Wpływ wilgotności na właściwości mas klasycznych (I generacja)

Woda jest głównym składnikiem mas klasycznych, którego obecność warunkuje wiązanie ziaren osnowy przez lepiszcze. Właściwości technologiczne tych mas są funkcją wilgotności i tylko przy jednej wilgotności otrzymuje się maksymalne wartości danej właściwości technologicznej. Na dodatek najlepsze wartości różnych parametrów występują przy różnych wilgotnościach. Szczególnym przykładem jest mechaniczna wytrzymałość masy, dla których nawet niewielkie obniżenie lub zwiększenie wilgotności (w stosunku do wartości optymalnej) skutkuje szybkim spadkiem jej wartości. Oprócz wytrzymałości woda wpływa także na: przepuszczalność (wzrost wilgotności powoduje , plastyczność, płynność, zagęszczalność, wskaźnik właściwości formierskich, przyczepność, osypliwość, gęstość pozorną. Zwiększenie zawartości wilgoci polepsza plastyczność masy powoduje równocześnie zmniejszenie wytrzymałości, płynności i gęstości pozornej oraz wzrost objętości w stanie spulchnionym i przepuszczalności. Z punktu widzenia badań laboratoryjnych optymalne właściwości pod względem przydatności klasycznej masy do formowania można ustalić metodą Dieterta, która pozwala określić tzw. wskaźnik właściwości formierskich. Obecność wody w masie jest również szkodliwa ponieważ: powoduje zwiększenie gazo twórczości, tworzenie się strefy przewilżonej a co za tym idzie sprzyja powstawaniu wad odlewniczych.

Rodzaje mas samoutwardzalny SMS

Są to masy które wiążą w temperaturze otoczenia a wszystkie składniki tych mas są wprowadzane do mieszarki. Wyróżnia się sypkie SMS i ciekłe CMS. Stosowane są przedewszytkim masy sypkie mają one niezaprzeczalne zalety takie jak: wiązanie w tem. otoczenia, dobrą wybijalność i płynność, jednak mają też ujemne cechy: szkodliwość dla otoczenia (masy ze spoiwem organicznym), zwykle krótką żywotność przy krótkim czasie utwardzania i wydłużający się czas utwardzania przy dłuższej żywotności.

SMS ze szkłem wodnym znajdują zastosowanie w procesach:alkali, Nishiyamy, AMG, CMS- słaba wybijalność, słaba zdolność do regeneracji.

• Proces alkali- skład masy-piasek kwarcowy; spoiwo- szkło wodne 6-8 cz.wagowych; utwardzacz- żużel zawierający krzemiany wapnia 4cz.wagowe. Stosuje się je do wykonywania form do odlewów żeliwnych, mogą być także wykorzystywane do staliwa oraz stopów miedzi.

• Prosces Nishyiamy- piasek kwarcowy 100cz.wag; spoiwo – sz.wodne 4-8cz.wag; utwardzacz- sproszkowany żelazokrzem 1-4 cz.wag. Ujemną cechą jest duża skłonność masy do przylepiania się do powierzchni modeli i rdzennic.

• Proces AMG- piasek kwarcowy 100cz. wag.; spoiwo-szkło wodne Ms=2,2, 5-7cz. wagowych; utwardzacz 2-cz. wagowe. Masy te nie mają większego zastosowania praktycznego.

SMS z żywicami furfuranowymi- mają największe zastosowanie spośród SMS z żywicami syntetycznymi, mogą być one użyte do sporządzania form i rdzeni o różnej wielkości i kształcie do odlewów ze wszystkich tworzyw odlewniczych. Są stosowane do produkcji jednostkowej i seryjnej. Zalety: duża dokładność wymiarowa, możliwość wykonania skomplikowanych rdzeni, dobra wybijalnosć, wiązanie w tem. otoczenia, mała zawartość spoiwa. Wady: długi czas wiązania, krótka żywotność, szkodliwość wydzielających się gazów, wysoki koszt masy. Piasek kwarcowy: mała zawartość lepiszcza, mała zawartość domieszek zasadowych, kulisy kształ, niska wilgotność, odpowiednia temperatura (20-30⁰C zasada „10⁰C”); spoiwo- ciekłe żywice syntetyczne tzw. furfurylowe. Zawierają od 30 do 85% alkoholu furfurylowego, który ma wpływ na wytrzymałość oraz na szybkość wiązania; utwardzacz: k. paratolumenosulfonowy, k. siarkowy, k.ortofosforowy.

Inne: z cementem, gipsowe, z krzemianem etylu ORGANICZNE: ze spoiwem uretanowym, z żywicami fenolowymi, z ługiem posiarczynowym.

