Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Структура формовочной смеси

05.11.2018

Структура формовочной смеси - это взаимное расположение и характер связей ее элементов, которые при более внимательном изучении сами оказываются системами, состоящими из более мелких частей (элементов). Поэтому структурные уровни формовочной смеси различаются своими размерами.

Макроуровень (10в0-10в-3 м) характеризуется тем, что его элементами являются слои стенки формы. В общем случае стенка формы состоит из следующих четырех слоев: опока (или кожух), обеспечивающая прочность и возможность манипулирования формой; наполнительная смесь, создающая жесткость формы как целого; облицовочная смесь, позволяющая сохранить размеры и конфигурацию отливки в условиях взаимодействия формы с жидким сплавом; покрытие, которое должно обладать высокой огнеупорностью и обеспечивать высокое качество поверхности отливки.

Элементами микроуровня (10в-3-10в-5 м) являются зерна огнеупорной основы смеси. Для уяснения микроструктуры смеси представим ее модель, состоящую из жестких сфер одинакового размера, скрепленных между собой точечными контактами через пленку связующей добавки. Расстояние между центрами любой пары соприкасающихся сфер равно их удвоенному радиусу.

В неуплотненном состоянии сферы образуют рыхлую систему, пористость которой составляет 70 % и более. В этом случае общая плотность смеси при плотности кварцевых зерен 2,6 г/см будет около 1 г/см3. Смежные сферы могут создавать многочисленные «арки». При элементарном уплотнении сферы образуют кубическую систему. Ромбоэдр, построенный в плоскости, пересекающей центры соприкасающихся сфер, в этом случае является квадратом с углом 90°. При гексагональной упаковке ромбоэдр имеет острые углы 60°.

Пористость уплотненной системы m зависит от угла ромбоэдра 0 следующим образом:

Расчеты показывают, что при кубической упаковке пористость составляет 0,476, а плотность смеси равна 1,3 г/см3; при гексагональной упаковке соответственно 0,259 и 1,85 г/см3. Приведенные цифры соответствуют реальной плотности формовочных смесей.

Увеличение степени уплотнения смеси повышает число контактов между зернами на единицу сечения, а значит, прочность смеси, и уменьшает сечение каналов между зернами, следовательно, и газопроницаемость смеси. Площадь просвета между зернами п зависит также от угла ромбоэдра 0:

Газопроницаемость Г связана с характеристиками смеси следующим образом:

где d - диаметр зерна;

n - динамическая вязкость газа.

Из выражения (7.2) видно, что газопроницаемость смеси пропорциональна квадрату диаметра зерна, т. е. резко падает при измельчении зерен.

Реальная формовочная смесь отличается от идеальной модели: зерна не строго сферической формы; они не имеют одинаковых размеров; контакты между зернами не являются точечными, а образуют площадки; в пределах одного микрообъема различные ячейки имеют разные размеры и углы ромбоэдра.

Упаковка реальных формовочных смесей в ячейках носит статистический характер. В разрыхленных смесях имеется много ячеек, в которых не все соседние частицы соприкасаются между собой. Это значит, что ромбоэдр превращается в многоугольник и среднее значение его угла в этом случае больше 90°. Если размеры зерен смеси сильно различаются между собой, то плотность упаковки оказывается больше, чем в системе из одинаковых зерен, а газопроницаемость меньше.

Субмикроуровень (10в-5-10в-7 м) характеризуется тем, что его элементами являются частицы глины, связующих добавок и молекулярные кристаллы (детали пленок связующих добавок). Элементы субмикроуровня определяют прочность связи между зернами песка, особенно между частицами глин и других высыхающих, затвердевающих и химически твердеющих добавок. К этому же уровню относятся частицы пылевидного кварца, составляющие зерновую основу огнеупорного покрытия и молотого угля. В свою очередь, их связующие добавки должны иметь более тонкую структуру. Этот структурный уровень до сих пор остается слабо изученным, хотя силы, действующие между его частицами, играют весьма важную роль в обеспечении прочности и жаростойкости смесей.

Элементами мезоуровня (10в-7 - 10в-9 м) являются коллоидные частицы кремнекислоты, действие которых проявляется в керамизируемых смесях; ультрадисперсные порошки; молекулы высокомолекулярных соединений, из которых состоят все виды смол. В зернах основ смеси к этому уровню относятся атомно-кристаллические решетки, образуемые оксидом кремния или иными химическими соединениями; их блоки, дислокации и другие дефекты решеток. Их значение проявляется в процессе разрушения зерен, ведущем к появлению пыли и сокращению долговечности смесей.

Элементами атомного уровня (10в-9 м и меньше) являются атомы, их электронные орбиты, молекулы неорганических соединений. Эти элементы в конечном счете образуют все частицы вышележащих уровней.

Ввиду огромной разницы в размерах и строении элементов различных уровней средства воздействия на их характеристики редко выходят за пределы смежных уровней. Следовательно, для получения максимальных эффектов целесообразно воздействовать одновременно на несколько уровней и для каждого из уровней предусматривать свои средства.

Таким образом, сущность процесса формовки состоит в связывании разрозненных зерен наполнителя в единую смесь связующей добавкой. Для проявления своего действия связующая добавка должна первоначально находиться в жидком состоянии, затем образовать на поверхности зерен пленку, далее при уплотнении создать вокруг точек контакта между зернами манжеты и, наконец, перейти в твердое состояние, превратив сыпучую смесь в монолитную среду.

Прочностные свойства формовочной смеси определяются влиянием адгезии и когезии связующих материалов.

Адгезия — прилипание двух конденсированных тел на границе раздела фаз. Когезия - прочность тела, вступившего в контакт, т. е. материала жидкой или затвердевшей пленки. Силы когезии тем больше, чем тоньше пленка приставшего вещества.

Разрушение формовочной смеси может происходить тремя путями:

• если силы когезии превышают силы адгезии, то происходит отрыв пленки от зерна;

• если силы адгезии превышают силы когезии, то происходит разрыв пленки связующего;

• если силы адгезии и когезии соизмеримы, то разрыв происходит частично по пленке, частично путем отрыва пленки от зерна.

Формовочная смесь должна обладать достаточной прочностью после изготовления, необходимой для обеспечения операций сборки, транспортировки и заливки жидкого металла.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: