Проблемы применения жидкостекольных холоднотвердеющих смесей в литейном производстве

Научный прогресс не стоит на месте, в том числе и техническая его сторона. К деталям машин предъявляются все более высокие требования, следовательно, повышается и уровень сложности производства заготовок.
Один из самых востребованных способов получения заготовок – литье.
Литьем называют процесс получения заготовок с помощью заливки материала в жидком агрегатном состоянии в заранее заготовленную полость, с последующей выдержкой до охлаждения, то есть приобретения твердого состояния материала, и, как следствие, получения заготовок. В процессах литья необходимо учитывать довольно большое количество факторов – жидкотекучесть материала, моменты кристаллизации, газовые включения, и.т.д. Также крайне важным моментом является то, что литейные производства являются очень вредным производственным фактором, который в последствии приводит к профессиональным заболеваниям – силикоз, виброболезни, и.т.д.)., также литейный процесс влияет не только на человеческое здоровье, но и на окружающую среду.
В связи с этим, создание новых человекосберегающих технологий является одной из приоритетных направлений развития. Для литейных процессов такой технологией можно считать создание и использование жидкостекольных смесей (ЖСС).
Цель работы:
Рассказать про технологию литейного производства с использованием жидкостекольных смесей.
Для того, чтобы выполнять поставленную цель, необходимо решить ряд следующих задач:
Рассказать про проблемы применения жидкостекольных холоднотвердеющих смесей в литейном производстве
Описать механизм формирования свойств жидкостекольных ХТС (холодно – твердеющих смесей) отверженных жидким катализатором
Рассказать про анализ дефектов отливки и причина их возникновения в жидкостекольных литейных формах
Изложить про пути предупреждения появления дефектов в отливках, получаемых в жидкостекольных формах
Провести процесс анализа на основа имеющихся данных, специальных добавок для улучшения свойств жидкостекольных смесей

РАЗДЕЛ 1. ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩИХ СМЕСЕЙ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Существует множество различных способов литья:
1.Литье в песчано - глинистые формы
2.Центробежное литье
3.Литье под давлением
4.Литье в кокиль
5.Литье по выплавляемым моделям
И.т.д.
Одним из самых часто используемых процессов литья является литье с использованием формовочных глин. Их существенным примуществом является низкая стоимость и доступность. Формовочные глины подходят только для форм, для стержней , в свою очередь, они не обеспечивюат необходимых показателей прочности и газотворности.
Традиционным связующим для стержневых смесей является жидкое стекло – водный силикат натрия. Натриевое растворимое стекло – стеклообразный силикат натрия переменного состава, который может быть выражен общей формулой:
Na_2 O(SiO_2 )_n
Значение n – силикатный модуль характеризует качество стекла и
равен числу молей SiO_2, приходящихся на один моль оксида натрия. Чем выше силикатный модуль, тем выше качество стекла. В практически важных случаях он обычно составляет 2,5-3,5 (в среднем 3,0)
Растворимое стекло изготавливают либо в виде прозрачных стеклообразных кусков (силикатглыба) в безводном состоянии, либо в гидратированном состоянии в виде водного раствора (жидкое стекло). [1]
Технологический процесс с применением жидкостекольных смесей имеет ряд следующих преимуществ:
- Возможность упрочнения форм и стержней без теплового воздействия. Упрочнение может быть достигнуто выдержкой на воздухе (подвяливание), продувкой углекислым газом или введением в смесь химического реагента , вызывающего аналогично углекислому газу коагуляцию жидкого стекла.
- Второй причиной является то, что благодаря использованию тепловой сушки продолжительность процесса упрочнения этих смесей значительно меньше , чем песчано – глинистых.
- Третьей причиной широкого применения этих смесей можно считать относительно низкую стоимость жидкого стекла , простоту его изготовления и нетоксичность данных смесей. [2]
Но при всех своих достоинствах описанных выше, имеется и ряд следующих недостатков:
- повышенные энергозатраты
- низкая производительность
- высокая трудоемкость выбивки и очистки литья
- снижение точности форм и стержней при сушке вследствие коробления [3]

РАЗДЕЛ 2. МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ ХТС ОТВЕРЖДЕННЫХ ЖИДКИМ КАТАЛИЗАТОРОМ
При формировании свойств жидкостекольных ХТС отверженных жидким катализатором эффект достигается посредством повышения силикатного модуля системы при полной или частичной нейтрализации щелочи содержащейся в ЖС. Реагентами могут выступать растворы кислот (HCL, H_2 So_4), кислотные оксиды (SO_2,CO_2), а также соли (NH_4 Cl,и,особенно, Na_2 SiF_6)
При «мокром» способе получения вместо кварцевого песка рекомендуется употреблять аморфные разновидности кремнезема – диатомит, инфузорную землю, трепел, кремневую кислоту (водную), обладающие легкой растворимостью в щелочах.
При кипячении эквимолекулярных количеств аморфного кремнезема с раствором гидроксида натрия образуется водный раствор метасиликата натрия по реакции:
nSiO_2 + 2NaOH→ Na_2O(SiO2)_n + H_2O (1)
После этого раствор фильтруют и упаривают.
Жидкое стекло можно получить и растворением в воде силикатглыбы (под давлением 0,3 - 0,8 МПа в автоклавах).
Натриевое жидкое стекло – водный щелочной раствор силикатов
Na_2O(SiO_2 )_n , в которых анионная часть представлена в виде поликремниевых кислот различной полимерности. Жидкие стекла с n>2 в растворе не существуют и являются типично коллоидными системами, содержащими кроме силиката натрия, коллоидный кремнезем. Для жидких стекол с n≈3 пороговое значение концентрации составляет порядка 40÷45 мас.% (10 мас.% Na2O).
При дальнейшем повышении концентрации силикатные растворы последовательно проходят состояния малоподвижных жидкостей,

желеобразных масс и хрупкого стекловидного тела, при любом содержа-
нии воды сохраняя гомогенность (соответственно, с увеличением в систе-
ме воды эти состояния будут чередоваться в обратном порядке).
Главная роль в силикатах принадлежит химической связи Si–O, об-
разующейся путем перекрывания гибридных орбиталей sp^3- , sp^2- , sp- с p – орбиталями кислода, в результате чего образуются четыре σ – связи.
Валентные углы O–Si–O, то есть углы внутри тетраэдра, определяются
тетраэдрической пространственной конфигурацией центрального атома и
равны 109°. Валентный угол O–Si–O, то есть угол между двумя тетраэдра-
ми, изменяется в широких пределах от 120 до 180°, что обусловлено дей-
ствием сил отталкивания несвязывающих пар электронов и различными
типами гибридизации орбиталей кислорода. Во всех изученных силикатах
каждый ион кремния всегда находится в окружении четырех ионов кисло-
рода, располагающихся в углах по тетраэдру вокруг него (Рисунок 1)