Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 08
1.1 Жидко-стекольные формовочные и стержневые смеси 08
1.2 Жидко-стекольные связующие литейных красок 10
1.3 Общие сведения и свойства натриевого жидкого стекла 12
1.4 Влияние литейных покрытий на поверхностные дефекты 24
1.5 Цель работы и задачи исследования 28
2 Исследование характера взаимодействия натриевого жидко-стекольного связующего с кислотами
2.1 Материалы и методы исследований 29
2.1.1 Титриметрия водных растворов силиката натрия кислотами
2.1.2 Определение Na20% и Si02 % в жидком стекле 33
2.1.3 Исследование анионного состава и размеров частиц геля 35
2.1.4 Определение структуры и состава твердой и жидкой фазы гелей жидкого стекла
2.1.5 Определение удельной поверхности пористого тела 38
2.2 Кислотно-основное титрование натриевого жидкого стекла кислотами средней силы
2.3 Химический состав жидкой и твердой фазы гелей при взаимодействии натриевого жидкого стекла с кислотами средней силы
2.4 Определение анионного состава натриевых силикатных систем
2.5 Исследование размера коллоидных частиц натриевого жидкого стекла
2.6 Влияние состава натриевых жидких стекол на пористость 66
3 Исследование и оптимизация составов литейных покрытий
3.1 Методы исследований 72
3.1.1 Методы оценки технологических параметров покрытий 72
3.1.2 Методы оценки литейных параметров покрытий 78
3.2 Технологические свойства литейных покрытий 80
3.2.1 Влияние смесей на величину краевого угла смачивания и на радиус пор в литейной краске
3.2.2 Влияние структуры основы покрытия на испарение воды 86
3.2.3 Влияние состава литейных покрытий на поверхностные свойства форм и стержней
3.3 Прочностные характеристики литейных красок при высоких температурах
3.3.1 Внутренние напряжения, возникающие в литейных покрытиях при высоких температурах
3.3.2 Поверхностная прочность литейных покрытий при высоких температурах
3.3.3 Прочность литейных покрытий на размыв 104
4 Жидко-стекольные литейные краски с кислыми отвердителями
4.1 Обоснование выбранных оптимальных составов жидко-стекольных смесей с кислыми отвердителями
4.2 Разработка математической модели состава литейной краски
4.2.1 План эксперимента 112
4.2.2 Расчет уравнения внутренних напряжений и стойкость покрытия к истиранию в литейных красках
4.3 Разработка математической модели жидко-стекольной основы с кислыми отвердителями различной природы
4.4 Производственные испытания и промышленное внедрение результатов исследования
1 Внедрение разработанного литейного покрытия в цехе котлов ОАО "Котельно-радиаторный завод"
2 Опытно-промышленные испытания разработанного литейного покрытия в литейном цехе крупного стального литья ФГУП "ПО Уралвагонзавод"
Общие выводы 129
Библиографический список 130
- Жидко-стекольные связующие литейных красок
- Исследование анионного состава и размеров частиц геля
- Методы оценки литейных параметров покрытий
- Расчет уравнения внутренних напряжений и стойкость покрытия к истиранию в литейных красках
Введение к работе
Одной из важных задач литейного производства является повышение качества и чистоты поверхности отливок. Чтобы обеспечить эти свойства на литейные формы и стержни наносятся краски - покрытия. Особую роль играют литейные покрытия, наносимые на стержни, так как они определяют внутреннюю поверхность отливок, а также ответственные наружные поверхности частей отливок.
Затраты на финишные операции зависят от качества поверхности отливок: очистные операции и работы по исправлению поверхностных дефектов. Как правило, они трудоемки и вредны, так как связаны с вибрацией, шумом, газо- и пылевыделениями.
Особенно большие трудности в обеспечении необходимого качества поверхности возникают при изготовлении крупных отливок и отливок с тонкими стенками. На поверхности таких отливок часто возникают засоры [1].
При возрастающих требованиях к качеству поверхности отливок и усложнении их конфигурации, а в ряде случаев уменьшению толщины стенок и увеличению габаритов, сохраняется актуальность борьбы с засором и другими поверхностными дефектами. Несмотря на определенные достижения по предотвращению появления этих дефектов, сложность процесса образования размыва формы не позволяет добиться качества существующими технологическими приемами и методами.
До настоящего времени разработка составов, изыскание материалов, исследование технологических режимов приготовления и нанесения литейных покрытий осуществлялись в основном эмпирически. Это приводило к качественному толкованию многих положений в данной области и наличию несовершенной технологии, не позволяющей применять расчеты и приготавливать покрытия высокого качества. Это не позволяло добиваться необходимых свойств покрытий и ограничивало их применение. Изучение литейных красок возможно с привлечением основ физической химии, теплофизики, аналитической и коллоидной химии и других точных наук. С их участием можно раскрыть общие закономерности, при помощи которых появляется возможность установить связь между составом и многими свойствами исходных материалов для литейных покрытий. Это позволит раскрыть процессы, протекающие в контактной зоне металл-форма, предвидеть результаты взаимодействия, границы течения химических реакций, управлять ходом явлений и разрабатывать новые, более эффективные литейные покрытия.
Литейные краски обычно содержат четыре компонента: огнеупорный наполнитель, связующее, растворитель и стабилизирующие добавки.
В качестве наполнителей в красках чаще всего используют следующие пылевидные огнеупорные материалы: графит, маршалит, дистен-силлиманит, тальк, магнезит, хромомагнезит, циркон, электрокорунд и другие. При производстве чугунных отливок используют, как правило, первые четыре наполнителя, перечисленные выше. По огнеупорности наполнителей, смачиваемости их с заливаемым сплавом судят о качестве литейной краски [2].
Связующие материалы, в отличие от огнеупорных наполнителей, используются с температурой плавления значительно превышающей температуру заливки сплавов, являются либо совсем не огнеупорными, либо имеют невысокую огнеупорность. Роль связующего определяется обеспечением плотного прилегания литейных красок к формам и стержням в условиях высокой температуры заливаемого сплава. В качестве связующих материалов используют органические (натуральные и искусственные смолы) и неорганические (глинистые материалы, фосфаты, алюмофосфаты и жидкое стекло). Одним из основных недостатков органических связующих является их низкая огнеупорность и высокая газотворная способность. Поэтому в настоящее время преимущественно разрабатываются и используются материалы неорганической природы. Третьим важным компонентом литейных красок является растворитель.
Растворитель играет роль получения литейных красок заданных технологических и эксплуатационных свойств. В зависимости от растворителя литейные краски делятся на две большие группы: водные краски и краски, приготовленные на основе органических растворителей. При выборе растворителя учитывается, главным образом, тип применяемого связующего материала, токсичность и скорость испарения, а его процентное отношение к другим компонентам красок приводит к решению того или иного способа нанесения краски. Органические растворители (этиловый, изопропшювый спирты, ацетон, метиэтилкетон, толуол и др.) дороги, дефицитны и токсичны. Предпочтение отдается краскам на основе воды благодаря их низкой токсичности и стоимости. Развитие в этой области идет в направлении получения растворимых в воде и самопроизвольно высыхающих литейных красок.
Следующим компонентом является стабилизатор, который обеспечивает сохранность краски в готовом для употребления состоянии как можно более длительное время с целью получения однородных пленок постоянной консистенции.
Кроме основных компонентов краски содержат ряд специальных присадок, выполняющих роль предотвращения расслоения, растрескивания литейных красок, повышают их кроющую способность, создают восстановительную или окислительную зоны при контакте формы или стержня с расплавом и т. д.
В представленной работе за объект исследования принята водорастворимая литейная краска с огнеупорными наполнителями.
Жидко-стекольные связующие литейных красок
Существующие традиционные способы формирования поверхности отливки предусматривают нанесение покрытий на рабочие поверхности в виде концентрированных [11 - 14] или разбавленных растворов [15 - 17] жидкого стекла.
В качестве огнеупорного наполнителя в литейных красках на основе жидкого стекла применяются следующие материалы: для стального литья; циркон, дистен-силлиманит, цельзиан и т. д., для чугунного литья; маршалит, флюорит, графит и тальк [12 - 17].
В состав красок вводят специальные добавки: от истирания и для увеличения прочности буру или борную кислоту, производные целлюлозы; для ускорения упрочнения краски - триацетин, фосфаты, соляную кислоту; для повышения седиментационной устойчивости - глину, гидрол-Дс, агримус; для активации сцепления краски с формой или стержнем - перманганат калия (КМпО4)[12-20]ит.д.
Приведенный перечень используемых красок далеко не полон, но данные краски подобраны таким образом, что они отражают полностью все разнообразие имеющихся красок на основе жидкого натриевого стекла. Из приведенного выше перечня красок видно, что жидко-стекольное связующее в большинстве случаев не подвержено каким-либо химическим изменениям и влага краски уходит путем сушки: либо при нормальных условиях с большой продолжительностью сушки, либо принудительно - в сушилах. Высушенный красочный слой представляет собой плотную пленку силикатов натрия, с двухмерной структурой. В единичных случаях, но без всякой системы, делались попытки изменить структуру жидко-стекольного покрытия. В этом случае получали гель кремниевой кислоты с трехмерной структурой, позволяющей намного сократить время сушки [15, 18 ,21].
Различают отверждение, идущее в самой краске, при взаимодействии компонентов [15, 18] и взаимодействие жидко-стекольной смеси с литейной краской, имеющей в своем составе водные растворы 2-х или 3-валентных металлов [21]. Такая краска не является жидко-стекольной, но при контакте с жидко-стекольной смесью происходит реакция с образованием геля кремниевой кислоты, которая образуется как на поверхности формы или стержня, так и в самом слое краски.
Существует ряд красок, применяемых для кокильного литья [19, 22, 23], представляющие собой водный раствор жидкого стекла с типичными составляющими краски, а отверждение их идет за счет тепла кокиля. выше написанное, можно заметить, что основные направления научно-исследовательских работ, посвященные литейным краскам на основе жидкого стекла, следующие: - разработка теории структурообразования в красках и физико-химических принципов выбора отвердителей и регуляторов отверждения; - разработка методов модифицирования жидкого стекла; изыскание новых недефицитных, нетоксичных и недорогих отвердителей, обеспечивающих высокую прочность покрытия при низком содержании жидкого стекла. В настоящее время освоено 2 способа производства жидкого стекла: двухстадийный и одностадийный.
При двухстадийном на первой стадии идет сплавление шихты, состоящей из кварцевого песка и карбоната или сульфата натрия или калия. В литейном производстве применяется в основном только натриевое жидкое стекло, т. е. используют только натриевые соли. Оплавление шихты данных компонентов идет при температуре 1400... 1450 С и образуется силикат - глыба. На второй стадии из нее получают жидкое стекло путем растворения в автоклаве при давлении 0,5...0,8 МПа с добавлением раствора едкого натра (NaOH).
Одностадийный способ производства жидкого стекла основан на прямом синтезе из кварцевого песка и щелочного раствора. В качестве щелочного раствора используют как щелочи, выпускаемые отечественной промышленностью, так и отходы производства, например, шламовые щелочные отходы электрохимической очистки отливок. Кремнеземсодержащим сырьем может являться измельченный кварцевый песок, диатомит и кремнегель, являющийся отходом производства алюминиевых фтористых солей.
Технологический процесс получения жидкого стекла заключается в приготовлении рабочей суспензии: раствор едкого натра и измельченный кварцевый песок, загрузка ее в специальные автоклавы и последующая обработка в них при давлении 2,5 МПа и температуре 250 С в течение 3-х часов [30].
При использовании диатомита и кремнегеля технологический процесс идет в реакторе-мешалке при температуре 70.. .80 С в течение 30.. .70 минут [31]. Исследования в представленной работе проводились на жидком стекле, полученном двухстадийным способом на предприятии Нижнетагильский "Уралвагонзавод". Жидкое стекло представляет собой водный раствор силикатов натрия переменного состава Na2OSi02-H20 и характеризуется величиной кремнеземистого модуля, который определяется отношением числа молей кремнезема к числу молей щелочи в силикате M=(Si02/Na20)-K, (1.7) а также величинами вязкости, плотности и прозрачностью раствора.
Вязкость растворов щелочных силикатов резко возрастает с увеличением концентрации, а при одинаковой концентрации твердых веществ - с увеличением модуля [32-34].
