Органические связующие для ХТС
Класс связующего, механизм отверждения | № | Связующее | марка |
А, поликонденсация | Фенолформальдегидное | ОФ-1 | |
Фенолформальдегидно-фурановое | ФФ-1Ф | ||
Фенолфурфуральное | |||
Мочевиноформальдегидное | УКС М19-62 | ||
Мочевиноформальдегидно-фурановое | БС-40, КФ-90 | ||
фенолмочевиноформальдегидное, фурановое, фурано-формальдегидное | |||
Б, Ступенчатая полимеризация | 1* 2* | Фенолоизоцианатное Алкидноизоцианатное | - - |
В, полимеризация | СДБ | - |
• При отверждении образуют полиуретановые полимеры.
Номенклатура процессов изготовления стержней и форм с применением ХТС
Тип смеси | Базовая связующая композиция | Основная область применения | |
Самотвердеющие | |||
ХТС с синтетическими смолами: фурановые фенольные карбамидные смешанные | Смолы кислотного отверждения | Стержни, средние и крупные формы, все сплавы | |
ХТС с жидким стеклом | Жидкое стекло с двухкальциевым силикатом, цементами, сложными эфирами | Стержни, средние и крупные формы, чугунное и стальное литье | |
ХТС с фосфатными связующими | Оксиды железа и магния, ортофос-форная кислота | Стержни, средние и крупные формы, чугунное и стальное литье | |
Pep-set | Фенольно-изоцианатная композиция с жидким амином | Средние и крупные стержни и формы, все сплавы | |
Alfa-set | Щелочная фенольная смола со смесью эфиров | Средние и крупные стержни и формы, стальное и чугунное литье | |
Отверждаемые газовым отвердителем (катализатором) | |||
Beta-set или Cold-box-MF | Щелочная фенольная смола с продувкой метилформиатом | Мелкие и средние стержни, чугунное и стальное литье | |
Тип смеси | Базовая связующая композиция | Основная область применения |
Resol-C02 | Щелочная фенольная смола с продувкой углекислым газом | Средние и крупные стержни, чугунное и стальное литье |
Epoxy-S02 | Эпокси-акрилатная композиция с продувкой сернистым ангидридом | Мелкие и средние стержни в массовом и крупносерийном производстве, чугунное и цветное литье |
Cold-box-amine | Фенольно-изоцианатная композиция с продувкой третичным амином | Мелкие и средние стержни в массовом, крупносерийном производстве, все сплавы |
Приведенные в табл. 4 виды ХТС разделены по характеру упрочнения на две группы.
Первая(no bake) - самотвердеющие смеси, в которые при перемешивании введены все компоненты связующей композиции, в том числе катализатор или отвердитель, а также специальные добавки. Для этих смесей весь период формирования прочности включает два периода: индукционный и основной. В течение индукционного периода внешние технологические свойства смеси (прочность, текучесть) не меняются, хотя фактически уже идет первая стадия - химическое взаимодействие компонентов связующего. В первом приближении этот период совпадает с живучестью, т.е. временем возможной выдержки готовой смеси до уплотнения без изменения прочности при отверждении.
Вторая группа (cold-box)- это смеси, отверждаемые внешним газообразным реагентом, например третичным амином, углекислым газом или метилформиатом. Характер формирования прочности для смесей этого типа зависит от природы связующей композиции, но уже сразу после завершения продувки уровень прочности является достаточным для извлечения из оснастки и последующих технологических операций (манипуляторная прочность).
используются хромовый ангидрид, персульфаты и другие сильные окислители, трикальциевый алюминат.
Наибольшее распространение получили в литейных цехах связующие класса - А.
Их производство составляет более 90% от общего выпуска смол для ХТС. Это объясняется относительной доступностью сырья для производства смол такого типа, универсальностью их применения, широкими возможностями регулирования технологических свойств. В отношении вида сплавов и массы отливок смеси с этими связующими практически не имеют , ограничений. Однако, как и большинство органических связующих, смолы представляют повышенную опасность для рабочих из-за выделения вредных веществ и запахов в процессе их отверждения стержней или форм и охлаждении отливок. Это требует применения специальных мер по вентиляции производственных помещений на соответствующих участках.
