ДО ПИТАННЯ ВИБИВАЄМОСТІ СУМІШЕЙ З РІДКИМ СКЛОМ

Анотація

Широке застосування сумішей на рідкому склі для сталевого і чавунного литва стримується через незадовільну вибиваємість стрижнів із виливків. Ця особливість пов’язана із тим, що при температурах 793 оС і 846 оС в суміші з рідким склом утворюються легкоплавкі евтектики, які при охолодженні форм і стрижнів сприяють їх спіканню. Це є також причиною того, що рідкоскляні суміші майже не піддаються регенерації, і переважна більшість їх йде до відвалів [1…4].
Згідно гіпотез проф. Дорошенко С.П. і проф. Макаревича О.П., одним із шляхів вирішення проблеми є усунення лужної складової із рідкого скла або зниження її вмісту до мінімуму. Але відомо, що це призведе до підвищення силікатного модуля, в той час як рідке скло з модулем понад 3,0 одиниці має низький поріг коагуляції і є непридатним для приготування сумішей. Висококремнеземистий рідкоскляний зв’язувальний компонент, запропонований в роботі [5], має силікатний модуль 4,5…6,5 одиниць. Але таке рідке скло придатне лише для керамічних формооболонок у литті за моделями, що витоплюються.
В нашому дослідженні приділено особливу увагу процесу приготування рідкого скла. Для усунення натрієвої складової було проведено високотемпературне вакуумне оброблення силікатної глиби. Глиба з модулем 2,6…2,8 була оброблена за спеціальним режимом у вакуумній термічній печі (нагрівання 1000 оС з витримкою).
Другий (паралельний) дослід був проведений із тією ж глибою і в тій же печі, але без наведення вакууму. Режим нагрівання і витримки – аналогічний.
Після вказаної витримки глиба, оброблена в вакуумі, спочатку розм’якшилася і підплавилася, а надалі перейшла у твердий склоподібний стан, який вона не змінювала при подальшому підвищенні температури. Повторне нагрівання глиби до 1000 оС не призвело до її підплавлення, тобто евтектичний розплав у ній повторно не утворився.
Аналіз можливих перетворень в системі показує, що при високій температурі в вакуумі найбільш ймовірною є сублімація або випаровування лужної складової Na2O, після чого в глибі залишається лише кремнезем SiO2. За діаграмою стану Na2O – SiO2 (рис. 1) встановлено, що при зниженні вмісту Na2O, крім природного зменшення кількості евтектики, значно збільшується температура ліквідусу. Рідке скло, виготовлене з такої силікатної глиби, теоретично не утворює евтектичний розплав, і суміш при нагріванні має не спікатись.

Рисунок 1 – Фрагмент подвійної діаграми стану Na2O – SiO2

З отриманої силікатної глиби приготували рідке скло. Стрижнева суміш вміщувала 96% кварцового піску і 4% рідкого скла, стандартні циліндричні зразки зміцнювали в печі при 200 оС протягом 30 хв. Міцність суміші при стисканні 2,4…2,5 МПа, що є на рівні із традиційними рідкоскляними сумішами.
За відомою методикою визначення вибиваємості [1, 6] зразки дослідженої суміші були залиті сталлю 20Л при температурі 1550 оС. Робота вибивання зразків становить 42 Дж, тоді як для традиційних рідкоскляних сумішей (навіть наливних рідкорухомих з відносно гарним вибиванням) вона ніколи не була меншою від 200 Дж. В структурі залитого сталлю зразка відсутні спечені ділянки, що свідчить про ймовірну відсутність силікатного розплаву.
Найбільш ефективним способом покращення вибиваємості сумішей із рідким склом, у порівнянні з усіма впливами на утворений розплав силікатної евтектики з метою зниження його в’язкості і адгезії до наповнювача, є попередження утворення такого розплаву в принципі. Отже, високотемпературне вакуумне оброблення (1000 оС) силікатної глиби є ефективним способом покращення вибиваємості сумішей із рідким склом.