CC BY
446
венные низкокачественные отходы (стружка, сплески, корольки).
Ещё одной часто встречающейся причиной брака готовых изделий свинцовых латуней является наличие шиферного излома. В литературных источниках [5] указывается, что одной из причин возникновения этого дефекта могут быть включения шлака, которые находятся в слитке в дисперсном состоянии. В ОАО «РЗОЦМ» был выявлен брак на прутке диаметром 30 мм из сплава ЛС 58-2 по причине наличия в нем сажевых включений (рис. 2).
Рис. 2. Раковина размером 2,7*4 мм на прутке из сплава ЛС 58-2
Одновременно с этим при резке слитков сплава ЛС 59-1 и сплава ЛС 58-2 на заготовки отмечен тот факт, что в слитках встречаются включения сажи. Это происходит из-за того, что при полунепрерывном литье медных сплавов сажа используется в качестве покрова расплава в кристаллизаторе. В результате конвективных потоков в лунке жидкого металла, обусловленных падающей струей расплава, происходит захват покровного материала вблизи мениска расплава, вследствие
чего образуются внутренние и поверхностные сажевые засоры [6]. В связи с этим актуальной задачей является замена сажи на альтернативные покровные материалы, например флюсовые композиции.
В настоящее время проводятся работы по подбору оптимального состава флюсов для замены сажи при литье свинцовых латуней с целью устранения дефектов, связанных с попаданием сажи в объем слитка. Кроме того, подбирается оптимальный состав флюса для рафинирования сплавов от примесей, которые могут образовывать неметаллические включения.
Литература
1. Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки. Справочник. М.: Машиностроение, 2004. 336 с.
2. Свойства прутково-проволочной продукции из двухфазных свинцовых латуней для скоростной обработки резанием на автоматах / Овчинников А.С., Жукова Л.М., Пугачева Н.Б. и др. // Цветные металлы. 2008. № 2. С. 91-98.
3. Тихонов Б.С. Тяжелые цветные металлы и сплавы. Справочник. Т. 1. М.: ЦНИИЭИцветмет, 1999. 452 с.
4. Ефимов Б.Н., Лаврентьев М.И., Чупеева И.Н. Новая марка латуни для производства пишущих узлов // Цветные металлы. 1995. № 8. С. 58-61.
5. Логинов Ю.Н., Буркин С.П. Технология прессования специальных сплавов в решениях задач: учеб. пособие. Екатеринбург: УГТУ, 2000. 69 с.
6. Ивкин М.О., Брусницын С.В., Котов Д.А. Оценка возможности использования флюсовых композиций при полунепрерывном литье свинцовых латуней // Труды одиннадцатого съезда литейщиков России. Нижний Тагил: Изд-во УВЗ, 2013. С. 347-352.
Сведения об авторах
Брусницын Сергей Викторович - д-р техн. наук, ст. науч. сотрудник, проф. ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина», г. Екатеринбург. E-mail: [email protected]
Ивкин Максим Олегович - аспирант ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина», г. Екатеринбург. E-mail: [email protected]
УДК 621.74
Вдовин К.Н., Абенова М.Б.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ С КРАХМАЛИТОМ
Аннотация. В статье рассмотрена возможность использования экструзионного крахмалореагента (ЭКР) при изготовлении песчано-глинистой формовочной смеси для улучшения ее механических свойств. Показано, что ЭКР существенно улучшает прочность смеси в сыром состоянии, уменьшает зависимость свойств смеси от влажности и другие положительные качества.
Ключевые слова: формовочная смесь, влажность, набухаемость, пластичность, газопроницаемость, ужимины.
Раздел 5
Все материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней, объединяются общим названием «формовочные материалы». А чтобы получить отливку, свободную от дефектов, необходимо иметь формовочные или стержневые смеси, удовлетворяющие комплекс определенных свойств [1].