Растворы силикатов натрия в воде являются предметом многих исследований. В 50-х годах прошлого столетия были подробно описаны их свойства: величина рН, плотность, вязкость, растворимость и фазовые диаграммы [35, 36]. В работе Евстропьева К.С. с сотрудниками было показано, что модуль силикатного раствора (М), плотность (Д) и нормальность (грамм-эквивалент) щелочи (Н) связаны следующим соотношением [37].
Исследование анионного состава и размеров частиц геля
Анализ анионного состава исследуемых систем рассматривался фотоколориметрическим определением кремниевой кислоты [93, 94]. Затвердевший гель после слияния компонентов переносили в фарфоровую воронку, в нижнем конце которой находился фильтр. Зазор, образовавшийся между воронкой и гелем, устранялся крышкой с уплотнением. Данная крышка также служит препятствием для испарения растворителя. Схема приспособления для разделения геля кремниевой кислоты на жидкую и твердые фазы: 1 - притертая крышка с уплотнением по периметру; 2 - воронка; 3 — отвердевший образец геля; 4 - ультратонкий фильтр 4 с размерами пор 10 мкм; 5 - уплотнение; 6 - пробка; 7 - стакан с отводным отверстием (9), связанным с вакуумным насосом (разрежение 20 мм рт. ст.); 8 - жидкая фаза геля; 9 - отверстие в стакане; 10 - отверстие в крышке.
Отделенная при помощи вакуумного насоса жидкая фаза служила объектом для определения SiC 2% и Na20% в процентном отношении, и по разнице полученных результатов судили о полученной твердой фазе, с разным отношением кислотного отвердителя.
По полученной твердой фазе определяли удельную поверхность пористого тела методом фильтрации разряженного газа. Этот метод дает возможность измерять не только наружную поверхность частиц, но и поверхность сквозных пор и трещин. Метод пригоден для тонкодисперсных веществ и результаты анализов сопоставимы со значениями, полученными по методу адсорбции газов.
Установка, описанная в работе [97], состоит из реометра, манометра, заполненного индустриальным маслом, масляного и ртутного манометров, гильзы для порошка и закрытого мономера для оценки разряжения в системе.
Исследуемый порошок готовили следующим образом: твердую фазу геля кремниевой кислоты высушивали в эксикаторе с хлоркальциевой трубкой, а затем размельчали и также высушивали в эксикаторе.
Определение удельной поверхности исследуемого образца проводили при различных уплотнениях (в гильзе) и, меняя скорость пропускания воздуха (достигается изменением положения крана в установке), производили отсчеты по показаниям реометра (hp) и манометра (hm).
Многоосновные кислоты и соли диссоциируют ступенчато и каждая ступень диссоциации характеризуется своей ступенчатой константой диссоциации. Для исследования процессов взаимодействия водных растворов силиката натрия с кислотами важно было, прежде всего, определить состав и строение исходных водных растворов силиката натрия, определить закономерности протекания реакции с отвердителями кислой природы и выбрать оптимальные параметры для получения качественной основы литейных красок.
Водные растворы натриевого жидкого стекла представляют собой истинные растворы двойственной природы, с одной стороны они ведут себя как растворы полимеров (вязкость), но в отличие от органических полимеров степень полимеризации их мала, а с другой стороны, представляют собой растворы электролитов (имеют плотность).
Водный раствор силиката натрия представляют общей формулой Na2OnSi02 aq [8, 55, 56]. Упрощенно химическую формулу жидкого стекла представляют в виде Na2SiC 3 или Na2Si205. Но в такой формуле подразумевается связывание одного атома кислорода с кремнием двойной связью, что в свою очередь, невозможно. Атом кремния не может образовывать двойные С7-7Г - связи с элементами второго периода из-за слишком большого размера атома кремния, препятствующего эффективному перекрыванию 2р-3р -орбиталей. Также атом кремния имеет свободную d-орбиталь, которая может принимать не поделенную пару электронов атома кислорода, находящуюся в молекуле воды. Образованная таким образом донорно-акцепторная связь слабее ковалентных связей и компенсация идет за счет перераспределения двойной связи с получением 4 равномерных валентностей на атоме кремния, т. е. в основе кремнекислородного тетраэдра имеет место 8р3-гибридизация, с координационным числом равным 4 [98].
