/
Автор: Грибовский П.О.
Текст
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие.......................................................
Введение..........................................................
Глава первая. Общи? основы технологии горячего литья
керамических изделий ............................................
1-1. Принципиальная технологическая схема....................
по п,.,,-..... — —
3
5
1-2.
1-4
1-5.
Глава
2-1.
2-2.
Основы выбора и изготовления керамических материалов
Выбор технологических связок...................... .
Структурообразование полуфабриката....................
Структурообразование изделия .........................
1-6._рсновные принципы технологии горячего литья.........
вторая. Литейные системы (шликеры)...................
Основы технологии изготовления и свойства литейных си-
стем .................................................
Применяемые материалы (порошки) и их влияние на свой-
ства систем...........................................
Технологические связки ..............................
Составы литейных систем..............................
Методы изготовления литейных систем...................
третья. Изготовление полуфабриката...................
Методы изготовления полуфабриката....................
16j
$
37
45<
45
3-4.
Глава
4-1.
4-2.
4-3
2-3.
2-4.
2-5.
Глава
3-2.и1сиовы процесса литья под давлением..................
3-3. Оборудование для литья под давлением.................
°л Основы конструирования форм для литья под давлением
четвертая. Термическая обработка..........................
Основы термической обработки литых керамических изделий
Двухступенчатая термическая обработка .................
Одноступенчатая термическая обработка (однократный об-
жиг) ............................................
Свойства готовых (обожженных) изделий..................
пятая. Практическое значение и области примене-
----1ЛТГЛГ‘ИГГ г* Л** п ил Г' «. ’ —
4-4
Глава _______
ния технологии горячего литья...................' ... .
5-1. Некоторые особенности и возможности технологии горячего
литья
362 ,
5-2.
5-3.
ЛИТЬЯ ........................................
Области применения технологии горячего литья .........
Примеры разработки новых конструкций изделий и техно-
логических процессов на основе использования горячего
литья.................................................
Эффективность технологии горячего литья под давлением
__ и перспективы ее развития .............................
Литература.........................................
45
80 1
119 I
128 <
137 ;
152
152:
166^
220 '
249i
295:
295.
302 J
314 1
355 I
362 j
366 -1
373 ..I
391
395
5-4.
ВВЕДЕНИЕ
Современные керамические материалы обладают столь
высокими свойствами, что могут (конкурировать с рядом
конструкционных материалов, 'В том числе с высоколегиро-
ванными сталями, цветными металлами и твердыми спла-
вами, Примером этого может служить опыт применения
керамических материалов для изготовления инструментов
п деталей машин. В качестве электроизоляции керамика
превосходит почти все органические и неорганические ма-
териалы. Кроме того, керамические детали широко при-
меняются в химическом машиностроении, строительной
технике и других областях.
Неиссякаемые и многочисленные источники дешевого
минерального сырья, необходимого для производства ке-
рамики, и упомянутые высокие свойства современных ке-
рамических материалов создают благоприятные предпо-
сылки для широкого развития производства керамических
изделий самого разнообразного назначения.
Однако до сих пор производство керамических изделий
недостаточно широко развито, стоимость изделий высока,
технология все еще весьма несовершенна, требует большо-
го объема ручного труда и не обеспечивает достаточно вы-
сокого качества продукции.
Керамическое производство, являясь одним из наибо-
лее древних, развивалось длительный период времени
только по линии производства хозяйственной посуды,
строительной и огнеупорной керамики. Лишь за последнее
столетие керамические изделия начали более широко при-
меняться в технике.
Развитие отечественной науки и техники выдвинуло но-
вые требования к керамике по линии повышения физиче-
ских и химических свойств, точности размеров и сложности
конфигурации изделий.
В связи с этим широкий размах получили исследова-
тельские работы по созданию новых керамических мате-
риалов, обладающих специальными свойствами (высокой
5
диэлектрической проницаемостью, низкими диэлектриче-
скими потерями, высокой механической прочностью
и т. д.).
В результате научных трудов советских ученых
Б. М. Вула, Н. П. Богородицкого, П. П. Будникова,
И. И. Китайгородского, Д. Н. Полубояринова, Г. И. Ска-
нави, Г. А. Смоленского и др. наука обогатилась рядом
открытий и разработок в области новых керамических ма-
териалов.
В то же время в технологии изготовления изделий из
новых керамических материалов сохранялись технологиче-
ские процессы, базирующиеся на пластических свойствах
керамических масс. Для осуществления этих технологиче-
ских процессов новые керамические материалы должны
обязательно обладать пластическими свойствами, для чего
в их состав обычно вводятся глинистые материалы
или другие пластифицирующие связки.
Так как керамические материалы, содержащие глины,
оказались нс в состоянии удовлетворить повышенным тре-
бованиям к огнеупорности, электрическим свойствам, ме-
ханической прочности и т. д., появилась явно выраженная
тенденция уменьшить количество глины, входящей в со-
став массы, и даже изъять ее полностью.
Однако изъятие глины из состава массы приводит
к резкому качественному изменению технологических
свойств керамических масс — снижению и даже отсут-
ствию необходимых пластических свойств при смешивании
с водой.
Многочисленные попытки создания пластических масс
за счет введения различных пластифицирующих связок
носят, как правило, характер частных решений, разрабо-
танных авторами нового керамического материала с целью
хотя бы частичного его практического применения.
Серьезных обобщающих исследований и успехов в ре-
шении проблемы изготовления изделий из непластичных
материалов как в СССР, так и за рубежом длительное вре-
мя не было. Известные методы сухого и полусухого прес-
сования не обеспечивали возможности изготовления изде-
лий высокого качества всех необходимых конфигураций.
Технология изготовления керамических изделий также
развивалась недостаточными темпами.
В последние 15 лет автором с сотрудниками при уча-
стии большого коллектива инженеров, техников и рабочих
ряда различных предприятий развивалось новое направле-
6
ние в области технологии керамических изделий, основан-
ие на комплексном использовании современных достиже-
нии в области физико-химии поверхностных явлений, тех-
нологии керамики и технологии металлов.
Это новое направление получило название технологии
горячего литья керамических изделий. -• (
Сущность технологии горячего литья заключается в со- ;
здании термопластичных литейных систем из порошков i
твердых материалов в смеси с органическими веществами ;
(связками), с последующей заливкой этих систем.'
в жидком состоянии при повышенной температуре в ме-'
таллические формы. Литейные системы охлаждаются;
в форме и отвердевают, приобретая конфигурацию рабо-.
чей части формы. Полученный (полуфабрикат (отливка);
подвергается обжигу для получения готового керамической
го изделия. .
Проведенные в годы Великой Отечественной войны пер-
вые опыты литья керамических полуфабрикатов не дали
положительных результатов. При заливке металлических
форм на поверхности отливок образовывались складки и
другие дефекты, а в теле отливки обнаруживалось большое
число воздушных пузырьков и раковин. Для получения
литейных систем оказывалось необходимым вводить
35—40% парафина (по весу).
Возник вопрос, каким образом обеспечить хорошее за-
полнение металлической формы; и одновременно получить
керамический полуфабрикат, из которого можно после об-
жига получить высококачественное изделие.
Оказалось необходимым установить, какими свойства-
ми для этого должны обладать литейная система и полу-
фабрикат (отливка), какие параметры характеризуют эти
свойства и каким методом их можно определять.
Основными вопросами, потребовавшими паучно-иссле-
Довательской работы в процессе создания технологии горя-
чего литья керамических изделий, явились следующие:
1. Разработка основ образования литейных систем
а) Определение требований, предъявляемых к литей-
ным системам,
б) Установление параметров, характеризующих свой-
ства литейных систем, и разработка методов их опреде-
ления.
в) Разработка составов и методов приготовления ли-
Теиных систем, обладающих необходимыми свойствами для
7
осуществления процесса литья полуфабриката и последую-
щей термической обработки (обжига) изделий.
г) Исследование влияния различных факторов (состав
и свойства порошка, состав и свойства органической связ-
ки, технологические режимы и т. д.) на процесс образова-
ния и свойства литейных систем.
2. Разработка основ изготовления (отливки) керамического
полуфабриката
а) Определение требований, предъявляемый к полу-
фабрикату (отливке), и установление количественных кри-
териев качества полуфабриката.
б) Разработка методов изготовления литого полуфаб-
риката, обеспечивающих получение обожженных изделий
высокого качества и являющихся перспективными с точки
зрения производительности труда и возможности механи-
зации и автоматизации процессов.
в) Разработка основ конструирования литейных форм
и создание их типовых конструкций.
г) Разработка необходимого специального оборудо-
вания.
д) Исследование сущности явлений, протекающих
в процессе формообразования полуфабриката при горячем
литье, и влияния основных факторов на процесс литья по-
луфабриката и свойства обожженных керамических изде-
лий.
3. Разработка основ термической обработки (обжига)
литых керамических изделий
а) Изучение процесса удаления органической связки из
отливки (полуфабриката) при нагреве и разработка ме-
тодов его осуществления.
б) Исследование влияния основных факторов (свойств
литейной системы, отливки, режимов и т. д.) на процесс
термической обработки (обжига) литых изделий и разра-
ботка технологии, обеспечивающей получение качествен-
ных готовых изделий, обладающих необходимыми свой-
ствами, заданной геометрической формой и точностью раз-
меров.
Начало практическому развитию технологии горячего
литья керамических изделий положила разработка метода
«намооаживания», осуществленная автором в 1946 г.
[Л. 43].
8
Применение метода «намораживания» в течение 1946—•
1948 гг. вызвало постановку ряда исследований, на основе
и в результате которых в 1948 г. был разработан способ
горячего литья под давлением [Л. 44].
Способ литья под давлением сыграл решающую роль
в развитии технологии горячего литья, так как обеспе-
чивал:
а) высокую производительность труда;
б) высокую точность геометрической формы и размеров
изделий;
в) сведение к минимуму необходимости доработки пос-
ле оформления изделий;
г) универсальность метода, дающую возможность
оформления изделий разной формы и габаритов;
д) простоту технологических приемов, не требующих
высокой квалификации рабочего-оператора.
После разработки и внедрения в производство способа
горячего литья под давлением новая технология стала бы-
стро завоевывать себе прочное место в промышленности и
развиваться как самостоятельный новый раздел керами-
ческой технологии.
Технология горячего литья, которую часто называют
«технологией непластичных материалов», обеспечивает воз-
можность изготовлять изделия из так называемых непла-
стичных керамических материалов (т. е. порошков, не об-
разующих пластичных систем при смешивании их с во-
дой).
Это обстоятельство создает исключительно широкую
область применения технологии горячего литья, так как
обеспечивает возможность изготовления изделий из любых
твердых материалов, начиная от природных минералов,
чистых юкислов, карбидов, металлов и т. д. и кончая мно-
гокомпонентными сложными синтетическими материалами
и их сочетаниями.
Наряду с решением задач прикладного порядка при
создании технологии горячего литья был разработан так-
же ряд теоретических вопросов, ранее недостаточно изучен;
вых в керамической технологии.
В настоящее время керамическая технология расчле-
няется на разделы, построенные по признаку назначения
керамического материала: строительная керамика, огне-
упорная керамика, электрокерамика и т. п.
В каждом разделе обособленно рассматриваются и изу-
чаются все вопросы керамики, начиная с исходного сырья,
9
'получения материалов, технологии изделий и т. д. и кон-
чая получением готовой продукции.
Для обеспечения рационального решения новых задач,
возникших при разработке технологии горячего литья,
представилось целесообразным дифференцировать весь
комплекс затрагиваемых сто вопросов на разделы, объеди-
ненные по характеру и специфике методов изучения и тех-
нологической сущности, а именно:
1) керамическое материаловедение;
2) технология керамических материалов;
3) технология керамических изделий.
В настоящее время наиболее отстают в развитии науч-
ных основ разделы технологии керамических материалов
и изделий. Поэтому основное внимание в настоящей работе
было уделено теоретической разработке этих разделов, и
они рассматриваются более подробно.
Следует отметить, что в промышленности еще недоста-
точно используются возможности технологии горячего
литья керамических изделий, хотя она применяется более
чем на 200 предприятиях в СССР и в ряде зарубежных
стран (Китай, Чехословакия, ГДР и др.).
Во многих случаях это объясняется отсутствием доста-
точных сведений о технологии из-за ограниченного лите-
ратурного материала в этой области.
До сего времени технология горячего литья была осве-
щена лишь в серии авторских свидетельств, монографий и
статей [Л. 43—72], вышедших малым тиражом.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ГОРЯЧЕГО ЛИТЬЯ
КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
1-1. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
Современное понятие о керамике существенно отличает-
ся от смысла этого термина, под которым она известна уже
тысячелетия. Керамикой всегда назывались материалы и
изделия из глин. В настоящее время материалы и изделия,
носящие общее название керамики, можно только услов-
но называть керамическими.
Действительно, трудно считать керамическими изделия
из карбидов, нитридов, металлов, бкислов металлов, синте-
тических кристаллов, стекол и т. п. Однако поскольку эта
терминология общепринята в отечественной и иностранной
технике, а также имеется общность технологии производ-
ства этих материалов и изделий, в настоящее время изме-
нять этот термин вряд ли является целесообразным.
Современная керамика охватывает огромную номенкла-
туру материалов, значительно отличающихся друг от дру-
га своими свойствами и составами. Особенно разнообразны
ассортимент и свойства группы керамических материалов
и изделий, которую можно назвать технической керамикой.
Сюда относятся электроизоляционная, высоковольтная и
высокочастотная керамика, конденсаторная, полупроводни-
ковая, магнитопроницаемая и магнитная, огнеупорная,
термостойкая, химически стойкая, высокопрочная машино-
строительная и ряд других видов керамики, применяемых
в различных областях современной науки и техники.
К числу положительных свойств современной керамики
в первую очередь следует отнести ее высокую твердость,
химическую стойкость, огнеупорность, высокие диэлектри-
ческие свойства, малый коэффициент термического расши-
рения, относительно высокую механическую прочность
(особенно на сжатие). Наряду с этим для изготовления
технической керамики используются дешевые и педефицит-
11
ные исходные материалы. Однако несовершенство лриме^
няемой в промышленности «пластичной» керамической тех-
нологии обусловливает большой объем ручного труда, по-
вышенный брак в производстве и недостаточно высокое ка-
чество керамических изделий. В результате этого, несмотря
на дешевизну сырья, изделия из керамики обходятся доро-
же, чем изделия из более дорогих материалов, например
пластмасс, металлов.
Это приводит к тому, что очень часто в технике приме-
няют пластмассы и металлы там, где более успешно мож-
но было бы и следовало бы применять керамику.
Специфическими дефектами, возникающими в -произ-
водстве керамических изделий, являются: трещины и де-
формации, появляющиеся после термической обработки,
колебания геометрических размеров вследствие непостоян-
ства усадок при обжиге, нестабильность свойств керами-
ческих изделий.
Источники появления этих дефектов можно искать либо
в своеобразии свойств керамических материалов, либо
в технологии изготовления керамических материалов и из-
делий.
Анализ дефектов показывает, что причина кроется в не-
совершенстве технологии изготовления керамических ма-
териалов и изделий, когда из одного и того же материала
получается продукция различных качеств и свойств.
После обжига изделий, изготовленных из одной партии
материала, можно, например, получить изделия деформи-
рованные и сохранившие свою форму, целые и потрескав-
шиеся; размеры изделий колеблются в довольно широких
пределах, и, наконец, по -основным свойствам (механиче-
ской прочности, электрической прочности и т. п.) изделия
существенно отличаются друг от друга. От партии к пар-
тии материала эти изменения свойств изделий еще более
разительны, так как наслаиваются изменения, вызываемые
технологией изготовления материала.
Влияние технологии на свойства керамических изделий
подтверждается рядом экспериментальных работ [Л. 43,
86, 89, 137], показывающих зависимость свойств изде-
лий от метода их изготовления.
Из этих работ видно, что некоторые технологические
методы и, в частности, горячее литье обеспечивают повы-
шенные и более стабильные показатели свойств изделий
Это, конечно, не означает, что в результате технологи-
ческого процесса изготовления изделия улучшаются свой-
12
етва материала, а Лишь показывает, в какой мере тот или
иной технологический метод обеспечивает выполнение сво-
ей основной задачи — сохранение свойств, присущих дан-
ному материалу в изделии заданной конфигурации.
В технологии горячего литья, поскольку се сущность и
основные отличительные особенности являются одинаковы-
ми для любого состава и назначения материала, предста-
вилось возможным обобщить основные положения в еди-
ную систему.
Первые • попытки теоретического анализа и обобщения
причин влияния технологии горячего литья на свойства ке-
рамических изделий относятся к 1946—1950 гг. [Л. 43, 45].
В настоящей работе на основе анализа сущности кера-
мической технологии делается попытка сформулировать
общие теоретические основы технологии горячего литья
керамических изделий.
Если рассмотреть в самом общем виде, что является
основной задачей технологии керамических изделий, то
можно построить простейшую схему, определяющую и объ-
единяющую весь комплекс вопросов получения керамиче-
ских изделий, как состоящую из двух звеньев: порошок —
изделие.
Эта схема определяет основной смысл керамической
технологии: получение изделий необходимой конфигурации
и свойств из различных .порошков.
Образование керамических изделий из порошков про-
исходит в результате объединения (спекания) частиц по-
рошка в монолитную систему (керамический материал).
Для получения необходимого изделия порошок должен
занимать объем соответствующей конфигурации до про-
цесса спекания, т. е. из порошка должен быть оформлен
полуфабрикат изделия.
Ведущим направлением в керамической технологии яв-
ляется образование промежуточных систем для оформле-
ния полуфабриката с последующим обжигом для полуте-
ни окончательной структуры материала и изделия.
Промежуточная система образуется из порошка мате-
риала и вещества (технологической связки), объединяюще-
го частицы порошка в дисперсную систему, обладающую
свойствами, необходимыми для обеспечения возможности
получения изделий (полуфабрикатов) заданной конфигу-
рации.
Промежуточные системы могут создаваться из порош-
ков любых твердых материалов (минералов, окислов, кар-
13
бидов, нитридов, металлов, стекла и т. д.) и соответствен-
но выбранных технологических связок.
В общепринятой («пластичной») керамической техноло-
гии промежуточные системы образуются обычно из по-
рошков, представляющих собой смесь различных минера-
лов (глины, каолины, тальки, шпаты и т. п.) и воды в ка-
честве технологической связки. В ряде случаев применяют-
ся водные растворы различных веществ, водные эмульсии,
реже — органические жидкости (керосин, деготь и т. п.).
Структура и свойства дисперсной фазы (минеральной
части) промежуточных систем, применяемых в пластичной
технологии, резко отличается от структуры и свойств мате-
риала готового керамического изделия (обожженного).
При обжиге полуфабриката изделия, изготовленного из
такой промежуточной системы, происходит преобразование
исходной минеральной смеси в керамический материал.
При этом обычно изменяются объем и плотность мате-
риала.
В технологии горячего литья керамических изделий
применен новый способ образования промежуточных си-
стем. Промежуточные системы образуются из порошков го-
товых, заранее синтезированных керамических материалов
и термопластических технологических связок. В этом слу-
чае структура и свойства твердого материала (дисперсной
фазы) в промежуточной системе и в готовом керамическом
изделии одинаковы. Однако структура промежуточной си-
стемы в технологии горячего литья существенно отличается
от структуры готового изделия, так как состоит не только
из керамического материала, а содержит также технологи-
ческую связку.
Таким образом, очевидно, что технологический процесс,
т. е. структурообразование керамического изделия; обычно
осуществляется в две стадии: 1) структурообразование ке-
рамического полуфабриката и 2) структурообразование
керамического изделия. В первой стадии происходят про-
цессы образования промежуточной системы и формообра-
зования полуфабриката, во второй — преобразование полу-
фабриката в изделие.
Большое число разнообразных технологических схем
изготовления керамических изделий, однозначных по прин-
ципу своего построения, может быть сведено в общую для
всей керамической технологии схему, приведенную на
рис. 1-1.
Принципиальная технологическая схема изготовления
14
иерамичллпл -------, ..
основных этапов.
Первый этап (образование дисперсной системы по-
щ0К—связка) является необходимым для обеспечения
Технологической возможности получения изделия заданной
конфигурации.
g связи с этим дисперсная система должна обладать
свойствами, необходимыми для использования ее в каче-
стве промежуточного материала для придания формы из-
делию.
Второй этап (изготовление полуфабриката) имеет
своей целью на базе использования возможностей проме-
Рис. 1-1. Схема образования керамических
изделий.
жуточных дисперсных систем оформить изделие (в полу-
фабрикате) заданной конфигурации и необходимых раз-
меров (с учетом последующих объемных изменений, про-
исходящих при объединении частиц порошка в монолит).
Третий этап (удаление связки из полуфабриката)
является необходимым для подготовки полуфабриката
к спеканию. В результате удаления связки в полуфабрика-
те должен .остаться только порошок твердого материала,
т. е. та часть полуфабриката, из которой в последующем
образуется изделие.
Четвертый этап (спекание частиц порошка, нахо-
дящихся в полуфабрикате, в монолитное изделие) дости-
гается путем соответствующего нагрева и является основ-
ным, завершающим этапом керамической технологии.
15
juuuunmuLin иi AcipdKivpd, 'ИрирОДЫ И СВОЙСТВ ИСХОД",
ново порошка и связки технологический процесс изготов-
ления и даже физико-химические явления, .протекающие
при этом процессе, могут совершенно изменяться, но выше--
приведенный общий принцип построения промежуточных
ступеней (этапов) перехода от порошка к изделию остает-
ся постоянным.
В связи с этим различные технологические методы из-
готовления изделий можно рассматривать, по существу,
как различные пути осуществления того или иного этапа
или нескольких этапов общей технологической схемы.
Сущностью первых двух этапов общей технологической
схемы является объединение частиц порошка в промежу-
точную систему с последующим образованием из нее полу-
фабриката изделия определенной конфигурации и фикса-
цией этой конфигурации путем соответствующих структур-
ных изменений системы. Исходя из этого, первые два эта-
па следует рассматривать как процесс структурообразова-
ния керамического полуфабриката.
Задачей третьего и четвертого этапов технологической
схемы является преобразование полуфабриката в готовое
керамическое изделие. Это преобразование в своей сущ-
ности заключается в изменении структуры полуфабриката
с переходом ее в структуру готового керамического изде-
лия. Следовательно, третий и четвертый этапы технологи-
ческой схемы следует рассматривать как процесс структу-
рообразования готового керамического изделия.
1-2. ОСНОВЫ ВЫБОРА И ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ
МАТЕРИАЛОВ
Современная техника предъявляет новые и повышенные
требования к керамическим материалам. Появилась необ-
ходимость в керамических материалах, обладающих ком-
плексом специфических эксплуатационных характеристик.
При этом сочетание различных свойств в конкретном ма-
териале предопределяется наперед заданными требования-
ми и величинами.
Так, например, в некоторых случаях требуется сочета-
ние высокой электрической прочности с огнеупорностью,
теплопроводностью, термостойкостью, химической стой-
костью и механической прочностью (например, для изоля-
торов запальных свечей). В других—: сочетание высокой
электрической прочности с точно регламентированными
значениями диэлектрической проницаемости, диэлектриче-
16
к потерь, температурного коэффициента диэлектриче-
Ской шропицаемости (например, для 'керамических кондеи-,
саторов) и т- Д- и т. п.
Структура керамического материала в общем виде ха-
ктеризуется наличием одной или нескольких кристалли-
ческих фаз и объединяющей их стеклофазы или другого
сВЯзующего вещества.
В зависимости от состава, структуры и свойств кристал-
лической фазы, состава и свойств стекловидной фазы,
а также их количественного соотношения в структуре дан-
ного материала изменяются свойства последнего.
Наиболее широко применяемый метод разработки но-
вых керамических материалов заключается в выборе со-
ответствующего состава (рецепта) 'керамической массы
с использованием глин как носителей технологических
свойств массы. Так как «с глинами неизбежно вводятся ще-
лочные и другие окислы, снижающие качественные харак-
теристики, необходимые для специальных изделий», то та-
кой путь не всегда обеспечивает получение желаемого ма-
териала.
Весьма плодотворными в развитии работ по созданию
керамических материалов с заданными свойствами яви-
лись теоретические положения, выдвинутые И. И. Китай-
городским [Л. 99, 102, 103] 'под названием «метода стек-
лоцементного связывания». Эти положения, встреченные
в период своего появления весьма критически, в дальней-
шем (с различными видоизменениями) легли в основу раз-
работки большинства новых керамических материалов.
Основная идея теоретических положений, развитых
И. И. Китайгородским,— идея рационального синтеза кри-
сталлической и стекловидной, фаз керамического материа-
ла и построения материалов, обладающих определенным
фазовым составом, в настоящее время является общепри-
нятой как в СССР, так и за рубежом.
Весьма перспективным и получающим все более широ-
кое развитие является метод создания керамических ма-
териалов на основе чистых окислов. Большой интерес пред-
ставляют работы Э. Рышкевича [Л. 133]. Подробный и до-
статочно полный обзор современных исследований в обла-
сти создания материалов и изделий из окислов сделан
Г. Тресвятским и А. М. Черепановым [Л. 144].
1„ Б У д и и к о в П. П. и mt
строииздат, 1946, стр. 4j^rX'‘*'’‘
2 п О. Грибовский. ~
/ /''БИБЛИОТЕКА
^рамических изделий, Гос-
17
Л
Методы рационального синтеза керамических материа-
лов и получения материалов из чистых окислов, по суще-
ству, дополняют один другого, но, несмотря на прогрес-
сивность этих методов, они еще не используются в полной
мере.
В настоящее время обычно синтезируются только ос-
новные кристаллические составляющие материалов (при
этом часто синтез не завершается полностью), а затем син-
тезированные продукты смешиваются с глинистым и дру-
гим минеральным сырьем для образования формующейся
керамической массы.
Такое частичное использование метода рационального
синтеза, снижающее качество керамического материала,
объясняется тем, что синтезированные керамические мате-
риалы непластичны. Это вызывает затруднения при исполь-
зовании обычных методов керамической технологии для
изготовления изделий.
Применение технологии горячего литья, обеспечиваю-
щей возможность изготовления изделия из любого кера-
мического материала, снимает эти ограничения и затруд-
нения. Это' открывает широкие возможности для создания
более высококачественных и стабильных керамических ма-
териалов.
На основе экспериментально-исследовательских работ
[Л. 54, 63, 64] по созданию керамических материалов и тео-
ретического анализа в технологии горячего литья приняты
следующие принципы построения керамических мате-
риалов:
1. В качестве основы материалов выбираются есте-
ственные или синтетические кристаллические или аморф-
ные частицы, обладающие необходимыми свойствами, т. е.
свойствами, которыми должен обладать готовый материал.
2. Как правило, материалы должны строиться однофаз-
ными или с подавляющим преобладанием основной (кри-
сталлической) фазы.
3. При построении двухфазных пли многофазных мате-
риалов необходимо: а) применение кристаллических и
стекловидных составляющих, химически не реагирующих
или слабо реагирующих между собой, с целью стабилиза-
ции фазового состава материала; б) обеспечение соответ-
ствия коэффициентов термического расширения кристалли-
ческой и стекловидной фаз керамического материала в це-
лях повышения механической прочности и термостойкости
материала.
18
4 В качестве исходного сырья должны выбираться хи-
iPCKHC продукты или техническое сырье, обладающее
МИ1'бходимым постоянством химического состава и мини-
Я£я° ьными посторонними примесями.
М 5 Как правило, должен применяться предварительный
итез материала путем его обжига до температуры, обес-
печивающей завершение всех процессов (реакции) образо-
вания конечной структуры.
1-3. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВЯЗОК
В керамической технологии в качестве связок применя-
ются разнообразные вещества: 1) неорганические связки
(глины, цементы и т. п.); 2) органические связки (клеи,
смолы, спирты, парафины и т. п.).
Отличаются эти группы связок друг от друга тем, что
первая группа связок после исполнения своих технологи-
ческих функций, как правило, входит в состав керамиче-
ского материала и, следовательно, оказывает влияние на
его структуру и свойства; вторая группа — при обжиге пол-
ностью удаляется из материала и не изменяет его состава
и структуры.
Таким образом, органические связки имеют определен-
ные преимущества перед неорганическими, и им должно
быть отдано предпочтение.
Группа органических связок в свою очередь может быть
классифицирована по принципу действия на три основные
подгруппы:
1) клеящие связки (крахмал, декстрин и т. п.);
2) термореактивные (смолы и т. п.);
3) термопластичные (парафин, воски и т. п.).
Наибольшее применение в керамической технологии
имеют связки 1-й и 3-й подгрупп.
В качестве возможных технологических связок [Л. 112]
указывают желатину, казеин, каучук, декстрин, муку, воск
и др. и приходят к выводу, что выбор связки должен про-
изводиться в зависимости от керамического материала
с учетом ряда факторов. Для стеатитовых материалов ре-
комендуют применение поливинилового спирта [Л. 22].
Горт [Л. 74] обследовал ряд связок (крахмал, метил-
Целлюлозу, парафин и др.) и пришел к выводу о необхо-
димости выбора различных составов связки в зависимости
°т метода изготовления изделий (прессование, протягива-
ние и т. д.).
Большая группа связок (более 40 наименований) обсле-
дована [Л. 145] с точки зрения влияния на пластичность
масс.
Ряд связок, используемых при изготовлении изделия
из чистых окислов, приводится в [Л. 123, 144].
Обилие составов технологических связок и большое ко-
личество работ по их изысканию свидетельствуют о боль-
шом интересе к этому вопросу и, с другой стороны, пока-
зывают, что вопрос рационального выбора связок еще не
решен. Наиболее перспективным решением вопроса выбо-
ра органических связок можно считать использование тер-
мопластичных связок. В СССР в качестве основного^ пред-
ставителя термопластичных связок были выбраны пара-
фин и его сплавы [Л. 5, 9, 43, 57].
В работах Абрамсона [Л. 5, 9] парафин использовался
в первую очередь в качестве связки при приготовлении
пресс-порошков, а в работах Грибовского — для создания
литейных систем.
Для образования литейных систем парафин и связки
на его основе обладают рядом ценных свойств; низкой
температурой плавления, достаточно высокой механической
прочностью в твердом состоянии, химической инертностью
и т. д. Исследования эффективности связок различных со-
ставов в технологии горячего литья дали основание для
выбора как оптимальных парафиновых связок. »
1-4. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ПОЛУФАБРИКАТА
а) Структура полуфабриката и ее основ-
ные параметры. В технической литературе освещен
ряд работ, прямо или косвенно касающихся вопросов изу-
чения процесса структурообразования керамического полу-
фабриката.
К числу первых работ в этом направлении относятся
исследования, направленные на установление теоретиче-
ских основ и изыскание практических методов получения
максимальной плотности упаковки минеральных частиц
в полуфабрикате за счет выбора .соответствующего- грану-
лометрического состава и формы частиц. Обзор работ, про-
веденных с 1899 по 1930 г., приводится Г. Зальмангом
[Л. 89].
Теоретические расчеты и исследования по выбору
гранулометрического состава порошков для повышения
свойств изделий имеются в работах П. П. Будникова [Л. 18],
20
п Брона и И. П. Басьяса [Л. 23], Вестмана [Л. 42],
рышкевича (Л. 133], Л, А, Шмелева {Л. 151], Д. Н. Полу-
бояринова [Л. 125], Уайта и Велтона и др. Большинство
„казанных работ проводилось применительно к огнеупор-
ным материалам. Все авторы на основе проведенных ра-
бот приходят к одинаковому выводу, что повышенная
плотность упаковки частиц в полуфабрикате повышает
двойства изделии.
Ко второй группе опубликованных работ относятся ис-
следования, направленные на установление влияния от-
дельных приемов и режимов технологии на свойства
изделий. К числу таких работ относятся исследования
А. С. Бережного [Л. 14, 15], С. Г. Туманова, А. В. Ярошев-
ского ,[Л. 154] и др., а также, применительно к металлоке-
рамике, труды М. К). Бальшина, В. А. Ивенсена, В. С. Ра-
ковского и др. Эти исследования дают представление о
влиянии лишь отдельных факторов, например давления
при прессовании, на некоторые свойства изделий.
Первая попытка обобщения всего комплекса вопросов
технологии керамического полуфабриката введением поня-
тия о структуре полуфабриката была сделана в 1946—
1948 гг. [Л. 43]. Опубликованная после этого серия экспе-
риментально-исследовательских работ [Л. 127 и др.],
по существу, подтвердила справедливость выдвинутых по-
ложений. Однако имеющиеся в этих работах ошибочные
попытки видоизменить ранее установленные [Л. 43] крите-
рии структуры полуфабриката (коэффициент упаковки и
коэффициент неравномерности), а в ряде случаев [Л. 127]
неудачная обработка экспериментальных данных искажа-
ют полученные результаты. Анализ некоторых ошибок этих
работ будет дан ниже при рассмотрении основных положе-
ний процесса структурообразования керамического полу-
фабриката.
Процесс структурообразования керамического полу-
фабриката можно рассматривать как протекающий в три
стадии: 1) образование системы; 2) формообразование
полуфабриката; 3) фиксация структуры полуфабриката.
Структура полуфабриката является результатом всех
стадий ее образования и, следовательно, зависит от осо-
бенностей и методов осуществления каждой стадии, а так-
>Ке от свойств исходных компонентов, образующих струк-
туру, т. е. материала (порошка) и технологической связки.
Образующаяся структура полуфабриката состоит из ча-
стиц материала (порошка) и технологической связки.
21
Частицы материала являются основной составляющей
структуры 'полуфабриката, так как из них формируется
керамическое изделие при дальнейшем ходе технологиче-
ского процесса. В силу этого естественно, что характер
распределения частиц порошка в объеме полуфабриката
представляет наибольший интерес и значение, так как
именно эта сторона структуры полуфабриката влияет на
поведение образца в обжиге и на свойства изделия.
Основными параметрами, характеризующими структу-
ру полуфабриката, можно считать: а) степень заполнения
единицы объема полуфабриката частицами порошка и
б) однородность структуры во всех элементах объема.
Степень заполнения единицы объема полуфабриката
частицами порошка называется плотностью у п а к о в-
к и (укладки) частиц. Плотность упаковки можно харак-
теризовать процентом заполнения единицы объема части-
цами материала или процентом пористости, а также соот-г
ветственно коэффициентом заполнения объема и коэффи-
циентом пористости.