Metody seryjnej produkcji rdzeni: wymienić hot box cold i pewnie opisać je.

Cold-box- najkorzystniejsza metoda seryjnej produkcji rdzeni. Polega ona na utwardzaniu zagęszczonego rdzenia w rdzennicy, poprzez przedmuchiwanie gazowym utwardzaczem. Obejmuje ona wiele różnych metod, lecz największe przemysłowe zastosowanie znajduje fenolowy proces Ashlanda (klasyczny proces cold-box). Masa w tym procesie składa się z osnowy piaskowej oraz dwuskładnikowego spoiwa złożonego z żywicy fenolowej i poliizocyjanianu w odpowiednich rozpuszczalnikach. Po zagęszczeniu rdzenia przegazowywane są różnymi rodzajami aminy.

Procesz Croninga (f.skorupowe)- umożliwa uzyskanie odlewów o małych tolerancjach wymiarowych, czystej i stosunkowo gładkiej powierzchni oraz o cienkich ściankach. Stosuje się ja do produkcji seryjnej i masowej form i rdzeni oraz w małym stopniu do form skorupowych.

Proces gorącej rdzennicy (hot-box)- proces ten jest szczególnie przydatny do seryjnej produkcji rdzeni od których wymaga się dokładności wymiarów i kształtów, dobrej wytrzymałości i wymijalności.

Proces ciepłej rdzennicy (warm-box)- rózni się do hot-boxa rodzajem spoiwa i temperaturą utwardzania masy. Co zmniejsza zużycie energi.

Skokowe utwardzanie (termoshock)- jest stosowana do seryjnej produkcji cienkich i płaskich rdzeni od których wymaga się dokładnego zachowania kształtów, łatwego odprowadzania gazu i bardzo dobrej wybijalnosci.

POWŁOKI

Powłoki ochronne materiały najczęściej kilkuskładnikowe. Mogą mieć różną konsystencje: stałą(sproszkowane), ciastowatą(pasty), ciekła(czernidła, bielidła). Nanosi się je cienką warstwą na powierzchnię rdzenia lub wnęki formy celem: zabezpieczenia przed przypaleniem się tworzywa formy do odlewu, polepszenia gładkości powierzchni odlewów, ułatwienia usunięcia odlewu z wnęki formy. Uzyskuję się to przez:

• Zakrycie porów masy i zapobieżeniu penetracji ciekłego stopu odlewniczego w głąb masy

• Zmniejszeniu adhezji tworzywa formy do powierzchni odlewu

• Przeciwdziałaniu powstaniu fałd i pęknięć włoskowatych

Powłoka musi spełniać następujące warunki:

• Ma ogniotrwałość wyższą niż temperatura wlewanego do wnęki formy ciekłego stopu odlewniczego.

• Wykazuje odpowiednią wytrzymałość powierzchniową i jest silnie związana z powierzchniową warstwą tworzywa formy lub rdzenia

• Nie pęka podczas suszenia lub utwardzania i nie łuszczy podczas odlewania

• Nie reaguje z tlenkami metali w podwyższonej temperaturze

• Dobrze przeciwstawia się erozji wpływającego do wnęki formy ciekłego stopu odlewniczego

Powłoki wzmacniające nakładane przez natryskiwanie, mają na celu polepszenie niektórych właściwości powierzchniowej warstwy wnęki formy lub rdzenia. Należą tu takie powłoki

• Roztwór wodny ługu posiarczanowego, nanoszony na powierzchnię wnęki formy z masy klasycznej w celu zmniejszenia osypliwości

• Dyspersje wodne polimerów o stężeniu 40-50%, nanoszone na powierzchnię wnęki wilgotnej formy z masy z bentonitem, zmniejszają osypliwość

• Roztwory alkoholowe żywic syntetycznych, nanoszone ma powierzchnie rdzeni sporządzonych z mas z innymi spoiwami, zwiększa wytrzymałość powierzchniowej warstwy masy, przy równoczesnej lepszej wybijalności rdzeni zawierających mało szkła wodnego

• Szkło wodne sodowe, nanoszone niekiedy na powierzchnię formy i rdzeni wykazujących skłonność do osypywania się

Powłoki adsorbujące- zadaniem ich jest zabezpieczenie przed przenikaniem składników masy lub produktów destrukcji cieplnej składników masy do powierzchniowej warstwy odlewów. Powłoki stosowane są gdy wnikające do powierzchniowej warstwy odlewu składniki masy lub produkty termicznej destrukcji składników powodują niekorzystne zmiany właściwości powierzchniowej warstwy odlewów.

