Формовочные материалы (ФМ)
1) Классификация ФМ и требования, предъявляемые к ним
Технологической стадией, предваряющей литье металлических сплавов, является формовка.
Формовка –– технологический процесс изготовления изделий путем заполнения (формовки) заранее подготовленных форм
Формовочные материалы –– вспомогательные материалы, применяемые для изготовления форм
Основными компонентами формовочных масс являются огнеупорный мелкодисперсный порошок и связующие вещества.
Классификация формовочных материалов в зависимости от назначения
v для формовки пластмасс прессованием под давлением и инжекционным прессованием (литьем)
v для литья сплавов легкоплавких металлов
v для обработки металлов давлением (штамповки искусственных металлических коронок)
v для изготовления огнеупорных моделей
v для литья конструкционных сплавов металлов (огнеупорные)
Классификация формовочных материалов в зависимости
· Сульфатные
· Фосфатные
· Силикатные
Внедрение в зубное протезирование индивидуального литья с применением тугоплавких сплавов (нержавеющих сталей, КХС) привело к необходимости создания специального состава формовочных материалов, требования к которым могут быть сформулированы следующим образом:
v они должны обеспечивать точность литья, в том числе четкую поверхность отлитого изделия;
v должны легко отделяться от отливки, не «пригорая» к ней;
v для обеспечения качественной поверхности отливки огнеупорный порошок должен иметь высокую дисперсность;
v время затвердевания должно быть в пределах 7-10 минут;
v они должны создавать газопроницаемую оболочку, которая будет в состоянии поглощать газы, образующиеся при заливке расплавленного металла;
v они должны иметь величину коэффициента температурного расширения, достаточную для компенсации усадки затвердевающего металла.
v они не должны содержать вещества, которые, реагируя с отливкой, понижают ее качества;
v они не должны содержать вещества, которые, реагируя с отливкой, понижают ее качества;
В современном литейном производстве используют гипсовые формовочные материалы, а также фосфатные и силикатные.
К формовочным материалам относятся:
· Гипс
· Сплавы легкоплавких металлов
· Огнеупорные на основе кремния
2) Отличие облицовочных смесей от наполнительных, какие материалы используются для их применения
Формовочные смеси делят на облицовочные, наполнительные и единые.
Облицовочная смесь служит для образования лицевого слоя формы, непосредственно соприкасающегося с металлом (толщина слоя 20—30 мм). Она составляется из материалов лучшего качества и приготовляется более тщательно. Облицовочные смеси, состоящие из чистого кварцевого песка и огнеупорной глины, называются синтетическими. В состав облицовочных смесей кроме свежей глины и песка добавляется «горелая» смесь (т. е. формовочная смесь, выбитая из опок после получения отливки).
Наполнительная смесь служит для заполнения всего остального объема формы и делается из менее качественной смеси. В состав наполнительной смеси входит главным образом «горелая» смесь и небольшое количество свежих кварцевых или глинистых песков.
Для форм мелких отливок наиболее часто используют единую смесь, которую полностью перерабатывают после каждого употребления.
3) ФМ для безмодельного литья
Формовочные материалы для литья конструкционных сплавов металлов (огнеупорные формовочные материалы).
Основные компоненты:
1. Мелкодисперсный кварцевый порошок, имеющий аморфную структуру и содержащий не менее 98% окиси кремния и не более 2% глинистых примесей
2. Связующие вещества: сульфаты, фосфаты, силикаты
Сульфатные (гипсовые) формовочные материалы содержат окись кремния и от 20 до 40% полуводного гипса.
В качестве катализатора используется 2-3% р-р хлорида натрия
Применяются для отливки сплавов с температурой плавления до 10000С
Гипсовый формовочный материал состоит из гипса (20-40%) и окиси кремния. Гипс в этом случае является связующим. Окись кремния придает массе необходимую величину усадочной деформации и теплостойкость. В качестве регуляторов скорости затвердевания и коэффициента температурного расширения в смесь добавляется 2-3% хлорида натрия или борной кислоты. Замешивается масса на воде при температуре 18-20°С. Номинальная температура разогревания формы подобного состава до заливки металла составляет 700-750°С.
Эти формы непригодны для получения отливок из нержавеющей стали, температура плавления которой 1200-1600°С, из-за разрушения гипса, а потому их применяют для литья изделий из сплава золота, серебра, литье легкоплавких сплавов.
Фосфатные формовочные материалы состоят из кристобалита (чистый кварцевый песок, обработанный при высоких температурах) и жидкости (фосфорная кислота, окись магния, вода, гидрат окиси алюминия)
Применяются для отливки сплавов металлов с температурой плавления свыше 11000С (стальные сплавы).
Фосфатные формовочные материалы состоят из порошка (цинкфосфатный цемент, кварц молотый, кристоболит, окись магния, гидрат окиси алюминия и др.) и жидкости (фосфорная кислота, окись магния, вода, гидрат окиси алюминия).
Эти формовочные материалы компенсируют усадку при охлаждении нержавеющих сталей, которые имеют температурный коэффициент объемного расширения примерно 0,027 К-1. Усадка золотых сплавов составляет около 1,25%, и эту усадку компенсирует гипсовая форма. Схватывание фосфатных форм в зависимости от состава продолжается 10-15 мин.
Силикатные формовочные материалы состоят из порошка (маршалит – очищенная кварцевая мука, содержащая не менее 98% окиси кремния с высокой степенью дисперсности) и вяжущей жидкости (смесь этилового спирта, воды, концентрированной соляной кислоты и этилсиликата – этиловый эфир ортокремневой кислоты)
Применяются для отливки сплавов с температурой плавления свыше 11000С
Силикатные формовочные материалы почти повсеместно вытеснены фосфатными материалами. Они отличаются высокой термостойкостью и прочностью. Их внедрение вызвано применением КХС и нержавеющих сталей. Кроме гипса и фосфатов, в качестве связующих здесь используют кремниевые гели. Из органических соединений кремния чаще применяется тетраэтилортосиликат Si(OC2H5)4, который легко гидролизуется с образованием при прокаливании конечных продуктов в виде двуокиси кремния.
Вяжущая жидкость силикатной формовочной массы состоит из смеси этилового спирта, воды и концентрированной соляной кислоты, куда постепенно (по каплям) введен этилсиликат. В качестве огнеупорной составляющей (порошка) чаще применяются кварц, маршаллит, корунд, кристоболит и другие вещества.
Силикатные формовочные массы отличаются большим коэффициентом термического расширения. Для обеспечения точности отливки необходимо соблюдать правильное соотношение между порошком и жидкостью (вяжущим раствором). Оптимальное соотношение, обеспечивающее компенсацию усадки формы, составляет 30 г жидкости и 70 г порошка. Время схватывания материала равняется 10-30 мин