Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

гретых до 200º C и до 400º C.

Снижение величины A и образование первого минимума объясняется также полной потерей влаги гелем кремневой кислоты и дисиликатом натрия в интервале температур примерно до 350–400° С.

Эти данные подтверждаются термограммами высушенных при: 200° C и продутых углекислым газом смесей, содержащих 6% жидкого стекла.

Здесь, однако, имеется в виду влияние не собственно потери влаги, а воздействия этого процесса на возникновение в пленке, связывающей зерна кварца, напряжении, приводящих к обра­зованию в ней трещин, резко снижающих общую прочность смеси.

Наконец, следует учесть, что напряжения в пленках будут тем выше, чем больше будет перепад между температурой нагрева и температурой последующего охлаждения. Влияние этих фак­торов на условия выбивки стержней и подтверждение превали­рующего значения напряжений, возникающих в пленках и при­водящих к падению величины A, находим экспериментально. Полученные данные (рис. 5) ясно показывают, что при повторном нагреве и охлаждении прочность образцов резко падает.

Очевидно, что стекловидная пленка, содержащая в основном гидратированный дисиликат натрия, будет значительно более хрупкой, чем пленка, состоя­щая в основном из геля крем­невой кислоты. Последняя, особенно в начальных условиях, будет обладать эластичностью и способностью частично релаксировать возникающие нап­ряжения. Поэтому прочность предварительно высушенных об­разцов при повторном нагреве и охлаждении падает гораздо более резко, чем у образцов, предварительно продутых угле­кислым газом.

Таким образом, в случае высушенных и в случае проду­тых CO образцов при их наг­реве до 400–600° C и последую­щем охлаждении в результате возникающих напряжений, при­водящих к образованию в плен­ках трещин, работа, затрачивае­мая на выбивку, оказывается минимальной.

Переходя к рассмотрению одного из главных вопросов – причин образования второго максимума, прежде всего следует отметить чрезвычайно быстрое увеличение работы, затрачиваемой на выбивку образцов, предварительно нагретых до 800° С. Столь резкое возрастание прочности при нагреве образцов до 800° С свидетельствует о том, что примерно при этой температуре про­исходит коренное изменение условий склеивания кварцевых зёрен наполнителя.

Причина образования второго максимума становится очевид­ной из рассмотрения двойной диаграммы состояния Na O – SiO (рис.6)

При нагреве жидкого стекла, обычно применяемых модулей, жидкая фаза начинает появляться при температуре 795° C, а при нагреве до 850° C (для модуля, равного 2,5) образуется полностью жидкий расплав.

Образовавшаяся жидкая фаза силикатного расплава обволакивает зерна кварцевого песка, «залечивает» появившиеся ранее трещины и при последующем охлаждении сооб­щает смеси высокую прочность, что приводит к значительному увеличению работы, затрачиваемой на выбивку смесей. Этот процесс происходит как в высушенных, так и продутых CO образцах. Однако, если в высушенных смесях происходит простое расплавление уже ранее образовавшегося силиката натрия, то в смесях продутых CO образуется расплав из самостоятельно существующих компонентов — главным образом NaHCO и SiO , получившихся в результате разложения жидкого стекла при про­дувании смеси углекислым газом. Это, по-видимому, является причиной меньшей величины второго максимума в образцах, продутых CO , так как условия образования расплава из отдель­ных составляющих в тонкой пленке связующего не могут считаться благоприятными. Подтверждением такого предположения яв­ляются опыты (рис. 7), проведенные при заливке стержней сталью 30Л. Они подтвердили общую

Рис. 6. Диаграмма состояния системы Na O – SiO .

з акономерность — ярко выраженный максимум работы, затраченной на выбивку стерж­ней, прогретых до температуры примерно 800°С.

Рис. 7.Работа, затраченная на выбивку из отливок стержней:

1—высушенных при 200° C;

2 — продутых CO .

Вследствие значитель­ного воздействия на стер­жень тепла залитого ме­талла, малой теплопровод­ности смеси и очень мед­ленного охлаждения стер­жней процессы образова­ния жидкой фазы в плен­ках связующего материала в данном случае протекают более полно, чем при испы­таниях образцов. Поэтому в смесях, продутых CO , при этом полностью осуще­ствляется процесс образо­вания жидкой фазы, вслед­ствие чего наблюдается почти одинаковый ход кри­вых, характеризующих работу, затраченную на выбивку стер­жней, высушенных и продутых CO .

