Įvadas
Derva Smėlio liejimas yra vienas universaliausių ir plačiausiai naudojamų liejimo būdų šiuolaikinėje liejyklų gamyboje.
Tai sujungia gerą matmenų tikslumą, didelis pelėsių standumas, stiprus prisitaikymas prie sudėtingų formų, ir platus suderinamumas su geležimi, plienas, ir spalvotųjų metalų lydiniai.
Tuo pačiu metu, dervos smėlio sistemos nėra „viena medžiaga, vienas rezultatas“.
Jų veikimas priklauso nuo dervos chemijos, kietiklio tipas, smėlio švara, aplinkos sąlygas, liejimo dydis, išpylimo temperatūra, ir melioracijos strategija.
1. Kodėl fosforo rūgštis dažnai naudojama kaip kietiklis daug azoto turinčioms furano savaime kietėjančioms dervoms, bet retai – mažai azoto turinčioms furano dervoms?
Priežastis slypi dervos chemijos sąveikoje, vandens elgesys, ir tinklo formavimas kietėjimo metu.
Mažai azoto turinčiose furano dervose, rūgštinis kietėjimas dažnai būna lėtesnis ir ne toks efektyvus, dėl to pailgėja juostos laikas ir sumažėja žalios spalvos stiprumas.
Priešingai, daug azoto turinčios furano dervos veiksmingiau reaguoja į fosforo rūgštį, leidžianti sistemai pasiekti kietėjimo greitį ir galutinį stiprumą, reikalingą praktiniam formavimui ir šerdies gamybai.
Pagrindinis techninis veiksnys yra tai, kaip fosforo rūgštis sąveikauja su drėgme. Mažai azoto turinčiose sistemose, fosforo rūgštis santykinai prastai maišosi su derva ir turi stiprų afinitetą vandeniui.
Dėl to, drėgmė iš dervos ir kondensacijos kietėjimo metu gali kauptis aplink rūgščių turinčias zonas, sukuriant vietinius vandens lašelius arba silpnas sritis dervos plėvelėje.
Tai susilpnina sukietėjusios jungties struktūrą ir sumažina stiprumą.
Daug azoto turinčios furano dervos elgiasi skirtingai. Jų suderinamumas su vandeniu yra geresnis, mažiau tikėtina, kad drėgmė susikaups į koncentruotus lašelius, o sukietėjusi plėvelė būna tankesnė ir vienodesnė.
Štai kodėl fosforo rūgštis gali būti praktiškas kietiklis vienoje furano sistemoje, bet prastas pasirinkimas kitoje.
2. Kodėl fenolio-uretano savaime stingstančio dervos smėlio kietėjimas yra geresnis nei furaninio savaime stingstančio dervos smėlio?
Fenolio-uretano dervos sistemos kietėja daugiausia polimerizacijos tipo reakcijos būdu, kuri nesukuria daug lakiųjų šalutinių produktų, tokių kaip vanduo.
Dėl to, kietėjimo greitis būna vienodesnis per smėlio masę, o skirtumas tarp išorinio ir vidinio sluoksnio yra palyginti mažas.
Furano savaime stingstančios dervos, priešingai, kietėja per kondensacijos reakciją, kuri kietėjimo metu gamina vandenį. Šis vanduo turi išsisklaidyti iš formos ar šerdies.
Kadangi smėlio masės vidinė ir išorinė dalys džiūsta ir kietėja skirtingu greičiu, kietėjimo profilis tampa ne toks vienodas.
Štai kodėl furano sistemos yra jautresnės aplinkos drėgmei ir dažnai pasižymi silpnesniu kietėjimo gebėjimu nei fenolio-uretano sistemos..
Praktiškai, fenolio-uretano dervos smėlis dažnai užtikrina patikimesnį šerdies stiprumą per visą skerspjūvį, ypač storesnėse ar sudėtingesnėse šerdies.
3. Kodėl aliuminio ir vario liejiniams gali būti naudojamos daug azoto turinčios furano dervos??
Pagrindinė priežastis yra ta, kad aliuminis ir varis labai mažai tirpsta azotui išlydytame metale.
Net jei derva išpilstymo ir terminio skilimo metu generuoja azotą, tikėtina, kad išlydytas aliuminis ar varis nesugers didelio jo kiekio.
Dėl to, su azotu susijusio dujų poringumo rizika yra daug mažesnė, nei būtų liejant plieną.
Tai reiškia, kad gali būti parenkamos daug azoto turinčios dervos, kai liejykla nori pasiekti gerą žlugimo elgesį, didelis pelėsių stiprumas, arba tinkamas kietėjimo charakteristikas, nesukeliant rimtų dujų defektų aliuminio ar vario liejiniuose.
Kitaip tariant, metalo sistema yra tokia pat svarbi, kaip ir dervos sistema.
Derva, kuri būtų problematiška plienui, gali būti visiškai priimtina spalvotųjų metalų gamyboje.
4. Kodėl užtvarų sistemoje pirmenybė teikiama keraminiams vamzdžiams, kai sunkiems liejiniams naudojamas dervos smėlis??
Sunkiems liejiniams, pylimo laikas ilgesnis, o išlydytas metalas ilgai liečiasi su užtvarų sistema.
Tokiomis sąlygomis, didelė šiluminė apkrova gali per anksti susilpninti derva surištą smėlį ir sukelti užtvarų kanalų griūtį arba eroziją.
Tai gali sukelti smėlio įtraukimą, metalo turbulencija, ir kiti liejimo defektai.
Keraminiai vamzdžiai išsprendžia šią problemą, nes pasižymi daug geresne šilumine varža ir atsparumu erozijai nei įprasti dervos smėlio kanalai.
Jie ypač naudingi sruogų ir bėgių sistemoje, kur metalo srovė karščiausia ir šiluminė ataka stipriausia.
Keraminiai vamzdžiai taip pat sumažina dangos poreikį kai kuriose zonose ir užtikrina stabilesnį srauto kelią dideliems ar sunkiems liejiniams..
5. Kaip galime nustatyti, ar dervos smėlio darbo laikas yra pakankamas?
Darbo laikas, arba suolelio gyvenimas, turi būti pakankamai ilgas, kad visa liejimo arba šerdies formavimo operacija būtų baigta, kol smėlis nepraras savo plastiškumo ir tankumo.
Pertraukiamam smėlio maišytuvui, darbo laikas turi viršyti intervalą nuo sumaišyto smėlio išpylimo iki visiško jo panaudojimo.
Nepertraukiamam maišytuvui, darbo laikas turi būti ilgesnis nei laikas, reikalingas smėliui nukeliauti iš maišytuvo išleidimo angos per vieną pilną smėlio tiekimo ciklą ir grįžti į tą patį gamybos sekos tašką.
Praktiškai, tai ne tik teorinis parametras.
Jei darbo laikas per trumpas, eksploatacijos metu smėlis pradeda stingti, sukelia prastą tankinimą, matmenų nenuoseklumas, ir paviršiaus defektai.
Saugi proceso konstrukcija visada palieka reikšmingą skirtumą tarp stendo eksploatavimo trukmės ir faktinio gamybos laiko.
6. Kodėl dervos smėlio rašto grimzlės kampas turėtų būti didesnis nei naudojamas moliu surištam smėliui??
Dervos smėlio formos ir šerdys sukietėja gana tvirtai ir labai mažai sugriūva ištraukiant raštą.
Skirtingai nuo molio surišto smėlio, derva surištas smėlis lengvai nesideformuoja arba nepasiduoda, kad atlaisvintų raštą. Dėl to, ištraukimo trintis yra didesnė, ir rizika sugadinti pelėsių paviršių yra didesnė.
Tuo pačiu metu, dervos smėlio formos ir šerdys yra mažiau pataisomos nei molio smėlio formos.
Jei formos paviršius yra įplyšęs arba sulūžęs pašalinant raštą, remontas yra sunkesnis ir gali pakenkti galutinei kokybei.
Didesnis grimzlės kampas sumažina pasipriešinimą ištraukimui, sumažina žalos tikimybę, ir pagerina pelėsių išsiskyrimo konsistenciją.
7. Kodėl dervos smėlio ketaus gamyboje pirmenybė teikiama mažiau susitraukiančių stovų ir daugiau ventiliacinių stovų?
Dervos smėlio formos yra standžios ir gerai išlaiko formą liejant, ypač pradiniame etape.
Dėl to jie ypač tinkami naudoti grafito plėtimosi pranašumus ketaus kietėjimo metu.
Pilkojo ir kaliojo ketaus gamyboje, kad išsiplėtimas gali padėti sumažinti ar net pašalinti susitraukimo defektus, tai reiškia, kad gali prireikti mažiau susitraukiančių stovų.
Tačiau, dervos smėlis taip pat gamina dujas kaitinant ir skaidantis. Kadangi pelėsis yra tvirtas ir gana uždaras, dujos turi būti išleidžiamos efektyviai.
Štai kodėl dažnai reikia daugiau ventiliacijos stovų. Jų vaidmuo nėra maitinti metalą, bet užtikrinti išpylimo takus pilant susidarančioms dujoms ir garams.
Paprastai tariant, dervos smėlis palaiko žemo aukščio liejimo filosofiją, bet tik jei ventiliacija suprojektuota tinkamai.
8. Kodėl furano savaime stingstančios dervos, turinčios apie 70–80 % furfurilo alkoholio, galutinis stiprumas kambario temperatūroje paprastai būna didžiausias?
Šis diapazonas parodo praktinę jėgos ugdymo pusiausvyrą, vandens kiekis, ir kietėjimo efektyvumą.
Jei furfurilo alkoholio kiekis yra per mažas, dervą labiau veikia kiti dervos komponentai ir padidėja vandens kiekis, kurios gali sulėtinti kietėjimą ir sumažinti galutinį stiprumą.
Jei furfurilo alkoholio kiekis yra per didelis, azotą turinti dalis tampa per žema, ir dervos tinklas gali nepasiekti tos pačios kietėjimo struktūros ar galutinio veikimo.
Maždaug 70–80 % diapazone, dervos formulė dažnai pasiekia geriausią reaktyvumo pusiausvyrą, tinklo formavimas, ir sukietėjusios struktūros tankis.
Štai kodėl šiame kompozicijos lange dažnai maksimaliai padidinamas galutinis stiprumas kambario temperatūroje.
9. Kodėl gali per daug aktyvūs kietikliai, arba per didelės kietiklio dozės, sumažinti galutinį dervos smėlio stiprumą?
Jei kietėjimas prasideda per greitai, derva gali susijungti prieš tai, kai jos molekulinės grandinės turi pakankamai laiko išsiplėsti, orient, ir suformuoti gerai išvystytą tinklą.
Kitaip tariant, sistema „užsirakina“ per anksti.
Labai aktyvus kietiklis gali sukurti greitą pradinį stiprumą, kurie gali atrodyti patraukliai parduotuvės aukšte.
Bet jei polimerų tinklas susidaro per greitai, gauta struktūra gali tapti ne tokia išbaigta ir mažiau efektyvi, kai kurios reaktyvios grupės paliekamos nepanaudotos.
Ta pati problema gali kilti, kai kietiklio dozė yra per didelė. Rezultatas dažnai būna didelis ankstyvas stiprumas, bet mažesnis galutinis stiprumas.
Tai klasikinis atvejis, kai proceso greitis prieštarauja galutinei kokybei. Greitesnis kietėjimas ne visada yra geresnis, jei dėl to sumažėja sukietėjusios dervos tinklo vientisumas.
10. Kodėl fosforo rūgštimi sukietinto dervos smėlio negalima naudoti seno smėlio melioravimui?
Problema ta, kad išpylus fosforo rūgštį ant smėlio grūdelių gali likti fosfatų likučių.
Šie likučiai nėra lengvai sunaikinami dėl išlydyto metalo terminio poveikio ir juos sunku pašalinti regeneruojant.
Dėl to, regeneruotas smėlis užterštas tokiu būdu, kuris tiesiogiai veikia būsimą dervos sukibimą.
Fosfatų likučiai sumažina pakartotinai panaudoto smėlio mišinio stiprumą, taip pat gali padidinti pelėsių plitimo tendenciją ir smėlio įsiskverbimo riziką..
Jei liejykla priklauso nuo pakartotinio naudojimo ir regeneravimo, kietiklis, paliekantis patvarius mineralų likučius, dažniausiai yra prastas ilgalaikis pasirinkimas.
11. Kodėl rūgštyje sukietėjusiam fenolio dervos smėliui geriau naudoti organines rūgštis su mažu laisvųjų rūgščių kiekiu ir dideliu bendru rūgštingumu?
Fenolinės dervos, kurios kietėja rūgštimi, dažnai turi gana daug drėgmės.
Kietėjimo metu, pati derva kondensacijos būdu generuoja vandenį, ir sistemoje jau gali būti papildomo vandens. Tas vanduo atskiedžia rūgštinį kietiklį ir sulėtina reakciją.
Jei laisvosios rūgšties kiekis yra per didelis, kietėjimas gali paspartėti, bet smėlio stiprumas gali per daug sumažėti.
Todėl, idealus kietiklis yra toks, kuris suteikia pakankamai bendro rūgštingumo, kad reakcija būtų efektyvi, o laisvoji rūgštis išlaikoma vidutiniame lygyje, todėl stiprumas pernelyg nenukentės..
Todėl organinės rūgštys, turinčios didelį bendrą rūgštingumą ir santykinai mažai laisvųjų rūgščių, dažnai yra geriau subalansuotos tokio tipo dervų sistemoje.
12. Kodėl rūgštimi sukietinto fenolio dervos smėlio kietiklio dozė turi būti išreikšta dervos procentais?
Tinkama dozė labai priklauso nuo dervos kiekio sistemoje, nes rūgštis turi veikti dervos masę, kurios vandens kiekis ir cheminė apkrova keičiasi pridedant dervos.
Fenolio dervos sistemos yra mažiau jautrios rūgštims nei kai kurios furano sistemos, todėl prasmingas gydymas gali įvykti tik tada, kai rūgšties koncentracija pasiekia pakankamai aukštą lygį.
Kadangi pati derva turi drėgmės ir kietėjimo metu gali išskirti daugiau vandens, padidinus dervos kiekį, padidėja kietiklio skiedimo poveikis.
Kad būtų išlaikytas toks pat kietėjimo greitis, todėl kietiklio dozė turi didėti kartu su dervos doze.
Išreiškiant kietiklį dervos procentine dalimi, gaunamas tikroviškesnis ir labiau kontroliuojamas formulės pagrindas.
13. Kodėl šviežiai nuluptos ar ką tik suremontuotos šerdys neturi būti dengtos iš karto?
Kai šerdis ką tik buvo nuimta arba suremontuota, dervos kietėjimo reakcija dar tik ankstyvoje stadijoje.
Jei iš karto padengiama vandens pagrindo danga, vanduo arba tirpiklis gali trukdyti nuolatiniam kietėjimui, ypač drėgmei jautriose sistemose.
Fenolio-uretano dervos sistemose, nesureagavę izocianato komponentai taip pat gali reaguoti su vandeniu, kurie gali pažeisti numatytą kietėjimo chemiją.
Jei naudojama alkoholio pagrindu pagaminta danga, užsidegimas džiovinimo metu gali perkaisti arba perdegti dar reaguojantį dervos paviršių.
Abiem atvejais, priešlaikinis padengimas gali susilpninti paviršiaus stabilumą ir sumažinti formos ar šerdies patikimumą.
Dažnai reikalingas trumpas laukimo laikotarpis, kad paviršius galėtų stabilizuotis prieš dengiant.
14. Kodėl sunku rekultivuoti seną smėlį iš šarminių fenolio dervų sistemų??
Šarminės fenolio dervos sistemos dažnai turi didelį baziškumą, o dervoje gali būti daug šarmų, pavyzdžiui, kalio hidroksido.
Liejimo metu, šis šarmas gali reaguoti su silicio dioksido smėliu ir sudaryti mažai tirpstančius silikatus.
Šie silikatai gali stipriai susilieti su smėlio grūdelių paviršiumi, todėl juos sunku pašalinti melioracijos metu.
Dėl to, krenta pakartotinai panaudoto smėlio kokybė, pakyla valymo našta, o regeneruotą medžiagą tampa sunkiau grąžinti į stabilią būseną.
Štai kodėl šarminės fenolio sistemos gali būti sudėtingesnės ilgalaikio smėlio atgavimo metu nei daugelis kitų dervų sistemų..
15. Į kokius veiksnius reikia atsižvelgti renkantis liejinio dervos tipą?
Dervos niekada neturėtų būti pasirenkamos vien dėl įpročio. Jis turėtų būti pagrįstas liejimo lydiniu, liejinio dydis ir sienelės storis, išpylimo temperatūra, ir su konstrukcija susijusių defektų rizika.
Pirma, svarbu liejimo medžiaga.
Jei liejinys pagamintas iš plieno arba labai legiruoto geležies, susirūpinimą kelia azoto poringumas, mažai azoto turinčios arba azoto neturinčios dervos paprastai yra saugesnės.
Jei liejinys yra pilkasis arba kaliojo ketaus, kur azoto poringumas kelia mažiau rūpesčių, vidutinio azoto derva gali būti priimtina.
Vario ir aliuminio liejiniams, kur azotas nėra lengvai sugeriamas išlydyto metalo, daug azoto turinti derva gali būti praktiškas pasirinkimas.
Antra, svarbu dydis ir storis.
Sunkus, storasieniams liejiniams ir aukštai liejimo temperatūrai reikalingos dervos sistemos, pasižyminčios stipresniu veikimu aukštoje temperatūroje.
Tokiais atvejais, dažnai pirmenybė teikiama dervai, turinčiai didesnį furfurilo alkoholio kiekį ir mažesnį karbamido-formaldehido kiekį, kad šerdis arba pelėsiai išliktų pakankamai tvirti veikiant karščiui.
Mažesniems, plonasieniai liejiniai su žemesne pylimo temperatūra, gali pakakti pigesnės dervos su didesniu karbamido kiekiu.
Trečia, struktūrinė liejimo tendencija yra svarbi.
Jei liejinys linkęs į karštą įtrūkimą, rišiklis, kurio stipris karštas yra mažesnis, gali būti nepageidautinas; derva turi palaikyti metalą, kol kietėjimas bus stabilus.
Jei liejinys linkęs į šaltą įtrūkimą, rišiklis po išpylimo turi gerai subyrėti, kad liejinys galėtų laisvai susitraukti be pernelyg didelio suvaržymo.
Trumpai tariant, dervos pasirinkimas yra suderinimo problema. Tinkama derva yra ta, kuri subalansuoja dujų susidarymą, karšta jėga, žlugimo elgesys, kietėjimo greitis, melioracijos atlikimas, ir konkretaus liejinio defektų rizika.
Išvada
Dervos smėlio liejimas yra procesas, kurio metu chemija ir metalurgija yra glaudžiai susijusios.
Ta pati liejykla gali pasiekti labai skirtingus rezultatus tiesiog pakeitus kietiklį, dervos šeima, melioracijos metodas, arba dengimo laikas.
Štai kodėl praktinės žinios šioje srityje yra labai svarbios.
Geras dervos smėlio procesas yra ne tik greitas ir stiprus. Jis taip pat yra stabilus, nuspėjamas, ir suderinamas su liejimo lydiniu, geometrija, ir gamybos ciklas.
Kai dervos sistema parinkta ir tinkamai valdoma, dervos smėlio liejimas tampa vienu iš efektyviausių būdų gaminti tikslius ir sudėtingus metalo liejinius.
