Badanie właściwości technologicznych mas formierskich

Budowa masy formierskiej – osnowa ziarnowa.

Masę formierską wykonuje się przez mieszanie składników osnowy z materiałami wiążącymi i pomocniczymi. Osnowę ziarnową stanowi piasek formierski, piasek kwarcowy lub piaski wysokoogniotrwałe (np. szamotowe, chromitowe). Ziarna osnowy są połączone ze sobą materiałem wiążącym, zwanym lepiszczem lub spoiwem. Do lepiszcza zalicza się wszystkie materiały występujące w naturalnych piaskach formierskich, o wielkości ziaren poniżej 0,02mm. Są to najczęściej cząsteczki gliny (nadają wytrzymałość). Spoiwami są materiały wiążące, celowo dodane do naturalnych chudych piasków formierskich lub piasków pozbawionych lepiszcza. W zależności od stosowanej technologii mamy do czynienia z glinami ogniotrwałymi, szkłem wodnym, cementem, żywicami, olejami, smołami. Oprócz osnowy i spoiwa, masa może zawierać pewne ilości wody, pyłu węglowego lub grafitu oraz materiałów rozluźniających, jak mączka drzewna, trociny. Masy dzielimy na naturalne i syntetyczne.

Analiza sitowa.

W każdym naturalnym piasku formierskim znajdują się ziarna o różnej wielkości. Analiza sitowa polega na rozfrakcjonowaniu materiału na znormalizowanym zestawie sit. Frakcja najdrobniejsza, która przechodzi przez wszystkie sita, zbiera się na „denku”. Analiza sitowa wykonywana jest przy użyciu przesiewacza elektromagnetycznego, który wykonuje jednocześnie drgania pionowe i poziome. Po zakończeniu przesiewania zestaw sit przenosi się na stół laboratoryjny i zsypuje piasek z każdego sita na numerowane arkusze papieru, a następnie waży poszczególne odsiewy.

Wykres słupkowy.

Wykres słupkowy przedstawia graficznie wyniki oznaczenia osnowy ziarnowej.

Określenie frakcji głównej i stopnia jednorodności piasku.

Frakcję główną stanowią trzy sąsiednie nominalne wymiary boków oczek sit, na których zebrały się największe ilości odsiewów, podane w kolejności malejącej wielkości odsiewów. Wg frakcji głównej wyróżnia się 6 grup piasku formierskiego: żwirek, gruby, średni, drobny, bardzo drobny, miałki.

Jednorodność to procentowa pozostałość frakcji głównej, obliczona w stosunku do ilości piasku po odjęciu lepiszcza. Rozróżnia się 3 klasy jednorodności:

- piasek jednorodny J (powyżej 80%)

- piasek małojednorodny M (między 60-80%)

- piasek niejednorodny N (poniżej 60%)

Parametry piasku, a właściwości masy.

Do najistotniejszych wskaźników osnowy ziarnowej należą: frakcja główna, jednorodność i kształt ziaren, odsiew przeliczony, średnia wielkość ziarna, liczba ziarnistości i powierzchnia właściwa. Oznaczenie piasku stosowane przy zamówieniach lub w dokumtancji obejmuje:

- część słowną (np. piasek formerski)

- nazwę piasku ze względu na wielkość ziaren osnowy (kwarcowy)

- znak klasy wg zawartości lepiszcza (2K)

- frakcję główną (0.32/0.20/0.16)

- jednorodność (J85)

- temp. spiekania (1623K)

Kształt ziaren oprócz ich wielkości i jednorodności, wywiera istotny wpływ na takie właściwości mas formierskich jak: wytrzymałość, płynność, przepuszczalność. Podstawowe właściwości technologiczne mas: zawartość wilgoci, twardość powierzchniowa, płynność.

Rodzaje wilgoci i metody oznaczania jej zawartości.

W piaskach, glinach i masach formierskich wilgoć to woda kapilarna, adsorpcyjna lub swobodna (grawitacyjna). Metody określania zawartości wilgoci dzielą się na bezpośrednie i pośrednie. Metoda bezpośrednia grawimetryczna (klasyczna lub pospieszna) polega na pomiarze ubytku masy próbki po suszeniu. Do pośredniego oznaczania wilgoci służą metody: chemiczne, fizyczne, elektryczne i jądrowe. Najpopularniejszą metodą jest pospieszna chemiczna metoda Speedy. Wykorzystuje ona reakcję chemiczną zachodzącą między wilgocią zawartą w masie, a karbidem.

Rola wilgoci w masie.

