Содержание к диссертации
Введение
1 .Литературный обзор 7
1.1 Общие вопросы изготовления керамических оболочковых форм ЛВМ 7
1.2 Основные показатели производства в цехах ЛВМ России и ближнего зарубежья 9
1.3 Дефекты газового происхождения 12
1.4 Проблемы вызванные низкой прочностью форм ЛВМ. 15
1.4.1 Разрушение и растрескивание форм при вытопке из них моделей. 15
1.4.2. Керамические засоры в отливках 17
1.4.3 Повышение прочности форм ЛВМ. 22
1.5 Появление трещин при сушке лицевого слоя керамической формы. 25
Основные задачи работы 26
2. Методики исследования 27
2.1 Приготовление суспензий 27
2.2 Приготовление многослойных керамических образцов. 29
2.4. Оценка прочности многослойных образцов. 32
2.5.Методы математической обработки результатов экспериментов. 36
2. 5.1. Подбор эмпирических формул. 36
2. 5.2. Планирование многофакторных экспериментов. 36
2. 5.3 Оценка воспроизводимости результатов. 40
3. Влияние серной кислоты на свойства слоя из ацетоновой суспензии 42
3.1 Влияние серной кислоты на процесс упрочнения сохнущего слоя. 42
3.1. ІРазработка методики исследования 42
3.1.2Результаты исследования 46
3.2. Влияние серной кислоты на толщину слоя остающегося на модели после ее погружения в суспензию. 48
3.3 Влияние серной кислоты на процесс сушки слоя 54
3.4 Влияние серной кислоты на трещиноустоичивость слоя суспензии 56
4. Исследование безводной активизации ЭТС в ацетоновых растворах 61
4.1 Методика исследования 61
4.2 Теоретические возможности оценки опалесценции для исследования кислотной активизации ЭТС. 63
4.2 Результаты исследования опалесценции ацетоновых растворов ЭТС. 66
4.3 Влияние выдержки растворов на свойства приготовленной на их основе керамики. 70
5. Причины массового брака по керамическим засорам в ЛВМ . 76
6. Поиск способов усовершенствования технологии изготовления форм ЛВМ. 84
6.1 Предварительная кислотная активизация растворов и ЭТС. 84
6.2 Разработка способа повышения трещиноустойчивости керамики из спиртовой суспензии содержащей серную кислоту. 86
6.3 Разработка технологии изготовления керамических форм ЛВМ из ацетоновой суспензии . 92
Заключение 100
Литература: 103
Приложение 1 114
Приложение 2 120
- Керамические засоры в отливках
- Влияние серной кислоты на трещиноустоичивость слоя суспензии
- Причины массового брака по керамическим засорам в ЛВМ
- Разработка технологии изготовления керамических форм ЛВМ из ацетоновой суспензии
Введение к работе
Актуальность. Одной из актуальных задач современного ашиностроения является разработка и внедрение новых технологических роцессов производства заготовок и деталей машиностроительных изделий, целью повышения их качества и снижения себестоимости . Благодоря пользованию неразъемных многослойных керамических оболочковых форм литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) имеет значительные реимущества перед другими способами получения фасонных литых LTOTOBOK. Высокая точность и чистота поверхности отливок позволяют олучать заготовки, максимально приближенные к готовой детали, что іачительно сокращает затраты на их механическую обработку.
Качество и себестоимость литых заготовок , в значительной степени , івисят от качества керамики форм ЛВМ . Производственный опыт оказывает, что низкая прочность керамики приводит к повышенному браку итых заготовок : по дефектам поверхности в виде мелких наплывов , ызванных наличием трещин в лицевом слое формы, керамическому засору прорывам форм и др. Значительны потери самих форм на различных жнологических операциях, особенно при выплавлении моделей. В связи с гам требуется систематическая работа по совершенствованию технологии зготовления многослойных керамических оболочковых форм , что зидетельствует об актуальности проблемы.
Цель работы. Повышение качества и снижение себестоимости ерамических форм и получаемых в них литых заготовок за счет звершенствования технологии изготовления керамических форм для литья о выплавляемым моделям
Основные задачи.
1. Исследование влияния серной кислоты на свойства органических гилсиликатных суспензий, используемых для изготовления керамических эолочковых форм.