Наиболее целесообразно принять за величину, харак-
теризующую плотность упаковки, коэффициент заполнения
единицы, объема полуфабриката частицами порошка, на-
званный коэффициентом упаковки [Л. 43]:
= " (М)
где kyn — коэффициент упаковки;
V,, — объем частиц порошка, находящихся в полуфабри-
кате, см3;
Vn—объем полуфабриката, см3.
Выбор в качестве критерия коэффициента упаковки,
а не коэффициента пористости вызван тем обстоятельством,
что обычно керамический полуфабрикат представляет со-
бой систему порошок — технологическая связка, а не по-
рошок— воздух. Таким образом, представление о коэффи-
циенте пористости -выглядело бы в большей мере услов-
ным, чем действительным параметром, так как фактически
почти все поры между частицами -порошка заполнены связ-
кой. Определение коэффициента упаковки методически не
вызывает затруднений. В то же время коэффициент упа-
ковки характеризует наиболее существенную сторону
структуры полуфабриката с точки зрения дальнейшего
формирования изделия, давая количественную оценку ос-
22
ной составляющей структуры полуфабриката. Количе-
н°в , коэффициент упаковки определяется из отношения
сТВ частиц материала, фактически находящихся в едиии-
ВрСобъема полуфабриката, к удельному весу материала:
k =.-/
(1-2)
е р — вес частиц материала, фактически находящихся
в 1 см3 полуфабриката, г/см3',
d — удельный вес материала, г/см3.
Вес частиц материала, находящихся в единице объема
полуфабриката, можно определить, зная объемный вес полу-
фабриката и весовое количество технологической связки, из
отношения:
р „Ли (100-*)
100
где у —объемный вес полуфабриката, г/см3-,
х —количество технологической связки в полуфабрикате,
7о (по весу).
Подставив значение Рм в формулу (1-2), получим выра-
жение коэффициента упаковки через объемный вес полуфаб-
риката и удельный вес материала:
, __-Гп(Ю0 —*)
гуп— dM-100
(1-3)
Коэффициент упаковки является объективным количе-
ственным критерием плотности упаковки частиц материала
в полуфабрикате (а также в готовом обожженном изде-
лии) для любых материалов и составов систем. Это по-
зволяет сравнивать качество полуфабрикатов, изготовлен-
ных различными технологическими методами из разных
материалов, при различных составах и количествах техно-
логической связки в системе. При этом у обожженных из-
делий, где количество связки х = 0, получаем:
k = —.
уп
м
Использование в качестве критерия качества полуфаб-
риката его объемного веса уц или веса частиц материала,
сходящихся в единице объема полуфабриката Рм, или
23
даже отношения объемного веса полуфабриката к удель-у
7п
ному весу материала -з— является неправильным, хотя;
“м ;
имеет место в ряде работ некоторых авторов.
В качестве примера, показывающего справедливость
этого утверждения, рассмотрим случай, когда авторы ис-
следования [Л. 127] приняли для оценки качества полу-'
фабриката не коэффициент упаковки, а его составную часть
Рм—вес частиц, находящихся в единице объема полуфаб-
риката. Эту величину авторы статьи обозначили уГл и на-
зывают в тексте «расчетный объемный вес глинозема,
г/см3», а в графиках «плотность глинозема».
Не останавливаясь на критике принятой авторами тер-
минологии, можно-показать, что использование величины
Рм (или угл по статье) в качестве критерия качества полу-
фабриката является принципиально неверным, так как
в зависимости от удельного веса материала плотность упа-
ковки частиц в полуфабрикате может изменяться при по-
стоянном значении величины
Рассмотрим для примера случай, когда вес минераль-
ных частиц в единице объема Р„ у двух разных образцов
полуфабриката, изготовленных из порошков с разным
удельным весом, будет одинаков. Примем, что удельный
вес одного порошка ^ = 3,2, а другого й?2 = 3,9 г/см3. Пусть
при этом РМ1 = Рм2=2 г/см3. Если величина Рм (или угл)
является действительно критерием качества полуфабрика-
та, то, поскольку РМ1 = Рм2, качество двух упомянутых об-
разцов полуфабриката должно быть одинаковым. Однако
если подсчитать, какая часть объема полуфабриката заня-
та порошком в том и другом случае, то окажется, что
р
у первого образца £уп = -^-=0,626, а у второго 0,513. Это
значит, что плотность упаковки частиц порошка во втором
образце полуфабриката почти на 20% меньше, чем у пер-
вого. Следовательно, говорить об одинаковом качестве по-
луфабриката при равных значениях Рм и о приемлемости
величины Рм как критерия не приходится. Тем более оши-
бочным является использование как критерия качества
полуфабриката его объемного веса, так как наряду с влия-
нием удельного веса материала значение объемного веса
изменяется в зависимости от удельного веса технологиче-
ской связки, количества воздушных пузырьков в полуфаб-
рикате и т. п. Следовательно, объемный вес не характера-
24
ет объективно плотности упаковки частиц порошка в по-
чуфабрпкате, которая является основным критерием струк-
туры полуфабриката.
’ О инородность структуры или равномерность распреде-
тения частиц материала в объеме полуфабриката можно
количественно характеризовать тем же коэффициентом
упаковки, сопоставляя его значения в различных элемен-
тах объема. В соответствии с этим равномерность распре-
деления частиц или
1'ить отношением
равномерность упаковки
можно оце-
h
п Лмакс
к = ь—
Лмин
(1-4)
где R — коэффициент неравномерности;
k — минимальное значение коэффициента упаковки в
объеме данного полуфабриката;
k . — максимальное значение коэффициента упаковки в
объеме данного полуфабриката.
Значение равномерности упаковки с точки зрения ее
влияния на поведение полуфабриката в обжиге, конечные
свойства и геометрические размеры изделий весьма ве-
лико.
Наличие отдельных элементов объема с пониженной
или повышенной плотностью упаковки частиц приводит
к целому ряду дефектов, проявляющихся в результате об-
жига или остающихся внешне скрытыми, но, по-видимому,
имеющих место в обожженном изделии.
Можно считать, что разнообразные виды брака в произ-
водстве керамических изделий во многих случаях явля-
ются результатом неравномерности структуры. Неравно-
мерность структуры полуфабриката приводит к различным
усадкам в разных элементах объема, проявляющимся в ви-
де деформации образца, появлении трещин, возникновении
внутренних напряжений, неравномерности огневой усадки
в различных участках образца и нестабильности свойств
изделий.
Конечно, нельзя считать неравномерность упаковки ча-
стиц материала в полуфабрикате единственной причиной
появления дефектов. Дефекты могут появляться и от дру-
гих причин, например вследствие неравномерности изме-
нения температур в изделии при его обжиге, механических
нагрузок и других причин. Однако значение фактора не-
равномерности упаковки в появлении этих дефектов зача-
стую можно считать доминирующим.
25
Значение выбранных количественных критериев /гуп й
А? качества полуфабриката подтверждается эксперимен-
тальными данными.
На рис. 1-2 и 1-3 приведенье микроструктуры образцов
из муллитового материала, полученных в опытах обжига
полуфабриката с различной плотностью упаковки частиц
до полного спекания (при температуре 1 450° С). Как вид-
но из приведенных рисунков, образец, полученный из полу-
Рис . 1-2. Микроструктура образца муллитового материала
при коэффициенте упаковки полуфабриката 1гуп = 0,57 (уве-
личение 240х).
фабриката с пониженным коэффициентом упаковки, имеет
значительно увеличенную закрытую пористость, несмотря
на повышенную огневую усадку, что ухудшает свойства
изделия.
Аналогичные эксперименты!, проводившиеся с использо-
ванием различных по свойствам материалов, показали, что
оптимальная структура полуфабриката характеризуется
максимальной плотностью и равномерностью упаковки
частиц (£уп-» 1 иЯ-И).
Это положение может быть принято как исходное при
выборе технологического процесса изготовления полуфаб-
риката, т. е. способа его структурообразоваиия.
26
б) Промежуточные системы. Образование
промежуточной системы происходит в результате смеши-
вания того или иного порошка с соответствующей техно-
логической связкой.
Процесс образования литейной системы в своей сущно-
сти заключается в адсорбции поверхностью частиц порош-
ка молекул технологической связки при участии в ряде
случаев поверхностно-активных веществ.
Рис. 1-3. Микроструктура образца муллитового материала
при коэффициенте упаковки полуфабриката kyn — 0,35
(увеличение 240х).
Основными факторами, влияющими на структуру и
свойства системы, являются:
1) свойства материала (порошка);
2) свойства технологической связки;
3) количественное соотношение компонентов системы
(порошок — связка);
4) дисперсность и гранулометрический состав порошка;
5) методика процесса смешивания компонентов.
В зависимости от свойств компонентов системы суще-
ственно изменяется характер адсорбции связки на поверх-
ности частиц, что приводит к изменению свойств системы
(вязкости, механической прочности, литейной способности
и пр.).
27
Весьма существенная роль количественного соотноше-
ния компонентов заключается в том, что повышение коли-
чества связки вызывает уменьшение плотности упаковки
частиц щорошка 'в системе, -причем одновременно изменя-
ются вязкость, литейная способность и другие технологиче-
ские свойства.
В обычной керамической технологии 'промежуточные
системы в зависимости от концентрации связки могут на-
ходиться в различных агрегатных состояниях: жидком,
тестообразном (пластичном) и твердом. Промежуточные
системы при содержании воды более^27% по весу находят-
ся в жидком состоянии (шликеры), при 18—26% — в тесто-
образном (пластичные массы), а при дальнейшем умень-
шении количества воды переходят в твердое состояние.
Эти изменения агрегатного состояния системы за счет
уменьшения количества связки используются в керамиче-
ской технологии для фиксации формы изделия (полуфаб-
риката).
В технологии горячего литья системы! могут находить-
ся в жидком состоянии уже при содержании связки в ко-
личестве 4—4,5% по весу, что позволяет получать более
высокие значения Ауп. Изменение агрегатного- состояния
осуществляется за счет нагрева и охлаждения.
От дисперсности и гранулометрического состава порош-
ка зависит плотность упаковки частиц в полуфабрикате.
Известно, что если условно -принять форму частиц за
шарообразную, то при равно?! величине частиц идеально
плотная упаковка дает заполнение 74,05% объема незави-
симо от абсолютного значения величины частиц.
Более эффективное заполнение объема возможно толь-
ко при наличии определенного количества меньших частиц
для заполнения пустот между более крупными частицами.
Это положение говорит о необходимости выбора грануло-
метрического состава смеси, соответствующего наиболее
плотной упаковке.
Для случая -теоретически идеальной упаковки путем
математического расчета установлены размеры и соотно-
шения частиц (шаров) для обеспечения наиплотнейшей
упаковки -[Л. 146].
Эти соотношения, однако, являются чисто теоретически-
ми в силу того, что упаковка реальных частиц
ствующей оптимальной взаимной ориентации
в соответ-
не
имеет •
практического решения.
Как установлено из многочисленных опыто-в ряда ис-
28
следователей [Л. 125, 151 и др.], при использовании грубо-
п HCiiepciiMix порошков различного гранулометрического
'остава изменяется плотность упаковки полуфабриката.
Оцнако даже при соответствующем подборе гранулометри-
ческого состава (плотность упаковки частиц порошка не
достигает теоретически возможных величин и составляет
около 60% объема (/гуп = 0,6).
При рассмотрении упаковки тонкодисперсных частиц
в шликере следует учитывать, что в результате 'Процесса
образования литейной системы на каждой частице обра-
зуется адсорбционный слой технологической связки. Таким
образом, размеры частиц как бы увеличиваются на величи-
ну 2 А (гДе’ &— толщина адсорбционного слоя связки).
При малых размерах частиц (1 —10 мк) эти слои суще-
ственно изменяют кажущийся размер частиц (до 20%).
В соответствии с этим представляется очевидным, что вы-
бор гранулометрического состава тонкодисперсных порош-
ков, а следовательно, и технологии их приготовления дол-
жны производиться с учетом образующихся на частицах
слоев адсорбированной связки.
Наряду с рассмотренными факторами серьезное значе-
ние при образовании системы имеет методика процесса
смешивания компонентов, задачей которого' является рав-
номерное распределение технологической связки в систе-
ме, обусловливающее структурное состояние промежуточ-
ной системы, которое в дальнейших стадиях структурооб-
разования подвергается некоторым изменениям.
в) Формообразование полуфабриката.
Сущностью процесса формообразования полуфабриката
является перемещение твердых частиц в системе (шлике-
ре), в результате которого шликер заполняет объем опре-
деленной формы, а частицы приобретают определенную
взаимную ориентацию.
Анализ существующих технологических методов позво-
ляет подразделить все способы формообразования на три
группы в зависимости от характера сил, осуществляющих
перемещение частиц, а именно формообразование под дей-
ствием:
1) гравитационных сил;
2) центробежных сил;
3) внешних сил.
Принципиальное отличие друг от друга этих групп за-
ключается в том, что в первых двух случаях силы, осу-
ществляющие перемещение частиц, являются объемными
29
силами и, следовательно, непосредственно приложен
к каждой элементарной частице, а в третьем случае
деи
ствующие силы непосредственно приложены только к огра
ничейному числу частиц, которое определяется площадь
поверхности, к которой приложены силы.
При этом силы, действующие на каждую частицу
вом случае близки по значению друг другу; во
, в пер
второ
случае отличаются по
объема, находящихся
величине друг
па различных
от друга
в элемента
от цент
расстояниях
Рис. 1-4. Макроструктура полуфабриката при формообразо-
вании действием внешних сил, направленных перпендику-
лярно плоскости снимка (прессование). Структура грубозер-
нистая, рыхлая.
ра вращения, а в последнем случае существенно отличаю
ся друг от друга в разных элементах объема, когда ci
стема не полностью подчиняется закону Паскаля д/
жидкостей. При применении жидких систем формообраз'
вание действием внешних сил не приводит к неравноме]
ному распределению сил. Характер распределения сил, де!
ствующих при формообразовании, и их величина оказ1
вают определенное влияние на структуру полуфабрикат
Влияние характера действующих сил на структуру видг
из приведенных на рис. 1-4—1-7 фотоснимков макростру!
туры полуфабриката и схем (рис. 1-8) распределения пло1
30
Рис. 1-5 Макроструктура полуфабриката при формообразо-
вании действием внешних сил, направленных радиально
(протягивание). Структура неоднородная, рыхлая в центре
и уплотненная на периферии.
111
I1
Рис. 1-6. Макроструктура полуфабриката при формообразова-
нии путем намораживания. Структура плотная, однородная.
31
Рис. 1-7. Макроструктура полуфабриката при формообразо-
вании действием центробежных сил, направленных ради-
ально (центробежное литье). Структура плотная, неоднород-
ная; в центре видна отделившаяся связка.
ности упаковки в зависимости от направления действую-
щих сил.
Величина действующих сил отражается на плотности
структуры полуфабриката (плотности упаковки минераль-
Рис. 1-8. Схемы распределения плотности упаковки частиц
в полуфабрикате в зависимости от направления действую-
щих сил.
а —при одностороннем приложении сил (прессование); б— при двусто-
роннем приложении сил (прессование); в —при радиальном направле-
нии сил (протягивание).
ных частиц). Указанное наглядно иллюстрируется обще-
известным фактом уплотнения структуры при повышении
давления прессования и данными, полученными при
32
экспериментировании с использованием центробежных
сил. На графиках (рис. 1-9 и 1-10) показано изменение
плотности упаковки частиц в полуфабрикате и огневых
усадок в зависимости от давления (при прессовании) и от
окружной скорости (при центробежном литье), определяю-
щей величину сил, действующих на каждую частицу.
Как видно из диаграммы рис. 1-10, увеличение скоро-
сти (а следовательно, и величины действующих сил) при-
водит к повышению плотности упаковки частиц и умень-
шению огневой усадки.
Наличие в различных
элементах объема полу-
фабриката при его формо-
образовании различных
по величине сил, как это
имеет место при исполь-
зовании центробежных и
внешних сил, за исключе-
нием случая действия
внешних сил на жидкие
системы, влечет образова-
ние неоднородной струк-
туры — неравномерной
Рис. 1-9. Зависимость плотности упа-
ковки частиц и огневой усадки от ве-
личины давления при прессовании.
1— изменение feyI( при прессовании пресопо-
рошка с 7% связки; 2 — изменение огневых
усадок при прессовании пресс-порошка с 7%
связки; з — изменение /?уП при прессовании
пресс-порошка с 20% связки; изменение
огневых усадок при прессовании пресс-по-
рошка с 20% связки.
формообразование
или внешних
упаковки частиц -в полу-
фабрикате, что, как уже
указывалось, приводит к
ряду дефектов и ухудше-
нию свойств изделия.
Таким образом, опти-
мальными способами фор-
мообразования,
полуфабриката
по-видимому, являются
действием
сил на жидкую систему.
гравитационных
г) Фиксация структуры полуфабриката.
Последним этапом структурообразования полуфабриката
является фиксация структурного состояния системы в дан-
ном объеме и форме. Процесс фиксации осуществляется:
1) частичным удалением связки из системы; 2) изменением
агрегатного состояния системы; 3) увеличением площади
контакта между частицами системы.
Первый способ хорошо известен и широко применяется
в обычной керамической технологии (литье в гипсовые
формы, сушка отформованного из пластичной массы полу-
фабриката и т. д.).
3 П. О, Грибовский,
33
Второй способ реализуется в случаях использования
термопластичных или термореактивных технологических
связок путем соответствующего изменения температур (на-
грева и охлаждения).
Третий способ применяется при использовании систем
в виде пресс-порошков.
