Oznaczanie wytrzymałości mas formierskich i rdzeniowych w podwyższonych temperaturach R^t_c:

1. Metody pomiaru wytrzymałości w podwyższonej temperaturze.
   
   W metodzie AFS stosuje się, jako podstawowe kształtki walcowe o średnicy (28,575mm) i wysokości (50,8mm). Sporządza się je za pomocą ubijaka mającego tę samą zasadę działania co ubijak znormalizowany, ale odmienną masę ciężarka (3,175kg) i wysokość spadania (66,7mm). Próbkę zagęszcza się poprzez trzykrotne uderzenie ciężarka tego ubijaka. Próbki z klasycznych mas formierskich przeznaczonych na formy wilgotne poddaje się w stanie wilgotnym, zaś z mas na formy suszone poddaje się uprzednio suszeniu (na podkładkach kształtowych) w warunkach i temperaturze przewidzianej dla danej masy. Badanie wykonuje się za pomocą uniwersalnego urządzenia (np. Thermolab Dilatometr No. 753-typ H.W. Dieterta)

Próbkę o średnicy 28,575mm i wysokości 50,8mm ustawia się na dolnym trzpieniu ogniotrwałym, na którym umieszcza się najpierw dwie podkładki, przy czym zagłębienie w kształcie czasy w jednej podkładce odpowiada wypukłości w drugiej. Po ustawieniu próbki nakrywa się ją analogicznym zestawem dwóch nakładek. Układ podkładek i nakładek zapewnia osiowe ściskanie kształtki.

Cały zestaw wprowadza się do komory pieca nagrzanego do temperatury badania. Nagrzanie próbki do odpowiedniej temperatury badania wymaga określonego czasu ( przykładowo 1000oC – 13min.), który to czas wydłuża się w miarę obniżenia temperatury.

1. Przebieg zmian wytrzymałości w funkcji temperatury.
   
   

2. Procesy przebiegające w masie podczas jej nagrzewania.
   
   

3. Powiązanie metod oznaczania wytrzymałości z warunkami panującymi w formie i skłonnością do powstawania wad odlewów.
   

• Oznaczanie zmian dylatometrycznych.

• Oznaczanie odporności na wstrząsy (kruchości).

• Oznaczanie trwałości.

• Oznaczanie podatności.

1. Wytrzymałość końcowa masy.
   
   Wytrzymałość końcową (resztkową) masy na ściskanie, czyli wytrzymałość masy po nagrzaniu i następnie ostudzeniu do temperatury otoczenia, oznacza się zwykle na kształtkach o średnicy 28,575mm i wysokości 50,8mm. Można także użyć walcowych kształtek standardowych. Należy zwrócić szczególna uwagę na czas nagrzewania kształtek, a szczególnie walcowych kształtek standardowych. Dla walcowych kształtek standardowych czas nagrzewania powinien być trzy razy dłuższy niż dla kształtek AFS (28,575mm x 50,8mm).

2. Strefy występujące w wilgotnej jednostronnie nagrzewanej masie (strefa przewilżona).
   
   Nagrzewanie masy powoduje parowanie wody i przemieszczanie się pary wodnej w głąb masy. Mały współczynnik przewodzenia ciepła powoduje, że do temperatury źródła nagrzewa się początkowo cienka warstwa masy, pod która znajduje się warstwa masy o szybko obniżającej się temperaturze. Para wodna skrapla się na warstwach masy o temperaturze poniżej 100 ^oC powodując w nich zwiększenie zawartości wilgoci (tworzenie się strefy przewilżonej). W miarę upływu czasu nagrzewa się do wyższej temperatury coraz grubsza warstwa masy, co powoduje równoczesne przesuniecie się strefy przewilżonej do głębszych warstw masy. Znając temperaturę źródła i właściwości termofizyczne masy można w przybliżeniu określić czas, w którym strefa przewilżona znajdzie się w określonej odległości od nagrzewanej powierzchni.