Powłoki aktywne – mają za cel dokonanie zamierzonej zmian właściwości powierzchniowej warstwy odlewu. Oddziaływanie powłoki aktywnej, a właściwej jej osnowy, może zachodzić przez:

• Dyfuzję składników osnowy do powierzchniowej warstwy odlewu

• Stopienie składników osnowy przez warstwę ciekłego stopu odlewniczego, stykającą się z powłoką ochronną

• Przenikanie ciekłego stopu odlewniczego w pory między ziarnami osnowy powłoki aktywnej.

Rodzaje lepiszcza:

Lepiszcze- jest naturalnym materiałem wiążącym stanowiącym składnik piasków naturalnych. Górna granica wielkości ziarna lepiszcza wynosi 20mikrometrów. Jako samodzielne lepiszcze może także występować glina formierska.

*monmorylonit- stanowi główny składnik bentonitu. Jako lepiszcze stosowany w masach klasycznych syntetycznych, najlepszy jest sodowy.;

*ilit oraz kaolinit- lepiszcze naturalne

OPISAĆ osypoliwosć i ścieralność:

Osypliwość – zdolność osypywania się cząstek masy pod wpływem utraty wytrzymałości (wilgotności).

Ścieralność – zdolność osypywania się cząstek masy pod wpływem działania czynników mechanicznych (transport, zakładanie rdzeni, składanie form, zalewnie form).

Wytrzymałosć zewnętrznej warstewki masy jest nieco mniejsza od średniej wytrzymałości masy. Równocześnie warstewka ta jest narażona na działanie różnych czynników zewnętrznych. Zachowanie się zewnętrznej warstewki masy zależy w przypadku mas klasycznych od jakości gliny, sposobu jej przeróbki, a przy masach ze spoiwami od jakości spoiwa. Może tutaja także wpływać także źle przeprowadzaony proces suszenia formy albo rdzenia. Do stwierdzenia zachowania się zewnętrznej warstewki masy wykonuje się oznaczenie ścieralności, którego wyniki przyjmuje się jako przybliżony wskaźnik osypliwości masy. Osypliwość masy jest właściwością niekorzystną gdyż powoduje powstawanie wad takich jak zaprószenia i zapiaszczenia.

Sposoby zapobiegania: stosowanie lepszej jakości gliny i spowi, odpowiedni sposób przeróbki masy, stosowanie powłok ochronnych (ługu posiarczynowego).

Metody pomiaru: aparat Delzaka, aparat Huta Stalowa Wola, aparat typu LS. Metody oznaczania ścieralności nie zostały do tej pory należycie opracowane i dają tylko przybliżoną ocenę zachowani się masy pod względem skłonności do osypywania się.

Rola pyłu węglowego w masach I generacji

Pył węglowy – materiał zapobiegający powstawaniu powierzchniowych wad odlewów (np. przypalaniu się masy do powierzchni odlewu, polepsza gładkość odlewu). Dodawany w ilościach: • 3-5 cz. wag. do masy świeżej; • 0,4-0,6 cz. wag. do masy odświeżanej. Zbyt mały dodatek pyłu węglowego nie zapobiega powstawaniu przypaleń, które są przede wszystkim spowodowane zachodzeniem reakcji między tlenkiem żelaza powstałym na powierzchni wlewanego stopu a Krzemianką zawartą w masie. Również zbyt duży dodatek pyłu węglowego nie jest korzystny ze względu na dekantację bentonitu, szkodliwość dla otoczenia i ekonomikę procesu.

Odświeżanie- jest to proces polegający na dodaniu do masy (syntetyczne i ogólnie klasyczne) pewną ilość świeżych składników. Dodatek świeżych składników zależy od stopnia przepalenia masy i stopnia rozdzielenia masy przepalonej i nie przepalonej. Im mniejszy stopień przepalenia masy i dokładniejsze rozdzielenie podczas wybijania odlewów masy przepalonej od nie przepalonej, tym mniejszy musi być dodatek świeżych składników. Do prawidłowego ustalenia warunków odświeżania masy jest niezbędna znajomość zawartości gliny(bentonitu) w masie, można ją okreslićróznymi metodami przy czym najczęściej stosowana jest metoda błękitu metylowego. W celu uzyskania pełniejszej oceny masy używanej należy dodatkowo wykonać oznaczenie zawartości lepiszcza i strat prażenia oraz badaniu przy użyciu k.ortofosforowego (V) do określenia stopnia oolityzacji.

Regeneracja – jest procesem mającym na celu odzyskanie ze zużytej masy składników o właścowściach możliwie najbardziej zbliżonych do właściwości wyjściowych składników masy. Obecnie uzyskuje się głównie osnowę piaskową, które zawartość w masie wynosi zwykle 90%. Próby odzyskania pozostałych składników masy są w początkowym stadium zastosowania przemysłowego. Regeneracja ma przede wszystkim duże znaczenie gospodarcze i ekologiczne. Proces regeneracji ma na celu:

*usunięcie zanieczyszczeń ceramicznych i metalowych;

*usunięcie warstewki materiału wiążącego z powierzchni osnowy piaskowej;

*wyodrębnienie ziaren regeneratu o określonej wielkości i jednorodności.

