Гидравлические свойства

Влажность характеризует процентное содержание влаги в смесях. Величина влажности определяет значение многих других свойств смеси и оказывает прямое влияние на качество получаемых отливок, например, при повышенной влажности смесей в отливках могут возникать газовые раковины. В формовочных и стержневых смесях различают следующие виды влаги: химически связанную, поверхностно-связанную и свободную.

Химически связанная влага входит в состав минеральных компонентов смеси (песка и глины). При ее удалении в процессе нагрева первоначальные свойства минеральных компонентов утрачиваются вследствие разрушения их кристаллической решетки. Например, при нагреве песчано-глинистой смеси до температуры 300-700°С происходит необратимая дегидратация глины (потеря связанной воды), сопровождаемая потерей глины связующих свойств.

Рис.2. Виды влаги, удерживаемой на поверхности компонентов смеси:

(слева)1 – поверхностно-связанная; 2 – свободная (гравитационная); 3 – капиллярно-связанная; 4 – адсорбированная (гигроскопическая); 5 – адгезионная (химически связанная, кристаллогидратная)

Поверхностно-связанная влага делится на два слоя – капиллярный и адсорбированный. Капиллярная влага удерживается силами поверхностного натяжения в тонких пустотах между песчинками, подобно тому, как «втягивается» вода в тонкую трубочку или губку, а гигроскопическая вода удерживается силами адсорбции (электростатическими силами), это такая же вода, которая впитывается в поваренную соль или сахар во влажном помещении.

Рис.3 Капиллярные силы	Рис.4 Адсорбционная вода в сахаре

Гравитационная (свободная) вода может свободно вытекать из кучи мокрого песка под действием силы тяжести. Наиболее прочно связана с глиной кристаллогидратная вода, практически входящая в состав молекулы глины - Al₂O₃·2SiO₂· 2H₂O – это каолиновая глина. Такая вода не удаляется при обычной сушке при температуре 105-110°С. В соответствии с ГОСТ 29234.5–91 величину влажности смеси В (%) определяют по изменению массы в процессе сушки навески смеси при105–110°С до достижения постоянной массы и подсчитывают по формуле

(М - М₁)/М × 100

где М и М₁ – масса смеси до и после сушки, г.

Определяют содержание только поверхностно-связанной и свободной влаги в смеси, адсорбированная влага удаляется лишь частично, так как “кристаллогидратная” вода при этом не испаряется.

Пористость характеризуется отношением объема пустот (пор) к общему объему смеси и выражается в процентах. Величина пористости смеси в основном определяет степень развития процессов проникновения жидкого металла или его оксидов вглубь формы, т. е. вероятность возникновения пригара на поверхности смеси определяется главным образом степенью уплотнения смеси и содержанием в ней глины или других мелкозернистых добавок. Пористость уплотненных формовочных смесей находится в пределах 25–50%.

Рис.5 Виды пор	Рис.6 Пористость смеси в зависимости от взаимного расположения частиц

Газопроницаемость является одним из важнейших свойств смеси и характеризует способность ее пропускать газы. При недостаточной газопроницаемости смеси затрудняются условия удаления газообразных продуктов из полости формы в процессе ее заливки. Газопроницаемость смесей зависит от размера зерен формовочного песка, содержания в них мелкозернистых добавок, степени уплотнения и влажности. По ГОСТ 29234.11–91 определение газопроницаемости смеси производят путем пропускания воздуха через стандартный образец, изготовленный из испытуемой смеси. Коэффициент газопроницаемости рассчитывают по формуле

К = V× h/F× p× τ,

где V – объем воздуха, прошедшего через образец, см³; h – высота образца, см; F – площадь поперечного сечения образца, см²; p – давление воздуха перед входом в образец, г/см²; τ – продолжительность прохождения воздуха через образец, мин.

Схема прибора для определения газопроницаемости смеси приведена на рис. 7. Определение газопроницаемости смеси на этом приборе производят следующим образом. Сначала в гильзе 5 уплотняют стандартный образец смеси диаметром и высотой 50 мм. Затем гильзу с образцом смеси 4 укрепляют на приборе. Открытием трехходового крана 7 по трубке 11 через образец пропускают 2000 см³ воздуха, находящегося под колпаком 8, расположенным в баке 9. Замер возникающего под образцом давления воздуха производят с помощью манометра1.

Рис. 7 Схема прибора для определения газопроницаемости смеси: 1 – манометр; 2 – резервуар; 3 – трубка; 4 – образец смеси; 5 – гильза; 6 – ниппель; 7 – трехходовой кран; 8 – калиброванный колпак; 9 – бак; 10 – трубка колпака; 11 – трубка бака	Рис. 8 Внешний вид прибора для определения газопроницаемости смесей модели 04315.

Продолжительность прохождения воздуха замеряют секундомером. При ускоренном методе определения газопроницаемости используют ниппель 6, укрепленный в отверстии, через которое поступает под образец воздух. В этом случае возникающее под образцом давление при соответствующей градуировке шкалы манометра будет характеризовать значение газопроницаемости смеси.

Газотворность характеризует способность смеси выделять газы при нагреве до высоких температур в момент заливки расплава в литейную форму. Выделяющиеся газы могут быть причиной образования газовых раковин в отливках. Чем выше газотворность смеси, тем больше опасность образования газовых раковин и пор. Значение газотворности смесей зависит от вида и количества органических (выгорающих) добавок, от содержания влаги, а также от скорости выделения газообразных продуктов в процессе нагрева смеси. Чем позже начинают выделяться из смеси газы, тем меньше вероятность возникновения газовых раковин в отливках, так как к этому времени успевает образоваться корочка затвердевшего сплава, которая будет препятствовать внедрению в отливку газовых пузырьков.