Woda w masach I generacji
Masy tej generacji ze względu na odtwarzalny charakter wiązania mogą być używane wiele razy. Skład mas oparty jest o hydrofilny, bentonit, co powoduje, że proces ich wiązania jest ciągle związany z zawartością wody. Niestety ograniczone, pomimo żę wysokie, zdolności sorpcji wody przez bentonit powodują, iż podstawowe właściwości technologicznej.Na dodatek najlepsze wartości różnych parametrów występują przay różnych wilgotnościach.
Woda jest trzecim, głównym składnikiem syntetycznych, bentonitowych mas formierskich. Jest to składnik niezbędny, którego obecność warunkuje związanie ziaren osnowy przez lepiszcze, czyli nadanie masie odpowiedniej wytrzymałości. Istotną właściwością fizyczną wody, mającą znaczenie w procesie wiązanie, jest duża wartość momentu dipolowego. Oprócz wytrzymałości , woda wpływa także na inne właściwości technologiczne masy syntetycznej, takie jak: przepuszczalność, plastyczność, płynność, zagęszczenie, wskaźnik właściwości formierskich, przepuszczalność, osypliwość, gęstość pozorną czy właściwości termofizyczne. W warunkach produkcyjnych stanowi więc bardzo ważny wskaźnik, którego utrzymanie w określonych granicach jest podstawowym wymogiem prawidłowo realizowanego procesu technologicznego. Niestety, będąc niezbędnym składnikiem masy syntetycznej, woda jest równocześnie składnikiem niepożądanym lub wręcz szkodliwym. Powoduje zwiększenie gazotwórczości masy, tworzenie się strefy przewilżonej, reagowanie ze składnikami ciekłego stopu odlewniczego, itp., co sprzyja powstaniu wad odlewniczych . Do ujemnych cech należy także konieczność usuwania wody w celu zwiększenia wytrzymałości (formy suszone), a niekiedy nawet konieczność eliminacji wody w celu uzyskania dobrego odlewu (niektóre stopy Al, CU i Mg). Ten ostatni przypadek doprowadził do opracowania metody zmiany charakteru bentonitu z hydrofilnego (wiążącego w obecności wody) na organofilny (wiążący w obecności substancji organicznych).
2.Powłoki ochronne
Powłoka- materiał lub mieszanka materiałów w stanie sproszkowanym, ciekłym lub o postaci pasty, nanoszony cienką warstwą na powierzchnię rdzenia lub wnękę formy.
Powłoki są stosowane by:
-zabezpieczyć przed przypaleniem tworzywa formy do odlewu,
-polepszyć gładkość powierzchni odlewów,
-ułatwić wyjęcie odlewów.
Można to osiągnąć poprzez zakrycie porów masy i zapobiegnięciu penetracji stopu w głąb masy, przeciwdziałaniu powstawaniu fałd i pęknięć. Aby te rzeczy mogły mieć miejsce, powłoka powinna:
-mieć ogniotrwałość osnowy wyższą niż temperatura ciekłego stopu odlewniczego,
-wykazywać odpowiednią wytrzymałość powierzchni,
- nie łuszczyć się podczas zalewania,
- mieć dużą odporność na erozyjne działanie ciekłego metalu,
-silnie wiązać się z warstwą formy lub rdzenia
Poza tym, zależnie od techniki, powłoki mogą spełniać rolę:
- zmniejszenia szybkości odprowadzania ciepła,
- ochładzać powierzchnię roboczą rdzenia, formy
- zapobiegać zmianie struktury i składu chemicznego.
W skład powłok mogą wchodzić przeróżne substancje w zależności od rodzaju formy, rdzenia, jego składu wytrzymałości oraz celu nanoszenia powłoki ochronnej.
Materiałami bezwęglowymi powłok są:
-cyrkon, kwarc, magnezyt spierzony, talk, glinokrzemiany, mączka cyrkonowa
Głównym materiałem na osnowę jest grafit czarny.