В процессе фиксации структурного состояния керами-
ческого полуфабриката перечисленными способами наблю-
дается изменение структуры исходной системы. При ис-
пользовании первого способа эти изменения характеризу-
ются изменением фазово-
го состава и линейных
размеров образца полу-
фабриката на 7—8%’, при
использовании второго
способа—изменением ли-
нейных размеров ;на 0,4—
0,8%', а при использова-
нии третьего способа объ-
ем системы уменьшается
в 2—2,5 раза.
Исходя из этого, мож-
но считать, что наиболее
рациональным способом
фиксации, обеспечиваю-
щим минимальные изме-
нения структуры системы,
Рис. 1-10. Зависимость плотности упа-
ковки частиц и огневой усадки от
окружной скорости при центробежном
литье.
1—изменение АуП; 2—изменение огневой
усадки.
является изменение
агрегатного со стоя-
ния.
В производственной практике способы, образования
системы и фиксации структурного состояния обычно выби-
раются для керамического материала как постоянные,
а способы формообразования варьируют применительно
к той или иной конфигурации изделия. В этом случае
структура полуфабриката видоизменяется главным обра-
зом на этапе формообразования.
Рассмотрим некоторые технологические методы формо-
вания изделий с точки зрения вышеизложенных положений
о структуре и качестве керамического полуфабриката.
Прессование — один из наиболее широко распростра-
ненных методов в керамической технологии. Формообразо-
вание происходит в результате приложения внешней силы
(давления) па верхний и нижний ряды частиц с передачей
34
этой силы (давления) через частицы, находящиеся в дан-
ном объеме. Так как применяемые керамические пресс-
порошки не подчиняются законам гидравлики, в результа-
те процесса прессования наблюдается определенная нерав-
номерность упаковки, выявляющаяся экспериментальным
путем [Л. 43].
Плотность упаковки при прессовании в известной мере
зависит от приложенного давления. С увеличением давле-
ния плотность полуфабриката увеличивается, однако при
определенных значительных давлениях имеет место разру-
шение (перепрессовка и расслаивание) прессуемого об-
разца.
Это' явление ограничивает возможности резкого повы-
шения плотности упаковки при прессовании за счет увели-
чения давлений, особенно для образцов сложной конфигу-
рации.
Кроме того, неравномерность упаковки при прессовании
ограничивает, а в ряде случаев вообще исключает возмож-
ность применения этого процесса для изготовления кера-
мических изделий сложной конфигурации.
Однако для изготовления плоских деталей прессование
является рациональным методом, обеспечивающим доста-
точно высокую производительность труда.
. Протягивание через мундштук представляет собой про-
цесс, использующий явления пластической деформации ке-
рамической массы (пластической системы).
Аналогично процессу прессования здесь формообразо-
вание происходит под влиянием воздействия внешних сил.
Отличие от прессования заключается в несколько ином
направлении действующих сил. Это отличие предопределя-
ет несколько иной характер неравномерности упаковки;
чем при прессовании. При этом, однако, сохраняются недо-
статки, присущие формообразованию под действием внеш-
них сил, что ограничивает область и желательность при-
менения данного метода в ряде случаев.
Следует отметить, что изделия, оформленные методом
протягивания, очень склонны к деформации в обжиге
вследствие имеющейся неравномерности упаковки частиц
в полуфабрикате.
Горячее литье в кокиль характеризуется процессом фор-
мообразования под действием гравитационных сил.
При литье в результате процесса формообразования
получается достаточно равномерное распределение частиц
в объеме. При фиксации структуры1 изменением агрегатно-
3* 35
го состояния появляется определенная неравномерность
упаковки, так как процесс фиксации влечет за собой неко-
торые изменения структуры.
Эти изменения объясняются тем, что при охлаждении
отливки процесс фиксации структуры происходит, начиная
с поверхностей полуфабриката, прилегающих к форме.
В результате этого внутренние слои образца претерпевают
процесс фиксации в иных условиях, чем наружные слои,
и в образце возникают внутренние напряжения и нерав-
номерность упаковки. При точно выбранных режимах или
при применении «намораживания» (см. § 3-1) эти
дефекты, однако, могут быть сведены к минимуму.
При литье сложность геометрической формы образца
меньше влияет на равномерность упаковки, чем при прес-
совании и протягивании, что объясняется характером фор-
мообразования под действием объемных сил (гравитацион-
ных) .
Центробежное литье является своеобразным методом
литья шликеров. Формообразование происходит под влия-
нием центробежных сил, действующих на каждую частицу
системы, что отличает его от некоторых других техноло-
гических методов. Этот метод образования изделия можно
применять в случаях, когда необходимо получить изделие,
представляющее собой тело вращения. Он может быть так-
же применен для изделий другой формы при использова-
нии специальных установок и форм для центробежного
литья.
Имеющая место неравномерность упаковки в результа-
те этого процесса объясняется разностью радиусов враще-
ния и, следовательно, окружных скоростей, вследствие че-
го частицы развивают разные центробежные силы, тем
самым обусловливая неравномерность упаковки частиц
в полуфабрикате, приводящую иногда к расслаиванию об-
разца в обжиге.
Горячее литье под давлением является процессом, при
котором формообразование осуществляется действием
внешних сил. Так. как внешние силы (давление) действуют
на жидкую систему (шликер), подчиняющуюся законам
гидравлики, то эти силы передаются достаточно равномер-
но по всему объему, что обеспечивает равномерность упа-
ковки частиц порошка в объеме полуфабриката. Фиксация
структуры при горячем литье под давлением осуществляет-
ся путем изменения агрегатного состояния системы.
При этом благодаря тому, что охлаждение идет под
36
давлением, могут быть обеспечены компенсация объемных
изменений и образование однородной структуры полуфаб-
риката.
При правильном ведении процесса литья под давлением
сложность конфигурации отливки практически не оказы-
вает влияния на плотность и однородность структуры
полуфабриката.
1-5. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ИЗДЕЛИЯ
Исходя из представлений, изложенных в предыдущих
разделах, керамический полуфабрикат представляет собой
тело определенной геометрической формы, объем которого
слагается из объема частиц порошка и объема технологи-
ческой связки (возможно также наличие некоторого объ-
ема пор и воздушных пузырьков).
Керамическое изделие образуется из частиц керамиче-
ского материала, находящихся в полуфабрикате, и, следо-
вательно, объем готового1 керамического изделия равен
суммарному объему этих частиц (в случае отсутствия воз-
душных пор в готовом керамическом изделии и стабиль-
ности удельного’ веса частиц).
Суммарный объем частиц, находящихся в полуфабрика-
те, характеризуется коэффициентом упаковки согласно
формуле (1-1):
V =k -V .
м уп п
Следовательно, коэффициент упаковки определяет воз-
можные объемные изменения полуфабриката при его пре-
образовании в готовое керамическое изделие.
Преобразование полуфабриката в готовое (спекшееся)
керамическое изделие осуществляется посредством удале-
ния технологической связки и спекания (обжига).
Следует отметить, что подразделение на эти два про-
цесса является условным, так как в некоторых температур-
ных интервалах возможно одновременное протекание яв-
лений, характерных для обоих этапов.
Удаление связки из полуфабриката осуществляется пу-
тем его нагревания.
Основной задачей является удаление технологической
связки из полуфабриката с сохранением целостности скеле-
та структуры полуфабриката, т. е. ориентации твердых
частиц.
При этом процессе неизбежно изменяется структура по-
’ 37
луфабриката, так как в результате удаления связки в по-
луфабрикате остаются только частицы материала, связан-
ные друг с другом в точках контакта, и воздушные поры
между ними.
Для облегчения отбора связки в жидком состоянии
с поверхности полуфабриката процесс должен проводить-
ся в тонкодисперсной среде или с применением пористой
подставки. Тонкодисперсная среда (минеральный поро-
шок) или пористая подставка являются адсорбентами,
отбирающими на себя связку из полуфабриката при его
разогреве. -
Задачей обжига является сближение частиц и их объ-
единение в монолитную систему—спекшийся керамический
материал. Это достигается нагревом полуфабриката до со-
ответствующей .высокой температуры, обеспечивающей
процесс спекания. Механизм процесса спекания изменяет-
ся в зависимости от характера обжигаемого материала.
У однофазных материалов (из чистой окиси алю-
миния и т. п.) спекание идет преимущественно путем ре-
кристаллизации; у двухфазных и многофазных материалов
v обычно имеет место жидкостное спекание (за счет плавле-
ния стекловидной фазы).
В результате процесса спекания образуется готовое ке-
рамическое изделие, свойства которого зависят как от ус-
ловий обжига, химического состава, фазового состава и
микроструктуры материала, так и от технологии его изго-
товления, т. е. от структуры полуфабриката.
Если в процессе структурообразования полуфабриката
была получена определенная неравномерность распределе-
ния частиц в объеме, то в результате процесса спекания
эта неравномерность может либо сохраниться, либо усу-
губиться, либо тем или иным путем компенсироваться в за-
висимости от количества, состава и свойств стекловидной
фазы керамического материала, а также условий обжига.
В случае однофазного керамического материала при его
нагреве до температуры спекания взаимодействие между
частицами происходит в точках контакта; при этом пер-
вичная ориентация частиц практически сохраняется неиз-
менной, т. е. имевшая место в полуфабрикате неравномер-
ность уплотнения частиц в определенной мере может со-
храниться до конца процесса спекания.
В случае же спекания керамического материала, со-
. стоящего из кристаллической и стекловидной фаз (двух-
; фазного), в зависимости от свойств стеклофазы характер
к «*
38
явлений, происходящих при спекании, существенно изме-
няется. При высоковязкой стеклофазе явления, протекаю-
щие при спекании, аналогичны явлениям, протекающим
при спекании однофазной системы, и, следовательно, пер-
вичная, заложенная в полуфабрикате неравномерность
уплотнения частиц после спекания отчасти сохраняется.
В процессе нагрева маловязкая стеклофаза перераспреде-
ляется в черепке и заполняет пустоты, образованные в ре-
зультате неравномерного уплотнения частиц в полуфабри-
кате. Таким образом, керамические изделия из материалов
с маловязкой стеклофазой после спекания имеют более
однородную структуру, чем в случае однофазных материа-
лов или материалов с высоковязкой стеклофазой. В каче-
стве примера керамических материалов, обладающих
стеклофазой с высокой вязкостью, можно назвать электро-
технический фарфор; в качестве примера материала, имею-
щего стеклофазу с малой вязкостью,— стеатит.
В результате процесса спекания полуфабрикат неиз-
бежно претерпевает объемные изменения, которые обычно
называют огневой усадкой. При этом следует отметить,
что принятая в практике методика оценки огневой усадки
по изменениям линейных размеров образцов (усадочный
коэффициент) имеет большое утилитарное значение, но не
дает достаточно точного и ясного представления о процессе
спекания и имеющихся объемных изменениях.
Наиболее простую и полную оценку протекающих при
спекании объемных изменений дает объемная огневая
усадка, выраженная в процентах:
V — V
--м , (1-5)
п
где ДП — объемная огневая усадка, °/0;
Vn — объем полуфабриката, см3',
Пм — объем частиц порошка, находящихся в полуфабри-
кате, или объем обожженного изделия, см3 (без
учета закрытой пористости).
Пользуясь понятием о коэффициенте упаковки, макси-
мально возможную объемную огневую усадку можно выра-
зить следующей формулой:
Д1/ = (1 — ^уп). ЮС»/- (1-6)
Практически объемная огневая усадка всегда оказы-
вается несколько меньше расчетной величины за счет того,
39
что в керамическом изделии остается некоторый объем га-
зовых включений в виде закрытых пор и, следовательно,
коэффициент упаковки готового изделия всегда меньше
единицы, т. е. его объемный вес меньше удельного.
Суммарная величина объема остающихся в изделии га-
зовых включений (в виде закрытых лор) зависит от темпе-
ратурного режима спекания, дисперсности и гранулометри-
ческого состава порошка.
Обычно у спекшихся керамических материалов объем
закрытых пор составляет 2—5%.
Таким образом, зная коэффициент упаковки полу-
фабриката, можно с достаточной точностью судить об О‘бъ-
Объвмная огневая усадка, °/о
Рис. 1-11. Зависимость между
линейной и объемной огневыми
усадками.
емкой огневой усадке, если ис-
пользовать формулу (1-6).
Для удобства практического
применения этой формулы на
рис. 1-11 приводится график
зависимости между линейной
и объемной огневыми усадками.
Приведенное в данной главе '
рассмотрение процесса струк-
турообразования керамических
изделий базируется на экспе-
риментальных работах по изу-
чению зависимости структуры
изделий ют структуры полуфаб-
риката, проводившихся поэтап-
но (система — полуфабрикат-
изделие) с использованием се-
рии идентичных образцов. Так как образцы либо частично,
либо полностью разрушались при определении равномер-
ности упаковки, то такую методику нельзя признать доста-
точно точной.
В связи с этим определенный интерес представляет ра-
бота по изысканию более эффективной и точной методики
исследования. На основании анализа литературных дан-
ных '[Л. 113, 138 и др.] можно считать, что использование
радиоактивных изотопов, и в частности метода «меченых
атомов», должно оказаться весьма эффективным для ка-
чественной и количественной оценки однородности упаков-
ки частиц в процессе изготовления керамических изделий.
Вводя радиоактивный изотоп того или иного элемента
в порошок, из которого изготовляется керамическое изде-
лие, можно, применяя торцовый счетчик и метод радио- '
40
графим, изучать процесс структуроооразов- ним керамиче-
ских изделий на всех этапах технологии, наблюдая за из-
менением и влиянием структуры полуфабриката на
структуру (имеется в виду тоцоструктура) обожженного
керамического изделия.
Применение радиоактивных изотопов для целей изуче-
ния процесса стру-ктурообразования керамических изде-
лий, как известно, до сего времени не имело места. Поэто-
му были проведены предварительные опыты [Л. 54], целью
которых являлось определение возможной методики ис-
следования.
Исходя из основной задачи исследования, для прове-
дения работы- были выбраны! изотопы, радиоактивный рас-
пад которых сопровождается только мягким 0-излучени-
ем — Са45 и С14.
Во- избежание побочного влияния на результаты радио-
графии ' возможных излучений материалов, используемых
в опытах, -была проведена проверка сырья, входящего в со-
став различных керамических образцов, с целью обнару-
жения в нем радиоактивных примесей.
Методика определения 0- и у- активности достаточно
-подробно освещена в литературе {Л. 26, 113], поэтому не
будем на ней подробно останавливаться.
Измерения проводились на установке Б с использова-
нием торцовых счетчиков типа МСТ-17 и счетчиков ти-
па МС-7.
Результаты измерений радиоактивности испытанного
минерального сырья приведены в табл. 1-1.
Как видно из таблицы, все исследованные материалы,
за исключением двуокиси циркония, практически не содер-
жат радиоактивных примесей.
Небольшая радиоактивность, обнаруженная у двуокиси
циркония, вероятнее всего является результатом наличия
незначительных примесей.
Обнаруженная активность двуокиси циркония позволи-
ла провести опыт радиографии прессованного из нее диска.
Однако при экспозиции, равной 20 дн-ям, отпечаток на
рентгеновской пленке получился бледным, неконтрастным.
Судя по степени почернения пленки, для получения нор-
мального отпечатка при данной активности препарата экс-
позиция должна составлять до 4—5 мес., что для проведе-
ния исследования представлялось неприемлемым.
Затем были поставлены опыты введения радиоактив-
ного изотопа Са45 в минеральный порошок. Методика за-
41
ключалась в следующем: водным раствором радиоактив-
ного СаС12 смачивалась шихта цельзианового материала
СЦ-1 [Л. 63], шихта высушивалась; полученный сухой по-
рошок увлажнялся 10%-ным водным раствором декстрина,
спрессовывался в диски и обжигался при температуре
1 400° С. Полученные диски дробились и измельчались
всухую в шаровой мельнице до размеров часгиц 60 мк и
меньше. Из полученного радиоактивного порошка СЦ-1
Таблица 1-1
Наименование материала Продолжи- тельность измерения, ЛГГН Коли- чество импуль- сов Скорость счета, 11МП[НГ1Н Скорость счета с у етом фона, ЧМП/ЛГ'Н
Углекислый барий 5 115 23 4
Двуокись циркония .... 5 1 400 280 261
Двуокись гитана 5 ПО 22 3
Каолин глуховецкий . . 5 100 20 1
Углекислый кальций .... 5 98 19,6 0,6
Глинозем УАЗ 5 95 19 0
Тальк онотский .... 5 98 19,6 0,6
Кварцевый песок люберец- кий 5 100 20 1
Окись цинка 5 118 23,6 4,6
Окись кадмия 5 123 24,6 5,6
Примечание. Фон п = 19 пмп;м.^н.
обычным путем приготовлялась литейная система с содер-
жанием связки 12% по весу. Затем из этой системы отли-
вались и прессовались диски диаметром 60 мм, которые
подвергались исследованию (радиографией и счетом ча-
стиц) .
В процессе осуществления описанной методики синте-
за материала были проведены опыты авторадиографии
первых дисков, полученных в результате обжига шихты.
Диски имели сквозные трещины, однако на авторадиогра-
фии были получены отпечатки с почти одинаковым почер-
нением всей поверхности: в местах трещин наблюдалась
лишь незначительно большая плотность почернения
(рис. 1-12).
Указанное объясняется результатом излучения частиц
стенками трещин (косое облучение пленки) и эффектом
самопоглощения р-частиц материалом диска.
Пропитка диска парафином, проведенная с целью по-
42
вощения излучений со стенок трещин, оиеопечила .полу-
чение контрастных авторадиографий с резко выраженными
грещипами (рис. 1-13).
(позитив) то-
полосок.
Рис. 1-12. Диск из цельзиана.
а — фотография диска с. трещинами: б — авторадиография
го же диска; трещины слабо видны в виде светлых
Опыты авторадиографии прессованных и литых дисков
(из литейной системы) также привели к получению равно-
мерного почернения отпечатка.
Учитывая предыдущий опыт,
можно объяснить равномер-
ность почернения тем, что тол-
щина дисков оказалась беско-
нечно большой по отношению
к толщине слоя полного погло-
щения р-частиц (с макси-
мальной энергией 0,255 Мэв)
материалом дисков. Отсю-
да вытекает, что в местах
меньшей плотности упаковки
минеральных частиц, где име-
лась меньшая активность, од-
Рис. 1-13. Авторадиография (по-
зитив) диска с трещинами пос-
ле пропитки парафином; трещи-
ны (черные) явно видны.
новременно меньше сказывал-
ся эффект поглощения р-из-
лучений и, наоборот, в мес-
тах большей плотности, где
имелась большая активность,
одновременно большим ока-
зывался эффект поглощения. Таким образом, при авто-
радиографии неоднородность плотности упаковки мине-
ральных частиц в диске оставалась невыявленной.
43
ио oiuiu, дли выявления неоднородности струк-
туры керамических изделий и характера распределения
в них связки методика введения изотопов была изменена
следующим образом: из отлитого или отпрессованного об-
разца (диска) удалялась связка путем обжига до непол-
ного спекания («утильный обжиг»). Полученный пористый
образец пропитывался радиоактивным раствором СаСЬ
с удельной активностью 0,06 мс/мл, а затем высушивался.
В этом случае при неравномерной структуре образца в ме-
стах меньшей плотности изделия, а следовательно, боль-
шей пористости произойдет скопление радиоактивного
Рис. 1-14. Авторадиография дисков (позитивы).
а - прессованный диск после удаления связки при 800° С и пропитки радиоактивным
CaCi2; б—неравномерно спекшийся литой диск, обожженный при температуре 1380° С.
раствора СаС12; в этих же местах вследствие меньшей
плотности меньше должен сказываться эффект поглощения
(З-частиц. Следовательно, при авторадиографировании
в этих местах должно произойти более интенсивное почер-
нение пленки. Обратная картина будет в местах повышен-
ной плотности образца. Проведенные по этой методике
опыты авторадиографии полностью подтвердили вышеиз-
ложенное. На рис. 1-14 приведены авторадиографии дис-
ков, осуществленные по описанной методике. На проведен-
ных фотографиях (позитивы) ясно видны места с понижен-
ной плотностью упаковки в поверхностном слое диска.
Можно полагать, что применение для дальнейших ис-
следований описанной методики, а также применение ра-
диоактивного изотопа С14, вводимого в связку, даст воз-
можность более детально изучить процесс структурообра-
зовапия изделий.
44
В основу технологии горячего литья приняты следую-
щие принципиальные положения:
1) применение заранее синтезированных материалов
(порошков), обладающих структурой и свойствами, иден-
тичными структуре и свойствам готовых изделий (при не-
обходимости можно также использовать несиптезирован
ные материалы);
2) использование промежуточных систем «материал—
связка», способных изменять свое агрегатное состояние
при нагреве и охлаждении и обладающих высокой плот-
ностью упаковки частиц;
3) осуществление различных технологических методов
придания формы, изделию путем использования промежу-
точных дисперсных систем в нагретом (жидком) виде с по-
следующим изменением их агрегатного состояния (охлаж-
дением) для фиксации формы изделия;
4) использование адсорбционной способности мине-
ральных порошков и пористых тел для удаления техноло-
гической связки из полуфабриката;
5) применение рациональных режимов обжига при спе-
кании и оптимальной структуры полуфабриката с коэффи-
циентом упаковки, стремящимся к единице, и коэффици-
ентом неравномерности, равным единице, что обеспечивает
равномерное протекание объемных изменений (усадок) и
получение готового изделия с максимальным коэффициен-
том упаковки.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ЛИТЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ (ШЛИКЕРЫ)
2-1. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СВОЙСТВА
ЛИТЕЙНЫХ СИСТЕМ
а) Определение и принцип образования
литейных систем. Литейной системой (шликером),
применяехмой для осуществления процесса горячего литья,
называется дисперсная система, состоящая из порошка
твердого материала (дисперсная фаза) и технологической
связки (дисперсионной среды). Литейная система обладает
способностью плавиться при повышении температуры и
отвердевать при охлаждении.
45
Порошок является основной составляющей системы, так
как из него в дальнейшем образуется изделие. Технологи-
ческая связка является веществом, временно вводимым
для обеспечения необходимых технологических свойств си-
стемы. После выполнения своих функций связка удаляется
из полуфабриката, а керамическое изделие формируется
из порошка, остающегося в полуфабрикате полученной
конфигурации.
Таким образом,связка в системе имеет только техноло-
гические функции, а потому названа «технологической».
Литейная система может быть приготовлена из порош-
ков самых разнообразных твердых материалов: из природ-
ных минералов, синтетических керамических материалов,
стекол, карбидов металлов и т. и.
В качестве технологических связок для приготовления
литейных систем применяются органические термопластич-
ные вещества (парафины, пеки и т. п.) с добавками по-
верхностно-активных веществ (жирные кислоты, воск
и т. и.).
Свойства технологической связки (температура плавле-
ния, вязкость, полярность и т. д.), объединяющей частицы-
порошка в систему, в основном предопределяют свойства
получаемой системы.
Процесс приготовления литейной системы заклю-
чается в смешивании порошка со связкой при соответ-
ствующей температуре.
Образующаяся в результате смешивания порошка со
связкой литейная система обладает рядом специфических
свойств, зависящих от ее состава, методики приготовления
и свойств исходных компонентов (порошка и связки).
Литейная система образуется в результате адсорбции
на поверхности частиц порошка молекул технологической
связки.
Молекулы технологической связки образуют на поверх-
ности частиц порошка тонкие адсорбционные слои (плен-
ки), отделяющие частицы друг от друга и обеспечивающие
их взаимную относительную подвижность (текучесть си-
стемы) за счет уменьшения внутреннего трения.
Пленки технологической связки, обволакивающие каж-
дую частицу порошка, слиты друг с другом и образуют не-
прерывную фазу системы — дисперсионную среду. Силы
когезии технологической связки обусловливают неразрыв-
ность, связность литейной системы. Если сделать допуще-
ние, что технологическая связка сохраняет в тонком ад-
46
сорбционном слое (пленке) присущие СИ ООЪСМпые UDun-
ства, то можно было бы ожидать, что свойства литейной
системы (вязкость и т. п.) будут совпадать со свойствами
связки. Однако известно [Л. 95], что в адсорбционном слое
свойства вещества (газа, жидкости) существенно изме-
няются. Уже в силу одного только этого обстоятельства
свойства литейный систем не могут полностью совпадать
со свойствами технологической связки, хотя в очень боль-
шой мере зависят от них. Кроме того, свойства системы за-
висят также от свойств дисперсной фазы (частиц порошка)
и количественного соотношения между дисперсионной сре-
дой и дисперсной фазой.
Одним из основных технологических требований, предъ-
являемых к литейной системе, является максимальная сте-
пень заполнения объема системы частицами порошка,
т. е. система должна иметь максимально возможный коэф-
фициент упаковки. При этом литейная система должна об-
ладать достаточно хорошей текучестью, обеспечивающей
возможность литья различных изделий.
Степень заполнения объема системы частицами порош-
ка (АУп) в первую очередь зависит от толщины пленки тех-
нологической связки на поверхности частиц и размеров ча-
стиц, т. е. от количества технологической связки в системе.
Если условно принять форму частиц за шарообразную,
то зависимость коэффициента упаковки от толщины плен-
ки связки можно выразить отношением
^уп % ’ (2'1)
где D — диаметр частицы, лгк;
Д— толщина пленки связки, мк.
Таким образом, для получения высокой плотности упа-
ковки частиц .в системе необходимо создавать тончайшие
пленки связки, обеспечивающие в то же время взаимную
подвижность частиц порошка. Достижение такого резуль-
тата оказывается возможным при применении поверхност-
но-активных веществ, вводимый в небольших количествах
в состав технологической связки.
Адсорбция молекул поверхностно-активного вещества
на поверхности частиц порошка, даже в виде мономолеку-
лярного слоя, приводит к существенному изменению
свойств поверхности частиц, что в свою очередь обеспечи-
вает возможность образования литейных систем при
уменьшенном количестве связки.
47
ходимой для образования литейной системы, способствуют
также создание оптимальных условий (обеспечение ад-
сорбции на поверхности свежего скола, выбор температур-
ного режима и т. д.) и механическое воздействие при сме-
шивании компонентов системы. Определенное значение
имеет также форма частиц порошка.
Таким образом, основными факторами, определяющими
процесс образования и свойства литейной системы, мож-
но считать:
1) состав и свойства частиц порошка;
2) состав и свойства технологической связки;
3) количественное соотношение порошок—связка, т. е.
состав системы;
4) условия образования системы (температурный ре-
жим, метод и интенсивность смешивания).
Выбор состава порошка для получения литейной систе-
мы определяется требованиями, предъявляемыми к свой-
ствам готового керамического изделия. Следовательно, ос-
новной задачей является обеспечение возможности изго-
товления литейных систем из порошков любых составов
с учетом их особенностей и свойств. Основными параметра-
ми порошков, влияющими на процесс образования литей-
ных систем, можно считать:
1) адсорбционную способность порошка (зависящую
от его структуры и свойств);
2) величину удельной суммарной поверхности (дис-
персность и гранулометрия);
3) состояние (чистота) поверхности частиц порошка
(наличие адсорбционных молекул воды и других ве-
ществ) .
Выбор технологической связки определяется требова-
ниями, предъявляемыми к свойствам литейной системы.
Технологическая связка должна обладать определенным
комплексом свойств (термолластичностью, вязкостью
и т. п.) и адгезией к поверхности частиц порошка, доста-
точной для создания литейной системы.
Адгезия связки к поверхности частиц порошка должна
быть больше, чем взаимная адгезия между частицами по-
рошка. Если взаимная адгезия между частицами порошка
больше, чем их адгезия к связке, то частицы будут сли-
паться (коагулировать) и подвижная литейная система не
будет образовываться.
48
Адгезия жидкости (связки) к поверхности твердого те-
ла (частиц порошка) может быть определена измерением
поверхностного натяжения или краевого угла смачивания.
Точных методов измерения адгезии частиц порошка, взве-
шенных в жидкости, друг к другу пока неизвестно.
Однако существует несколько способов сравнительной
полуколичественной оценки [Л. 2], наиболее доступный из
которых основан на измерении объема осадка порошка
в данной жидкости. Объем осадка порошка зависит от
плотности, формы и размеров частиц, а также от адгезии
частиц между собой и частиц к жидкости (среде), в кото-
рой они находятся.
Если исключить влияние плотности, измеряя не объем
осадка, а плотность упаковки частиц порошка (£уп), а так-
же исключить влияние размеров частиц, измеряя по'рошки
постоянной дисперсности, и пренебречь влиянием формы
частиц на плотность упаковки, как имеющей второстепен-
ное значение, то измерение плотности упаковки осадка ча-
стиц порошка в различных жидкостях можно принять для
оценки адгезии частиц порошка между собой и к данной
жидкости.
Таблица 2-1
Наименование среды Плотность упаковки частиц порошка в осадке feyn
I Окись бериллия Синтети- ческий ' муллит 1 Синтсти- ; ческий клиноэн- статит Окись । алюминия । Двуокись титана Двуокись циркония
Воздух 0,320 0,310 0,293 0,325 0,227 0,284
Керосин 0,356 0,147 0,319 0,207 0,140 0,434
Бензол 0,385 0,384 0,280 0,511 0,208 0,500
Скипидар 0,315 0,162 0,272 0,356 0,158 0,411
Толуол 0,182 0,123 0,213 0,320 0,083 0,406
Уксусная кислота 0,243 0,236 0,323 0,363 0,177 0,509
Аммиак 0,310 0,224 0,282 0,365 0,158 0,383
Ацетон 0,519 0,383 0,493 0,463 0,288 0,396
Этиловый спирт 0,340 0,317 0,384 0,368 0,143 0,476
Метиловый спирт 0,426 0,329 0,414 0,426 0,184 0,390
Муравьиная кислота .... 0,147 0,215 0,285 0,404 0,156 0,376
Вода 0,429 0,281 0,401 0,397 0,136 0,419
Приведенные в табл. 2-1 экспериментальные данные
определения коэффициентов упаковки осадков различных
порошков в разных средах показывают существенное влия-
ние как свойств поверхности частиц порошка, так и свойств
4 п. О Грибовский. 49
среды (жидкости) па их взаимодействие и образование
дисперсных систем. Как видно из таблицы, один .и тот же
порошок в разных средах дает осадки с /гуп, изменяющим-
ся более чем в 3 раза (0,147—0,519; 0,083—0,288), а в од-
ной и той же среде разные порошки дают осадки с Кп, из-
меняющимся в 3—5 раз (0,083—0,406; 0,147—0,434). Ре-
зультаты измерений плотности упаковки осадка частиц
порошка клиноэнстатитового материала (MgO-SiO2)
в расплавах термопластичной связки (парафина с приме-
нением различных добавок) приведены в табл. 2-2.
Таблица 2-2
Наименование среды Наименование добавки Плотность упаковки &уП Количество связки в осадке, % (по весу)
Воздух 0,293
Парафин — 0,284 44,4
То же Канифоль 0,263 48,25
Олеиновая кислота 0,297 43,10
п » Касторовое масло 0,300 40,11
Бензол 0,313 42,27
Ацетон 0,313 41,11
Церезин 0,328 36,72 '
в Я Пчелиный воск 0,396 34,90
Из таблицы видно, что изменение состава добавки су-
щественно влияет на параметры образующейся системы:
плотность упаковки частиц в осадке возрастает от 0,263 до
0,396, а количество связки уменьшается от 48,25 до 34,9%.
Изменение плотности упаковки частиц свидетельствует
об изменении структуры системы в зависимости от свойств
порошка и состава связки.
Некоторые предположительно возможные схемы струк-
туры системы в зависимости от характера взаимодействия
частиц порошка между собой и частиц порошка со связ-
кой (средой) представлены на рис. 2-1.
Справедливость приведенных предположительных схем
наряду с измерением kyn подтверждается эксперименталь-
но при вакуумировании осадка. Малоподвижные осадки
с малыми значениями ky„ (схема а) при вакуумирова-
нии оказываются насыщенными воздухом (бурное выделе-
ние пузырьков воздуха). У легкоподвижных осадков с ма-
лым kyiT (схема б) и с большим ky„ (схема s) при их
вакуумировании включений воздуха почти не обнаружи-
вается.
50
(ЦОразовини ли сипыл спеем, имиищ л cipyixiypy,
(Низкую к приведенной на схеме в, достигается приме-
нением и правильным выбором состава и концентрации
в системе добавок поверхностно-активных ве-
ществ (ПАВ). Расчетных методов определения состава
ПАВ для того или иного- порошка пока не существует.
В качестве экспериментальной методики выбора оптималь-
ного состава ПАВ может служить вышеописанный метод
измерения плотности упаковки частиц в осадке. Выбор
Рис. 2-1. Схемы структур литейных систем.
а--имеются точки контакта между частицами; на поверхности частиц имеются пу-
зырьки воздуха; система малоподвижная, /гуп —низкий; 5 —частицы не имеют точек
контакта (разделены прослойками связки); система легкоподвижиая, kyn— низкий;
е —нт поверхности частиц тончайшие пленки связки или ПАВ; система легкопо-
движная, — высокий.
концентрации ПАВ в системе на практике можно произво-
дить, пользуясь расчетом по нижеприведенной эмпириче-
ской формуле, выведенной на основе обработки экспери-
ментальных данных:
__2S-10-4
ПАВ~ гХ
(2-2)
где ЛПЛВ — концентрация поверхностно-активного вещества,
°/0 (к весу порошка);
S — удельная суммарная поверхность порошка, см3)г',
dm — удельный вес порошка, г/см3.
Наряду с выбором состава и концентрации ПАВ для
получения литейной системы с заданными свойствами не-
обходимо учитывать влияние состава системы (количе-
ственного отношения порошок—связка) на ее свойства.
В зависимости от состава системы и поверхностных
свойств частиц порошка могут существенно изменяться
свойства системы; например механическая прочность ли-
4* 51
LHL 1 C1V1D1 ^ШИПЛС CIJ О ГОСрДиМ LULlUMtlHH р<1ОЛПЧ Cl
у систем, изготовленных из разных порошков, но, как пра-
вило, выше механической прочности чистой связки в твер-
дом состоянии. В табл. 2-3 'приведены экспериментальные
данные определения механической прочности на изгиб
стандартных образцов, изготовленных из чистой связки и
систем разного состава.
Таблица 2-3
Состав системы
Кристаллическая основа материала (порошка) Количество порошка в системе, % (по весу) Количество связки в системе, % (по весу) Прочность на изгиб а WjCM*
. 100 22
А1А 75 25 25
3Al2O3-2SiO2 80 20 32
88,5 11,5 127
ВеО 80 20 64
ZrTiO4 81,6 18,4 79
77,35 22,65 54
83,7 15,3 58
88,5 11,5 70
94,0 6,0 139
СаТ1О3 91,0 9,0 159
TiO2 92,0 8,0 225
Примечание. Испытания образцов (стержней) диаметром 10—12 мм произ-
водились при 24° С.
Как видно из приведенных данных, механическая проч-
ность систем выше прочности чистой связки.
Повышение механической прочности связки в системе
может быть в значительной мере объяснено «адсорбцион-
ным эффектом»—уплотнением связки на поверхности ми-
неральных частиц [Л. 43].
Как показывают расчеты, выполненные на основе экс-
периментальных данных [Л. 43], плотность парафиновой
связки в адсорбционных слоях увеличивается от значения
0,89 (в нормальных условиях) до 1 —1,1 г!смг. Естественно
ожидать при столь значительном уплотнении вещества по-
вышения его механической прочности.
В зависимости от количества связки в системе ее меха-
ническая прочность изменяется. С увеличением количества
связки (увеличением толщины адсорбированного слоя связ-
ки) механическая прочность системы уменьшается. Изме-
нение количества связки в системе влечет за собой измене-
ние не только механической прочности, но и всех остальных
ее параметров (плотности упаковки и т. д.).
52
Существенные изменения свойств системы при постоян-
ном ее составе вызывают также технологические факторы.
Интенсивное механическое смешивание компонентов си-
стемы способствует равномерному распределению связки
на поверхности частиц порошка и облегчает возможность
получения более тонких пленок связки. Повышение темпе-
ратуры связки и порошка вызывает соответствующее из-
менение их взаимодействия и свойств системы.
Экспериментальное исследование влияния всех пере-
численных факторов на свойства литейных систем приво-
дится ниже.
Анализ и исследование процесса горячего литья 'Кера-
мических изделий, проводившиеся в течение ряда лет
(1946—1960 гг.), позволили установить основные парамет-
ры литейных систем, определяющие их технологические и
физико-химические свойства и играющие основную роль
в технологии литья, а также методы их измерения.
Основными параметрами, характеризующими свойства
литейных систем, являются: 1) температура плавления;
2) вязкость и предельное напряжение сдвига; 3) скорость
отвердевания; 4) литейная способность; 5) усадка при
охлаждении; 6) плотность упаковки частиц порошка;
7) устойчивость; 8) механическая прочность в твердом со-
стоянии; 9) дисперсность частиц порошка в системе.
Кроме перечисленных параметров, дополнительно ха-
рактеризующими свойства литейных систем (шликеров)
являются теплопроводность, теплоемкость, твердость, об-
рабатываемость, диэлектрические свойства, стабильность
при хранении и др. „
Рассмотрим значение каждого из основных параметров
и методику их определения.
б) Температура плавления /пл (кристалли-
зации) является основным параметром шликера, 'опреде-
ляющим температурный режим литья.
Температура плавления в первую очередь зависит от
температуры плавления технологической связки, входящей
в систему.
Для определения температуры плавления шликеров
был выбран метод Жукова, принятый в технике для опре-
деления температуры кристаллизации парафинов.
Как известно, расплавленные тела понижают свою тем-
пературу до известного предела, соответствующего темпе-
ратуре кристаллизации, после чего температура некоторое
время (период кристаллизации) остается постоянной, а за-
53
<ние, схема которого
Рис. 2-2, Приспособление
для определения темпе-
ратуры плавления шлике-
ров и связок.
1 — исСМедуемый шликер; 2—
рабочая камера; 3 — крышка
рабочей кчмеры; 4 — верхняя
крышка; 5 и 6 — резиновые
прокладки; 7 — термометр.
1ем вновь и ипижаени. па цшксации biuiu ивл^или и впи-
вай метод Жукова.
Сущность метода заключается в том, что через опреде-
ленные промежутки времени отмечается температура
охлаждающегося парафина. За температуру плавления
(кристаллизации) принимается та температура, которая
некоторое время остается постоянной, или температура, со-
ответствующая перелому кривой. Для осуществления
измерений на основе, этого метода применено приспособле-
приведена на рис. 2-2.
Как видно <из рис. 2-2, термо-
метр 7 закрепляется в крышке 3
приспособления. Для закрепления
термометра под верхней крышкой 4
проложена резиновая прокладка 5.
Через крышку термометр проходит
в середину рабочей камеры 2 в ис-
следуемый шликер 1. Объем рабо-
чей камеры приспособления равен
19,5 сж3.
Определение температуры плав-
ления производится следующим об-
разом. Испытуемый шликер (или
связка) нагревается до температу-
ры 100° С и заливается в рабочую
камеру приспособления. Рабочая
камера герметично закрывается
крышкой с термометром. Подготов-
ленное приспособление опускается
в кипящую воду ( + 100° С) таким образом, чтобы со
всех сторон вокруг прибора был примерно одинаковый
слой воды. В водной бане температура исследуемого
шликера поднимается до 98° С. После достижения необ-
ходимой температуры приспособление вынимается из
горячей бани и погружается в холодную водяную баню
с температурой +20° С. Объем воды в холодной водяной
бане равен 500 слт3. Температура исследуемого шликера
в холодной водяной бане быстро понижается до 50—60° С.
Поэтому как только температура шликера достигнет 90° С,
включают секундомер и начинают производить замеры и
запись температуры через каждые 5—10 сек до 50—60° С.
Далее замеры производятся через 30—40 сек до 30—40° С,
т. е. до полного отвердевания шликера (связки). На осно-
ве полученных точек строится кривая /° = /(т). Ровная пло-
54
щадка или точка перелома кривой показывает, при какой
температуре происходит кристаллизация (плавление) ис-
слХлуемого шликера.
\7 в) Вязкость и предельное напряжение сдвига. Спо-
собность шликера заполнять форму основывается на его
текучести. При осуществлении процесса литья необходимо
обеспечить .непрерывное поступление шликера в форму, что
возможно осуществить только при определенном значении
вязкости р. Поэтому вязкость является одним из ос-
новных параметров шликера.
Определение вязкости производится приборами (виско-
зиметрами), использующими два основных принципа:
1) движение тела в жидкой среде под действием из-
вестных сил;
2) движение жидкости относительно неподвижного
тела.
На первом принципе основаны вискозиметры, построен-
ные по методу коаксиальных цилиндров и падающего ша-
рика.
На втором принципе основаны различные виды капил-
лярных вискозиметров и некоторые технические вискози-
метры [Л. 20, 39, 98].
Несмотря на наличие весьма разнообразных методов
определения вязкости, выбор и разработка методики опре-
деления вязкости шликеров представили определенные за-
труднения вследствие следующих особенностей.
Измерение вязкости должно происходить при повышен-
ных против комнатной температурах. При этом темпера-
тура при испытании шликера должна выдерживаться до-
статочно точно, так как существует довольно резко выра-
женная зависимость вязкости шликера от температуры.
В табл. 2-4 и на диаграмме рис. 2-3 приведены экспе-
риментально установленные зависимости вязкости шлике-
ров из различных материалов от температуры.
Как видно из приведенных данных, вязкость шликеров,
как правило, уменьшается в 2—5 раз при повышении тем-
пературы. Это обстоятельство осложняется низкой тепло-
проводностью шликеров, в связи с чем требуется примене-
ние прецизионных термостатов.
Применяемые шликеры обладают относительно широ-
ким диапазоном значений вязкости, что представляет неко-
торые затруднения, так как обычно той или иной методи-
кой определения вязкости охватывается довольно узкий
диапазон измеряемых значений вязкости.
55
Таблица 2-4
Состав шликера Вязкость, пз, при температурах, °C
Кристаллическая основа материала (порошка) Количество связки в шликере, % (по весу) 60 70 80 90 100
А1А 18 2,5 1,8 1,7 1,6 1,5
ЗА1А-2SiOa 20 10,1 6,8 — 5,7 5,1 1,3
MgO-SiO2 17 2,9 1,9 1,8 1,5
MgO-SiO2 11,5 55,2 40,8 33,3 25,8 22,7
ВеО 18,4 104,6 52,6 35,0 28,0 22 5
ZrTiO* 22,65 2,3 1,9 1,8 1,7
То же 16,3 3,2 3,0 2,7 2,6 2,6
» » 11,5 9,3 7,4 6,7 6,0 5,6
п " 6,0 359 131 91 74 56,6 16 4
СаТЮ3 9,0 48,5 26,8 19,6 16,1
ВаТ1О3 7,0 75,2 28,6 18,9 17,0 14 8
ТЮ2 8,0 68,6 48,1 39,9 25,4 18 9
TiO2 15,0 3,4 2,5 2,2 1,5 1,2 2,9
ZrSiO. 15,0 6,3 5,1 4,6 3,7
Рис. 2-3. Зависимость вязкости шли-
керов от температуры.
/ — шликер из материала на основе
3AI2O3«2Si03; 2 — шликер из материала на
основе CaTiO3; 3 — шликер из материала из
основе BaTiO9; 4—шликер из материала иа
основе ВеО.
Шликер является аномальной жидкостью (дисперсной
системой). При этом максимальные размеры частиц дис-
персной фазы достигают величины 40—60 мк. Это исклю-
чает применение таких методов определения вязкости, как,
например, капиллярного,
56
В результате анализа известных методов измерения
вязкости и экспериментальной проверки некоторых из них
была установлена приемлемость вискозиметров, основан-
ных на методе коаксиальных цилиндров и методе падаю-
щих шариков.
Метод падающих шариков дает возможность измерять
высоковязкие жидкости и в то же время требует сравни-
тельно легко выполнимой в техническом отношении аппа-
ратуры. Но вследствие того, что лилейный шликер пред-
ставляет собой непрозрачную жидкость, метод падающего
шарика может быть использован лишь в варианте с ча-
стично уравновешенными шариками.
В производственных условиях более удобным и про-
стым методом является определение вязкости с помощью
технического вискозиметра типа Энглера. Этот метод яв-
ляется недостаточно точным и лишь относительным мето-
дом измерения. Однако простота конструкции и удобство
для производственных и технических измерений на первом
этапе развития технологии привели к выбору его Для из-
мерения вязкости при технологических исследованиях.
В настоящее время в качестве
основного прибора для измере-
ния вязкости шликеров принят
[Л. 60] ротационный вискози-
метр М. П. Воларовича (РВ-8).
Для определения вязкости
горячих литейных шликеров
с помощью вискозиметра типа
Энглера он был 'реконструиро-
ван [Л. 57] в связи с технологи-
ческими особенностями шлике-
ров (схема такого вискозиме-
тра представлена на рис. 2-4).
Вискозиметр состоит из ко-
жуха, представляющего со-
бой металлический цилиндр
С' наружным диаметром
136 мм и внутренним 126 мм,
высотой 122 мм, снабженного
тремя ножками для установки
линдра имеется резьбовое отверстие для крепления рабо-
чей камеры.
Рабочая камера 2 имеет форму цилиндра диаметром
44 мм при толщине стенок 1 мм, с коническим дном и ко-
57
Рис. 2-4. Вискозиметр.
/ — кожуХ; 2— рабочая камера; 3 —
штырь; 4—электрообмотка; 5 — со-
суд-прнемиик; 6 и 7—термометры.
на столе. В центре дна ци-
нусным выходным отверстием. Диаметр выходного отвер-
стия 7±0,05 мм. Материал для изготовления цилиндра
должен обладать высокой теплопроводностью . (медь,
латунь). Внутри рабочей камеры нанесена риска на
высоте, обеспечивающей объем камеры до риски
190 см3.
Для закрывания выходного сечения камеры имеется
металлический штырь 3 с конусным концом, плотню при-
тертым к выходному отверстию рабочей камеры.
Для создания и поддержания в вискозиметре необхо-
димой температуры последний снабжен нихромовой обмот-
кой 4, находящейся на поверхности корпуса. Обмотка до-
пускает нагрев до 150°С.
Сосуд-приемник 5 представляет собой металлический
стакан с наружным диаметром 34,2 мм, внутренним 32,2 мм
и высотой 69,5 мм. На внутренней поверхности имеется
риска, находящаяся на незначительной глубине для удоб-
ства наблюдения за высотой уровня шликера при прове-
дении определения вязкости. Объем сосуда-приемника до
риски равен 48,0 см3.
Вискозиметр снабжен двумя термометрами 6 и 7. Один
термометр 7 вспомогательный для измерения температуры
в водяной бане. Основным термометром 6 определяется
температура в рабочей камере прибора.
Перед началом работы рабочая камера прибора и со-
суд-приемник тщательно очищаются. Кожух заливается
водой, вставляется вспомогательный термометр и вклю-
чается электрообогрев. Вода нагревается до 70° С. Одно-
временно с этим отдельно в сосуде при постоянном поме-
шивании нагревается шликер также до 70° С. Разогретый
шликер заливается в рабочую камеру точно до метки и вы-
держивается при постоянной температуре 2—3 мин. После
выдержки вынимается штырь, закрывающий выходное се-
чение, и одновременно включается секундомер. Как только
сосуд-приемник заполняется до метки, секундомер выклю- ,
чается.
Для получения достаточно точных данных вязкость
каждого шликера определяется трижды (каждый раз
с полной очисткой рабочей камеры и сосуда-приемника),
а затем берется среднее арифметическое из трех замеров.
За величину, условно характеризующую вязкость шли-
кера, принимается полученное среднее значение времени
истечения шликера в секундах, необходимое для заполне-
ния сосуда объемом 48,0 см3.
58
Ориентировочное значение коэффициента динамической
вязкости в пуазах при измерениях по описанной методике
можно определять по номограмме (рис. 2-5), построенной
на основе расчета по известной формуле, связывающей ве-
личину коэффициента динамической вязкости с вязкостью
по Энглеру:
0,0731°Е
0,0631
(2-3)
где |л — коэффициент динамической вязкости, пз;
°Е — вязкость жидкости в градусах Энглера, равная от-
ношению времени истечения шликера к времени ис-
течения воды;
р — плотность жидкости, г]см\
Рис. 2-5. Номограмма для определения вязкости в пуазах.
Более точное определение абсолютных значений коэф-
фициента динамической вязкости обеспечивается измере-
ниями с помощью ротационного вискозиметра Воларови-
ча РВ-8.
Вискозиметр Воларовича является абсолютным виско-
зиметром, и динамическую вязкость в пуазах можно вы-
числить .непосредственно из данных измерений, пользуясь
интегральным выражением уравнения Ньютона для слу-
чая ротационного вцскозиметра [Л. 38]:
59
Рис. 2-6. Общий вид модернизированного вискозиметра РВ-8
____а в рабочем положении; б —со снятым наружным стаканом.
(2-4)
где [Л — вязкость, пз;
К — константа прибора;
р — вес груза, вращающего внутренний цилиндр виско-
зиметра, г;
р0 — потери на трение в подшипниках, г;
jV — число оборотов в секунду внутреннего цилиндра ви-
скозиметра.
Следует отметить, что принятая в выпускаемых про-
мышленностью вискозиметрах системы М. П. Воларовича
система нагрева и регулировки температуры не обеспечи-
вает необходимой стабильности температуры. В целях
устранения этого недостатка, система обогрева и регули-
ровки температуры была изменена. Для этого на наруж-
ный стакан вискозиметра был смонтирован кожух (водя-
ная рубашка), к которому подсоединялся термостат
ТС-15, обеспечивающий стабильность температуры с точ-
ностью ±0,ГС. На рис. 2-6 приведены фотографии виско-
зиметра после модернизации.
Измерение вязкости на этом вискозиметре производит-
ся следующим образом. Термостат ТС-15 включается
в сеть, и с помощью термометра с магнитной головкой
устанавливается необходимая для измерения температура;
в стакан вискозиметра заливается предварительно рас-
плавленный шликер. Стакан с залитым в него шликером
надевается на подвижный цилиндр и закрепляется (пово-
ротом вокруг своей оси). Для стабилизации температуры
в собранном виде дается выдержка в течение 20—30 мин,
после чего приступают к измерениям. На чашки устанав-
ливаются грузы. Отключается стопор, удерживающий от
вращения под действием грузов подвижный цилиндр, и од-
новременно включается секундомер. Наблюдая за стрел-
кой прибора, отсчитывают 8—10 оборотов цилиндра, после
чего выключают секундомер и останавливают вращающий-
ся цилиндр. Для достаточно точного определения числа
оборотов в секунду N измерение повторяется не менее
3 раз. Затем по вышеприведенной формуле производится
подсчет значения вязкости в пуазах.
Указанная методика измерения и расчета вязкости
жидкости справедлива только для нормальных, ньютонов-
ских жидкостей, для которых вязкость является константой
и, следовательно, зависимость числа оборотов внутреннего
цилиндра вискозиметра от веса груза выражается прямой.
61
Шликеры, представляющие собой структурированные
дисперсные системы, по существующим в настоящее время
представлениям должны обладать аномалией вязкости;
В связи с этим для проверки характера изменения вязко*
сти шликеров в зависимости от скорости вращения внут-
реннего цилиндра вискозиметра было проведено измере-
ние вязкости нескольких шликеров при различных гру-
зах Р.
Из приведенных в табл. 2-5 данных видно, что у шли-
керов малой вязкости (с содержанием связки 13%) не уда-
лось обнаружить аномалию вязкости, т. е. для них
ц=const. Наблюдаемые изменения значений вязкости на-
столько невелики, что вполне могут быть объяснены по-
грешностями измерения.
Таблица 2-L
Вес груза Р, г Количество связки 13% (по весу) Количество связки 11% (по весу)
60° С 70° G G0° G 70 С
N, об/сек Рч пз N, об/сек н. пз N, об/сек ц, пз об/сек р. пз
10 0,197 18,1 0,251 12,9 0,039 90,8 0,062 63,2
20 0,442 18,1 0,569 12,8 0.107 74,4 . 0,166 53,1
30 0,666 18,9 0,877 12,9 0,174 66,4 0,269 51,0
40 0,877 19,3 1,162 13,3 0,235 69,3 0,352 56,3
50 1,136 18,8 1,428 13,6 0,297 69,3 0,454 51,7
Более вязкий шликер, содержащий 11% связки, обна-
руживает некоторую аномалию. Вязкость этого шликера
несколько уменьшается при увеличении груза и числа обо-
ротов в секунду внутреннего цилиндра вискозиметра.
Высоковязкие шликеры, содержащие то же количество
связки (13 и 11%), но имеющие в своем составе до 0,6—
1% канифоли (от веса связки), как видно из табл. 2-6, яв-
ляются явно аномальными жидкостями. Вязкость шлике-
ров с увеличением скорости вращения внутреннего ци-
линдра вискозиметра резко уменьшается.
Для определения вязкости таких шликеров с помощью
вискозиметра Воларовича РВ-8 может быть использовано
уравнение Бингама, решение которого для случая ротаци-
оннюго вискозиметра дано М. П. Воларовичем и Д. М. Тол-
стым [Л. 38].
62
гру -р ‘ • Количество связки J3% по весу (канифоли 1% от веса связки) Количество связки 11% по весу (канифоли 0.6% от веса связки)
60° С 70° с 6Э° С 70° С
об;(’ек Р-- пз Л’, об/сек Р-. пз -V, об/сек н. пз об/сек н. пз
20 0,014 514 0,081 94 0,007 1 079 0,009 810
40 0,078 194 0,232 70 0,016 997 0,021 731
60 0,188 123 0,543 45 0,031 785 0,037 645
80 0,331 94 0,793 42 0,050 653 0,055 574
100 0,461 85 1,041 40 0,073 563 0,075 528
В этом случае необходимо определять предельное на-
пряжение сдвига у шликера, а затем рассчитывать вяз-
кость по формуле
КЛ„),
где у. — коэффициент динамической вязкости, пз;
N — число оборотов подвижного цилиндра вискозимет-
ра, об[сек;
Р — величина груза, г;
а— предельное напряжение сдвига, дпн/см2;
К2 и К3— постоянные прибора
( 2ЫНг'^ ' Лз 2" )
R — радиус шкива, см;
rt — радиус подвижного цилиндра, см;
г2 — радиус неподвижного цилиндра, см;
Л- высота жидкости в приборе, см;
g — ускорение силы тяжести, см/сек2.
Так как в технологии литья основной интерес представ-
ляет значение вязкости при градиентах скоростей, соответ-
ствующих рабочим градиентам скоростей при литье, а так-
же в целях упрощения методики, для определения вязко-
сти шликеров на вискозиметре РВ-8 была принята следую-
щая методика. При измерениях применяется постоянная
скорость вращения внутреннего цилиндра вискозиметра
' 63
xij iv..vi oDjuupd coojьегству щей вели- .'
чины груза Р. При грузах, обеспечивающих эти числа обо-
ротов (и выше), получаются градиенты скорости (эквива-
лентные рабочим"градиентам скоростей при литье), при ко-
торых вязкость шликера почти не зависит от величины
груза (зависимость N от Р прямая). Следовательно, такая
методика практически наиболее верна. Расчет при этом
производится по уравнению Ньютона.
Так как шликер является структурированной дисперс-
ной системой, в качестве параметра, характеризующего на-
ряду с вязкостью свойства шликера, целесообразно опре-
делять величину предельного напряжения сдвига.
Величина предельного напряжения сдвига является
весьма важным параметром для оценки устойчивости от-
ливки против деформации при термической обработке.
Определение величины предельного напряжения сдвига
может производиться двумя путями:
1. Определяется скорость вращения ротора вискози-
метра 2V в зависимости от величины груза Р и строится
график, из которого по отрезку на оси абсцисс определяет-
ся усилие сдвига Ртр, а затем подсчитывается предельное
напряжение сдвига по формуле
°сдВ=^(Ртр-Ро)>
где з-—предельное напряжение сдвига, дин)см*;
— постоянная прибора ---------——5-\;
I I
у 2лг(/г + —2~ I
Ртр— усилие сдвига (вес груза), г;
Ро — сила трения в подшипниках, г.
2. Вместо обычных металлических чашек на нить виско-
зиметра подвешивается легкая чашка (например, из бума-
ги), имеющая вес, равный или меньший, чем сила трения
в подшипниках прибора Р0- Затем, непрерывно наблюдая
за стрелкой вискозиметра, в эту чашку насыпают постепен-
но кварцевый песок до тех пор, пока стрелка прибора не
сдвинется с места. Вес чашки с песком, за вычетом силы
трения в подшипниках, принимается за усилие сдвига Ртр,
зная которое можно подсчитать статическое предельное
напряжение сдвига.
г) Скорость отвердевания. На способность
шликера заполнять форму большее влияние оказывает
скорость отвердевания. Особенно важное значе-
64
)ie имеет скорость отвердевания при осуществлении про-
цесса непрерывного литья и при литье высоких и товко-
еТспН1ЫХ деталей. По мере понижения температуры шлике-
ра он становится все более вязким, пока не приобретет
свойств твердого тела.
Процесс отвердевания шликера может протекать в за-
висимости от целого ряда факторов с различной скоростью.
По аналогии с технологией стекла медленно отверде-
вающий шликер принято называть «длинным», а быстро
твердеющий-—«коротким». Чем «короче» шликер, тем
труднее обеспечить полноценное заполнение литейной фор-
мы (особенно при тонкостенных изделиях сложной конфи-
гурации) .
Скорость отвердевания шликера зависит в первую оче-
редь от свойств технологической связки и ее количествен-
ного содержания в шликере, свойств порошка, входящего
в шликер, а также от интенсивности охлаждения.
Скорость отвердевания в зависимости от теплопровод-
ности материала (порошка) существенно изменяется: чем
больше теплопроводность порошка, тем «короче» будет
шликер. Интересно в связи с этим обратить внимание на
большой диапазон значений удельных теплопроводностей
разных материалов1.
Под скоростью отвердевания литейного шликера ранее
[Л. 57] условно понималось время, необходимое для отвер-
девания определенного объема шликера, нагретого до тем-
пературы 95° С и охлажденного при определенных постоян-
ных условиях до температуры его застывания.
В технологии стекла (поведение которого при охлаж-
дении близко поведению шликера) под скоростью отверде-
вания понимается изменение вязкости во времени, что яв-
ляется более правильным.
Учитывая это-, в качестве скорости отвердевания шли-
1 Справочник по электротехническим материалам, т. 1, ч. I, Гос-
эпергоиздат, 1958, стр. 41.
5 П. О. Грибовский. 65
nvp иисдусг принят среднее качение относительного из-
менения вязкости шликера в единицу времени при охлаж-
дении в данном интервале температур:
v
ТВ
• 1000/0/^м«,
(2-5)
где утв — средняя скорость отвердевания, Чо1мин>
Pj — вязкость шликера при температуре tx °C, пз;
Р2 — вязкость шликера после охлаждения до температу-
ры ts °C, пз;
Т — время, необходимое для охлаждения шликера от
температуры tr до /2 мин (берется из кривых опре-
деления температуры плавления шликеров).
Здесь /2 обычно принимается выше температуры кристал-.
лизации на 5°, a tx — выше на 30°.
д) Литейная способность. Под литейной
способностью L понимается способность шликера
Рис. 2-7. Прибор для опре-
деления литейной способно-
сти шликера ПЛС-1.
1 — вкладыш из плексигласа; 2—
стальной корпус; <?—штифты
стальные.
заполнять форму, полностью вос-
производя ее конфигурацию.
Литейная способность являет-
ся комплексным показателем
вязкости и скорости отвердевания
литейного шликера. Для опреде-
ления литейной способности при-
меняется специальный прибор
(ПЛС-1), общий вид которого
приведен на рис. 2-7.
Определение литейной способ-
ности с помощью этого прибора
основано на охлаждении шликера
при заполнении тонкого канала
в приборе на аппарате для литья
под давлением. По высоте запол-
нения канала шликером можно
судить о литейной способности
шликера.
Высота заполнения канала
шликером отсчитывается по шкале, имеющейся на прибо-
ре, или измеряется штангенциркулем.
Чем меньше вязкость и скорость отвердевания шлике-
ра, тем выше его литейная способность.
Показатели литейной способности шликера существенно
изменяются в зависимости от режима литья (давления,
температуры шликера и температуры формы).
66
ria pnc. x.r— .
ныв зависимости литейной
пературы для шликеров из
го и рутилового материа-
лов при постоянной тем-
пературе формы, равной
20° С. Как видно из тра-
фиков, показатели литей-
ной способности возраста-
ют при повышении давле-
ния и температуры шли-
кера. Поэтому литейную
способность шликера сле-
дует определять (для
сравнения) при постоян-
ных .режимах: давление
2 ати, температура шли-
кера 65° С, температура
формы 20° С.
Зная литейную способ-
ность шликера (при дая-
способности от давления и тем-
клиноэнстатитового, муллитово-
Рис. 2-8. Зависимость литейной спо-
собности шликера от давления при
литье.
/—клияоэлстатитовый материал; 2—рути-
ловый материал; 3 — муллитовый материал.
ном режиме), можно судить о его пригодности для отливки
того или иного изделия. На рис. 2-10 приведены опытные
кривые допустимой высоты детали И при разных толщи-
во вг 84 вв 68 70 7'
Температура шликера, “С
Рис. 2-9. Зависимость литейной
способности от температуры шли-
кера.
/ — клниоэнстатитовый материал; 2 —ру-
тиловый материал; муллитовый ма-
териал.
нах стенки отливки в зави-
симости от показателя ли-
тейной способности (по при-
бору ПЛС-1).
. Если литейная способ-
ность шликера, используе-
мого для литья детали, удов-
летворяет требованиям при-
веденного графика, то про-
изводят .отливку; если она
ниже необходимой, то про-
изводится корректировка ре-
жима литья .в первую оче-
редь за счет повышения дав-
ления, а затем путем повы-
шения температуры шлике-
ра. Следует отметить, что
данные необходимой литейной способности приведены на
графике (рис. 2-10) с запасом, обеспечивающим гаранти-
рованное заполнение формы.
5^"
67
сти является технически удобным показателем, обобщаю-
щим два физических параметра шликера; вязкость и ско-
рость отвердевания (кристаллизация). Следовательно, оди-
наковая литейная способность может иметь место у не-
скольких совершенно различных по свойствам шликеров.
Например, высоковязкий шликер, обладающий малой ско-
ростью отвердевания, и маловязкий шликер, обладающий
большой скоростью отвердевания, могут иметь одинаковые
показатели литейной способности при определении с по-
мощью прибора ПЛС-1. Однако при литье толстостенных
Литейная onocoSuocmt,
Рис. 2-10. Зависимость допустимой
высоты отливки от показателя литей-
ной способности шликера.
/ — при толщине стенки отливки 3 мм; 2 —
при толщине стенки отливки 2 мм; 3 — при
толщине стенки отливки 1 мм.
или тонкостенных изделий
разница в свойствах этих
шликеров будет весьма
существенно 1проявляться.
При литье изделий бо-
лее хорошие результаты
обычно обеспечиваются
применением высоковяз-
ких шликеров, так как
высокая вязкость создает
лучшие условия заполне-
ния формы. Также всегда
более благоприятной с
точки зрения условий за-
полнения формы являет-
ся малая скорость кри-
сталлизации шликера.
Получение шликера, обладающего определенной задан-
ной вязкостью, путем изменения количества или состава
связки и дисперсности порошка не вызывает особых тех-
нических затруднений. Однако при этом всегда изменяет-
ся скорость отвердевания шликера.
Скорость отвердевания шликеров из различных порош-
ков, приготовленных с применением равных количеств тех-
нологической связки одного и того же состава, существен-
но изменяется за счет различных поверхностных свойств
частиц порошка, их различной теплопроводности и раз-
личной степени изменения свойств связки в адсорбционном
слое.
Достижение желательной вязкости шликера за счет
уменьшения количества связки (приводит к увеличению сте-
пени влияния поверхностных свойств порошка на свойства
связки и увеличению теплопроводности шликера, так как
68
теплопроводность материала частиц порошка обычно боль-
ше теплопроводности связки. В результате растет скорость
отвердевания (кристаллизации).
Повышение дисперсности порошка приведет при посто-
янном количестве связки к уменьшению толщины слоев
связки, обволакивающих частицы порошка, и увеличению
влияния поверхностных явленийна свойства связки. Как пра-
вило, при этом возрастает скорость отвердевания шликера.
Таким образом, практически неизбежно получение шли-
керов, обладающих различным сочетанием свойств (вязко-
стью и скоростью отвердевания). Следовательно, показа-
тель литейной способности, суммирующий эти свойства,
должен являться объективным критерием, определяющим
возможность применения того или иного шликера для от-
ливки необходимых изделий при любом сочетании указан-
ных свойств шликера.
Анализ принципа действия и длительный опыт приме-
нения и экспериментальных исследований прибора ПЛС-1
для определения литейной способности различных шлике-
ров показал, что этот прибор является эффективным толь-
ко для определенной группы изделий. Так, например, при
одинаковой литейной способности двух различных шлике-
ров, измеренной на приборе ПЛС-1, их фактическая литей-
йая способность при литье изделий с толщиной стенки
0,1—0,5 мм оказывается резко различной, а при литье изде-
лий с толщиной стенки 3—4 мм—одинаковой.
Указанное явление может быть объяснено следующим
образом: при заполнении формы (или ПЛС-1) шликер, пе-
ремещаясь в полости формы, охлаждается о стенки формы
и отвердевает (кристаллизуется), образуя тонкую корку
(слой), прилегающую к стенке формы. Даже при малой
скорости кристаллизации этот слой за ничтожно малый
отрезок времени имеет величину порядка 0,1—0,2 мм. Так
как шликер обладает относительно невысокой теплопро-
водностью, образовавшаяся корка является теплоизоляци-
ей, обеспечивающей уменьшение скорости охлаждения
внутренних слоев шликера, перемещающегося в полости
формы. При размерах канала формы (толщине стенки),
значительно превышающих толщину мгновенно образую-
щегося слоя отвердевшего шликера (как это имеет место
в ПЛС-1), условия охлаждения шликера и заполнения
формы существенно отличаются от условий заполнения и
охлаждения шликера в форме, имеющей капал, соизмери-
мый с размерами толщины корки. Например, в форме
69
с толщиной отливаемой стенки 0,3—0,5 мм при образова-
нии корки толщиной 0,1—0,2 мм процесс заполнения пре-
кращается, В этом случае скорость кристаллизации шли-
кера является превалирующим свойством, определяющим
литейную способность шликера.
Из вышеизложенного следует, что для оценки литейной
способности шликеров должны применяться приборы с раз-
мерами каналов, соизмеримыми с толщинами стенок отли-
ваемых изделий.
Поэтому для объективного определения литейной спо-
собности шликеров, предназначенных для тонкостенного
литья с толщиной стенки менее 1 мм, необходимо приме-
нять прибор для определения литейной способности с из-
мененными размерами канала — ПЛС-2. Общий вид ПЛС-2
и размеры его рабочего канала приведены на рис. 2-11.
При использовании прибора ПЛС-2 приняты следующие
режимы для определения литейной способности: давление
4 ати, температуры шликера 80—85° С, температура фор-
мы 20° С.
Для определения литейной способности шликеров, пред-
назначенных для литья изделий с толщиной стенки более
1 —1,5 мм, следует применять ПЛС-1.
В последующем изложении показатель L приводится
ПО’ прибору ПЛС-1, кроме особо оговоренных случаев.
70
в У ездка при охла ж дени н, j
при литье имеет большое практическое значение с точки
зрения выбора конструкции форм и режимов литья, так
как усадка вызывает изменение размеров отливки, образо-
вание раковин и рыхлот, внутренних напряжений и дру-
гих дефектов.
Явление усадки при литье является результатом того,
что при изменении температуры шликера (охлаждении)
происходит изменение его объема. Поэтому одним из важ-
нейших параметров шликера является величина его объ-
емной усадки при охлаждении AV. Объемная усадка шли-
кера при охлаждении зависит от Коэффициентов термиче-
ского расширения порошка и технологической связки.
Коэффициенты термического расширения минеральных
порошков в интервале температур 25—110° С колеблются
от 1-10-6 до 12-Ю-6, что вызывает при перепаде температур
около 100° С объемные изменения от 0,03 до 0,36%. По
литературным данным [Л. 129] увеличение объема парафи-
на при плавлении составляет 10—-15%. Эксперименталь-
ное определение объемной усадки связки, состоящей из
95% парафина и 5% олеиновой кислоты, показало, что
усадка составляет в интервале температур 55—110°С от
6,95 до 13,1%.