Zawartość wilgoci w materiałach formierskich to stężenie w badanej próbce wody, która można usunąć w temp. 105-110^oC. Rola wilgoci polega na uaktywnieniu spoiwa glinowego, tj. nadaniu mu spoistości. Dipole wody wiążą się z ładunkami elektrycznymi istniejącymi na powierzchni cząstek gliny i ziaren piasku.

Pomiar stopnia ubicia.

Twardość powierzchniowa jest badana w celu określenia stopnia zagęszczenia masy próbki lub formy. Pomiar twardości polega na wciskaniu w powierzchnię zagęszczonej masy penetratora, najczęściej w postaci kulki. Miarą twardości jest wielkość zagłębienia. Stopień ubicia określa się na podstawie twardości z tabelki.

twardość	stopień ubicia
poniżej 12	bardzo słaby
około 20	słaby
około 50	średni
około 70	silny
powyżej 80	bardzo silny

Metody pomiaru płynności – Orłowa i Dieterta-Valtiera.

Płynnością określamy zdolność masy do rozprzestrzeniania się w całej objętości masy zagęszczenia wywołanego w jednym miejscu. Inne określenie płynności to zdolność masy do równomiernego zagęszczenia przy minimalnym nakładzie pracy.

Oznaczenie płynności metodą Dieterta-Valtiera polega na pomiarze stopnia odkształcenia walcowej kształtki laboratoryjnej między czwartym, a piątym uderzeniem ciężarka ubijaka laboratoryjnego. Jeżeli kształtka nie zmniejszy wysokości, płynność wynosi 100%, a jeśli skróci co najmniej 2,5mm, przyjmuje się płynność wynoszącą zero.

x – ubytek wysokości kształtki

Oznaczenie płynności metodą Orłowa polega na ubijaniu kształtki w tulei walcowej z wkładką o wysokości h=30mm. Wysokość kształtki po 3 uderzeniach znormalizowanego ciężarka ubijaka powinna wynosić 50 +/- 1mm. Za miarę płynności przyjmuje się procentowy stosunek twardości powierzchni B do twardości powierzchni badanej kształtki.

Przepuszczalność – znaczenie i metody badania.

Przepuszczalność jest to zdolność masy do odprowadzania gazów z wnęki formy podczas odlewania. We wnęce formy znajduje się powietrze, a ponadto ciekły metal w zetknięciu z masą wytwarza gazy. Zarówno powietrza jak i gazy powinny ujść do atmosfery przez pory (przestrzenie międzyziarnowe). Przepuszczalność będzie więc zależała w głównej mierze od wielkości, kształtu ziarna i jednorodności osnowy ziarnowej, zawartości lepiszcza lub spoiwa oraz od stopnia zagęszczenia masy. Przepuszczalność jest mierzona ilością powietrza, jaka przejdzie przez znormalizowaną próbkę walcową w jednostce czasu.

V – obj. powietrza przepływającego przez badaną próbkę

H – wys. próbki

F – powierzchnia przekroju poprzecznego próbki walcowej

p – ciśnienie

τ – czas przepływu powietrza przez próbkę

Przepuszczalność wyznacza się przy użyciu aparatu kloszowego lub nowszej generacji aparatu z turbinką powietrzną. Aparat wyposażony jest z zbiornik powietrza, które jest tłoczone przez dysze do przestrzeni nad próbką zamocowaną w owartej Komorza cylindrycznej. Przepuszczalność można określić także metodą pospieszną. Do tego celu montuje się w aparacie dyszę, a bezpośredni odczyt przepuszczalności wykonuje się na przezroczystej obrotowej skali.

Badanie wytrzymałości masy.

Wytrzymałością materiałów formierskich jest wartość graniczna ich odporności na wywierane obciążenie zewnętrzne, przy którym następuje trwałe odkształcenie lub zniszczenie badanej próbki. W zależności od rodzaju zastosowanego obciążenia badana się próbki na rozciąganie, ściskanie, zginanie i ścinanie. Właściwości wytrzymałościowe mas formierskich określa się przy użyciu znormalizowanych kształtek laboratoryjnych w stanie wilgotnym, wysuszonym lub utwardzonym. Na wytrzymałość masy wpływ ma:

- skład ziarnowy

- zawartość spoiwa lub lepiszcza

- stopień zagęszczenia

- wilgotność

- proces sporządzania

- temperatura

Wartość wskaźnika wytrzymałości zależy w dużym stopniu od rozmieszczenia oraz wielkości i ścisłości styku ziaren osnowy i spoiwa. Wytrzymałość zależy także od jakości i ilości spoiwa oraz od zawartości wody. Badanie przeprowadzania się na uniwersalnym aparacie wytrzymałościowym.