3, METODA FORMY PEŁNEJ (lost foam)
W klasycznej metodzie formy pełnej, określonej przeważnie nazwą Lost foam i stosowanej przede wszystkim w USA, używa się jednorodnego piasku kwarcowego (o bardzo małej zawartości lepiszcza i frakcji pyłowej i o średniej wielkości ziarna dl=0,25- 0,35mm).
Temperatura piasku powinna mieścić się w granicach 10-15 0 C. Model umieszcza suę w skrzynce formierskiej i osypuje piaskiem, stosując metodę fluidyzacji lub wibracji. Stół wibracyjny wyposażony w kilka wibratorów o różnych osiach i częstotliwościach drgań. Można zastosować także piasek cyrkonowy lub chromitowy, ale ze względu na większą gęstość tych piasków niż osnowy kwarcowej istnieje możliwość deformacji i modeli.
W opatentowanym przez F. SHROYERA procesie formy pełnej jako masę zastosowano sam piasek kwarcowy bez pokrywania modelu styropianowego powłoką ochonną. Podczas wlewania ciekłego stopu odlewniczego następuje destrukcja cieplna materiału modelu, a powstające gazy mogą łatwo przepływać przez dobrze przepuszczalny piasek kwarcowy. Część produktów gazowych kondensuje na ziarna zimnego piasku kwarcowego i w pewnym stopniu spełnia rolę materiału wiążącego, który nadaje zewnętrznej warstwie piasku kwarcowego (od strony wnęki formy) niewielką wytrzymałość, ale umożliwiającą nawet otrzymanie odlewu. Zastosowanie samego piasku kwarcowego jako masy stwarza jednak niebezpieczeństwo penetracji ciekłego stopu odlewniczego w głąb osnowy piaskowej oraz wystąpienia zapiaszczenia. W celu zmniejszenia tego niebezpieczeństwa stosuje się powłoki ochronne nanoszone na model. Można także stosowac sypkie masy samoutwardzalne z żywicami lub szkłem wodnym, szybkoutwardzalny masy ze szkłem wodnym lub dwufazowe ciekłe masy samoutwardzalne. Nie można stosować mas wymagających silnego zagęszczenia (np. mas klasycznych), ze względu na możliwość zniekształcenia modelu. Proces formy z użciem mas samoutwardzalnych z żywicami syntetycznymi i jest dotychczas główną odmianą stosowaną w Europie.
Zasada procesu została wykorzystana w metodzie A.WITTMOSERA, w której materiałem formierskim (masą) jest śrut stalowy. Zasługą twórcy tej metody jest zastosowanie zupełnie odmiennego od tradycyjnych czynnika wiążącego. Tym czynnikiem jest pole magnetyczne wiążące ziarnisty materiał ferromagnetyczny. Model styropianowy w skrzynce formierskiej obsypuje się śrutem stalowym o śr. Wielkości ziarna ok. 0,5 mm, a następnie przesuwa się formę w obszar działania pola magnetycznego, w wyniku czego śrut traci spoistość. PO wyjęciu odlewu śrut jest ponownie używany. Utrata spoistości może nastąpić także po przegrzaniu powyżej punktu Curie (dla Fe 77000 C) w którym śrut traci właściwości ferromagnetyczne. Ze względu na dużą wartośc współczynnika ciepła masy (śrutu) przgrzanie powyżej pkt Curie może nastąpić dopiero przy odlewach grubościennych i przy wysokiej temp odlewania stopu. Metoda stwarza korzystne warunki zastosowania procesu formy pełnej do produkcji seryjnej, jednak nie znalazła ona dotychczas szerszego zastosowania w przemysle odlewniczym.
