Иванов (550688), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Свойства керамических стержней. У стержней должна быть гладкЪя поверхность — высота микронеровностей )сз ( 30 мкм; низкий коэффициент линейного расширения — менее 2 10 б 1)'С в интервале температур 20 — 1100'С; стойкость к тепловым ударам до температуры 1250 — ! 300 'С; точность разме ров — в пределах менее ~0,!5 % номинальных; высокая прочность — и„ > 15 МПа; высокая пористость (влагоемкость) — 25 — 30 %; б низкая (сравнительно) плотность — 1200— 1700 кг)мн. Стержни также не должны деформироваться при заливке оболочек расплавом.
Деформация под нагрузкой 0,4 МПа не должна происходить при температуре ниже 1250 'С. Стержень не должен взаимодействовать химически со сплавом или его окислами; удаление его из полостей отливок должно рмс. Е.а Ь Схема оболочка со стержнем: т — керамкческкр стержень; а — оболочка осуществляться' без особых затруднений механическим, электро- химическим, химическим способами. Материалы для изготовления керамических стержней должны быть недефицитными и по возможности недорогими. Этому комплексу свойств наиболее полно соответствуют порошки НКС и циркона (табл. 6.27).
Так, коэффициент линейного расширения при нагреве до 1100'С стержней из кристаллического кварца 1,92.10 ' 1/'С, а из порошков НКС вЂ” 2 1О ' 1/'С, т. е. почти на два порядка меньше. Следует отметить, что тепловое расширение кристаллического кварца проходит обратимо и скачкообразно, изготовление стержней из него не будет рассмотрено, Таблица 6.27 3 клесс — спеченные керкынческне стержни П р и м е ч а и и е. давление запрессовхи стержиео при их изготовлении 1Π— 20 Мпа; шероховатость поверхиости 40 мим, иахсущаасв пористость > 20 и; растворимость в щелочи >1оо ч.
Классификация керамических стержней. Стержни подразделяют на спеченные (1 класс) и холодноотвержденные (11 класс). Спеченные стержни получают сухим твердофазным и жидкостным спеканием. Г1од спеканием понимают изготовление камнеподобных предметов после обжига сформованных с пластификатором смесей из полидисперсных порошков (40, 84), 040 Сухое спекание — это процесс, идущий. в направлении уменьшения свободной энергии системы и протекающий при температуре не менее 0,81 плавления чистого огнеупорного окисла, при этом зерна порошков «свариваются» (опекаются друг с другом), стержни приобретают прочность. Для уменьшения температуры и продолжительности спекания в смеси вводят добавки — минерализаторы (например, в корундовую смесь вводят б % порошка стабилизированной двуокиси циркония) 118, 40).
Сухое спекание широко применяют для изготовления тонкостенных стержней, прочных при температуре 20'С и заливке расплава. Жидкостное спекание отличается от сухого тем, что в смесь порошков вводят легкоплавую добавку, например, тонкий порошок силиката натрия с температурой плавления -700'С. Затвердевшая после охлаждения жидкость служит связующим стержней. Однако такие стержни размягчаются и теряют прочность при нагреве до сравнительно невысоких температур. Н класс — холодноотвержденные стержни. Способ изготовления их основан на свойстве кислого (рН ж 2) связующего раствора ЭТС, например типа орг-1, переходить в желатинообразное, а затем в твердое состояние — гель — при введении в смесь щелочной жидкости с рН > 8 (табл. 8.28).