Oznaczanie właściwości mas rdzeniowych wykonywanych technologia zimniej rdzennicy (cold-box):

1. Ogólna charakterystyka sypkich mas szybkoutwardzalnych (cold-box).
   
   W procesie cold-box pary katalizatora są przedmuchiwane przez masę formierską lub rdzeniową, wykonaną z udziałem żywicy. Powodują one natychmiastowe jej utwardzenie w temperaturze otoczenia. Mała lepkość żywicy umożliwia wykorzystanie wszystkich rodzajów mieszarek do wytwarzania masy. Masa może być zagęszczana ręcznie, wibracyjnie, lub za pomocą strzelarek i nadmuchiwarek. Pary katalizatora (trójetyloaminy, dwumetyloaminy, lub dwumetyloizopropyloaminy), są wytwarzane w urządzeniach o konstrukcji umożliwiającej uzyskanie dużej prężności aminy w gazie obojętnym lub powietrzu. Nadmiar aminy jest usuwany przez przedmuchiwanie rdzenia powietrzem. Usunięta amina jest poddana procesowi odzysku i kierowana do następnego cyklu utwardzania. Rdzenie po utwardzeniu posiadają dużą wytrzymałość i mogą być transportowane, wykańczane, łączone ze sobą.
   Jakość stosowanej osnowy ziarnowej ma bardzo istotny wpływ na jakość uzyskanych rdzeni, a tym samym na jakość odlewów. Zaleca się stosowanie osnowy o takiej ziarnistości, która umożliwia uzyskanie dobrej powierzchni rdzeni i odpowiedniej przepuszczalności masy. Zanieczyszczenia alkaliczne osnowy ziarnowej, działając jak utwardzacz żywicy, powodują często skrócenie czasu przydatności masy do formowania. Temperatura osnowy ziarnowej powinna wynosić 20 - 25oC. Niższa lub wyższa temperatura może stwarzać problemy z wykonaniem rdzeni. Zaleca się stosowanie wilgotności osnowy na poziomie 0,1%. Wzrost wilgotności osnowy ziarnowej powyżej 0,25% powoduje znaczny spadek wytrzymałości masy i skrócenie czasu jej przydatności do formowania. Jako oprzyrządowanie modelowe można stosować żeliwo, aluminium, żywice epoksydowe i uretanowe.

2. Procesy zaliczanie po technologii cold-box: skład, zasady wiązania, sporządzanie, właściwości, zakres zastosowania, szkodliwość dla otoczenia.
   

• Alkidowy proces Ashlanda.

• Fenolowy proces Ashlanda (klasyczny cold-box).

• Proces cold-box plus.

• Proces mrówczanowy (beta set).

• Proces red-set.

• Klasyczny proces SO₂.

Oznaczanie właściwości mas rdzeniowych wykonywanych technologią SMS (no-bake):

1. Ogólna charakterystyka mas samoutwardzalnych.
   
   Masy samoutwardzalne są to kompozycje, które wiążą (utwardzają się) w temperaturze otoczenia, a wszystkie składniki tych mas są wprowadzane do mieszarki. W zależności od konsystencji wyróżnia się sypkie (SMS) i ciekłe (CMS) masy samoutwardzalne, przy czym masy przeznaczone do odlewnictwa precyzyjnego mają odpowiednio oznaczenia: SMSP (sypkie), CMSP (ciekłe).

2. Żywotność masy, sposób oznaczania, podział mas ze względu na okres żywotności.

Utwardzacze. W technologii SMS z żywicami szczególnie ważny problem stanowi właściwy dobór utwardzacza tak pod względem jakościowym, jaki i ilościowym. Przebieg procesu utwardzania masy zależy bowiem nie tylko od ilości i jakości żywicy i utwardzacza, lecz także od: temperatury osnowy piaskowej, temperatury otoczenia, temperatury i współczynnika przewodzenia ciepła materiału z którego jest wykonany model czy rdzennica, warunków i czasu mieszania masy, wilgotności piasku, względnej wilgotności powietrza itp. Niektóre z tych czynników można regulować w warunkach produkcyjnych (np. temperaturę składników), jednak na większość z nich nie ma się wpływu i w związku z tym pozostaje często do realnego wykorzystania jeden czynnik regulujący, a mianowicie ilość i jakość utwardzacza. W warunkach produkcyjnych jest jeszcze jedna właściwość masy wymagająca regulacji, a mianowicie żywotność. Również i tę właściwość można - przy danej żywicy – praktycznie regulować tylko ilością i jakością utwardzacza.

Możliwości wyboru utwardzacza są jednak także ograniczone. Pomimo wyjątkowo dużej liczby chemicznych związków o charakterze kwaśnym, ilość kwaśnych utwardzaczy, które mogą znaleźć praktyczne zastosowanie w procesie SMS z żywicami jest bardzo ograniczona.