2. Исследование особенностей активизации связующих свойств этилсиликата в безводных суспензиях
3. Определение причин и способов снижения брака литых заготовок по керамическому засору и разработка способа устранения трещин, возникающих в лицевом слое керамической формы в процессе его сушки.
4. Определение состава и технологии получения качественной ацетоновой суспензии для изготовления многослойных керамических оболочковых форм.
Методы исследования. Наряду со стандартными методами исследований были использованы новые экспериментальные методики , позволившие выявить неизвестные ранее особенности изготовления суспензий и форм:
1. методика оценки прочности сцепления лицевого и опорных слоев многослойной керамической формы;
2. методика оценки упрочнения (скорости твердения) отдельного слоя керамического покрытия;
3. методика косвенной оценки скорости роста линейных молекул кремнезема в ацетоновых этилсиликатных растворах- по скорости их окрашивания (опалесценции)
На защиту выносятся. Теоретические и экспериментальные исследования в области повышения качества керамики форм ЛВМ и литых заготовок, получаемых в этих формах.
Научная новизна
1. Обоснована возможность получения, наиболее прочных , линейно -армированных структур керамики без использования аммиака.
2.Экспериментально показано что кроме известной активизации связующих свойств этилсиликата водой (гидролиз) , существует активизация кислотная - с помощью сильных кислот (серной, азотной)
3. Исследованы особенности кислотной активизации этилсиликата , определены ее достоинства и недостатки в сравнении с гидролизом.
4, Разработаны новые экспериментальные методики ; для оценки скорости твердения слоя суспензии при его сушке на воздухе;
- оценки окрашивания (опалесценции) органических растворов этилсиликата для исследования степени полимеризации молекул кремнезема иод влиянием кислот и других факторов.
Практическая полезность
1. Разработан эффективный метод повышения трещиноустойчивости лицевого слоя керамического покрытия из органических этилсиликатных суспензий.
2. Разработан состав и технология приготовления качественной ацетоновой суспензии для изготовления керамических форм ЛВМ. 3. Даны практические рекомендации по снижению брака литых аготовок ио керамическому засору .
Реализация результатов. На заводе "Сельмаш" (г.Киров ) было пробировано и подтверждено положительное влияние выдержки готовой успензии на трещиноустойчивость первого слоя покрытия.
Апробация работы . основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях Ижевского осударственного технического университета и на семинарах кафедры ТМ и П боткинского филиала ИжГТУ
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в ом числе I авторское свидетельство на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, нести глав и заключения. Изложена на 120 страницах, включая 32 рисунка, . таблиц 2 приложения и содержит библиографию из 103 наименований.
Керамические засоры в отливках
Засоры - весьма распространенный дефект литья по выплавляемым моделям. На некоторых заводах, этот вид брака является основным и весьма значительным [47].
По мнению ряда авторов [ 1,2,39 ] источниками засоров в литье по выплавляемым моделям являются:
а) попадание формовочных материалов в полость формы через трещины в оболочке;
б) поломка или выкрашивание перед заливкой и при заливке части оболочки формы выполняющей литниковую воронку;
в) попадание в полость оболочки формовочного песка при формовке в опорном наполнителе , прокаливании , заливке и транспортировке форм;
г) смывание струей металла керамических заусенцев в оболочке формы , образовавшихся в результате попадания суспензии в зазор между моделями стояка и питателей при небрежной пайке , либо между звеньями модели при небрежном их соединении;
д) загрязненность модельного состава;
ж) обсыпание футеровочного материала печи и ковша.
Все вышеперечисленные источники брака , кроме источника "г", можно условно назвать внешними - "экзогенными".
От таких засоров можно избавиться как путем очистки форм перед заливкой ,так и путем их улавливания в процессе заливки. В последнее время для улавливания таких засоров начинают применять огнеупорные фильтры [40,41,42]. Производство, установка и применение таких фильтров является достаточно сложной технологической задачей, разрешимой только на крупных специализированных предприятиях.
Ряд исследователей пытались решить проблему , с помощью более совершенных чем обычный инжектор [1,стр.331] , пневмоочищающих устройств [43-45]. Их называют "инжактами" (инжектирование активное).
Сотрудниками ВФ ИжГТУ были разработаны два пневмоочищающих устройства. Устройство №1 - для очистки холодных , предварительно прокаленных при температуре 350-500С форм [ 46 ]. Устройство №2 для очистки горячих форм непосредственно перед заливкой в них металла (рис 1.1).
