Стрижневі суміші, з якими проведено цю роботу, розроблені за попередні декілька років на кафедрі ЛВЧКМ та вже перевірені в лабораторних умовах. Всі вони мають високий рівень властивостей, а виливки, отримані з їх використанням, мають належну якість.

Загальним недоліком сумішей, за переконанням ливарних підприємств, являється режим їх зміцнення. Всі вони не є самотвердними: зміцнення відбувається при нагріванні в межах від 150 °С до 300 °С. Також технологічно нераціональною є тривалість теплового оброблення – від 30 хв для малих стрижнів до 2 і більше годин, якщо стрижень важить 3…5 кг.

Отже, завданням проведеної роботи був пошук варіантів холодного зміцнення. Характеристику сумішей представлено у вигляді табл. 1. Наповнювач у всіх – Дніпровський пісок на основі кварцу 3К₅О₃025.

Ці суміші відрізняються від раніше відомих тим, що не містять затверджувача як такого, а їх зміцнення відбувається не самочинно, а при тепловому обробленні внаслідок взаємодії H₃PO₄ з конкретною добавкою (SiO₂; Na₂CO₃; KCl та іншими).

Наведені у табл. 1 стрижневі суміші можна розділити на дві загальні групи:

1) Суміші, які містять H₃PO₄ у вільному стані: №1; №4; №6; №7; №8; №9. Хоча окрім кислоти до складу сумішей входять інші компоненти, вони при нормальних умовах із нею не взаємодіють. Дію хімічних затверджувачів на такі системи раніше не досліджено.

2) Суміші із зв’язувальними композиціями: №2; №3; №5. Тут вільної H₃PO₄ немає, вже відбулися певні хімічні процеси її взаємодії з неорганічними солями металів. Наприклад, суміш №2 є умовно самотвердною: тобто стандартний циліндричний зразок із неї повністю твердне за три і більше діб (залежно від температури і вологості у лабораторії). Від цієї групи сумішей можна очікувати позитивних результатів по холодному зміцненню.

Таблиця 1 – Характеристика стрижневих сумішей

Як потенційні затверджувачі було використано 30 хімічних сполук різних класів: тетраетоксисилан (етилсилікат); О-ксилол; гексан; 1,4-діоксан; триацетин; діацетат етиленгліколю; моноацетат етиленгліколю; етиленгліколь; диформіат етиленгліколю; ефір «ГАРТ»; концентрат низькомолекулярних кислот; скипидар; гідроксихлорид алюмінію (20%-й водний розчин); трилон-Б (5%-й водний розчин); Na₂CrO₄; амоній щавлевокислий (5%-й водний розчин); лимонна кислота (20%-й водний розчин); алюмогель (10%-й водний розчин); щавлева кислота (10%-й розчин у C₂H₅OH); нітрат амонію (20%-й водний розчин); амоній сірчанокислий (20%-й водний розчин); дифеніламін (50%-й розчин в О-ксилолі); бензойна кислота (20%-й розчин у C₂H₅OH); амоній лимоннокислий (20%-й водний розчин); амоній фосфорнокислий (20%-й водний розчин); калій щавлевокислий (20%-й водний розчин); фенілендіамін (20% розчин у C₂H₅OH); малеїнова кислота (20%-й водний розчин); карбамід (20%-й водний розчин); пероксид водню.

У більшості випадків рідкі затверджувачі не призвели до зміцнення сумішей. Деякі з них забезпечили більш позитивний результат – хоча і повільне (понад 24 год), але зміцнення при нормальних умовах. Результати дослідів із визначення властивостей цих сумішей, проведеного на стандартних циліндричних зразках, наведено у табл. 2.

Таблиця 2 – Фізико-механічні властивості сумішей із застосуванням рідких затверджувачів

В результаті проведених експериментів установлено наступне:

1. Суміші, які містять як окремий компонент ортофосфорну кислоту, не зміцнюються при нормальних умовах із будь-яким із перевірених хімічних реагентів. Отже, для утворення у них зв’язувальних компонентів єдиним дієвим засобом є нагрівання, під час якого ортофосфорна кислота взаємодіє з іншою складовою і утворює звязувальний компонент (фосфат).

2. Суміші, які містять зв’язувальні композиції на основі солей ортофосфорної кислоти, зміцнюються внаслідок видалення вологи, для чого необхідним і достатнім є нагрівання, тому жоден із досліджених хімічних затверджувачів відчутного позитивного результату не дав.

3. У всіх зразків твердіння на початкових стадіях носить поверхневий характер, про що свідчать мінімальні значення обсипаємості (табл. 2). Дія затверджувачів не поширюється на весь об’єм зразка, що знижує його остаточну міцність у порівнянні з такою ж сумішшю без затверджувача.

Таким чином, усі розроблені стрижневі суміші не відносяться до класу холоднотвердних, а використання досліджених рідких затверджувачів є нераціональним. Єдиним на сьогодні способом зміцнення стрижнів є теплове оброблення при температурах, вказаних у табл. 1.