Гель 8102 цементирует зерна основы, обес- Таблица 6.28 11 класс — колоднотвердеющне стержни Связующий раствор, чс по массе Осиовч, И по массе 1 Свойства после прокаливаиия с! « «о я И м ойо и «о« а аз о ««О о«' о в т1 « о а о к я о о « "о нж ь « « о о о» « я в « о йн ыв « а о «а о.и о а я« ов« к ° я« ьо« «о « « 2 еа Фй« а~» ея ~о яа « '.к к в « «еа йл но ай Материал 30 2 1О т МКС (ивара аморфный): пылевидный зернистый Днстеи-силлиманит: пылевидный зернистый Электрокорунд белый: М5 вли М7 М40 ШЗ№!О 72 — 75 25 — 28 16 1250 70 30 1010 т 79 — 80 30 — 35 21 — 20 -35 1300 80 20 20 — 23 1010 т 20 30 1400 20 50 '30 241 П р и м е ч а и и я. 1, Во всех случаях связующий раствор типа орт-1; растворителем служит спирт этиловый; отеливатель вводят в количестве 1 М по массе сверх 100 М. 2.
Шероховатость поверхности, проверяемая после прокаливаиия, должна быть в пределах б — 1а мкм. печивает прочность стержню. Жидкость с высоким рН называют огеливателем; важно, чтобы огеливатель испарился при нагреве стержня, не вступал в химическое взаимодействие с собственно связующим [510,) и основой. Стержни не спекают, а после сушки и контроля их используют при изготовлении моделей. Прокаливают стержни одновременно с прокаливанием оболочек.
Прочность таких стержней до нагрева с оболочкой примерно на порядок ниже прочности стержней класса 1. Поэтому при уменьшени толщин стенок отливок до 0,5 — 1 мм и уменьшении толщин стержней до 0,4 — 1 мм следует применять стержни, получаемые сухим спеканием. Изготовление керамических стержней 1 класса включает: приготовление пластичной горячей стержневой смеси, формирование стержня в пресс-ящике и обжиг [68, 84, 94).
В обогреваемый смеситель загружают пластификатор [см. табл. 6.27), расплавляют его, вводят основу смеси и минерализатор, перемешивают их непрерывно, температуру смеси поддерживают с помощью терморегулятора. Пластнфикатор способствует введению горячей смеси в пресс-ящик, а после охлаждения он служит связующим стержня до его спекания. Целесообразно изготовлять стержни полыми — оболочковыми с толщиной стенок 1,5 — 2 мм [110!. Полости выполняют металлическими вкладышами с уклоном 1 — 3', которые извлекают после затвердевания пластнфикатора.
Перед укладкой стержней в короба для обжига в полость засыпают глинозем. Обжигают стержни в засыпке из глинозема или на огнеупорных пористых драйерах. Это необходимо, так как при обжиге вследствие расплавления пластификатора стержень полностью теряет прочность; одновременно засыпка или драйер служит адсорбентом пластификатора. Обжигают стержни в газовых печах, так как в них можно поддерживать окислительную среду, необходимую для сжигания пластификатора и выделяемого им углерода. Известны два режима обжига. По первому режиму стержни в коробах загружают в теплую печь и со скоростью -100 'С/ч повышают температуру доТ000— 1100'С, выдерживают при этой температуре, затем обеспечивают температуру спекания порошков стержня, выдерживают несколько часов, после чего медленно охлаждают [примерная длительность цикла 20 — 25 ч), По второму режиму стержни в коробах загружают в печь при температуре спекания [1200 — 1300 'С), выдерживают 6 — 10 ч и охлаждают [стержни остывают вместе с коробами).
Второй режим является предпочтительным, но связан с необходимостью применять термостойкие короба. В процессе изыскания состава 2 [см. табл. 6.27) были проведены исследования [67), показавшие, что усадка цирконовых образцов, полученных прессованием термопластичной смеси и спеканием при 1350'С, составляет 1,5 — 234, а из карбида кремния образцы показали расширение 15 М вследствие окисления порошков при той же температуре обжига. Таким образом, применение смеси порошков циркона с порошком карбида кремния [7 — 8 М) позволило получать высокопрочные стержни практически без усадки прн спеканнн, ЗЯ Собственно связующим служит ЯО,.
