Лютий Р.В., Прилуцький М.І.

(НТУУ «КПІ», м. Київ)

ВПЛИВ СПОСОБУ ПРИГОТУВАННЯ РІДКОГО СКЛА НА ВИБИВАЄМІСТЬ СТРИЖНЕВОЇ СУМІШІ

Рідке скло (РС) являє собою водний розчин лужних силікатів змінного складу Na₂O×mSiO₂ або K₂O×mSiO₂. Існує два способи приготування РС: двостадійний (сухий) і одностадійний (мокрий) [1, 2].

Найширше застосовується сухий спосіб. При цьому спочатку одержують тверді силікати натрію сплавленням у спеціальних печах при 1400…1450 °C кварцового піску із содою Na₂CO₃ або сульфатом натрію Na₂SO₄. Розтоплену рідку масу випускають із печі і гранулюють (водою), в результаті чого утворюються шматки (2...20 мм), які називають силікатною глибою.

Другою стадією приготування РС є розчинення у воді подрібненої до розмірів 0,1...10 мм силікатної глиби в автоклавах при температурі 120...130 °С і тиску пари 0,3...0,8 МПа. Розчин перемішується, внаслідок чого прискорюється процес розчинення силікатів натрію у воді.

У разі одностадійного способу кремнезем розчиняють у натрієвому лузі (при нагріванні в автоклавах) до одержання розчину лужних силікатів необхідної концентрації, без попереднього одержання силікатної глиби.

Основним недоліком РС як зв’язувального компонента є труднощі вибивання виливків із форм і стрижнів із виливків. Причина цього – розплавлення силікатів натрію при нагріванні форми металом (> 800 °С) і наступне спікання формувальної суміші при охолодженні, що призводить до значного підвищення її залишкової міцності. Як правило, міцність суміші після охолодження виливка у 3…4 рази перевищує початкову міцність.

Вирішенню цієї проблеми присвятили свій час і сили багато видатних ливарників. Але, на жаль, остаточного вирішення на сьогодні не знайдено.

В нашій роботі з метою покращення вибиваємості суміші реалізовано новий оригінальний спосіб приготування рідкого скла. Для зменшення негативного впливу натрієвої складової було проведено високотемпературне вакуумне оброблення силікатної глиби. Глиба з модулем 2,6…2,8 була оброблена за спеціальним режимом у вакуумній термічній печі (нагрівання 1000 ^оС з витримкою). При цьому глиба спочатку розм’якшилася і підплавилася, а надалі перейшла у твердий склоподібний стан, який не змінювала при подальшому підвищенні температури. Повторне нагрівання глиби до 1000 ^оС не призвело до її підплавлення, тобто евтектичний розплав у ній повторно не утворився.

При високій температурі в вакуумі найбільш ймовірною є сублімація або випаровування лужної складової Na₂O, після чого в силікатній глибі залишається переважно кремнезем SiO₂. Спектральний аналіз зразків глиби до і після вакуумної витримки показав зменшення кількості Na у два рази, що частково підтверджує висловлене припущення.

З обробленої вакуумом силікатної глиби приготували рідке скло. Стрижнева суміш вміщувала 96% кварцового піску і 4% рідкого скла. Стандартні циліндричні зразки зміцнювали в печі при 200 ^оС протягом 30 хв. Міцність при стисканні 2,4…2,5 МПа, що відповідає міцності звичайних рідкоскляних сумішей.

За традиційною методикою визначення вибиваємості [1, 3] зразки дослідженої суміші були залиті сталлю 20Л при температурі 1550 ^оС. Для вибивання зразків було виконано 14 ударів лабораторного копра, тобто робота вибивання становить 42 Дж, тоді як для традиційних рідкоскляних сумішей вона ніколи не була меншою за 200 Дж.

Отже, високотемпературне вакуумне оброблення (1000 ^оС) силікатної глиби, призначеної для приготування рідкого скла, можна розглядати як перспективний спосіб покращення вибиваємості стрижневих сумішей.

Література:

1. Болдин А.Н., Давыдов Н.И., Жуковский С.С. и др. Литейные формовочные материалы. Формовочные, стержневые смеси и покрытия. – М.: Машиностроение, 2006. – 507 с.
2. Дорошенко С.П., Авдокушин В.П., Русин К., Мацашек И. Формовочные материалы и смеси. – К.: Вища школа, 1980. – 416 с.
3. Дорошенко С.П., Ващенко К.І. Наливная формовка. – К.: Вища школа, 1980.– 176 с.