Кроме того, молекула жидкого стекла имеет вокруг себя координационную сферу, состоящую из 8 молекул воды. Это молекулы, входящие в состав координационной сферы иона натрия или связанные водной связью с кремнекислородным атомом, создающие гидратную оболочку [99]. Количество атомов воды в координационной сфере при нормальных условиях равно 8. Таким образом, за основу исследования взят водный раствор натриевого жидкого стекла, полученного двухстадийным способом с формулой Na2H2Si04 8H20 (Na2Si03-9H20) и последующим разбавлением до плотностей: 1050; 1100; 1150; 1200; 1250(кг/м3).
По Матвееву М.А. жидкие стекла состоят из мономерного катиона щелочного металла и полимерного кремнекислородного аниона с небольшой степенью полимеризации [46]. Связи в полимерном кремнекислородном анионе представляют собой силы равные электростатическим.
Таким образом, за элементарную частицу водного раствора силиката натрия можно взять совокупность всех трех составляющих, перечисленных выше; ядро частицы представляет собой тетраэдр с равнозначными связями, хотя одна из них по характеру донорно-акцепторная, а три другие ковалентные; сложный полимерный анион, по составу зависящий от модуля жидкого стекла и связанный с кремнекислородным анионом ядра посредством электростатических притяжений; координационная сфера частицы, состоящая из 8 молекул воды, связанная с ядром частицы водородными связями.
Поскольку данный органический полимер - это соединение, в котором ковалентная составляющая существенна по своей силе, то полярность воды и электростатическое притяжение «свободного» оксида кремния малы, что позволяет рассматривать водный раствор силиката натрия в обменной реакции с кислотами как дигидросиликат натрия (Na2H2Si04), молекулярный вес которого равен 140 углеродных единиц.
Эти заключения подтверждаются полученными данными титриметрического анализа, по которым были рассчитаны стехиометрические объемы, вступающих в реакцию компонентов. При слиянии различных объемов кислоты одной концентрации с постоянным объемом жидкого стекла получили, что наименьшее время гелеобразования приходится на рассчитанный стехиометрический объем кислоты.
Методы оценки литейных параметров покрытий
Свойства покрытий в отвержденном состоянии характеризуют прочностью его сцепления с поверхностью формы или стержня, газопроницаемостью покрытия и его гигроскопичностью.
Особенно существенные изменения в качестве формы (размыв металлом формы и стержня, наличие пригара) наблюдаются в местах подвода металла. Здесь создаются крайне неблагоприятные соотношения между основными физическими факторами: прочностью формы или стержня на разрыв и линейной скоростью движения расплава.
Средняя линейная скорость расплава в местах подвода металла составляет примерно 0,8 м/с. Однако, учитывая неравномерность поступления расплава через питатель литниковой системы, фактическая скорость со стороны крайних частей питателя гораздо выше.
Экспериментальная форма состоит из нижней 3 и верхней полуформы 1, в которой находится литниковая чаша со стояком. Меняя высоту стояка, можно регулировать скорость движения расплава по поверхности испытуемого образца 4. Для расширения пределов варьирования скоростей предусмотрели вставку 2, в полости которой, благодаря изменению направления движения расплава, гасится скорость. Сечение выходного отверстия 2а - узкое место.
Отсюда расплав попадает на испытуемую поверхность- , лежащую на столике 5, которая с помощью винта 6 выставляется заподлицо с выходным отверстием, и вытекает через отверстие 7а. Через определенное время расплав перекрывали задвижкой 7 и металл заполнял полость 8 над испытуемым образцом, ширина которой больше отверстия 2а. Благодаря этому вне русла движения расплава остаются не размытые участки и, базируясь на них, можно определить глубину размыва. Вытекший за время испытания расплав взвешивали.
