Набока В.О., Кеуш Д.В., Лютий Р.В.

(НТУУ «КПІ», м. Київ)

СТРИЖНЕВІ СУМІШІ, ЯКІ ЗМІЦНЮЮТЬСЯ ПРИ ВЗАЄМОДІЇ ОРТОФОСФОРНОЇ КИСЛОТИ З КОМПОНЕНТАМИ НАПОВНЮВАЧА

Дослідженнями кафедри ливарного виробництва НТУУ «КПІ» вперше в технології виготовлення ливарних стрижнів отримано новий клас зв’язувальних компонентів, які являють собою пірофосфати металів, і принципово відрізняються від раніше відомих ортофосфатів, що мають місце в холоднотвердних сумішах. Досліджено температурні і часові умови отримання пірофосфатів кремнію SiР₂O₇ та цирконію ZrР₂O₇ в системах H₃PO₄ – SiO₂ та H₃PO₄ – ZrSiO₄. Також отримані нові зв’язувальні компоненти під час взаємодії ортофосфорної кислоти з алюмовмісними матеріалами різної хімічної природи.

Важливою перевагою, в порівнянні з холоднотвердними сумішами на металофосфатах, є відсутність дорогих та нестабільних за хімічним складом затверджувачів.

Запропоновано ряд стрижневих сумішей з ортофосфорною кислотою і комбінованими наповнювачами, які зміцнюються при нагріванні, мають міцність при стисканні не менше 2,0 МПа, обсипаємість не більше 0,5%, термічну стійкість до 1000 ^оС. Приготування і використання 1 тонни розроблених сумішей, залежно від складу, дає змогу зекономити до 1000 грн.

Для отримання якісного литва особливо важливими є такі властивості сумішей як газопроникність, газотвірність, а також міцність при розриванні. Метою проведеного дослідження є визначення цих властивостей для ряду нових стрижневих сумішей та розроблення рекомендацій щодо їх застосування. Експерименти проведені із сумішами наступного складу (табл. 1).

Примітки: 1. До складу композиції входить 10 мас. ч  Al₂(SO₄)₃ і 1 мас. ч H₃PO_4. Композицію вказаного складу сульфату алюмінію з кислотою попередньо піддають витримці 0,5…1,0 год при 200 °С.

Міцність при розриві визначали на стандартних зразках-вісімках, зміцнених при температурах, вказаних у табл. 1. Для визначення зусилля розривання використано прилад моделі 081. Результати наведені на рис. 1.

Міцність при розриві є важливою характеристикою при виготовленні особливо складних стрижнів, які несуть значні механічні навантаження. Таким чином, для виготовлення стрижнів першого класу складності можна рекомендувати суміші № 4 і 6 як такі, що мають найвищий рівень міцності.

Газопроникність є найважливішою характеристикою суміші після міцності, адже стрижень, особливо внутрішній, має забезпечити евакуацію газів і їх непотрапляння у виливок. Газопроникність визначали на стандартних циліндричних зразках у гільзах висотою 120 мм на установці моделі 042 при діаметрі ніпелю 1,5 мм. Усі суміші мають достатньо високу газопроникність (більше 150 одиниць), окрім тієї, яка містить цирконовий наповнювач, що пов’язано із дрібними розмірами зерен цирконового піску.

Другою важливою властивістю, яка впливає на чистоту виливків по газовим дефектам, є газотвірність. Її визначали непрямим методом при нагріванні наважок масою 1 г до 1000 ºС. Результати наведені на рис. 2.

Мінімальні значення отримані на сумішах із зв’язувальними системами ортофосфорної кислоти з сульфатом алюмінію та ортофосфорної кислоти з пилоподібним цирконом. Але і решта сумішей не мають високих (незадовільних) показників. Це в свою чергу свідчить про низьке газовиділення стрижнів при заливанні. Тому зв’язувальні компоненти, які входять до їх складу, є перспективними та мають забезпечити отримання якісного литва.