• Ткаченко Станислав Степанович, президент ЛенАл, заместитель директора научно-исследовательского сектора филиала Российской академии художеств «Творческая мастерская литейный двор»;
• Соколов Александр Владимирович, руководитель проектов научно-исследовательского сектора филиала Российской академии художеств «Творческая мастерская литейный двор»;
• Михайлов Олег Викторович, директор творческой мастерской РАХ;
• Дружевский Михаил Александрович, ведущий специалист ООО «РОДОНИТ»
Далее для сопоставления прочностных свойств смесей исследовали ХТС с песком Неболчинского месторождения Новгородской области состава:
Марка песка – 1К2О402:
• содержание глинистой – 0,2 %, не более;
• содержание кварца – 98 %, не менее;
• коэффициент однородности – от 50 % до 60 %;
• средний размер зерна – 0,2 мм.
Следует отметить, что данный песок имеет высокое качество и отличается от балашейского только более низким показателем однородности (50-60 %). Структуры песка представлены на рис. 8а и 8б.
Полученные результаты определения прочности на сжатие ХТС с 4,0 % жидкого стекла для всей линейки отвердителей от С60 и С61 до С10 и С11 представлены на рис. 9. Использовалось жидкое стекло с модулем 2,51, которое рекомендуется с жидкими отвердителями в литейных цехах. Условия испытаний в лаборатории одинаковы. На рис. 9а представлены результаты для отвердителей С60 и С61. Живучести отвердителей (таблица 2) составили для С60 – 35-37мин., для С61 – 30-32 мин. Из полученных данных видно, что при использовании обоих отвердителей начальной прочности через час не было, образцы сырые. Это естественно, т. к. смеси имели достаточно длинную живучесть. Через 2 часа прочность ХТС с отвердителем С60 была минимальна и составляла 0,2 МПа, а с С61 существенно выше и составила 1,6 МПа. Через 24 часа были отмечены очень высокие прочности как для С60, так и для С61, они составили 5.1 МПа и 5,4 МПа соответственно.
Результаты определения прочности для отвердителей С30 и С31 представлены на рис. 9б. Живучести смесей составили (таблица 2) 23-25 мин. и 25-27 мин. соответственно, т. е. примерно одинаковы. Прочности смесей с отвердителями С30 несколько ниже, чем с С31. Через час они составили 0,4 и 1,1 МПа, через 2 часа 1,25 и 2,1 МПа, через 24 часа 5,2 и 5,7 МПа соответственно. Таким образом, через 24 часа получены высокие прочности смесей. Следует отметить, что прочности для отвердителей С60 и С61 примерно одинаковы.
На рис. 9в представлены данные по прочности для средних по живучести отвердителей С20 и С21. Во всех случаях прочность отвердителей С21 выше, чем С20. Начальные прочности через час составили для С20 – 0,5 МПа, для С21 – 1,1 МПа. Через 2 часа 1,4 и 1,8 МПа соответственно, а через 24 часа для обоих отвердителей получена прочность 5,1 МПа. Полученные прочности сопоставимы с другими отвердителями.
Результаты для С10 и С11 (быстрые отвердители) представлены на рис. 9г. Живучести ХТС составляли 7-8 мин. для обоих отвердителей. Прочности смесей выше у С10 по сравнению с С11, как и для предыдущих отвердителей. Они составили: через час – 1,3 МПа, через 2 часа – 2,1 МПа и через 24 часа – 5,2 МПа, последняя несколько ниже по сравнению с С60, С30 и практически одинакова с С20 и С21. Отвердитель С10 имеет более низкие прочности, особенности через 24 часа, она составила 3,5 МПа, что существенно ниже. Из представленных выше данных следует, что прочности ХТС с отвердителями С60, С30, С20 и С10 выше во всех случаях, чем с С61, С31, С21 и С11. Все полученные прочности имеют высокие значения.
Из представленных выше результатов видно, что получены высокие прочности ХТС на сжатие, в некоторых случаях более 5,0 МПа. Поэтому представляется целесообразным снижение содержания связующего до 3,0-3,5 %. В связи с этим определяли прочности ХТС с 3,0 % жидкого стекла с оптимальным модулем 2,51. Полученные результаты представлены на рис. 10 и в таблице 3.
Результаты определения прочностных показателей для смесей с отвердителем С60 представлены на рис. 10а. Живучесть смеси составила 30-32 мин. (таблица 3), что совпадает с аналогичной смесью с 4,0 % связующего.