Принято считать, что смолы класса - А типа 1, 2, 3, не содержащие азота и поэтому безопасные в отношении ситовидной пористости, пригодны преимущественно для стальных отливок, смолы типа 4—для отливок из легких сплавов, 5—для чугунных отливок. Однако эти ограничения не являются жесткими. Так, например, в Германии и Англии имеются чугунолитейные цеха, в которых стержни и формы изготовляют с применением смол типа 1; в России на Уралмашзаводе и ЗИЛе для изготовления стальных отливок используют смолы типа 5. В связи с этим при выборе того или иного вида ХТС со смолой следует руководствоваться не только ее химическим составом, свойствами и видом сплава, но учитывать номенклатуру отливок, тип применяемых покрытий, характеристики других исходных материалов и т. д.
Ни один тип смол из класса - А не отверждается продувкой газообразным катализатором. Из развиваемых направлений следует отметить два: первое состоит в продувании смесей аэрозольными кислотными катализаторами, второе — предусматривает предварительное снижение активности композиции путем разбавления связующего инертным растворителем и последующее выдувание растворителя продувкой сжатым воздухом или другим газом. Такой путь реализован, например, в так называемом процессе Sincor. В самотвердеющем варианте с применением смесей с низкой живучестью и быстродействующего оборудования для приготовления смесей и изготовления стержней разработан ряд технологических процессов для массового и крупносерийного производства.
Смолы класса Б в России не применяются. Они весьма дороги и дефицитны. Кроме того, отвердителями в них являются токсичные вещества, применение которых в крупных литейных цехах требует принятия специальных дорогостоящих мер по технике безопасности. По этой причине так называемый Ashland-процесс, в котором связующим является композиция Б, 1, а катализатором аэрозоль триэтиламина или других третичных аминов, широко не развивается ни в США, ни в Европе, хотя по другим показателям — производительности, качеству стержней, конструкции оборудования — он является наиболее удобным из всех известных технологических вариантов изготовления стержней из ХТС в массовом производстве.
Вместе с тем развитие работ по применению смол, отверждающихся по механизму ступенчатой полимеризации, необходимо, поскольку сами связующие по составу выделяющихся при отверждении и заливке металла газов с точки зрения охраны труда предпочтительнее, чем смолы класса А. Таким образом, задача здесь состоит в изыскании менее токсичных катализаторов отверждения.
Связующие класса В разработаны в России. Они используются в небольших масштабах в основном для производства стержней и форм чугунного литья. Более широкое их распространение сдерживается из-за токсичности отвердителей и относительно низкой прочности смесей.
В табл. 3 приведены ориентировочные данные по технологическим свойствам и областям применения ХТС с органическими связующими. Из данных табл. 2 и 3 следует, что во многих случаях подбор связующих, и особенно катализаторов для ХТС, носит случайный характер; отсутствуют какие-либо общие принципы разработки смоляных композиций, учитывающие сложную специфику литейного производства.
Таблица 3
Технологические свойства ХТС с органическими связующими
Класс | тип | Минимальная продолжи-тельность отверждения | Прочность на сжатие Кгс/см2 | Выбива-емость | Область применения |
А | 40-60 с 40-60 с 20-30 мин 2-3 мин | 25-40 30-50 15-20 30-60 | 0-1 | Стальное и чугунное То же Легкие сплавы Литье из чугуна и легких сплавов | |
Б | 5—10 с 2-5 мин 100-120 мин | 25-40 25-45 15-30 | 0-1 | Литье из чугуна и легких сплавов Стальное и чугунное литье То же | |
В | 30-40 мин | 10-15 | 1-2 | Чугунное литье |
Примечание:
· Может быть получена любая более высокая продолжительность отверждения.
· ** Широкие пределы прочности обусловлены возможностью применения упрочняющих добавок (силанов) и колебаниями в свойствах наполнителей.