Жидко-стекольное связующее литейного покрытия должно иметь высокий модуль жидкого стекла М=2,5...3,00 (для получения более развитой трехмерной фазообразующей структуры); плотность должна быть равна 1200 кг/м (для повышения содержания связующего компонента в покрытии, а, также, для более высокой степени дозирования кислоты, с получением конкретного времени отверждения); кислый отвердитель должен иметь среднюю силу, т. е. степень активности a = 3...33,0 % (для предотвращения расслоения системы), и с концентрацией равной или близкой жидкому стеклу; время отверждения должно варьировать в интервале 0,5...2,0 часа (по технологическим соображениям, т. е. неспешное нанесение и "подвяливание" покрытия на форме или стержне), что соответствует степени оттитрованности равной 0,865 и 0,825, соответственно.
За основу было взято натриевое жидкое стекло с модулем М=3,00 с составом Si02 =28,5 %, Na20=9,48 %, р =1448 кг/м3 (табл. 1 Приложения, серия 1), разведенное водой до плотности 1200 кг/м , что соответствует концентрации равной 0,875 моль/дм , а по Si02 =91,76 кг/м . Для достижения времени отверждения равному 0,5 и 2,0 часа взяли следующие отношения жидкое стекло : кислота = 1:1,6 и 1:1,4, соответственно [113].
А также натриевое жидкое стекло с модулем М=2,66 с составом Si02 =27,75 %, Na2O=10,71 %, р =1458 кг/м3 (табл. 1 Приложения, серия 2), разведенное водой до плотности 1200 кг/м , что соответствует концентрации равной 0,98 моль/дм , а по Si02=88,96 кг/м . Для достижения времени отверждения равное 0,5 и 2,0 часам взяли следующие отношения жидкое стекло: кислота = 1:1,7 и 1:1,5, соответственно.
Природа жидко-стекольной смеси и жидко-стекольного покрытия одна и та же, связующее ЛСТ-А вообще в формовочных материалах рассматривают не только как крепитель, но и как добавку для снижения поверхностного натяжения (как поверхностно-активное вещество) [115]. Резкое снижение краевого угла смачивания у покрытия с кислотой по отношению к покрытию, без кислоты объяснимо подвижностью мицелл в воде. Результаты исследований дают основания предположить, что в случае применения жидкого стекла с кислым отвердителем в качестве связующего литейных покрытий, создаются более благоприятные условия для получения на стержне или форме покрытия с высокими качественными свойствами, чем применение обычных жидко-стекольных покрытий. Это объясняется тем, что в указанных случаях, будут значительно затруднены процессы, определяющие возможность образования поверхностных дефектов на отливке. Удельную поверхность полученной краски определяли по адсорбции паров воды краской.
Расчет уравнения внутренних напряжений и стойкость покрытия к истиранию в литейных красках
Как указывалось выше (глава 2), результаты анализа показали, что исследованные кислоты не влияют на ход кислотно-основного титрования. Кривые титрования различных кислот абсолютно идентичны между собой до точки эквивалентности. Представляет интерес влияние кислот различной природы на прочность покрытия. Чтобы прояснить это применили метод планирования эксперимента.
Для математической модели стойкость покрытия к истиранию будет являться оптимизируемой функцией. На данное свойство краски оказывает влияние модуль натриевого жидкого стекла и время отверждения. В математической модели это факторы, влияющие на функцию.
Для каждой кислоты дикарбонового гомологического ряда строилась своя математическая модель по стойкости покрытия к истиранию.
По представленным выше формулам 4.1...4.3 и 4.5 находим соответствующие значения для стойкости покрытия к истиранию. Полученные данные показали стабильность результатов исследования, т. е. все результаты исследований находятся в тех же интервалах варьирования, что и показано в табл. 3.5). А метод планирования эксперимента выявил, что все факторы, участвующие в эксперименте, не значимы. Проанализировав данные, пришли к следующим соображениям. Размер образующихся глобул на три порядка превышает длину любой молекулы дикарбоновой кислоты (щавелевой, малоновой, глутаровой и янтарной - с1=0,142нм [116]), и сшивающего действия глобулярных структур, как предполагалось ранее, с ростом молекулы по гомологическому ряду не удалось выявить.
Результаты исследования по стойкости покрытия к истиранию для системы натриевое жидкое стекло, отверждаемое тетраборной кислотой, привели к снижению результатов на 0,2...0,3 кг/мм, как по модулю жидкого стекла, так и по временному параметру. Объяснение этому можно дать невозможностью получения борной кислоты (Н2В4О7) концентрации близкой к натриевому жидкому стеклу (С Н2В4О7 0,25 моль/дм ). За счет малой концентрации в жидко-стекольной краске будет увеличенный процент воды, и, как следствие, пониженные прочностные свойства. Получение диборатов при формировании поверхностного слоя краски не происходит, как ожидалось, и повышенных прочностных характеристик не было получено.
При анализе внутренних напряжений, возникающих в литейном покрытии, установили, что влияние всех факторов не значимо. Это говорит о том, что нет зависимости изменения данного параметра под действием изменяющихся факторов. Хотя при исследовании получены данные о некотором снижении внутренних напряжений во всех интервалах варьирования (модуль жидкого стекла и время отверждения). То есть, кислые отвердители жидкого стекла, имеющие в своем составе двойную связь, могут выступать также и в качестве пластификатора.
Связь глобулярных структур приводит не только к снижению внутренних напряжений, но и к повышению прочностных характеристик (стойкости покрытия к истиранию). Эту зависимость отражает полученное уравнение (4.10): увеличение стойкости покрытия к истиранию в литейных красках на основе натриевого жидкого стекла, отверждаемого кислотой, происходит при применении высокомодульного жидкого стекла. При этом влияния времени отверждения (х2) и фактора, учитывающего влияние взаимодействия модуля и время отверждения (х12) нет. Характер повышения прочности покрытия тот же самый, что и описанный при снятии внутренних напряжениях, но как показано в уравнениях (4.8) и (4.10), повышение модуля жидкого стекла приводит к повышению прочностных характеристик литейного покрытия.
На стойкость покрытия к истиранию и снижение внутренних напряжений влияет только модуль жидкого стекла и наличие в кислом отвердителе двойной или тройной связи. Применение кислот с двойными и тройными связями для отверждения высокомодульного жидкого стекла, внутренние напряжения не будут опережать рост прочностных характеристик. Данное обоснование можно сделать при сопоставлении коэффициентов при уравнениях (4.8) и (4.10).
На отливках с использованием стержней, окрашенных серийной краской, было обнаружено следующее: 39 отливок были без видимых дефектов, 11 забраковали. Из них 7 отливок забраковано по газовым раковинам, 4 - по наличию пригара.
Из 50 опытных отливок годными были признаны 47 штук. На трех отливках имелся небольшой участок с оставшимся пригаром, что также недопустимо по технологии.
После разбраковки опытной партии отливок было принято решение о покраске стержней отливки "котел" в течение двух смен, а затем, при положительных результатах, продолжить испытания в течение недели на новом составе литейного покрытия (второй этап).
Недельная работа с использованием самотвердеющего литейного покрытия предложенного состава показала, что полученные отливки менее подвержены образованию дефектов, и соответствуют техническим и эксплуатационным условиям.
Результаты опробования позволили рекомендовать разработанный состав литейного покрытия к внедрению (имеется соответствующий акт).
Внедрение разработанной жидко-стекольной краски позволило повысить качество стержней и отливок, снизить трудоемкость очистки литья. Брак отливок по газовым раковинам и засорам уменьшился с 11...16 % до 3...3,5 %. Таким образом, разработанное и внедренное литейное покрытие обеспечило улучшение качества сложных и ответственных чугунных отливок.
Анализ серийной технологии получения стальных отливок в литейном цехе ФГУП "ПО Уралвагонзавод" позволил выделить ряд технологических недостатков, связанных с применением стержневой смеси на крепителе КО и ЛСТ-А и применяемого литейного покрытия на основе жидкого стекла, обуславливающих возникновение брака отливок по пригару, газовым раковинам и засорам.
При проведении опытно - промышленных испытаний было изготовлено и залито 20 форм для получения отливок "букса". После заливки, охлаждения и выбивки опытные отливки тщательно осматривали. Выполняемые стержнями части отливок имели чистую поверхность, без газовых раковин и засоров. На одной из отливок местами (суммарно не более 0,006м) обнаружили остатки противопригарного покрытия, которые удаляли вторичной механической очисткой. Все полученные в результате опытно-промышленных испытаний отливки были признаны ОТК годными.