Песчано-глинистые сырые смеси, применяющиеся для изготовления разовых форм, в настоящее время все еще находят широкое применение. Основные стандартные требования, предъявляемые к ним, следующие [2-5]:
- оптимальная влажность;
- хоро шая пластичность;
- нео бходимая прочность;
- достаточная податливость;
- хоро шая газопроницаемость;
- о гне упорность.
Эти требования не всегда обеспечивают необходимое качество получаемых отливок. Наиболее часто встречающийся брак при литье в сырые песчано-глинистые формы: ужимины, различные засоры, газовые и усадочные раковины и др. Чтобы повысить стойкость сырых форм и улучшить качество получаемых отливок, в формовочные смеси добавляют специальные материалы, например микродобавки холодно набухающего крахмала в сочетании с регулярным освежением смесей. Товарными разновидностями его являются: крахмалит и экструзионный крахмалореагент (ЭКР). Эти два материала полностью идентичны. Поэтому далее будем оперировать лишь термином ЭКР.
Добавки ЭКР обеспечивают стабилизацию влажности формовочной смеси по всему объему формы, увеличивается «мокрая» прочность формы, повышается податливость и формуемость. Количество вводимого в смесь ЭКР не превышает 0,2-0,5% и зависит от марки заливаемого металла.
Но постоянное применение ЭКР приводит к тому, что он не выгорает полностью из смеси после заливки форм металлом, большая часть его остается в смеси (до 80-85%). При составлении последующего замеса смеси необходимо всегда учитывать это.
С целью определения возможности применения ЭКР в качестве технологической добавки к формовочным смесям для изготовления литья в сырых формах на ремонтно-механическом заводе АО «ССГПО» провели испытания различных формовочных смесей, вводя в них по 0,2% ЭКР, при примерно постоянной влажности. Исходные данные для проведения исследований приведены в табл. 1. Под номерами с первого по четвертый обозначены составы формовочных смесей с различным содержанием ЭКР.
Для смесей с ЭКР обычно измеряют еще такое свойство, как текучесть по Орлову. Это процентное выражение отношения твердости в точке уплотняемой смеси в нижней части цилиндрического образца
(в месте контакта смеси с поддоном) на расстоянии 50 мм от уплотняющего бойка лабораторного копра (пята) к твердости в другой точке образца на расстоянии 25 мм от поддона и на таком же расстоянии от бойка копра (см. рисунок) [1].
Таблица 1
План эксперимента по введению ЭКР
Наименование исходных материалов формовочных смесей Содержание материалов в формовочных смесях, мас. ч.
1 2 3 4
Исходная формовочная смесь 100 - - -
Отработанная формовочная смесь - 90 100 90
Кварцевый песок (вольногорский) - 10 - 10
Порошковый активированный бентонит - 2 2 2
ЭКР-1 - 0,2 - -
ЭКР-2 - - 0,2 0,2
Вода до влажности 3,5 3,5 3,5 3,5
7 <5.
Гильза с поддоном для измерения текучести формовочной смеси по Орлову: 1 — поддон; 2 — вкладыш; 3 — образец формовочной смеси с ЭКР; 4 — гильза; 5 — пята копра;
6 — штифт; 7 — шток копра
Изготовили несколько проб песчано-глинистых формовочных смесей с ЭКР и подвергли их испытаниям на зерновой состав, набухаемость и технологические характеристики, содержащей ЭКР. Ниже приведены результаты этих лабораторных исследований (табл. 2).
Таблица 2
Физико-механические свойства смеси сразу после изготовления
Наименование Значения физико-механических
физико-механических свойств свойств для формовочных смесей
формовочных смесей 1 2 3 4
Влажность, % 3,5 3,7 3,6 3,6
Прочность при сжатии в сыром состоянии, кгс/см2 0,68 1,1 0,9 1,1
Текучесть по Орлову, % 47 86 79 80
Газопроницаемость, ед. 102 119 102 102
40
Теория и технология металлургического производства
В результате испытаний выявлено положительное влияние ЭКР на качество формовочной смеси.
