CC BY
8
УДК 621.744.079
Смолко В.А., Антошкина Е.Г.
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ ПРОНИКНОВЕНИЯ ПРОТИВОПРИГАРНО-УПРОЧНЯЮЩИХ КРАСОК В ФОРМОВОЧНУЮ СМЕСЬ
Аннотация. При изготовлении отливок в сырых формах прочность поверхностного рабочего слоя формы увеличивают пропиткой его специальными противопригарно-упрочняющими суспензиями с целью повышения размерной точности отливок, предотвращения пригара, ужимин и других дефектов. Предложен неразру-шающий метод экспериментального определения глубины проникновения противопригарно-упрочняющих красок в формовочную смесь, основанный на определении изменения электрической емкости образца смеси после его пропитки противопригарно-упрочняющим составом. Экспериментально подтверждено, что, используя данную методику и предложенное эмпирическое выражение, а также задаваясь определенной глубиной пропитки, представляется возможным рассчитать время окраски стержня при покрытии стержней противопригарно-упрочняющими красками.
Выявлены особенности структурных состояний растворов железа с ванадием, кремнием и углеродом, установлена их взаимосвязь с исходным структурным состоянием расплава железа. Показаны возможности структурных исследований расплавов при термодинамической характеристике растворов. В частности, качественно подтверждены выводы о неидеальности растворов углерода и кремния и поведении ванадия в растворах железа, близком к идеальному.
Установлена взаимосвязь свойств твердого металла с особенностями структурного состояния расплавов и намечены пути технологической реализации резервов повышения качества стали при микролегировании.
Ключевые слова: формовочная смесь, противопригарно-упрочняющая краска, электрическая емкость.
Введение. Для повышения размерной точности отливок, предотвращения пригара, ужимин и других дефектов, снижения припусков на механическую обработку, при изготовлении отливок в сырых формах увеличивают прочность поверхностного рабочего слоя формы пропиткой его специальными противопригарно-упрочняющими суспензиями с получением прочного покрытия [1].
Противопригарно-упрочняющие краски представляют собой суспензии, состоящие из порошкообразного огнеупорного наполнителя, связующего стабилизатора и других технологических добавок, равномерно распределенных в дисперсионной среде (воде или органических жидкостях). Она должна обладать достаточной термостойкостью, высокой седи-ментационной устойчивостью, хорошей кроющей способностью, высокой прочностью сцепления с поверхностью форм и стержней, малой газотворностью [2].
В качестве огнеупорного наполнителя чаще всего используется циркон, дистен-силлиманит, пылевидный кварц, пирофиллит, тальк, шунгит, электрокорунд, хромит, хромомагнезит, графит и т.д.
В практике литейного производства для форм и стержней чугунного литья применяются противопригарные краски, в которых в качестве наполнителя используется тальк, шамотный порошок, серебристый и скрытокристаллический графит, а в качестве связующего - патока, гидрол, ЛСТ и др. [3].
Для определения глубины проникновения краски в поры смеси была разработана методика, которая позволяет исследовать кинетику пропитки сме-
сей различными красками, устанавливать пределы вязкости суспензий и количество вводимых ингредиентов, определять технологическое время окраски стержней.
Целью работы является разработка неразру-шающего метода экспериментального определения глубины проникновения краски в поры формовочной смеси.
Экспериментальная часть. Методика определения глубины проникновения краски основана на определении изменения электрической емкости уплотненного, стандартного цилиндрического образца смеси после его пропитки противопригарно-упрочняющим составом. Глубина проникновения краски определялась с помощью автоматического моста переменного тока Р 5010 на частоте 1000 Гц. Погрешность измерений электрической емкости +0,02%. Стандартные цилиндрические образцы диаметром и высотой 50 мм изготавливались из единой формовочной смеси (табл. 1) и определялась их емкость Со . Затем образцы опускались в чашку Петри
до соприкосновения с зеркалом упрочняющего раствора и находились в контакте с ним в течение 5, 10, 15 с соответственно. После этого вновь определялась
емкость образцов Сх.
© Смолко В.А., Антошкина Е.Г., 2018
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Таблица 1
Состав исследуемой формовочной смеси_
Формовочная смесь % по массе
Оборотная смесь 97,5
Песок кичигинский марки 2К30203 2,8
Глинистая суспензия нижнеувельской глины (р = 1,15 - 1,20 г/см3) 2,0
Вода техническая 3,0
Углеродсодержащая добавка 0,07 - 0,01
Результаты исследований и обсуждение
При рассмотрении суммарной электрической емкости [4] образца уплотненной смеси можно записать для случая пропитки его упрочняющей противопригарной краской, как два конденсатора, соединенных последовательно:
1 1 1
-= - + —, (1)
с с с1
где С и С1 - два конденсатора, соединенных последовательно.
Для однородного тела постоянного сечения величина электрической емкости С обратно пропорциональна расстоянию между электродами (см. рисунок), где: Ид и Со - высота и емкость образца перед
пропиткой; И и С1 - глубина и емкость непропи-
танной части образца; Ст - емкость образца во время
т , Сп - емкость пропитанной части образца.