4.SMS Z YWICAMI FURFURYLOWYMI
OSNOWA:
Piaski kwarcowe z minimalną zawartościa lepiszcza, temp. Osnowy 20-30oC
Poniżej 20 zwiększenie lepkości
Powyżej 35 parowanie składników spoiwa
SPOIWO (0,8- 1,5 cz.wag)
Żywice furfurylowe
-żywice mocznikowo formaldehydowo- furfurylowe zawierają zwykle 40-85% alkoholu furfurylowego AF zwiekszenie udziału AF powoduje zmniejszenie zawartości azotu w żywicy (do mniej zaawansowanych odlewow zeliwnych)
- zywice fenolowo formaldehydowo- furfurylowe zawierają ją 30-70% AF żywice te nie zawierają azotu (nie ma)
SILANY-środki sprzęgające, zwiększające zdolność wiązania między żywicą i powierzchnią ziarna osnowy zwiększają wartość adhezji (przyleganie, łączenie się powierzchni dwóch różnych ciał)
STREFA PRZEWILŻONA
Typowym zjawiskiem związanym z właściwościami termofizycznymi jest tworzenie się strefy przewilżonej w masach zawierających wodę podczas i po napełnieniu wnęki formy ciekłym stopem odlewniczym. Mały współczynnik przewodzenia ciepła mas powoduje nagrzewanie się tylko zewnętrznych warstw masy we wnęce formy zaś głębsze warstwy masy maja znacznie niższa temp. Juza podczas napełniania wneki formy ciekłym stopem odlewniczym w cienkiej nagrzanej warstwie masy zachodzi parowanie wody.częśc pary może ujsc z wneki formy, lacznie ze znajdujacm się powietrzem , przez przelwy lub nadlewy. Pozostala ilość pary przedostaje się w glab masy. Para skrapla się a nienagranych ziarnach masy i tworzy się wtedy strefa przewilzona, która, np. w przypadku mas klasycznych powoduje wyrazne zmniejszenie wytrzymałości i przpuszcalnosci masy. Proces ten rozpoczyna się już podczas zalewania, a tworzaca się wtedy strefa przewilzona kilka milimetrow od powierzchni wneki formy i stanowi jeden z istotnych czynnikow sprzyjających powstawaniu groźnych wad powierzchniowych odlewow (strupy, żyłki) Strefa przewilżóna przesuwa się w glab masy w miare upływu czasu nagrzewania masy przez stop odlewniczy, przy czym prędkość porzesuwania się strefy jest mała, ze względu na mały współczynnik przewodzenia ciepła masy, co wydłuża szkodliwe oddziaływanie tej strefy. Dopiero przesuniecie się strefy na wieksza odległośc od powierzchni wneki formy czyni ja praktycznie nieszkodliwa.
2. lepiszcze
Lepiszcze jest to naturalny materiał wiążący, którego wielkość ziaren jest mniejsza lub równa 0,02mm. Lepiszcze jest składnikiem piasków 5K-7K czyli tzw piaskow naturalnych. Składnikami wiążącymi z lepiszczem piasków naturalnych są minerały ilaste, zwykle grupy kaolinitu. Lepiszcze oraz gliny formierskie spoiwa , dodawane do osnowy piaskowej tylko ze względu na wymagana wytrzymałość masy , pogarszaja one niestety nieomal wszystkie pozostale wlasciowosci technologiczne masy. Ograniczja także mozliwisc pelnego wykorzystania cennych walorow osnowy piaskowej gdyz sa nanoszone na powierzchnie osnowy i jako pierwsze stykaja się z ciekłym stopem. Dlatego tez dazy się do ograniczonego lub całkowitego wyeliminowania materiałów wiążących, wprowadzających takie czynniki wiążące osnowe piaskowa jak :
Podcisnienie, pole ekrktromagnetyczne(osnowa ferromagnetyczna) minusowa temp (zamrazanie cieszy np.wody)
Lepiszcze musi spełniać warunki :
- wielkości czastek -<0,02mm
-musi mieć zdolność pęcznienia
Dla mas generacji II i III lepiszcze jest bardzo szkodliwe dlatego stosuje się 1K lub2K
Podział piasków ze względu na zawartość lepiszcza:
Piaski kwarcowe
1K 0,2%
2K 0,5%
3K 1,0%
4K 2,0%
Piaski naturalne
5K 2,01-8,0%
6K 8,01-15,0%
7K15,01-35,0%