Формовочные материалы в литейном производстве
Для изготовления литейных форм и стержней применяют смеси, в состав которых в различных сочетаниях и количествах входят разнообразные материалы: кварцевые и глинистые пески, формовочная глина, специальные связующие (крепители), противопригарные, органические и другие добавки. В смеси входит также бывшая в употреблении (выбитая из опок) переработанная смесь, которую называют оборотной.
Пески состоят из зерен минерала кварца (SiO2) размером 0,06—1,0 мм с примесью (до 50%) глины и других материалов (окислы железа, полевые шпаты и др.). Кварц обладает большой твердостью и высокой огнеупорностью (температура плавления 1713°С). Являясь основой большинства формовочных и стержневых смесей, кварц придает им долговечность и огнеупорность. По ГОСТ 2138—56 различают пески кварцевые, содержащие до 2% глины и незначительное количество посторонних примесей, и глинистые, содержащие до 50% глины. Глинистые пески делятся на тощие (2—10% глины), полужирные (10—20% глины), жирные (20—30% глины) и очень жирные (30—50% глины).
Формовочная глина — огнеупорный (температура плавления 1750—1787° С) связующий материал, основой которого является каолинит (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O). Глина состоит из очень мелких (размером около 0,001 мм) минеральных частиц чешуйчатой формы, которые с водой образуют клейкие растворы. Кроме глинистой составляющей, в глинах содержатся зерна кварцевого песка (до 50%).
Бентонитовая высококлейкая глина, основой которой является минерал монтмориллонит (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O · nH2O). Благодаря повышенной способности к впитыванию влаги клейкость бентонитовых глин в 2—3 раза выше, чем у каолинитовых.
Крепители — специальные связующие вещества, вводимые в стержневые и формовочные смеси, противопригарные краски и другие вспомогательные составы с целью придания им прочности. Распространенными крепителями являются сульфитная барда, жидкое стекло, крепители СП, СБ и др.
Противопригарные материалы (трафит, пылевидный кварц, молотый каменный уголь и др.), а также приготовляемые из них краски и пасты-натирки наносятся на рабочую поверхность форм и стержней с целью предупреждения пригара формовочных материалов к поверхности отливок. Графит и пылевидный кварц используют как припыл или вводят в состав красок и натирок. Каменный уголь вводят в состав формовочных смесей. Противопригарное действие припылов и красок основано на их огнеупорности и состоит в предупреждении взаимодействия формовочного материала с расплавом, а каменного угля — на создании восстановительной среды и газовой прослойки между формой и расплавом.
Органические (выгорающие) добавки (древесные опилки, навоз, торф) вводятся в смеси для повышения газопроницаемости и податливости высушиваемых форм и стержней.
При изготовлении литейных форм, предназначенных для производства тяжелых и особо тяжелых чугунных отливок и особенно отливок из нержавеющих, жаропрочных и других легированных сталей, используются шамот, хромистый железняк, магнезит, циркон и другие высокоогнеупорные материалы.