Образцы отверждались вне оснастки в течение суток (1) и в оснастке (2). В первом случае образцы через час были сырыми, через 2 часа была минимальная прочность (при 4 % жидкого стекла прочности не было) и через 24 часа прочность вырастала в среднем до 3,7 МПа (для сравнения, при 3 % связующего 5,0 МПа и более). Во втором случае (затрудненное отверждение) через 1 и 2 часа получены аналогичные результаты, но через 2 часа прочность ниже. Суточные прочности составили в среднем 2,4 МПа. Для сравнения были проведены испытания ХТС с АЦЭГ5ОМ и получены сопоставимые результаты, непоказанные на графике (таблица 3).
Данные для ХТС с отвердителями С30 и С31 представлены на рис. 10б. Живучесть смесей с отвердителем С30 несколько меньше, чем с С31. Поэтому и часовая прочность выше. Но в общем результаты для обоих отвердителей сопоставимы и суточная прочность составила в среднем 3,0 МПа. При 4,0 % жидкого стекла аналогичная смесь имела прочность не менее 5,0 МПа.
На рис. 10в представлены результаты для смесей с отвердителем С20. Полученные прочности через час составили 0,7 МПа, через 2 часа – 1,0 МПа. Суточные прочности были на уровне 3,5 МПа. Для ХТС с С10 (рис. 10г) получены аналогичные результаты, но прочность через сутки была выше и составила в среднем 4,2 МПа.
Следовательно, возможно рекомендовать снизить содержание жидкого стекла в составах смесей до 3,0-3,5 % при модуле 2,50 и плотности 1,47-1,48г/см3. Это позволит улучшить выбиваемость и податливость форм и стержней, а также сократить расход жидкого стекла.
М = 2,51, 3,0 % ж. с.
Поскольку при 3,0 % жидкого стекла были получены высокие прочностные показатели ХТС, снизили расход жидкого стекла до 2,0-2,5 %. Результаты определения прочности и живучести для отвердителей С10 и С20 представлены на рис. 11.
Прочности ХТС при 2,5 % жидкого стекла (рис. 11б) с отвердителем С10 составили: через час – 0,3 МПа, через 2 часа – 0,7 МПа, через 24 часа – 2, МПа. Для С20 соответственно: 0,35 МПа, 1,0 МПа и 2,5 МПа. Живучести для С10 составили 10 мин., а для С20 – 12 мин.
Данные для ХТС при содержании связующего 2,0 % представлены на рис. 11а. Прочности через час для С10 составили 0,2 МПа, через 2 часа – 0,5 МПа и через 24 часа – 1,25 МПа. Для С20 соответственно: 0,5 МПа, 0,7 МПа и 1,25 МПа. Живучести смесей с С10 – 8 мин., а С20 – 10 мин. Прочности смесей с отвердителем С20 выше, чем с С10. Полученные прочности во всех случаях ниже, чем для аналогичных составов с балашейским песком и сопоставимы с составами на новинском песке.
На основании полученных в работе результатов можно сделать следующие общие выводы и рекомендовать варианты технологии изготовления форм и стержней:
1. Проведен сравнительный анализ качества формовочных песков трех месторождений:
Новинского, Балашейского, Неболчинского.
2. Разработаны составы жидкостекольных смесей для изготовления форм и стержней со сложными эфирами (отвердителями) С различных марок (разная живучесть). Это позволит снизить содержание жидкого стекла до 2,0-3,0 % в зависимости от марки используемого песка.
Литература
1. Ткаченко С. С., Кривицкий В.С. Потенциал литейного производства Санкт-Петербурга и Ленинградской области / Сб. трудов международной научно-технической конференции // Литейное производство сегодня и завтра». – 2016.
2. Жуковский С. С. Технология литейного производства: формовочные и стержневые смеси. – Брянск: Издательство БГТУ. – 2002. – С. 469.
3. Жуковский С. С. Кафтанников А. С. Применение холоднотвердеющих смесей, применяемых на предприятиях России. Литейщик России. – 2004. – № 10.
4. Жуковский С. С. Холоднотвердеющие связующие и смеси для литейных стержней и форм. Справочник. – Москва: Машиностроение. – 2010. – С. 255.
5. Куракевич Б. В., Милеева Т. С. Современные связующие композиции для холоднотвердеющих форм и стержней // Литейное производство. – 2005. – № 4.
6. Семенов А. А., Бедрин Н. И., Кузнецов В. Г., Одинокова С. Е., Денисова Л. Н. Освоение холоднотвердеющих смесей на ОАО «Аскольский завод металлургического машиностроения» // Литейное производство. – 2004. – № 5.
7. Илларионов И. Е., Пестряева Г. Ш., Садетдинов Ш. В., Стрельников И.А. Влияние метаборатов лития, натрия и калия на свойства фосфатных холоднотвердеющих смесей. Литейное производство. – 2019. – № 12.
8. Илларионов И. Е. Пути улучшения качества отливов Теория и технология металлургического производства. – 2016. – № 1.