Оно состоит из инжектора, помещенного в наружный , нагнетающий воздух патрубок. При перемещении устройства вверх-вниз по центральному стояку , радиальные сопла на нижнем конце нагнетающего патрубка выдувают сор из полостей формы в центральный стояк , а из него сор выбрасывается наружу с помощью инжектора.
Промышленные испытания устройств проводились на ГПО Боткинский завод , в цехе с высоким уровнем брака по засорам. Контроль отливок показал , что обработка форм устройством №1 , обеспечивает увеличение выхода годных отливок на 13%. Однако позже выяснилось, что большую часть эффекта (10%), обеспечивает предварительное прокаливание форм, специально введенное для подготовки форм к инжектированию. Прокаливание при 350-500С, обеспечивало выжигание остатков модельного состава, склеивающего сор. Следовательно , само устройство увеличивало выход годного лишь на 3%. Механизм положительного влияния тепловой обработки форм , на этом этапе , выяснить не удалось.
При контроле отливок обнаружили отрицательный эффект от использования устройства №2.
Ранее такой же результат отмечали авторы работы [47] , при использовании обычного инжектора, и объяснили это отрицательным влиянием холодного воздуха на термостойкость форм. По мнению авторов [47] , для борьбы с засорами , в литниковой системе целесообразно иметь специальные полости - засороуловители ( по принципу известных шлакоуловителей).
Противоположные результаты, полученные при использовании "инжактов" разными исследователями, определяются, очевидно, различиями в термостойкости форм. Положительные результаты [43,44,45] достигаются при высокой термостойкости форм, а отрицательные [11] - при низкой.
Приведенные выше результаты позволили предположить , что причиной массового брака , достигающего иногда 40-50% отливок может быть низкое качество керамической формы или отдельных ее частей. Засоры, вызванные низким качеством форм образуются при заливке в них металла. Их можно условно назвать "эндогенными" -внутренними. Связь между качеством керамики и засорным браком отмечена в ряде работ. Так в работе [48] , увеличение прочности керамики привело к значительному снижению брака по засорам. В работе [49] , показано, что с введением в суспензию 1,5-8,0% алюминиевого порошка и 0,1-1,0% перхлората калия, брак по засорам снизился в 1,3-1,6 раза. В работе [50] показано, что применение обсьшочных материалов с малым коэффициентом линейного расширения ( НКС и электрокорунд) , уменьшает выкрашивание лицевого слоя и снижает брак по засорам. В работе [50], введение жидкого стекла в этилсиликатную суспензию, приводит к улучшению качества лицевого слоя и снижению засорного брака.
В монографии [ 1 ] высказывается мысль о том , что растягивающие напряжения , которые возникают в нагреваемых при прокаливании оболочках, могут быть причиной образования трещин на облицовочном слое формы и , впоследствии, керамических засоров в отливках. Однако такой механизм образования засоров возможен лишь при нагревах без опорного наполнителя, когда внешняя поверхность формы значительно горячее чем внутренняя. Очевидно , что прокаливание форм в опорном материале, применяемое гораздо чаще , проходит без значительных перепадов температуры по толщине стенки формы.
Ни в одной из приведенных выше работ не раскрывается механизм образования засоров. Без знания этого механизма , трудно рассчитывать на создание эффективных методов предотвращения эндогенных засоров.
Из литературы известна одна из причин образования засоров эндогенного происхождения - быстрое обсыхание ацетоновой суспензии , нанесенной на модель и связанное с этим плохое приклеивание обсыпочного песка [1,52] , вплоть до появления оголенных , необсыпанных участков. В этом случае снижается прочность сцепления первого слоя с последующими , что может приводить к его отслоению. Эту проблему можно решить путем введения в суспензию высших жирных спиртов (ВЖС) , понижающих скорость испарения ацетона в 8-10 раз [1,53]. Предлагаемое решение применимо только в массовом. поточном производстве, где для суспензии каждого слоя имеется отдельный бак. На участках со средним и небольшим объемом производства, использующим один бак для нанесения всех слоев, такое решение создаст проблемы при сушке второго и последующих слоев.
Рассмотренное явление - одна из частных причин образования засоров, но этот частный случай дает основание предполагать , что основная причина образования эндогенных засоров, низкая прочность сцепления первого и второго слоя.
С целью проверки этого предположения, в лабораториях ВФ ИжГТУ была применена методика испытания на межслойный отрыв [54] используемая при испытаниях резин и других полимерных материалов. При использовании этой методики было показано [55] , что между браком по засорам и прочностью на отрыв имеется обратно -пропорциональная связь (т.е. чем ниже прочность, тем выше брак). Также было показано, что с увеличением времени обсыхания ацетоновой суспензии , до ее обсыпки песком , прочность на отрыв снижается.
Полученные результаты дали основание полагать, что выбранное направление и методика исследования на межслойный отрыв позволят раскрыть механизм образования эндогенных засоров и найти эффективные способы борьбы с ними.
Влияние серной кислоты на трещиноустоичивость слоя суспензии
Трещины в лицевом (первом) слое , на многих предприятиях являются весьма острой проблемой. При максимальном развитии трещин , на некоторых участках модели появляются отслоения , которые приходится удалять , т.е. производить местное разрушение лицевого слоя. Нитевидные , без отслоения , трещины требуют ремонта слоя вручную (замазывание трещин ) , либо последующих значительных трудозатрат по удалению с отливок затеков металла. В любом случае качество поверхности отливок при трещинах лицевого слоя значительно снижается.
Именно трещины в первом слое вынудили снизить количество воды для гидролиза на заводах № 1 и 2 (табл 1.2) . На заводе № 1 количество воды снижено от 10% к ЭТС до 0 % и полностью устранен брак по трещинам. На заводе № 2 содержание воды снизили от 20 % до 8 % . Трещиноустоичивость суспензии повысилась , но трещины остались на довольно высоком уровне. Содержание H2S04 в суспензиях этих заводов существенно отличалось : на заводе № 1 - 1,2 % к ЭТС , на заводе № 2 -3,0 % к ЭТС. Это дало основание предположить , что H2SO4 способствует повышенной склонности суспензии к трещинам.
Для исследования этого вопроса необходимо было определить образец и разработать для выбранного образца шкалу балльных оценок трещин. В качестве образцов были использованы металлические пластины 80 х 25 х 1 мм , покрытые модельным составом . Использование такого образца позволило проводить исследования на небольших объемах суспензии (обычно 30 мл связующего раствора). Для количественной оценки трещин была разработана пятибалльная шкала (рис 3.8), 5 балл -максимальное развитие трещин.
Исследование было проведено на ацетоновых суспензиях всех типов :ОРГ -О, ОРГ-1, ОРГ-2, ОРГ-3 . После приготовления суспензии с 0 % H2S04 и вязкостью 50 секунд по ВЗ-4 , наносили ( погружением в суспензию ) слой на образец. Обсыпка слоя песком не производилась , так как песок повышает устойчивость к трещинам и исключает достоверный визуальный контроль трещин. Образец подвешивался для сушки. В суспензию добавляли нужное количество H2SO4 , перемешивали 3-5 минут , наносили слой на следующий образец и.т.д. до 3-4 образцов суспензии одного замеса. Через час производилась оценка трещин на образцах.
Полученные результаты представленные на рисунке 3.9 , показывают , что на трещиноустойчивость суспензии влияют серная кислота и вода.
Наблюдения под бинокулярным микроскопом показали , что чем больше в суспензии воды и H2SO4 , тем быстрее на поверхности слоя образуется упрочненная пленка. В пленке появляется значительная до 6% [51] усадка упрочнения и вызванные ею растягивающие напряжения , которые и являются причиной образования трещин.
Вероятность образования трещин зависит от того насколько , к моменту появления пленки , упрочнилась суспензия оказавшаяся под ней - суспензия "подслоя" . Чем раньше сформируется пленка , тем менее просушенным и прочным будет "подслой" и тем выше вероятность образования и степень развития трещин. Поскольку практикам известно , что упрочнителем является вода , на заводах № 1и2 (см. табл. 1.2 ) решили проблему трещин , снижая ее количество в суспензии.
Проблему трещиноустойчивости лицевого слоя следует решать комплексно , за счет оптимизации состава и технологии приготовления суспензии. При этом нужно учитывать , что количество воды и серной кислоты в суспензии влияет не только на устойчивость к трещинам лицевого слоя ,но и на конечные свойства (прочность, термостойкость) керамической оболочковой формы в целом. Как показали дальнейшие исследования (см. главу 6) , данная проблема решается за счет оптимизации технологии смешивания компонентов суспензии и усовершенствования теплового режима ее приготовления.
Причины массового брака по керамическим засорам в ЛВМ
Массовый брак по керамическим засорам ( до 50 и более %) был обнаружен на двух заводах (заводы 1 и 9 , табл. 1.2), применяющих аммиак для упрочнения (отвердения при сушке) слоев керамических форм. Технологии изготовления керамических форм на обоих заводах идентичны по ряду признаков : использование в суспензии серной кислоты,, одинаковое время воздушной сушки (40 минут) и обработки аммиаком (20 минут). Исследование было выполнено на одном из этих заводов (завод 1 -ГПО Боткинский завод) , но его результаты , по мнению автора данной работы, могут быть использованы для второго и ряда других заводов использующих аммиак и серную кислоту
Для изготовления форм ЛВМ на заводе использовали суспензию , включающую раствор ацетона и ЭТС-40 в соотношении 2:1 (14 % SiC в растворе), 1,8 % НС1 и 1,2 % H2SO4 к ЭТС. Воду в суспензию не вводили так как она резко увеличивала склонность лицевого слоя к трещинам. Каждый слой сушили на воздухе в течение 10-20 минут , затем производили вакуумно или воздушно - аммиачную обработку в течение 20 минут.
Результаты полученные при испытании пневмоочищающих устройств (см.гл.1) показали , что массовый брак по засорам определяется не внешними , а внутренними источниками сора. Такие засоры можно назвать эндогенными .
Исследование причин образования эндогенных засоров было начато с исследования под бинокулярным микроскопом шлифов с засорными дефектами. Исследование шлифов показало, что большинство засоров состоит из пылевидного кварца, используемого в суспензии, и песка, применяемого для обсыпки ее слоев . Отдельные засорные дефекты имели характерное для слоя расположение пылевидного кварца и обсыпочного песка. На наиболее неблагополучной поверхности - внутреннем дне стального стакана засоры обнаруживались, как на поверхности (рис.5.1, варианты "а","б"), так и под коркой металла (рис.5.1, вариант "в"). Полости поверхностных засоров имели либо форму кратеров (вариант "б"), либо овальные края (вариант "а"), т.е. признаки вдавливания частиц керамики в пленку окислов, обычно имеющуюся на поверхности жидкого металла, или в тонкую, характерную для начала затвердевания, корочку металла. Подкорковые засоры (вариант "в") соединялись с поверхностью каналом -газовым свищом.
Рассмотренные признаки засоров позволяли предположить следующую схему их образования. В момент заливки металла лицевой слой, слабо связанный с остальными -опорными слоями , на отдельных участках отслаивается под действием термических напряжений и(или) термического расширения газов, имеющихся или образующихся в керамике форм. Косвенными подтверждениями участия газов в этом процессе являются признаки вдавливания засорных осколков в поверхность; "утапливание" осколков в жидком металле с последующим выходом газов через свищи; положительное влияние низкотемпературного предварительного обжига форм (см. выше). Низкотемпературный обжиг при 350-500С приводит к частичному или полному выжиганию остатков модельного состава, что, как известно, снижает количество сажистого углерода, образующегося при прокалке форм из остатков модельного состава и оседающего в порах керамики. В результате уменьшается газовыделение при заливке в формы стали, особенно, слабораскисленной.
В соответствии с предполагаемой, изложенной выше схемой ,массовый брак по засорам может возникать в том случае, когда технология изготовления форм обеспечивает низкую прочность сцепления первого и последующих слоев. Информацию об исследовании межслойной прочности керамики форм ЛВМ в литературе обнаружить не удалось. Для количественных оценок этого показателя форм ЛВМ была применена методика оценки межслойной прочности (см главу 3).
При испытании на межслойный отрыв образцов керамики, снятой с отливок установлено:
а) межслойная прочность менялась в широких пределах - от 0,02 до 0,8 Мпа;
б) отрыв практически всегда происходил по границам обсыпочного песка первого слоя: иногда- по внешней поверхности суспензии первого слоя (рис5.2-линия "а") и в большинстве случаев - по внутренней поверхности суспензии второго слоя (рис.5.2-линия "б");
в) при высоком браке по засорам, межслойная прочность близка к минимальным (менее 0,4 МПа), а при низком - к максимальным значениям (0,6-0,8 МПа), т.е. подтвердилось предположение о связи массового брака по засорам с прочностью сцепления лицевого слоя с опорными (далее-межслойная прочность).
На многослойных образцах (3-4 слоя), был выявлен ряд факторов, определяющих уровень межслойной прочности. Так отрыв по внешней поверхности первого слоя (рис.5.2- по линии "а") связан с ускоренным обсыханием суспензии и плохим приклеиванием к ней обсыпочного песка. При использовании, ацетоновых суспензий нередко, особенно летом и на больших деталях, требующих более продолжительных манипуляций для стекания суспензии, можно наблюдать появление "голых", не покрытых обсыпочным песком участков, особенно, в наиболее тонких, лицевых слоях. Очевидно, что появление таких участков является признаком ускоренного обсыхания суспензии, плохого приклеивания песка и, соответственно, низкой или нулевой межслойной прочности. При нанесении второго слоя на необсыпанный песком первый межслойная прочность была практически нулевой, так как отрыв происходил под весом захватов разрывного устройства.
Проблема ускоренного обсыхания ацетоновых суспензий рассматривается в литературе. Имеются решения этих проблем (см. раздел 1.4.3).
Установлено, что более характерный отрыв по второму слою (рис.5.2-по линии "б") связан с его недостаточной просушенностью. По оценкам изломов керамики, выполненным с помощью отсчетного микроскопа (применяется при оценках твердости по Бринелю), толщина второго слоя составляла обычно 1,0-1,5мм. Удаление большей части растворителя из слоя суспензии исследуемого состава толщиной 1,0мм требует не менее 60 мин. (рис.3.6). Увеличение времени сушки перед аммиачным упрочнением с 10-20 до 60 минут и времени обработки аммиаком с 20 до 30 минут, повысило все прочностные показатели: на межслойный отрыв в среднем в 3,5 раза , на изгиб 2,0 раза (табл.5.1). Опыты были проведены в зимнее время при температуре на участке изготовления форм 16-18С. Образцы с короткой (20 минут) и удлиненной воздушной сушкой (30 минут на первом слое и 60 минут на последующих слоях) и обработкой аммиаком (30 минут) изготавливались из одной суспензии. Всего было выполнено 7 опытов.
Повышение прочности керамики форм снижает вероятность образования трещин при вытопке моделей и прокаливании форм, вероятность отслоения лицевого слоя и образования засоров. Учитывая приведенные результаты можно определить наиболее вероятные зоны образования эндогенных засоров -донные и особенно угловые поверхности глубоких поднутрений , где наибольшая толщина слоев и наименее благоприятные условия сушки из-за отсутствия воздухообмена. Однако, было очевидно, что существование таких поднутрений не может быть основной причиной массового засорного брака.
Необходимо было выяснить причины значительных колебаний межслойной прочности лицевых слоев. Исследования выполненные в разделе 3.1 позволили сделать вывод о том, что низкая межслойная прочность керамики аммиачного упрочнения и вызванная этим их высокая предрасположенность к засорам определяется сочетанием укороченных при аммиачном упрочнении циклов сушки слоев и наличием в суспензии серной кислоты. Серная кислота является сильным коагулятором - упрочнителем [51]. Причем вызванный ею процесс упрочнения начинается с образования поверхностного упрочненного слоя- "корочки", тормозящей удаление растворителя при сушке и диффузию аммиака в слой. В результате при существующих циклах сушки и упрочнения в достаточно толстых слоях (1,0мм и более) появились не полностью просушенные, плохо проработанные аммиаком и , соответственно, слабоупрочненные "подслои" (часть слоя, расположенная под "корочкой"). Традиционные методы испытания, разрушающие образцы поперек слоя, не обнаруживают эту неоднородность слоя; ее можно выявить под бинокулярным микроскопом -в надрезах слоя и оценить количественно методом испытания на межслойный отрыв. Наличие плохо просушенного и слабоупрочненного подслоя явилось одной из причин предрасположенности технологий с аммиачным упрочнением к массовым засорам.
Разработка технологии изготовления керамических форм ЛВМ из ацетоновой суспензии
Преимуществом такой технологии является использование более дешевой в фавнении со спиртовой , суспензии ( на 40%). Например для ГПО Боткинский завод использование такой технологии создает возможность отказа от упрочнения аммиаком (экономические, экологические и организационные преимущества) , значительное повышение свойств керамики и снижение за счет этого толщины стенок форм (экономия дорогих материалов), уменьшение брака форм на вытопке , уменьшение брака отливок по засорным дефектам.