*** По 10-балльной системе; за 10 баллов принята выбиваемость смесей с жидким стеклом для СО2-процесса.
Велика роль катализаторов в процессе отверждения; на кинетику прочности они оказывают решающее влияние, и именно в этом направлении следует ожидать новые решения применительно к изготовлению стержней в массовом производстве. Важным является вопрос о качественной оценке силы катализаторов. Его решение может быть основой для разработки высокоэффективных катализаторов в смесях со смолами. Смеси со смолами имеют своеобразный характер упрочнения, в особенности при высоких скоростях затвердевания. Своеобразие заключается, в частности, в ощутимом экзотермическом эффекте при взаимодействии смолы с катализатором, наблюдаемом иногда разупрочнении смесей при длительной выдержке, определенном влиянии на упрочнение таких внешних факторов, как температура, влажность и т. п. Механизм этих явлений представляет большой интерес. Особенно перспективны вопросы упрочнения смесей силанами (кремнийорганическимн мономерами).
Применение нового типа формовочной смеси, как правило, заново ставит проблему взаимодействия формы и металла. С точки зрения взаимодействия с металлом принципиальные особенности песчано-смоляных смесей состоят в:
во-первых, в низком содержании в них связующей композиции;
во-вторых, в ее особых механических свойствах в рабочем интервале температур литейной формы или стержня;
в-третьих, в деструкции связующего при нагреве. Эти особенности предопределяют новые технологические условия применения песчано-смоляных смесей.
Важнейшее их свойство — термостойкость. Само это понятие как технологическое свойство и как объект исследований, появилось в свет с разработкой синтетических смол, как связующих для литейного производства. Первое их использование для Croning-процесса сразу вызвало ограничение области применения, связанное с недостаточной термостойкостью. Ранее было принято считать, что только формовочные смеси с неорганическими связующими — глиной, цементом, жидким стеклом и т. п. — способны определенное время сохранять прочность при температурах, близких к температуре жидкого или кристаллизующегося металла в крупной отливке. Однако в последующие годы особые свойства термореактивных смол создали предпосылки для перехода к применению полимерных связующих при производстве крупных стальных и чугунных отливок.
С термостойкостью смесей связаны условия образования специфических поверхностных дефектов. При освоении песчано-смоляных смесей на практике наиболее часто сталкиваются с такими дефектами, как пригар и просечки.
Исследования процессов образования пригара на смесях этого типа до настоящего времени не проводили, хотя накоплен известный опыт по применению смесей с фурановыми смолами в сочетании с хромитом или цирконом для предотвращения пригара на крупных отливках. Значительный интерес представляет механизм образования пригара на стальных отливках;
в этой области проблема качества отливок стоит особенно остро.
Вопрос образования просечек одинаково актуален и для смесей холодного отверждения и для смесей, затвердевающих в нагретой оснастке. Природа просечек связана с определенным комплексом термомеханических свойств песчано-смоляных смесей, поэтому практические рекомендации должны быть основаны на изучении факторов, определяющих появление дефекта, в соответствующих температурных условиях.
С точки зрения сопротивления смесей усадке, в особенности при производстве тонкостенных стальных отливок, имеют значение их деформационные свойства. При использовании для изготовления стержней смесей любого типа существует возможность образования горячих трещин и напряжений в результате затрудненной усадки. Здесь следует выяснить, какое положение в ряду уже известных материалов занимают песчано-смоляные смеси, с тем чтобы прогнозировать возможность появления указанных дефектов.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СВЯЗУЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ
Промышленное применение ХТС с неорганическими связующими (за исключением СО2-процесса) развивается медленно, так как по технологическим свойствам они уступают смесям с синтетическими смолами. Особые затруднения при внедрении смесей этого типа вызывают такие вопросы, как выбиваемость стержней, невысокая прочность и повышенная хрупкость смесей, нестабильность свойств компонентов связующих композиций и технологического процесса в целом. Процесс отверждения неорганических связующих труднее поддается управлению. В известной степени это объясняется недостаточной изученностью и сложностью физико-химической природы таких композиций, отсутствием общих и фундаментальных теоретических концепций, как это имеет место в случае органических полимеров.
Вместе с тем принципиальные преимущества ХТС с неорганическими связущими композициями — нетоксичность и низкая стоимость—стимулируют широкие исследования, цель которых заключается в решении названных выше вопросов.
Таблица 4.
Дата добавления: 2019-10-16; просмотров: 1091;