Таким образом, при нагреве смесей до 800°C образуется жид­кий расплав, который энергично взаимодействует с кварцевым песком, растворяя последний, в результате чего четко выражен­ная граница раздела пленки и зерна стирается и образуется сплошной монолит, обладающий большой прочностью. В этих условиях появляется «второй максимум», резко затрудняющий выбивку стержней из отливок.

Рассмотрим причины снижения величины A при нагреве смесей до более высоких температур и условия образования «второго минимума».

При нагреве смесей до температур, превышающих 800° C, взаимодействие силикатного расплава с кремнеземом песка усили­вается. Как известно, скорость диффузии возрастает по мере по­вышения температуры и уменьшения вязкости среды. Поэтому при высоких температурах диффузия SiO от поверхности растворения в расплав значительно возрастает и в целом процесс растворения кремнезема в силикатном расплаве ускоряется. В результате растворения содержание SiO в расплаве непрерывно увеличи­вается вплоть до предела растворимости при данной температуре согласно диаграмме состояния Na O–SiO . После достижения предела растворимости этот процесс прекращается.

При охлаждении образца из образовавшегося расплава начи­нают выпадать избыточные кристаллы сначала тридимита, а при температурах ниже 870° C — кварца. Выпавшие твердые кри­сталлы в затвердевшем расплаве играют роль инородных включе­ний — надрезов, нарушающих сплошность пленок и концентри­рующих напряжения, возникающие при охлаждении образца до комнатной температуры.

Наконец, следует учесть, что чем энергичнее идет процесс растворения SiO в расплаве, тем меньше становится относитель­ное содержание в нем Na O.

Эти факторы являются основной причиной уменьшения работы, затрачиваемой на выбивку образцов при их предварительном нагреве до температур, превышающих 800° С. Естественно, что чем выше температура нагрева расплава, тем быстрее проис­ходит растворение кремнезема и тем больше растворимость в рас­плаве. Следовательно, при охлаждении с более высоких тем­ператур расплав будет содержать относительно большее коли­чество твердых инородных включений и сплошность силикатной пленки будет в большей степени нарушена, что будет приводить к дальнейшему уменьшению величины А.

Таким образом, после полного охлаждения пленка, склеившая зерна кварцевого песка, будет иметь не первоначальный состав, соответствующий, например, точке a на диаграмме состояния (рис. 6), а состав, в зависимости от температуры нагрева соот­ветствующий, например, точкам б, в или г. С другой стороны, если образцы, один раз нагретые до 1200° C (точка б), вновь на­гревать до 800, 1000 и 1200° C, то состав пленки останется неиз­менным. Следовательно, работа, затрачиваемая на выбивку вто­рично нагреваемых образцов, будет примерно одинаковой при всех температурах вплоть до 1200° C. Однако величина A должна быть ниже, чем при первом нагреве до 1200° C, так как при вто­ричных нагреве и охлаждении увеличиваются напряжения за счет модифицированных изменений кварца и возникающих тер­мических напряжений. Подтверждение находим в опытах, приве­денных на рис. 8.

Справедливость последней гипотезы подтверждается также опытами, при которых в качестве наполнителя вместо кварце­вого песка был взят цирконовый. В этом случае не только не было обнаружено уменьшения прочности после д остижения темпера­туры второго максимума, но, наоборот, при нагреве до более высоких температур (1400° С) прочность непрерывно возрастала.

Рис. 8. Работа, затра­ченная на

выбивку образ­цов из

смеси на жидком стекле:

1 — предварительно высу­шенных

при 200° C;

2 — предварительно прокаленных при 120° С.

Одним из главных вопросов, имеющих основное значение для практического улучшения выбиваемости смесей, является максимальное расширение интервала первого минимума работы, затрачиваемой на выбивку стержней.

Выбором более сложных, например тройных систем с определен­ным соотношением компонентов, можно получить необходимую заданную температуру образования второго максимума.

Обратимся к диаграмме состояния системы Na O—Al O —SiO (рис. 9). Расчет по соответствующей изотерме диаграммы состояния (рис. 9) показывает, что для получения второго максимума при 1400° C в смесь, содержащую 5% жидкого стекла, модуля 2,7 (SiO —31,6%; Na O—12.0%), необходимо добавить 0,97% Al O .

Соответствующие опыты, проведенные с вве­дением в смесь, содержащую 5% жидкого стекла, дополнительно 3% химически чистого Al O , количество которого по срав-нению с расчетным было значительно увеличено для более четкого выявления закономерности и ввиду возможного неполного усвое­ния

Характеристики

Список файлов реферата