Наукові конференції України, Нові матеріали і технології в машинобудуванні-2019

Розмір шрифту: 
ЗАСТОСУВАННЯ КВАРЦУ У ФОРМУВАЛЬНИХ СУМІШАХ У ЮВЕЛІРНОМУ ВИРОБНИЦТВІ
О. В. Згоранець

Остання редакція: 2019-07-09

Тези доповіді


У сучасному ювелірному виробництві використовується процес лиття за моделями, що витоплюються, з використанням гіпсов-кремнеземистих форм-монолітів. При виготовленні ливарних форм-монолітів формувальна суміш проходить складний цикл, який включає значну кількість технологічних операцій:

– приготування й зберігання суміші;

– виготовлення, складання й зберігання форми;

– заливання металом, охолодження форми, відокремлення суміші при вибиванні виливків.

Тому формувальні суміші для ювелірного литва повинні мати наступні властивості: текучість, міцність у сирому стані й після прожарювання, термостійкість, газопроникність, вогнетривкість, вибиваємість, інертність стосовно сплавів, що заливаються, тощо. Якщо матеріал форми реагує з металом, що заливається, то продукти, які утворюються в результаті реакцій, викликають хімічний пригар і є причиною браку виливків. Якщо форми маломіцні, то вони будуть розмиватися розплавом, що заливається, викликаючи брак виливків за геометрією, а дрібні частки форми, що відокремилися при цьому, будуть причиною засорів у виливках. Якщо форми мають підвищену міцність і твердість, то вони будуть важко розбиватися, що підвищить трудомісткість роботи при вибиванні виливків і може призвести до утворення на них додаткових дефектів. При литті у форми з низькою газопроникністю повітря, що знаходиться у порожнині форми, й гази, що виділяються із розплавленого металу при його заливанні, не зможуть вийти через стінки форми й стануть причиною утворення у виливках внутрішньої поруватості і зниження якості їх поверхні. У технології ювелірного лиття, в більшості випадків, використовують готові до застосування формувальні суміші (маси, формомаси, формувальні матеріали), як правило, закордонного виробництва. Формувальні суміші являють собою суміші порошків: кристобаліту, тридиміту, кварцу, аморфного кремнезему, гіпсу або фосфатних з'єднань (для високотемпературного лиття), а також ряду спеціалізованих добавок. Зв’язувальний матеріал формувальних сумішей для ювелірного лиття, призначений для об’ємного утримання порошку вогнетривкого наповнювача, утворений з мінерального гіпсу.

Природний мінерал гіпс утворює осадові породи значного геологічного віку й кристалізується у вигляді призматичної структури, що розташовується шарами, які втримуються разом з молекулами води. Таким чином, у початковому вигляді гіпс являє собою бігідрат (·). До використання у вигляді зв’язувального матеріалу мінеральний гіпс має бути перетворений у напівгідрат за допомогою термічного оброблення:

·  → · 0,5 + 1,5.

Напівгідрат є нестабільним і всмоктує воду, переходячи при цьому в початковий стан бігідрату, який має більшу стабільність. Коли порошок формомаси додається у воду в процесі приготування рідкої формувальної суміші, у її об’ємі поступово з’являються переплетені один з одним кристали гіпсу – ці гіпсові зчіпки й утримують формомасу, що застигає. При твердінні суміші на її характеристики впливає наявність незначних добавок модифікаторів, які змінюють довжину й форму кристалічних голок, які утворюють зародки кристалізації. Можна контролювати швидкість росту кристалічних зерен, додаючи сповільнювачі, які заважають росту кристалів, або прискорювачі, які можуть збільшувати швидкість, з якої напівгідрат переходить у розчин, або збільшувати швидкість перетворення напівгідрату гіпсу у бігідрат. У ювелірних формомасах можна впливати на швидкість схоплювання й кінцеву твердість сумішей, змінюючи співвідношення порошок – вода, температуру рідкого замісу, техніку замісу. В процесі прожарювання ливарної форми різні компоненти формувальної суміші проходять ряд трансформацій, які супроводжуються зміною їхнього об’єму. На початковому етапі прожарювання розпочинається видалення води і гіпс значно стискається. Стискання гіпсу набуває найбільшого значення при температурах від 300 °C до 450 °C – коли напівгідрат гіпсу перетворюється на ангідрит. Якби для виготовлення форми використовувався лише один гіпс, то такі форми легко б розтріскувалися й мали б фактичні розміри порожнини набагато менше, ніж це потрібно. Роль компенсатора термічного стискання гіпсу й регулятора термічного стискання форми в ювелірних формомасах виконує вогнетривкий наповнювач – діоксид кремнію (SiO2). Діоксид кремнію існує у декількох кристалічних формах, які поширено використовуються у формомасах для ювелірного лиття.

Кварц – це найбільш поширена у природі кристалічна форма діоксиду кремнію. Зміна кристалографічної модифікації кварцу при температурі 570…580 °C супроводжується збільшенням його об’єму.

Кристобаліт – це інша кристалічна форма діоксиду кремнію, яка у природних умовах має вулканічне походження. Штучний кристобаліт одержують, нагріваючи кварц до температур 1470…1670 °C. Корисна властивість кристобаліту, як і кварцу, полягає в тому, що при температурах 220…270 °C, переходячи з однієї кристалографічної модифікації в іншу, кристобаліт також збільшується в об’ємі.

При виборі типу й марки формомаси слід керуватися наступними вимогами, які пред’являються до формувальних сумішей для виготовлення форм ювелірного лиття:

– формомаса має витримувати необхідні для випалювання залишків модельного воску температури (750…770 °C) і бути тріщиностійкою при цих температурах;

– формомаса має витримувати температуру заливання металу (для сплавів золота близько 1000 °C), а також динамічний напір сплаву, який подається у форму з великою швидкістю;

– формомаса не повинна вміщувати хімічно шкідливих речовин, які можуть призвести до корозії чи окислення опоки або виливків;

– формувальна суміш має забезпечувати швидке й легке вибивання виливків із опоки після лиття.


Full Text: PDF