В качестве основы решено было использовать технологию , разработанную для спиртовой суспензии (раздел 6.2), внеся в нее коррективы учитьшающие особенности ацетоновых растворов ЭТС. Высокая скорость опалесценции в ацетоновых растворах позволила рассчитывать на быструю активизацию раствора, в течение 5-6 минут его перемешивания. Учитывая высокую скорость испарения ацетона было решено уменьшить в опытах время сушки слоев на 0,5 часа (1,5 и2,0 часа вместо 2,0 и 2,5 на спиртовой суспензии) . по содержанию воды для гидролиза суспензия должна соответствовать типу ОРГ-1. В этом случае первые слои керамической формы приобретут достаточную прочность за счет быстро протекающего частичного гидролиза ЭТС. В то же время оставшаяся часть ЭТС будет активизироваться по кислотному варианту, обеспечивающему волокнистое армирование керамики (за счет линейных макромолекул)
Была проведена серия опытов с приготовлением суспензии по следующей схеме: Смешивались ЭТС и ацетон в соотношении 1:2 (14%Si02 в растворе) , вводились серная и соляная кислоты (НС1 на 1,5% к ЭТС) , раствор перемешивался в течение 5-6 минут. Вводился пылевидный кварц -3,2 объема на 1 объем раствора и после 1-2 минутного перемешивания вводилась вода на 10% к ЭТС (суспензия ОРГ-1) . Частота вращения мешалки составляла 2800 об/мин . Перемешивание продолжалось пока температура суспензии не достигала 35С. Включалось охлаждение и при понижении температуры суспензии до 22-23С перемешивание прекращалось Общее время приготовления суспензии составляло 35-40 мин. Опыты проведены при содержании серной кислоты 1,5; 2,0 и 3,0 %. При любом содержании H2SO4 суспензии показали высокую трешиноустойчивость. Трещин не было ни в одном из опытов. Механические свойства полученной керамики представлены в табл 6.1 и на рис.6.4
Из приведенных графиков следует , что с увеличением серной кислоты прочность керамики снижается., за исключением О"от , которая несколько возрастает ( на графике не представлено). Рост тот от 0,8 до 0,89 МПа объясняется увеличением времени обсыхания ацетоновой суспензии и лучшим внедрением в нее обсыпочного песка.
Двухчасовая сушка слоев обеспечивает более высокие свойства в сравнении с 1,5 часовой. Максимальные значения прочности - при 1,5 % H2SO4 , однако для оценки воспроизводимости технологии на данном этапе выбрана суспензия с 2,0% H2SO4 , по следующим соображениям.
Учитывая недостаточную точность (наблюдаемую в практике цехов) дозировки компонентов связующего раствора и кислот, можно предполагать возможные отклонения от оптимального содержания H2SO4 к ЭТС, как в меньшую , так и в большую сторону. Предположив возможное отклонение от оптимума 1,5 % H2SO4 к ЭТС равным ± 0,5%, оценим возможные последствия таких отклонений. При снижении H2SO4 менее 1,2% к ЭТС , слои суспензии (ОРГ-1) не будут упрочнятся при воздушной сушке , что легко обнаружить и исправить . При увеличении содержания H2SO4 до 2 % возможно снижение прочности в сравнение с оптимальным содержанием 1,5 % H2SO4 к ЭТС. В связи с этим более тщательно оценен уровень прочности керамики при 2 % H2SO4 к ЭТС.
Воспроизводимость результатов при 2,0% H2SO4 была проверена с помощью критерия Кохрена. Выполнено 3 параллельных серии опытов (т=3) по 4 опыта в каждой серии (п=4). Время сушки слоев составляло 2 часа . Результаты опытов приведены в табл.6.1.(серия 1) и в таблб.2 (серии 2 и 3) Дисперсии по видам прочности представлены в табл.6.3 (данные по серии 1 -см. табл. 6.1.)
При доверительной вероятности 0,95 , числе степеней свободы q=n-1=4-1=3, числе серий пг=3 , табличные значения критерия Кохрена составляет 0,79. Все расчетные значения критерия Кохрена (последняя строка таблицы 6.3) меньше табличного значения. Следовательно результаты опытов воспроизводимы.
