклоняется. Наибольшее полное погружение шарика диаметром 10 мм (на глубину 5 мм) отвечает нулевому положению стрелки. При отсутствии погружения шарика (например, если плоскость твердомера прижать к прочной твердой поверхности) стрелка отклоняется на полный оборот до деления 100. Встречающиеся на практике значения твердости колеблются от 60 до 90 ед. для форм и от 20 до 90 ед. для стержней.

Вид прибора для контроля твердости сухих форм показан на рис. 5.27, б. Принцип действия прибора аналогичен описанному выше, но вместо шарика в форму погружается круглый ножевой наконечник на глубину 0-2,5 мм под нагрузкой 11-20 Н. При измерении твердости плотно прижатую к поверхности формы нижнюю плоскость прибора равномерно двигают вдоль формы, меняя направление, на расстояние не менее 75 мм.

Прилипаемость - технологическое свойство, характеризующее способность сырой смеси прилипать к ленте транспортера, стенкам бункеров, поверхностям моделей и стержневых ящиков. Прилипаемость - нежелательное свойство смесей. Прилипание смеси к твердым поверхностям возникает, если силы адгезии (сцепления) смеси с этими поверхностями больше сил когезии, характеризующих сцепление между отдельными частицами смеси. Для уменьшения сил адгезии необходимо снижать смачиваемость поверхностей (например, модели или стержневого ящика) водой или жидким связующим, а также влажность смеси и содержание в ней связующего. С уменьшением поверхностного натяжения связующего силы адгезии и, следовательно, прилипаемость уменьшаются. Поэтому наименьшей прилипаемостъю обладают смеси на масляных связующих. Для снижения прилипаемости поверхность модели присыпают порошками, не смачиваемыми водой (например, ликоподием, серебристым графитом), или смазывают модель керосином либо другими жидкостями.

Стандартных методов контроля прилипаемости нет. Из предложенных наиболее соответствуют сущности прилипаемости методы, основанные на измерении сил адгезии образца к стенкам гильзы, в которой он изготовлен, и сил когезии, связанных с прочностью смеси на сдвиг или разрыв во влажном состоянии (методы Гроссмана, Левелинка и Фишера).

Очень важное значение имеет гигроскопичность смесей, т. е. их способность поглощать влагу при хранении стержней и выдержке форм перед заливкой. Гигроскопичность смесей зависит от рода применяемых связующих. Наибольшей гигроскопичностью обладают смеси на лигносульфонатах и жидком стекле (равновесная влажность 4,2 %), а наименьшей -смеси на маслах и смолах (равновесная влажность менее 1 %).

По ГОСТ 23409.10-78 гигроскопичность смесей определяют по нарастанию массы образца, выдержанного в течение 2 ч в эксикаторе на фильтровальной бумаге, помещенной на влажный песок.

Технологические свойства ЖСС отличаются рядом специфических особенностей. Поэтому они будут рассмотрены отдельно.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: