Зерновая основа покрытий

Категория:
Покрытия литейных форм


Зерновая основа покрытий

Зерновая основа является дисперсной составляющей покрытия, которая придает поверхности отливки требуемую чистоту или заданные свойства. Материалы, применяемые в качестве’ зерновой основы литейных покрытий, разделяются по признаку воздействия на металл отливки на две группы: пассивные мелкодисперсные неорганические и органические порошки; активные плавящиеся или диффундирующие материалы требуемой зернистости.

Зерновой состав дисперсных материалов определяют путем рассева навески на стандартных сетках. Для получения более точных результатов ситовой анализ литейных наполнителей выполняют «мокрым» способом. Зерновой состав порошков с размерами частиц менее 50 мкм (тазик) определяют седиментомет-рическим методом. Размеры сеток регламентируются ГОСТ 3584—73 и 6613—73. В применяемом в литейном производстве ГОСТ 2189—62 «Пески формовочные. Отбор проб и методы лабораторных испытаний» для определения зернового состава песчаной основы принят сокращенный набор сит. Совсем недавно в литейном производстве нашли применение высокоогнеупорные материалы — электрокорунд, карбид кремния и другие, относящиеся к абразивам. Группы и номера зернистости абразивных материалов определены ГОСТ 3647—71.

Важным критерием свойств противопригарных материалов является степень их смачивания жидким металлом и его окислами. Для предотвращения пригара зерновую основу покрытий выбирают такой, чтобы она не смачивалась жидким металлом и, по возможности, его окислами.

Зерновая основа пассивных покрытий. Зерновую основу пассивных покрытий представляют неплавящиеся и не-диффундирующие материалы; они обладают высокой огнеупорностью, химически устойчивы при высоких температурах и малоактивны по отношению к жидким металлам, а в некоторых случаях к их окислам. По значению водородного показателя рН огнеупорные окислы разделяют на кислые (рН < 6), нейтральные (рН = 6-н8) и основные (рН > 8).

Способность материала противостоять действию высоких температур определена в одних случаях температурой плавления, в других — огнеупорностью. Термостойкость огнеупорных материалов, основу которых составляет минерал с постоянным химическим составом, определена температурой плавления, характеризующей переход вещества из кристаллического состояния в жидкое. Для огнеупорных материалов, состоящих из нескольких окислов, соотношение которых может изменяться в известных пределах, вместо температуры плавления указана огнеупорность — способность материала противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур. Определение огнеупорности регламентируется ГОСТ 4069—69. Теплофизические свойства соответствуют также беспористым телам.

В твердом беспористом теле теплота передается только температуропроводностью. Внутри пористого порошкового материала, состоящего как минимум из двух фаз — твердого тела и газа, теплота передается теплопроводностью соприкасающихся частичек твердого тела и воздуха, конвекцией газов в порах и лучеиспусканием. Все три способа теплообмена имеют различное значение на разных этапах прогрева порошкового материала. При низких температурах, приблизительно около 100° С, теплообмен происходит в основном теплопроводностью; теплообмен конвекцией и лучеиспусканием при этих температурах ничтожно мал. При температурах от 100 до 800° С теплота передается в основном конвекцией и в меньшей мере теплопроводностью. Здесь возрастает значение газа, который передает теплоту главным образом конвекцией в отдельных порах и между порами. При температурах выше 800° С теплопередача осуществляется главным образом лучеиспусканием.

Из-за большого термического сопротивления зоны контакта частичек коэффициент теплопроводности порошкового материала во много раз меньше коэффициента теплопроводности материала самих частичек. Кристаллический кварц (р = 2500 кг/м3) имеет коэффициент теплопроводности 6,2 ккал/(м-ч-СС), а кварцевый песок (р = 1500 кг/м3) — 0,28 ккал/(м-ч-°С), что в 22 раза меньше теплопроводности исходного материала [20]. С увеличением пористости, а следовательно, увеличением газообразной фазы

для порошковых материалов характерно уменьшение влияния на теплопроводность природы твердой фазы. При пористости 60% минеральный порошок, например, имеет теплопроводность 0,15 Вт/(м-°С) (0,13 ккал/(м-ч-°С)), а стальная пыль — о’, 18 ккал/(м-ч-°С).

Для приготовления покрытий с пониженной теплопроводностью применяют теплоизоляционные материалы. Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, как и других огнеупорных материалов, зависит от объемной массы, температуры и влажности. Пористость высокоэффективных теплоизоляционных материалов достигает 75%. К основным огнеупорным наполнителям относятся и основные шлаки.

Феррохромовый шлак (ТУ 14-11-95—74) — отходы при производстве безуглеродистого и малоуглеродистого феррохрома силикотермическим способом. Основной составляющей фер-рохромового шлака является ортосиликат кальция (2Ca0-Si02). При остывании шлак рассыпается в мелкий порошок с размером частиц менее 30 мкм.

Феррохромовый шлак поставляется литейным цехам по ТУ 14-11-95—74 электрометаллургическими комбинатами и заводами ферросплавов. Согласно техническим условиям, феррохромовый шлак разделяют на сепарированный (СФИ1) и несепа-рированный (НФШ). Сепарированный шлак СФШ поставляют литейным цехам для приготовления самотвердеющих смесей и противопригарных покрытий. Удельная поверхность зерен шлака около 2000 см2/г. Пористость обычно составляет около 50%. Температура плавления в зависимости от состава колеблется в пределах 1500—1600 °С.

Нефелиновый шлам (СТУ 30-478-64) — побочный продукт производства глинозема из нефелина, получаемого щелочным методом. Основной составляющей нефелинового шлама является ортосиликат кальция. Химический состав шлама, %: 53—56 СаО; 29—31 Si02; 3—5 А1203; 2,5—4,0 Fe203; 2,2— 2,8 Na20. Нефелиновый шлам является полноценным заменителем феррохромового шлака.

Наполнители плавящихся красок. В качестве наполнителя плавящихся красок предложен 1 обсидиан, измельченный до размеров зерна 0,074—0,053 мм. При контакте с расплавленным металлом наполнитель частично переходит в стекловидное состояние, вследствие чего слой краски приобретает высокую прочность и эластичность. Автором данной книги предложено 2 использовать в качестве наполнителя плавящихся красок вулканический пепел, представляющий собой в естественном состоянии однородную белую пыль с остатком на тазике 33,6%, с модулем мелкости 212, средним условным диаметром зерна 0,06 мм. Насыпная масса сухого вулканического пепла 0,95 кг/м3, плотность 2,3 г/см3. Температура плавления 1160° С. Химический состав, %: 70,0—73,0 Si02; 12,0—15,0 А1203 + + ТЮ2; 1,0—1,2 FeO + Fe203; 1,0—1,5 CaO + MgO; 7,0— 9,0 NaaO + K20; 3,8—5,5 п. п. n.

Углеродистые наполнители. Покрытия, содержащие углеродистые наполнители, не обладают высокой активностью по отношению к металлам, поэтому занимают промежуточное положение между активными и пассивными покрытиями. Из углеродистых материалов в качестве наполнителей в литейных красках применяют графиты, древесный и каменный уголь, кокс и сажу. Графит получают из естественных руд, доменных скрапов и путем термического разложения углеводородов. Температура сублимации графита 3700° С. Плотность графита зависит от его микропористости и при 20° С достигает 2,26 г/см3. Коэффициент линейного расширения 4,5-Ю-6 1/°С. Чистый графит с плотностью, приближающейся к 2,24 г/см3, имеет коэффициент теплопроводности 300 ккал/(м-ч -°С). Графит в порошке имеет значительно меньшую теплопроводность [0,4 ккал/(м -ч • °С)], измеренную в слое однокомпонентной краски. Средняя объемная масса молотого графита около 800 кг/м3. Графит термически и химически устойчив. Не смачивается водой, железоуглеродистыми и другими сплавами. Водородный показатель рН = 7,1.

Недостатками графита как наполнителя противопригарных красок являются сравнительно высокая теплопроводность и темная окраска, поглощающая тепловую радиацию металла. Кроме того, графитовые краски не всегда обеспечивают получение чистых поверхностей средних и крупных чугунных отливок, поскольку при высоких температурах графит преждевременно окисляется.

Пироуглерод получают путем термического разложения угле-родсодержащих газов: метана, пропан-бутана, ацетилена или паров жидких углеводородов. Он представляет собой мелкокристаллический углерод блестящего металлического цвета, обладающий более высокой стойкостью к окислению при высоких температурах по сравнению с обычным промышленным графитом. Пироуглерод применяют для покрытия керамических форм и плакирования огнеупорных материалов, предназначенных для литья тугоплавких металлов и сплавов. В этом процессе совмещаются операции пиролиза углеродсодержащего газа и одновременного нанесения образующегося пироуглерода на поверхность нагретой формы. Пироуглерод выделяется и при термодеструкции во время заливки форм углеродистых материалов, вводимых в формовочные смеси и покрытия.

Наибольший выход «блестящего» углерода при термодеструкции дают бетанафтоловая смола (21,9%), связующие КО и УСК (21,44%), связующее СКТ (27,31%), полистирол (51,36%), мазут (20^87%) и буроугольный пек (29,58%) [84]. Выход «блестящего» углерода служит характеристикой противопригарных свойств углеродистых добавок.

Сажа — продукт неполного сгорания углеродистых веществ, представляющий собой черный порошок из высокодисперсных частиц, главным образом углерода. Содержание углерода в различных видах сажи составляет 88,8—99,6%. Средний диаметр частиц различных видов сажи находится в пределах 16—300 мкм. Сырьем для получения сажи служат газообразные, жидкие и твердые углеводороды (естественный газ, ацетилен, зеленое масло, нафталин и др.). Краткие сведения о нормах качества широко применяемых в литейном производстве углеродистых наполнителей помещены в табл. 13.

Характеристика зерновой основы пассивных покрытий. Основная масса зерновой основы пассивных покрытий должна содержать частицы размером менее 50 мкм. Такой зерновой состав покрытий необходим для того, чтобы обеспечить минимальную шероховатость поверхности отливок; седиментационную устойчивость красок и кольматацию (осаждение) частиц краски в неровностях формы. Если пылевидный материал применяют в качестве припыла, то чем мельче его частицы, тем лучше он удерживается на вертикальных и наклонных поверхностях сырой формы.

Зерновая основа активных покрытий. Зерновую основу активных плавящихся покрытий составляют углеродистые марки феррохрома (ГОСТ 4757—67) и ферромарганца (ГОСТ 4755—70), а также ферросилиций ФС75 (ГОСТ 1415—70). Для приготовления плавящихся диффундирующих покрытий практическое применение находят: сера техническая (ГОСТ 127—64); сера молотая (ТУ 6-23-01-74), теллур Т-1 или Т-2 (ГОСТ 17614—72) и соединения бора (борный ангидрид, борная кислота и бура).

К активным наполнителям относятся алюминиевые пудры (ГОСТ 5494—71). Пудру вводят в краску с целью предупреждения образования окисных плен на отливках из легированных сталей. При литье чугуна алюминий оказывает графитизирующее действие и в некоторых случаях предотвращает образование отбела.

Применять алюминиевые порошки не рекомендуют, так как они содержат меньше активного (неокисленного) алюминия по сравнению с пудрами.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум