Uvođenje
Smola livenje pijeska je jedna od najsvestranijih i najrasprostranjenijih metoda oblikovanja u modernoj ljevaonici.
Kombinira dobru točnost dimenzija, visoka krutost kalupa, snažna prilagodljivost složenim oblicima, i široka kompatibilnost sa gvožđem, čelik, i obojene legure.
Istovremeno, Sistemi od smole i peska nisu „jedan materijal, jedan rezultat.”
Njihova izvedba ovisi o hemiji smole, tip učvršćivača, čistoća peska, ambijentalni uslovi, veličina livenja, Temperatura izlijevanja, i strategija melioracije.
1. Zašto se fosforna kiselina često koristi kao učvršćivač za samovezujuće smole s visokim sadržajem dušika, ali rijetko za furanske smole s niskim sadržajem dušika?
Razlog leži u interakciji između kemije smole, ponašanje u vodi, i formiranje mreže tokom sušenja.
U furanskim smolama sa niskim sadržajem dušika, kiselo stvrdnjavanje je često sporije i manje efikasno, što dovodi do dužeg vremena trake i niže čvrstoće zelene boje.
U kontrastu, furanske smole sa visokim sadržajem azota efikasnije reaguju na fosfornu kiselinu, omogućavajući sistemu da postigne brzinu očvršćavanja i konačnu čvrstoću potrebnu za praktično oblikovanje i izradu jezgra.
Ključni tehnički faktor je način interakcije fosforne kiseline sa vlagom. U sistemima sa niskim sadržajem dušika, fosforna kiselina ima relativno slabu mešljivost sa smolom i jak afinitet za vodu.
Kao rezultat, vlaga iz smole i kondenzacija tokom sušenja može se akumulirati oko zona bogatih kiselinama, stvaranje lokaliziranih kapljica vode ili slabih područja u smolnom filmu.
Ovo slabi strukturu očvršćene veze i smanjuje snagu.
Furanske smole s visokim sadržajem dušika ponašaju se drugačije. Njihova kompatibilnost s vodom je bolja, manje je vjerovatno da će se vlaga skupiti u koncentrisane kapljice, a stvrdnuti film ima tendenciju da bude gušći i ujednačeniji.
Zato fosforna kiselina može biti praktičan učvršćivač u jednom furanskom sistemu, ali loš izbor u drugom.
2. Zašto je propusnost stvrdnjavanja fenol-uretanskog samovezujućeg smolnog pijeska bolja od furanskog samovezujućeg pijeska od smole?
Sistemi fenolno-uretanske smole očvršćavaju se uglavnom reakcijom polimerizacijskog tipa, koji ne stvara velike količine hlapljivih nusproizvoda kao što je voda.
Zbog toga, brzina stvrdnjavanja teži da bude ujednačenija kroz masu pijeska, a razlika između vanjskog i unutrašnjeg sloja je relativno mala.
Furanske samovezujuće smole, Suprotno tome, stvrdnjavaju reakcijom kondenzacije koja proizvodi vodu tokom stvrdnjavanja. Ova voda mora difundirati iz kalupa ili jezgre.
Budući da se unutrašnji i vanjski dijelovi pješčane mase suše i stvrdnjavaju različitim brzinama, profil očvršćavanja postaje manje ujednačen.
Zbog toga su furanski sistemi osjetljiviji na vlagu okoline i često pokazuju slabiju propusnost stvrdnjavanja od fenolno-uretanskih sistema..
U praktičnom smislu, Pesak od fenolno-uretanske smole često pruža pouzdaniju čvrstoću jezgra kroz cijeli poprečni presjek, posebno u debljim ili složenijim jezgrama.
3. Zašto se furanske smole s visokim sadržajem dušika mogu koristiti za odljevke od aluminija i bakra?
Glavni razlog je taj što aluminijum i bakar imaju veoma nisku rastvorljivost azota u rastopljenom metalu.
Čak i ako smola stvara dušik tokom izlivanja i termičke razgradnje, rastopljeni aluminijum ili bakar je malo verovatno da će ga apsorbovati u značajnim količinama.
Kao rezultat, rizik od poroznosti plina povezane s dušikom je mnogo niži nego što bi bio kod livenja čelika.
To znači da se smole s visokim sadržajem dušika mogu odabrati kada ljevaonica želi postići dobro ponašanje pri urušavanju, visoka čvrstoća kalupa, ili odgovarajuće karakteristike očvršćavanja bez stvaranja ozbiljnih gasnih defekata u odljevcima od aluminija ili bakra.
Drugim riječima, metalni sistem je isto toliko važan kao i sistem smole.
Smola koja bi bila problematična u čeliku može biti savršeno prihvatljiva u proizvodnji obojenih metala.
4. Zašto su keramičke cijevi poželjnije za sistem zalijevanja kada se pijesak od smole koristi za teške odljevke?
Za teške odljevke, vrijeme izlivanja je duže i rastopljeni metal ostaje u kontaktu sa sistemom zalijevanja duži period.
Pod ovim uslovima, visoko termičko opterećenje može prerano oslabiti pijesak vezan smolom i uzrokovati urušavanje ili erodiranje ulaznih kanala.
To može dovesti do uključivanja pijeska, metalna turbulencija, i drugi nedostaci ulivanja.
Keramičke cijevi rješavaju ovaj problem nudeći mnogo bolju toplinsku otpornost i otpornost na eroziju od običnih kanala od smole s pijeskom.
Posebno su korisni u sistemu uvodnika i klizača, gdje je metalni mlaz najtopliji i toplinski napad najjači.
Keramičke cijevi također smanjuju potrebu za premazivanjem u nekim zonama i pružaju stabilniji put protoka za velike ili teške odljevke.
5. Kako možemo utvrditi da li je vrijeme rada smole pijeska dovoljno?
Radno vrijeme, ili život na klupi, mora biti dovoljno dugačak da se kompletna operacija oblikovanja ili izrade jezgre završi prije nego što pijesak izgubi svoju plastičnost i zbijenost.
Za povremeni mikser peska, radno vrijeme treba da prelazi interval od trenutka ispuštanja miješanog pijeska do njegovog potpunog korištenja.
Za kontinuirani mikser, radno vrijeme treba biti duže od vremena potrebnog da pijesak putuje od izlaza miksera kroz jedan puni ciklus isporuke pijeska i vrati se na istu tačku u proizvodnom nizu.
U praksi, ovo nije samo teoretski parametar.
Ako je radno vrijeme prekratko, pijesak počinje da se ukrućuje tokom rada, uzrokujući slabo sabijanje, dimenzionalna nedosljednost, i površinski nedostaci.
Siguran dizajn procesa uvijek ostavlja značajnu granicu između radnog vijeka stola i stvarnog vremena proizvodnje.
6. Zašto bi ugao promaja uzorka pijeska od smole bio veći od onog koji se koristi za pijesak spojen na glinu?
Kalupi i jezgra od smole od pijeska stvrdnjavaju se s relativno velikom krutošću i vrlo malom sposobnošću kolapsa tokom povlačenja uzorka.
Za razliku od pijeska vezanog na glinu, pijesak vezan smolom ne deformiše se lako ili popušta da bi oslobodio uzorak. Kao rezultat, trenje povlačenja je veće, a rizik od oštećenja površine kalupa je veći.
Istovremeno, Kalupi i jezgra od smole za pijesak su manje popravljivi od kalupa za pijesak od gline.
Ako je površina kalupa pokidana ili slomljena tokom uklanjanja šare, popravke su teže i mogu ugroziti konačni kvalitet.
Veći ugao promaja smanjuje otpor povlačenju, smanjuje mogućnost oštećenja, i poboljšava konzistenciju otpuštanja plijesni.
7. Zašto se u proizvodnji lijevanog željeza od smole i pijeska općenito preferira manje skupljajućih i više ventilacijskih uspona?
Kalupi od smole od peska su čvrsti i dobro održavaju oblik tokom izlivanja, posebno u početnoj fazi.
To ih čini posebno pogodnim za iskorištavanje prednosti ekspanzije grafita pri skrućivanju lijevanog željeza.
U proizvodnji sivog i nodularnog gvožđa, da ekspanzija može pomoći u smanjenju ili čak eliminaciji defekata skupljanja, što znači da će možda biti potrebno manje skupljača.
Međutim, smolni pijesak također stvara plin tokom zagrijavanja i raspadanja. Zato što je kalup jak i relativno zatvoren, gas se mora efikasno isprazniti.
Zbog toga je često potrebno više otvora za ventilaciju. Njihova uloga nije da hrane metal, ali da obezbedi izlazne puteve za gas i paru koji nastaju tokom izlivanja.
Jednostavno rečeno, pijesak od smole podržava filozofiju livenja na niskim visinama, ali samo ako je ventilacija pravilno dizajnirana.
8. Zašto furanska samovezujuća smola koja sadrži oko 70%-80% furfuril alkohola obično pokazuje najveću konačnu čvrstoću na sobnoj temperaturi?
Ovaj raspon predstavlja praktičnu ravnotežu između razvoja snage, sadržaj vode, i efikasnost lečenja.
Ako je sadržaj furfuril alkohola prenizak, na smolu više utiču druge komponente smole i sadržaj vode raste, što može usporiti očvršćavanje i smanjiti konačnu čvrstoću.
Ako je sadržaj furfuril alkohola previsok, dio koji sadrži dušik postaje prenizak, a mreža od smole možda neće postići istu strukturu očvršćavanja ili konačne performanse.
U rasponu od približno 70%–80%., formulacija smole često postiže najbolju ravnotežu između reaktivnosti, formiranje mreže, i gustinu očvrsnute strukture.
Zbog toga je konačna čvrstoća na sobnoj temperaturi često maksimizirana u ovom prozoru kompozicije.
9. Zašto mogu previše aktivni učvršćivači, ili preveliko doziranje učvršćivača, smanjiti konačnu čvrstoću smole pijeska?
Ako stvrdnjavanje počne prebrzo, smola se može umrežiti prije nego što njeni molekularni lanci imaju dovoljno vremena da se produže, orijent, i formiraju dobro razvijenu mrežu.
Drugim riječima, sistem se „zaključava“ prerano.
Vrlo aktivan učvršćivač može proizvesti brzu početnu čvrstoću, što može izgledati atraktivno u radnji.
Ali ako se polimerna mreža formira prebrzo, rezultirajuća struktura može postati manje potpuna i manje efikasna, ostavljajući neke reaktivne grupe neiskorištene.
Isti problem se može dogoditi kada je doza učvršćivača prevelika. Rezultat je često visoka početna čvrstoća, ali niža krajnja čvrstoća.
Ovo je klasičan slučaj brzine procesa u sukobu s konačnim kvalitetom. Brže stvrdnjavanje nije uvijek bolje ako žrtvuje integritet očvršćene mreže smole.
10. Zašto se pijesak od smole otvrdnut fosfornom kiselinom ne bi trebao koristiti za rekultivaciju starog pijeska?
Problem je što fosforna kiselina može ostaviti ostatke fosfata na zrncima pijeska nakon izlijevanja.
Ovi ostaci se ne uništavaju lako termičkim djelovanjem rastopljenog metala i teško ih je ukloniti tokom rekultivacije..
Kao rezultat, regenerisani pesak postaje kontaminiran na način koji direktno utiče na buduće vezivanje smole.
Ostaci fosfata smanjuju čvrstoću ponovno upotrijebljene mješavine pijeska i također mogu povećati sklonost širenju plijesni i rizik uključivanja pijeska.
Ako ljevaonica ovisi o ponovnoj upotrebi i rekultivaciji, učvršćivač koji ostavlja postojane mineralne ostatke je obično loš dugoročni izbor.
11. Zašto je bolje koristiti organske kiseline sa niskim sadržajem slobodnih kiselina i visokom ukupnom kiselošću za kiselinom stvrdnutu fenolnu smolu?
Fenolne smole sa kiselinskim stvrdnjavanjem često sadrže relativno visok sadržaj vlage.
Tokom sušenja, sama smola stvara vodu kondenzacijom, a dodatna voda može već biti prisutna u sistemu. Ta voda razrjeđuje kiseli učvršćivač i usporava reakciju.
Ako je sadržaj slobodne kiseline previsok, očvršćavanje može ubrzati, ali snaga pijeska može previše pasti.
Stoga, Idealan učvršćivač je onaj koji daje dovoljnu ukupnu kiselost da efikasno pokrene reakciju, dok održava slobodnu kiselinu na umjerenom nivou kako se snaga ne bi pretjerano žrtvovala.
Organske kiseline visoke ukupne kiselosti i relativno niske slobodne kiseline su stoga često bolje izbalansirane za ovu vrstu sistema smola.
12. Zašto bi se doza učvršćivača za pijesak od fenolne smole stvrdnula u kiselini izražavala kao postotak smole?
Ispravno doziranje uvelike zavisi od količine smole u sistemu, jer kiselina mora djelovati na smolastu masu čiji se sadržaj vode i hemijsko opterećenje mijenjaju dodavanjem smole.
Sistemi fenolnih smola su manje osjetljivi na kiseline od nekih sistema furana, tako da se značajno izlečenje može dogoditi samo kada koncentracija kiseline dostigne dovoljno visok nivo.
Zato što sama smola sadrži vlagu i može osloboditi više vode tokom sušenja, povećanje količine smole povećava efekat razblaživanja učvršćivača.
Za održavanje iste brzine očvršćavanja, doza učvršćivača stoga mora rasti sa dozom smole.
Izražavanje učvršćivača kao postotka smole daje realističniju i kontrolisanu osnovu formulacije.
13. Zašto se svježe skinuta ili svježe popravljena jezgra ne bi odmah premazala?
Kada je jezgro upravo skinuto ili popravljeno, reakcija stvrdnjavanja smole je još u ranoj fazi.
Ako se premaz na bazi vode nanese odmah, voda ili rastvarač mogu ometati tekuće sušenje, posebno u sistemima osjetljivim na vlagu.
U sistemima fenolno-uretanske smole, neizreagovane komponente izocijanata mogu takođe reagovati sa vodom, što može oštetiti namjeravanu hemiju očvršćavanja.
Ako se koristi premaz na bazi alkohola, paljenje tokom sušenja može pregrejati ili pregoreti površinu smole koja još uvek reaguje.
U oba slučaja, preuranjeno premazivanje može oslabiti stabilnost površine i smanjiti pouzdanost kalupa ili jezgre.
Često je potrebno kratko čekanje kako bi se površina stabilizirala prije nanošenja premaza.
14. Zašto je rekultivacija starog pijeska iz sistema alkalnih fenolnih smola teška?
Sistemi alkalnih fenolnih smola često imaju visoku bazičnost, a smola može sadržavati značajnu količinu alkalija, kao što je kalijum hidroksid.
Tokom nalivanja, ova alkalija može reagovati sa silikatnim peskom i formirati silikate niskog taljenja.
Ovi silikati se mogu snažno stopiti na površinu zrna pijeska, što ih čini teškim za uklanjanje tokom rekultivacije.
Kao rezultat, kvalitet ponovno korišćenog peska opada, raste opterećenje čišćenja, a obnovljeni materijal postaje teže vratiti u stabilno stanje.
Zbog toga alkalni fenolni sistemi mogu biti izazovniji u dugoročnom oporavku pijeska od mnogih drugih sistema smole.
15. Koje faktore treba uzeti u obzir pri odabiru vrste smole za odljevak?
Odabir smole nikada ne treba vršiti samo navikom. Trebalo bi da se zasniva na leguri za livenje, veličina i debljina stijenke odljevka, temperaturu izlivanja, i rizik od oštećenja strukture.
Prvo, materijal za livenje je bitan.
Ako je odljevak od čelika ili visoko legiranog željeza i poroznost dušika predstavlja zabrinutost, Smola sa niskim sadržajem azota ili bez azota je obično sigurnija.
Ako je odljevak od sivog ili nodularnog lijeva, gdje je poroznost dušika manje zabrinjavajuća, smola srednjeg sadržaja dušika može biti prihvatljiva.
Za odljevke od bakra i aluminija, gde rastopljeni metal ne apsorbuje azot lako, smola s visokim sadržajem dušika može biti praktičan izbor.
Drugo, veličina i debljina su bitni.
Teška, odljevci debelih stijenki i visoke temperature izlivanja zahtijevaju sisteme smole sa jačim performansama pri visokim temperaturama.
U takvim slučajevima, često se preferira smola s većim sadržajem furfuril alkohola i nižim sadržajem uree-formaldehida, tako da jezgro ili kalup mogu zadržati dovoljno čvrstoće pod toplinom.
Za manje, odljevci tankih stijenki sa nižim temperaturama izlivanja, jeftinija smola sa većim sadržajem uree može biti dovoljna.
Treće, bitna je strukturna tendencija livenja.
Ako je odljevak sklon vrućem pucanju, vezivo sa nižom toplotom čvrstoćom može biti nepoželjno; smola mora podržavati metal sve dok stvrdnjavanje ne bude stabilno.
Ako je odljevak sklon hladnom pucanju, vezivo bi trebalo dobro da se sruši nakon izlivanja, tako da se odliv može slobodno skupljati bez pretjeranog ograničenja.
Ukratko, Odabir smole je odgovarajući problem. Prava smola je ona koja balansira stvaranje gasa, vruća snaga, ponašanje u kolapsu, brzina očvršćavanja, učinak melioracije, i rizik od kvara za određeni odljevak.
Zaključak
Lijevanje u pijesak od smole je proces u kojem su hemija i metalurgija usko povezane.
Ista ljevaonica može postići vrlo različite rezultate jednostavnom promjenom učvršćivača, porodica smola, metodom reklamacije, ili vrijeme nanošenja premaza.
Zato je praktično znanje toliko važno u ovoj oblasti.
Dobar proces pijeska od smole nije samo brz i jak. Takođe je stabilan, predvidljivo, i kompatibilan sa legurom za livenje, geometrija, i proizvodni ciklus.
Kada je sistem smole odabran i pravilno kontrolisan, Lijevanje u pijesak od smole postaje jedan od najefikasnijih načina za proizvodnju preciznih i složenih metalnih odljevaka.