Окисление н образование керамики начинается при температуре выше 900'С. Реакции имеют вид ЯС + 1720» — СО + Я. Пары Я оседают на зернах циркона и мгновенно окисляются Я+ О, — ЯО». В состав пластификатора вводят 3,5 — 3,7»4 по массе сосновой канифоли, что улучшает заполняемость стержневых ящиков смесью при меньшем содержании пластификатора, снижает температуру запрессовки до 75 — 85 'С, устраняет необходимость смазывания ящиков, прессового стакана и пуансона. Перед обжигом и засыпкой глиноземом стержни «рихтуют» в гипсовых драйерах. Стержни укладывают в драйеры, на плоскость разъема последних кладут наполнительные рамки и насыпают глинозем; далее драйеры ставят в термошкаф и выдерживают в нем при температуре 40 — 50 'С до полного прогрева стержней.
Затем д«вайеры со стержнями охлаждают на воздухе до температуры 20 С. Изготовление керамических стержней ! 1 класса состоит из приготовления стержневой смеси, запрессовки ее в ящик и сушки (отверждения) 189). Применяют, как правило, связующие типа орг-1. В литературе рекомендуют в качестве отвердителей растворы едкого патра. Но едкий натр не испаряется и не сгорает при накаливании, а с гелем ЯО, образует легкоплавкое стекло с низкой вязкостью, плрнки которого окружают зерна основы. Деформация стержня ийгенсивно возрастает при нагреве его до температуры выше 600'С. Стержни толщиной 0,4 — 2„5 мм быстро нагреваются до температуры затвердевания расплава, деформируются или разрушаются, что приводит к браку отливок.
Кроме того, при огеливании едким натром трудно управлять процессом огеливания и на стержнях образуются крупные трещины. Свойствами не образовывать с материалом стержней легкоплавкие соединения и улетучиваться при прокаливании (1 ж 300 'С) обладают, например, триэтаноламин, аммиак илн их смеси, растворимые в спирте и воде. Как правило, количество огеливателя составляет 1 % по массе 'к связующему. Концентрацию его устанавливают опытным путем в зависимости от необходимой продолжительности огеливания.
Стержневую смесь приготовляют однофазным или двухфазным методами. При однофазном методе мерную дозу связующего для одного стержня смешивают с огеливателем и вводят туда предварительно смешанные твердые составляющие. После 15 — 20 с перемешивания смесь до начала огеливания запрессовывают в ящик. На первой фазе двухфазного метода в течение 40 — 50 мин связующее смешивают с основой до получения густой, но текучей смеси. Такая смесь при медленном перемешивании в защищенном от испарения спирта сосуде не изменяет свои свойства и может быть использована в течение нескольких дней 12). На второй фазе процесса— перед употреблением смеси в нее при активном перемешивании 243 вводят огеливатель, перемешивают 15 — ЗО с и запрессовывают смесь в ящик, где она отверждается.
При двухфазном способе нет ограничений по времени и интенсивности перемешивання смеси без огеливателя. Получают однородную смесь с равномерным распределением связующего на зернах, а также крупных зерен в объеме смеси. Это позволяет в один объем связующего замешать на 25 — 30 % больше твердых составляющих, чем при однофазном способе, достичь более плотной укладки зерен и, как следствие, уменьшить усадку при затвердевании геля и размеры трещин; а также повысить прочность стержней на 50 — 60 34 при меньшем расходе связующего. Применение двухфазного способа позволяет механизировать процесс приготовления смеси.
Порцию смеси запрессовывают в металлический ящик и после перехода ее в резиноподобное состояние (через 1 — 2 мин) снимают одну половину ящика, а оставшийся во второй половине стержень сушат с помощью пламени горелки. С поверхности стержня испаряется и сгорает спирт, диффундирующий из глубинных слоев. Стержень твердеет. Этот процесс сопровождается усадкой связующего и образованием трещин. При медленном твердении стержня (в естественных условиях) развиваются крупные трещины шириной до 1 мм. Интенсивный нагрев пламенем горелки ускоряет процесс необратимого твердения геля и предотвращает образование крупных трещин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