Podstawowymi problemami przy stosowaniu procesu regeneracji jest: * wybór metody regeneracji; *ocena jakości;

Metoda mokra- mieszaninę masy i wody poddaje się operacji ocierająco płuczącej w maszynach wytwarzających silny ruch wirowy, w czasie którego którego masy ocierają się elementy wytwarzające ruch i o sibie. Powoduje to usunięcie z powierzchni osnowy materiałów rozpuszczalny w wodzie i zanieczyszczeń nierozpuszczalnych w wodzie.

Metoda mechaniczna- najcześciej stosowane maszyny w których zachodzi kruszenie, ścieranie lub uderzenia ziaren masy. Proces ten ma na celu usuniecie z powierzchni ziarna osnowy piaskowej warstewki materiału wiążącego

Metoda pneumatyczna-szczególny przypadek regeneracji mechanicznej, usuwanie warstewki materiału wiążącego nastepuje w wyniku zderzania się i ocierania ziaren masy w strumieniu powietrza.

Metoda cieplna- zasadnicze usuwanie materiału wiążącego odbywa się przede wszystkim przez spalanie lub rozkład. Jest uważana za najlepszą metodę regeneracji mas z żywicami syntetycznymi.

Metoda kombinowana- jest połaczeniem dwóch metod. Pozwala wykorzystać zalety poszczególnych metod. regeneracja wielopoziomowa=mechaniczna+cieplna+mechaniczna

Generacja III-

Masy III generacji (bez materiałów wiążących) Masa jest tym lepsza im mniej zawiera materiału wiążącego. Korzyści ze stosowania samej osnowy: *Umożliwia pełne wykorzystanie właściwości osnowy piaskowej; *Poważnie ogranicza gazo twórczość; *Umożliwia ponowne użycie masy, bez regeneracji; *Zmniejsza koszty masy

Masy zamrożone – zawierają glinę formierską. Zasadniczym czynnikiem wiążącym jest zamarznięta woda. Osnowę stanowi piasek kwarcowy. Materiałem wiążącym jest woda, która spaja ziarna osnowy piaskowej po zamarznięciu. Jako czynnik zamrażający stosuje się ciekły azot, którym spryskuję się powierzchnię roboczą. Zamrożone formy lub rdzenie mogą przebywać w atmosferze odlewni nie dłużej niż 1 h, bo zaczynają się rozmarzać.

Proces pełnej formy (SMB)

Masa – suchy piasek kwarcowy o bardzo małej zawartości lepiszcza i frakcji pyłowych. Model styropianowy umieszcza się w skrzynce formierskiej i obsypuje piaskiem, stosując metodę fluidyzacji lub wibracji. Stop odlewniczy jest wlewany do formy, w której znajduje się model, a nie do pustej wnęki. Podczas zalewania następuje zniszczenie styropianu, a gazy powstałe łatwo przechodzą przez piasek. Jeżeli stosowany jest sam piasek to mogą występować zapiaszczenia. Stosuje się wtedy powłoki ochronne nakładane na model.

Proces podciśnieniowy

Został wyeliminowany materiał wiążący(lepiszcze, spoiwo). Elementem wiążącym ziarna osnowy piaskowej jest stworzone podciśnienie, materiał wiążący występuje tylko w postaci folii z tworzywa sztucznego. Model wraz z płytą modelową mocuj się na pustej wewnątrz płycie nośnej. W modelu są kanaliki przechodzące od powierzchni modelu do wnęki płyty nośnej. Otwory te umożliwiają odciąganie powietrza znad powierzchni modelu w wyniku czego uzyskuje się dobre przyleganie foli nakładanej na model. Następnie podgrzewa się folie aby dobrze przylegała do modelu.

Zasada wiązania mas generacji I (z bentonitem)-

Bentonit ma budowe pakietową (składa się z 3 warstw).

Lepiszcze musi mieć małe wymiary i zdolność do pęcznienia. Monmorylonit przyłącza wodę na zewnątrz (podobnie jak kaolinit, ilit). Monmorylonit wiąże wtedy gdy dodamy do niego wodę. Woda jest przyłaczana do lepiszcza i lepiszcze pęcznieje. Masy mogą być używane wielokrotnie(nawilżamy je pęcznieje). Ale gdy podgrzejemy do wyższych temperatur następuje oddzielenie wody krystalicznej, lepiszcze przechodzi w lepiszcze nieaktywne.