Wynika to z kilku powodów, a mianowicie:

• Zastosowanie zbyt silnych kwasów wywołuje szybko przebiegającą polikondensacje i sieciowacenie żywic. Prowadzi to do krótkiej żywotności masy, konieczności stosowania szybko mieszających mieszarek, a także – w przypadku niektórych silnych kwasów i określonych żywic – powoduje powstawanie kruchej i łamliwej struktury masy, która pogarsza właściwości rdzeni. Może się to ujawnić w masach z niektórymi żywicami furfurylowymi utwardzanych silnymi kwasami nieorganicznymi, a tłumaczy się to degradacją aromatycznych pierścieni furanowych.

1. Czas wstępnego utwardzania, oznaczanie.
   
   

2. Wymagania stawiane w stosunku do osnowy piaskowej przeznaczonej dla SMS.
   
   

3. Sypkie masy samoutwardzalne z żywicami furfurylowymi – skład, zasady wiązania, sporządzanie, właściwości, zakres zastosowania, szkodliwość dla otoczenia.
   
   

Oznaczanie właściwości mas rdzeniowych wykonywanych technologia gorącej rdzennicy (hot-box):

1. Ogólna charakterystyka mas szybkowiążących (hot-box).
   
   Został wprowadzony do odlewni metali nieżelaznych w 1959 roku, a jako spoiwo wykorzystano niemodyfikowaną żywicę formaldehydową. W Późniejszym okresie, gdy zaczęto stosować proces do wytwarzania rdzeni dla odlewów ze stopów żelaza, okazało się konieczne wprowadzenie do żywicy modyfikatorów (m.in. alkohol furfurylowy), poprawiających właściwości masy w podwyższonej temperaturze. Obecnie stosuje się żywice typu fenolowego, furanowego i ich mieszanki. Żywica typu furanowego jest kompozycją alkoholu furfurylowego i polimeru mocznikowo-formaldehydowego. Żywica fenolowa jest natomiast polimerem fenolowo-formaldehydowym, zawierającym zwykle dodatek polimeru mocznikowo-formaldehydowego w celu zwiększenia wytrzymałości masy na rozciąganie i zwiększenia reaktywności żywicy. Powoduje on wprawdzie wzrost szybkości utwardzania masy, ale równocześnie podwyższa zawartość azotu. Jest to niekorzystne z uwagi na powstawanie w odlewach wad pochodzenia gazowego. Czas utwardzania masy jest funkcją temperatury rdzennicy. Pod wpływem temperatury (180 - 200oC dla żywic mocznikowych i 220 - 240oC dla żywic fenolowych) oraz utwardzacza, następuje aktywacja połączeń polimerowych, które powstały jeszcze w ciekłej żywicy w wyniku reakcji fenolu lub alkoholu furfurylowego z formaldehydem. Duża wytrzymałość masy umożliwia usuwanie gotowego rdzenia po czasie wynoszącym zwykle 20 - 40 sekund. Masy stosowane w procesie mogą być używane do wytwarzania rdzeni dla odlewów ze stopów żelaza i metali nieżelaznych. Uzyskane rdzenie posiadają dużą wytrzymałość w podwyższonej temperaturze, a równocześnie doskonałą wybijalność. Wzrost wilgotności osnowy ziarnowej powoduje niekorzystny przebieg utwardzania, spowodowany wydzielaniem się wody.

W typowym procesie gorącej rdzennicy, przeprowadza się mieszanie osnowy ziarnowej

z utwardzaczem, a następnie dodaje się żywicę. Niektóre odlewnie stosują odwrotną kolejność mieszania. Można stosować Również mieszarki szybkoobrotowe, ale podwyższenie temperatury masy może spowodować skrócenie czasu jej przydatności do formowania.

1. Procesy zaliczanie do technologii sypkich mas szybkowiążących: skład, zasady wiązania, sporządzanie, właściwości, zakres zastosowania, szkodliwość dla otoczenia.
   

• Proces Croninga (formowanie skorupowe).

• Proces ciepłej rdzennicy (warm box).

• Metoda skokowego utwardzania cieplnego (thermoshock).

• Metoda przedmuchiwania podgrzanym powietrzem (warm air)