Для определения зернового состава использовали стандартные латунные сита марок 1 (размер ячейки 1,0 х 1,0 мм), 063 (размер ячейки 0,63 х 0,63 мм), 02 (размер ячейки 0,2 х 0,2 мм) и поддон, на котором осаждалась та часть навески, которая проходила через все сита. Результаты испытаний проб по их крупности приведены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты испытаний проб на зерновой состав
Выявлена зависимость между набухаемостью (табл. 4), с одной стороны, и текучестью и влажной прочностью, с другой стороны. Зависимости между крупностью помола и набухаемостью не обнаружили.
Таблица 4
Набухаемость проб ЭКР
При экспертной оценке качества формовочной смеси с ЭКР, кроме улучшения текучести, выявлено следующее:
- повысилась прочность смеси в сыром состоянии;
- не обнаружили комкуемости смеси;
- смесь стала пушистой, рыхлой и рассыпчатой и обеспечила хорошую формуемость и уплотняемость смеси;
- уменьшилась зависимость свойств смеси от влажности благодаря иммобилизованному состоянию влаги, испарение которой под действием тепла существенно замедляется, что будет способствовать снижению такого вида брака, как ужимины.
Данные табл. 4 показывают, что в пробах 1 и 2 основная масса зерен ЭКР задерживается на сите номер 02 (90,2 и 68%), а при отсеве мелких фракций набухаемость снижается (7,6 на сите номер 02 и 6,6 на сите номер 063). Наиболее высокая набухаемость в чистом виде в пробе номер 4, где имелось наибольшее содержание мелкой фракции (поддон). Не выявили закономерности по пробе номер 3, остаток был всего
0.5.г на 100 г навески, что не позволило провести исследования набухаемости в полном объеме.
Таким образом, добавление ЭКР в формовочные смеси дает следующие технические результаты:
- происходит стабилизация влажности формовочной смеси во всем ее объеме, уменьшается зависимость физико-механических свойств смеси от колебаний влажности, увеличивается так называемая «мокрая» прочность формы в зоне конденсации паров воды на глубине 24 мм от поверхности металла, резко снижается вероятность образования ужимин, засоров, песочных и газовых «раковин». В связи с этим, снижается брак по засорам, ужиминам, песочным и газовым раковинам;
- повышаются текучесть, формуемость и уплот-няемость формовочной смеси, увеличивается ее прочность на растяжение и срез, что очень важно при изготовлении форм с высокими «болванами»;
- снижается шероховатость поверхностей отливок.
Литература
1. Голотенков О.Н. Формовочные материалы: учеб. пособие. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. 164 с.
2. Технология литейного производства: учебник / под ред. Чуркина Б.С. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 2000. 662 с.
3. Кукуй Д.М., Скворцов В.А., Андрианов Н.В. Теория и технология литейного производства: в 2 ч. Ч. 1. Минск: Новое знание; М.: ИНФРА-М, 2011. 384 с.
4. Степанов Ю.А., Семенов В.И. Формовочные материалы: учеб. пособие. М.: Машиностроение, 1969. 157 с.
5. Бречко А.А., Великанов Г.Ф. Формовочные и стержневые смеси с заданными свойствами. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982. 216 с.
Номер Остатки на ситах, %
пробы Сито 1 Сито 063 Сито 02 Поддон Итого
1 0 3,8 90,2 6,0 100
2 0 25 68,0 7,0 100
3 0 0,5 94,5 5 100
4 0 0,1 90,4 9,5 100
Номер Пробы в Остаток проб на ситах номер
пробы чистом виде 02 063
1 8,2 7,6 6,6
2 9,2 8,6 8,4
3 9,2 9,4 9,0
4 10,4 8,6 8,4
Сведения об авторах
Вдовин Константин Николаевич - д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой литейного производства и материаловедения института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-84-19.
Абенова Маркаба Борановна - аспирант института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО
«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-85-30.
♦ ♦ ♦