Схема для расчета глубины проникновения
Подставив значения С и С1 в выражение (1) получим
и И1
1 И
(2)
И
С • И
Ст Сп • ио Со • И1
Так как Сп >> С о, то можно принять ; 0 , тогда выражение (2) примет вид
1 _ И1
п • И0
Ст Сп • Ио
(3)
где И1 = И0 - И .
Подставив значение И в выражение (3), полу-
1 С
Ио - И Сп • И
-. (4)
"с со • ид
Из выражения (4) путем преобразований находим уравнение для расчета глубины проникновения
Ь т упрочняющих красок в формовочную (стержневую) смесь за время пропитки т :
_Ио
Ит = -°(Сх-Со).
Ст
(5)
Усредненные данные по глубине проникновения красок в пять образцов каждой партии приведены в табл. 2. После провяливания образцов на воздухе в течение 2 ч их распиливали и с помощью штангенциркуля замеряли толщину упрочненного слоя и сравнивали с расчетной по формуле (5).
Таблица 2
Практическая и расчетная глубина проникновения противопригарно-упрочняющих красок
Добавка Глубина проникно- На основе жидкого стекла На основе ЛСТ
вения Время пропитки, с Время пропитки, с
5 10 15 5 10 15
Толщина, мм Толщина, мм
- практическая 12,6 16,0 17,4 8,2 11,3 12,5
расчетная 11,7 15,5 17,2 7,6 11,0 11,9
Мочевина практическая 12,6 16,4 17,5 9,0 11,9 15,1
расчетная 11,7 15,6 17,2 8,8 11,6 14,9
Уротропин практическая 12,3 15,3 17,1 7,6 10,3 12,1
расчетная 11,9 15,1 16,9 7,3 10,1 11,9
20
Теория и технология металлургического производства
Вывод. Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о достаточной сходимости расчетных и экспериментальных данных и возможности применения разработанного метода для оценки проникающей способности упрочняющих красок. Для случая покрытия стержней противопригарно-упрочняющими красками методом окунания, используя данную методику и выражение (5) и задаваясь определенной глубиной пропитки, представляется возможным рассчитать время пребывания стержня в окрасочной ванне.
Список литературы
1. Сварика А.А. Покрытия литейных форм. М.: Машиностроение, 1977. 215 с.
Сведения об авторах
2. Вдовин К.Н., Савинов А.С., Феоктистов Н.А. Технологические особенности производства крупного стального литья. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2015. 195 с.
3. Формовочные материалы и технология литейной формы. Справочник / С.С. Жуковский, Г.А. Анисович, Н.И. Давыдов и др. М.: Машиностроение, 1993. 432 с.
4. Физическая энциклопедия / гл. ред. А.М. Прохоров. М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. 760 с.
Смолко Виталий Анатольевич - д-р техн. наук, профессор кафедры «Теоретическая и прикладная химия» ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)». Челябинск, Россия. E-mail: smolko-2007@mail.ru.
Антошкина Елизавета Григорьевна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Теоретическая и прикладная химия» ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)». Челябинск, Россия. E-mail: aeg-2007@mail.ru.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
Smolko Vitaly Anatolyevich - D.Sc. (Eng.), Professor of department «Theoretical and applied chemistry» FSAEI HE «South Ural State University (national research university)». Chelyabinsk, Russia. E-mail: smolko-2007@mail.ru.
Antoshkina Elizaveta Grigorievna - Ph.D. (Eng.), Associate Professor of department «Theoretical and applied chemistry» FSAEI HE «South Ural State University (national research university)». Chelyabinsk, Russia. E-mail: aeg-2007@mail.ru.
DETERMINATION METHOD OF THE DEPTH OF NON-STICK HARDENING COMPOSITIONS' PENETRATION INTO THE MOLDING MIXTURE
Abstract: During the production of castings in raw forms, the strength of the mold's surface layer is increased by impregnating with hardening non-stick compositions for the purpose of improving the dimensional accuracy of castings, also preventing metal penetration, squeezing and other defects. The authors suggest a method of experimental determination the depth of penetration of hardening non-stick compositions into the molding mixture, based on the change of the electrical capacity of a mixture's sample after the impregnation process. It has been experimentally confirmed that it is possible to calculate the time of the impregnation process, by using this technique, proposed empirical expression and certain depth of impregnation.
Keywords: Molding mixture, strength, hardening non-stick composition, electrical capacity.
Ссылка на статью:
Смолко В.А., Антошкина Е.Г. Метод определения глубины проникновения противопригарно-упрочняющих красок в формовочную смесь // Теория и технология металлургического производства. 2018. №2(25). С. 19 - 21.
Smolko V.A., Antoshkina E.G. Determination method of the depth of non-stick hardening compositions' penetration into the molding mixture Teoria i tehnologia metallurgiceskogoproizvodstva. [The theory and process engineering of metallurgical production]. 2018, vol. 25, no. 2, pp. 19-21.