Определение объемной усадки первоначально произ-
водилось по простейшей методике. Шликер, разогретый до
заданной температуры, заливался в металлическую форму
с внутренним диаметром 50 лъи и высотой 107 мм и охлаж-
дался водой 20° С. Объемная усадка определялась по фор-
муле:
ДП^Кцт^-ЮОо/о, (2-6)
* 1
где ДУ — объемная усадка, %;
V, — объем полости формы, см3;
Va — объем отливки при температуре 20° С, см3.
По этой методике определялась объемная усадка чистой
связки и шликеров из разных материалов в зависимости
от температуры нагрева шликера.
Полученные результаты сведены, в табл. 2-7 и графиче-
ски изображены на рис. 2-12 и 2-13.
Как видно из приведенных данных, повышение темпе-
ратуры нагрева шликера и связки, вызывающее их допол-
нительное расширение в жидком состоянии, приводит к уве-
личению объемных усадок при охлаждении. Обобщение
71
Таб лица. 2-7
Состав шликера
Объемная усадка, %, при
охлаждении от темпера гуры,
°C
Кристаллическая основа материала (порошка) Количест- во связки (по объе- му). % 55 70 90 100
3AlsO3-2SiO2 54,2 4,47 5,30 6,55 8,48
MgO-SiO2 52,5 4,30 5,25 6,37 7,63
А1,О3 (минутник) 49,5 3,99 4,40 5,81 6,95
А12Ог (№ 325) 42,3 3,08 3,70 5,00 5,65
Т1О2 40,7 3,32 4,26 4,95 5,41
Чистая связка 100 6,95 7,66 13,10 —
всех полученных данных (рис. 2-13) показывает, что объ-
емные усадки растут прямо пропорционально увеличению
объемного количества связки в шликере.
Полученные данные, хотя и характеризуют основные
закономерности изменения объемной усадки в зависимости
Температура шликера, °C
Рнс. 2-12. Зависимость объемной Рис. 2-13, Зависимость объем-
усадки от начальной температуры ной усадки от объемного коли-
шликера. чества связки в шликере.
/-•шликер из материала на основе
3Al2O8»2SIOa: 2-—шликер из материала
на основе AI2OS. ОТ КОЛ.ИЧССТВа СВЯЗКИ В
шликере и температуры
нагрева, однако’ не являются достаточно точными для суж-
дения об абсолютных величинах объемной усадки при
охлаждении, так как описанная методика измерения усад-
ки страдает рядом погрешностей:
I) при определении объема жидкого (расплавленного)
шликера имеют место большие погрешности, поскольку
72
залить цилиндр точно до краев практически не
удается;
2) взвешивание производится на технических весах
(вследствие большого веса отливки) и, следовательно, точ-
ность измерений невысока;
3) объемная усадка не целиком сосредоточивается
в открытой усадочной раковине; частично в теле отливки
имеются мелкие раковины и рыхлоты, что искажает
(уменьшает) истинное значение полной усадки.
Существующие приборы и методы определения величи-
ны усадки также не дают возможности точно измерять пол-
ную усадку отливки при охлаждении. В связи с этим была
разработана более точная методика определения полной
усадки по объемным весам шликера в жидком и твердом
состоянии.
При применении этой методики объемная усадка мо-
жет быть подсчитана по следующей формуле:
AV= • 100%=Ь —100%, (2-7)
и т Y Т
где AV — объемная усадка, %;
VT — объем шликера в твердом состоянии, см3;
Уж—объем шликера в жидком состоянии, см3;
уж — объемный вес шликера (связки) в жидком состоя-
нии при данной температуре, г)см3;
YT — объемный вес того же вещества в твердом- состоя-
нии (при комнатной температуре), г]см3.
Определение величин уж и у,- не представляет особых
затруднений (производится по нижеприведенной методике
с помощью пикнометров), а получаемые результаты доста-
точно точно характеризуют истинную величину объемной
усадки данного вещества при охлаждении.
Объемный вес шликера (или связки) в жидком состоя-
нии уж определяется с помощью металлического пикномет-
ра (рис. 2-14). Объем металлического пикнометра 25—
35 с.и3.
Разогретый до необходимой температуры (80—90° С)
шликер вакуумируется (при остаточном давлении
10 мм рт. ст.) и заливается в разогретый металлический
пикнометр. Пикнометр со шликером неплотно закрывается
крышкой и выдерживается в термостате при заданной тем-
пературе в течение 20—30 мин. После этого крышка пик-
нометра плотно закрывается, а выдавленный через отвер-
стие в крышке избыток шликера удаляется. Пикнометр
73
У00‘ С в течение 2 ч Затем пчель с оститом ох.'1<|ждасгся
в эксикаторе и азвешпвяется на аналитических весах.
Расчет потерь при прокаливании производится по фор-
муле:
11ПП — OrOf.-Wl .1001,/л. (2.101
где Рх— вес образца до прокаливания, ?;
Pt—вес образца с тиглем после прокаливания, г;
Р, — вес тигля, г.
Удельный вес порошка определяется по методике ГОСТ
2211-13.
Определение коэффициента неравномерности упаковки
производится измерением коэффициента упаковки в раз-
личных участках неследхемаго образна путем, а) расчле-
нения образца па отдельные части D|. 431; б) методом
вдавливания шарика тарированной ца(рузк0п [Л, 43] или
в) методом «меченых атомов.» и авторадиографией [Л 51]
з) Устойчивость. Под устойчивостью литейного
шликера .понимается его способность сохранять свои свой-
ства (не расслаиваться) при длительно;) выдержке в нагре-
том состояния без 'перемешивания, Обычно шликеры при
длительной выдержке в нагретом состоянии склонны к рас-
слаивгшно, так как более тяжелые, чем связка, патины
оседают на дно сосуда, а над осадком остасюя связка, чет-
ко отделенная визуально различимой границей,
Определение устойчивое)и основано на измерении ис-
ходною объема шликера и объема связки, О1детившейся
после расслоения.
Определение произведшей следующим образом. В еюк-
лянрый мерный цилиндр емкосюю 10 см3 (цена деления
0,1 елр) наливается )0 он3 исследуемого шликера, предва-
рительно разогретого до 70е С. Цилиндр со шликером по-
мещается в сушильный шкаф при температуре 100°С и
выдерживается в нем в течение 20 ч Через 5 ч и через 20 ч
определяется визуально (по делениям цилиндра) объем
отделившейся связки Ус. Величина объема отделившейся
связки через 20 ч характеризуе) устойчивость шликера.
Объем связки, отделившейся после испытания в течение
3 ч. может служить предварительной характеристикой шли-
кера (экеиресс-четод).
15 KH'K'C'IHC КОЛИЧеСJВсИНОГО Критерия уСТОИЧИВОСТИ ш-'lll-
м-ра нриияю оicoinerне объема и< Шигуемою шликера
к объему or'1СЛ1|Ш|<е(/ся сказка:
(2-П)
где f/ — показатель уччонч||вости пг/шкера;
VU1 — «бьем шлицуемою шликера, с.и’;
V\ — об|»ем отделившейся связки, см3.
Обычные качостзрниые литейные системы должны обси-
д.,ть устойчивостью и= 100 200.
и) Механическая прочность к твердом со-
стоянии. Механическая прочность шликера в твердом
состоянии обычно характеризуется пределом прочности при
статическом изгибе и предопределяет механическую проч-
ность полуфабриката (отливки) Повышение механической
прочности оиивкн являе.ся важным с ючки зрения транс-
портлбельности полуфабриката, удобства обращения с ло-
луфабриьаюм на после,ivjouuix операциях, уменьшения ко-
личества дефектов (сколов) и т. д
Определение .механической прочности литейною шлике-
ра з твердом состоянии производится путем испытания
с, лидар।пых образцов в виде аержней диаметром 10 -
Г2 ,и,ч, длиной 65 76 Л'.и с помощью соитвегс1ВуЮ|ИНХ цс-
iibnaie^b.ibix машин.
Перед испытанием образны измеряются с точностью
до 0,01 .ял!. Для испытания (нзпрнмер, ла приборе Михаэ-
лиса) образцы свободно устанавливаются па две стальные
призмы треугольного еечення, которые расположены на
расстоянии друг oi друга 50±0,1 мл На/рузка прилагает-
с-, посредине с помощью третьей (подвижной) призмы. При-
л; г.юмвя к образцу нагрузка увеличивается постепенно
ш лэть до разрушения образца.
Лрсде..-; 1»ро>ц|кч"11 ‘hpii изгибе оигг вычисляется по
Ф'рмуле:
(2-12)
‘^Hsi —изп.бающий момент кз-елп, при указанной схеме
приложения нагрузки
Wz --момент сопротивления для стержня круглого се-
пиша; W см.’-,
Р — нагрузка, кг-,
I — расстояние между опорами, см-,
d—диаметр стержня, см.
к) Дисперсность порошка часто характеризуется
весовым остатком (в %) порошка после его просеивания
через сито 006 или 0045 (так называемая условная дис-
персность). Условная дисперсность определяет, следо-
вательно, величину наибольших частиц, имеющихся в по-
рошке.
Однако порошки состоят из частиц, отличающихся по
величине друг от друга. При этом количество частиц того
или иного размера в разных порошках может быть различ-
ным. В связи с этим в качестве другой характеристики по-
рошка существует понятие о гранулометрическом составе
порошка.
Гранулометрическим составом порошка называется со-
отношение количества (обычно весового) частиц различ-
ных размеров, составляющих порошок.
Гранулометрический состав тонкодисперсных порошков,
Применяемых для изготовления электрокерамики, радиоке-
рамики и т. п., до последнего времени зачастую не опре-
деляется, и дисперсность является основным критерием
для оценки размеров частиц порошка.
Более точной характеристикой дисперсности порошка
(учитывающей и гранулометрию) является удельная сум-
марная поверхность порошка.
Обычно удельная поверхность порошка S выражается
в см-[г. Это приводит в некоторых случаях к ошибкам при
сравнительной оценке дисперсности различных порошков,
так как одинаковая удельная поверхность порошков, вы-
раженная в см2!г, не свидетельствует об их одинаковой
дисперсности. При одинаковой удельной поверхности, вы-
раженной в смУг, порошки с различным удельным весом
имеют различную дисперсность (чем больше удельный вес,
тем выше дисперсность).
Следовательно, принимать в качестве основного кри-
терия дисперсности удельную поверхность порошков, вы-
раженную в см2/г, нельзя.
Однако если удельную поверхность порошка выражать
в объемных соотношениях (суммарная поверхность 1 сж3
объема материала порошка), то изменения удельной по-
верхности и дисперсности порошка будут эквивалентны.
Обозначим удельную объемную поверхность порошка
78
50> см2/смг. Величина 50, выраженная через удельную по-
верхность S см21г, будет равна:
So=S • [сл2/сл3],
где dyi — удельный вес материала порошка.
Пример. Допустим, что имеем два порошка различного удельного
веса: стеатит с rfM = 3,l г/см3 и пьезокерамику на основе титаната бария
с 0% = 6,2 г/т3.
При одинаковой дисперсности площадь поверхности частиц будет
одинакова, но при этом частицы из разных материалов будут иметь
различный вес (пропорционально их удельному весу). Поэтому, если
удельную поверхность этих порошков, состоящих из равновеликих ча-
стиц, выразить величиной площади поверхности, приходящейся на еди-
ницу веса, то, несмотря на одинаковую дисперсность, их удельные по-
верхности будут существенно различны. Для простоты сравним удель-
ные поверхности двух кубиков размером 1X1X1 см, имеющих разный
удельный вес (3,1 и 6,2 г/см3): поверхность этих кубиков одинакова
(6 см2), «дисперсность» (размеры) также, а удельная поверхность
6
(в смг1г) первого кубика равна yj =1,94 см2/г, а второго
6
=0,97 см2/г, т. е. величины удельных поверхностей при одинаковых
размерах частиц (кубиков) будут обратно пропорциональны удельному
весу материала частиц. Если же выразить удельную поверхность этих
частиц (кубиков) в см2/см3, то удельные поверхности этих частиц бу-
дут равны (6 см2/см3) так же, как и их размеры (т. е. дисперсность).
Таким образом, при сравнении «порошков различных ма-
териалов для объективной оценки их дисперсности следует
сравнивать величину их удельной поверхности <SQ (,см2/см3
или \/см), приходящейся на единицу объема.
Измерение удельной поверхности порошков может про-
изводиться с помощью поверхностемеров Б. В. Дерягина,
В. В. Товарова и др. Наиболее широкое распространение
получили 'приборы В. В. Товарова [Л. 147].
Так как в технологии горячего литья измельчение и об-
разование порошков обычно производятся с применением
поверхностно-активных веществ (ПАВ) или в термопла-
стичной связке, перед измерением дисперсности требуется
специальная подготовка порошка. Подготовка порошка
заключается в его отмывке с помощью растворителя (на-
пример, ацетона и др.) от ПАВ или технологической
связки.
Для этого навеска (20—50 г) порошка или шликера,
раздробленного на мелкие куски, заливается растворите-
лем (100 г) и перемешивается до полного растворения
связки; затем суспензия фильтруется; оставшийся на фильт-
79
ре порошок просушивают и используют для определения
дисперсности.
Методика определения условной дисперсности порошков
Д сводится к следующему. Средняя проба порошка в ко-
личестве 20 г загружается в обечайку с натянутой па нее
сеткой № 0045. Сито предварительно просушивается до
постоянного веса. Фиксируется общий вес, после чего про-
изводится промывка навески слабой струей горячей воды
(температура 80—85°С) в течение 20 мин. После промыв--
ки сито совместно с оставшимся порошком подвергается
сушке в течение 30 мин при температуре 85—100° С, после
чего, снова взвешивается. Для взвешивания используются
технические весы, обеспечивающие точность взвешивания
±0,02 г.
Подсчет условной дисперсности (остатка на сите) про-
изводится по формуле
^^Х^Г'1ООО/о>
(2-13)
где Д — условная дисперсность, °/0;
Pj — вес материала с ситом до промывки, г;
Р2 — вес сухого сита, г;
Р3 — вес сухого сита с остатком после промывки и суш-
ки, г.
Для получения более полной характеристики дисперсно-
сти порошка в ряде случаев целесообразно дополнительно
измерять величину частиц порошка и его гранулометри-
ческий состав с помощью микроскопа.
2-2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ (ПОРОШКЙ) И ИХ ВЛИЯНИЕ
НА СВОЙСТВА СИСТЕМ
а) Основные параметры порошков. Литейная
система может быть приготовлена практически из любого
порошка твердого материала. В зависимости от свойств
материала должна выбираться соответствующая методика
приготовления порошка, необходимая для обеспечения воз-
можности получения литейной системы соответствующих
свойств.
Как правило, порошок, из которого должна быть при-
готовлена литейная система, получается в результате пред-
варительного синтеза. В отдельных случаях для некоторых
изделий литейные системы могут изготовляться непосред-
ственно из минерального сырья (например, кварца, поле-
вого шпата и т. п.).
80
Процесс образования керамического материала из ис-
ходного минерального сырья связан с целым рядом физи-
ко-химических явлений (дегидратации, диссоциации, хими-
ческих реакций между компонентами шихты, модификацион-
ных изменений и т. д.). Все эти явления влекут за собой
соответствующие объемные изменения материала, которые
являются дополнительным источником появления специфи-
ческих для керамической технологии дефектов изделий
(трещин, деформации и т. г;.).
Для устранения этих дефектов при изготовлении кера-
мических изделий горячим литьем все вышеупомянутые
структурные преобразования осуществляются заранее, не
в изделии (при его обжиге), а в порошке, путем синтеза
готового керамического материала — обжигом шихты до
температуры! спекания.
Таким образом, основной задачей процесса приготовле-
ния порошка является получение частиц керамического ма-
териала, обладающих определенными, заданными парамет-
рами.
Основные параметры материалов (порошков), характе-
ризующие их свойства, можно разбить на две категории:
1) параметры, характеризующие эксплуатационные свой-
ства материала; 2) параметры, характеризующие техноло-
гические свойства материала (порошка).
Разнообразие областей применения и многообразие
свойств керамических материалов обусловливают наличие
весьма широкого комплекса параметров, характеризующих
их физико-химические свойства. Определение всего этого
широкого комплекса параметров для каждого материала
не является практически необходимым. Материалы выби-
раются в зависимости от требований, предъявляемых к из-
делию. Комплекс этих требований обычно в определенной
мере ограничен реальными условиями эксплуатации изде-
лий. В соответствии с этим у разных материалов определя-
ются лишь те параметры, которые являются основными для
данной области применения. Например, у материалов,
предназначенных для изготовления высокочастотных элек-
троизоляционных изделий, основными параметрами, харак-
теризующими их эксплуатационные свойства, являются:
диэлектрическая проницаемость е, диэлектрические потери
tg(\ удельное объемное сопротивление электрическая
прочность Е и определенная зависимость перечисленных
параметров от температуры и воздействия влаги. Кроме
перечисленных параметров, к таким материалам лредъяв-
6 П- О. Грибовский. Q1
ляются определенные требования в отношении механиче-
ской прочности и коэффициента термического расшире-
ния.
У материалов, предназначенных для изготовления режу-
щих и измерительных инструментов и машиностроительных
деталей, основными эксплуатационными параметрами яв-
ляются: твердость и ее зависимость от температуры, меха-
ническая прочность при статических и динамических на-
грузках, модуль упругости, усталостная прочность, стой-
кость против истирания, адгезия к металлам, химическая
стойкость, полируемость и т. д.
В отличие от эксплуатационных параметров технологи-
ческие параметры материала являются общими для всех
материалов независимо от их назначения и области приме-
нения. К числу основных параметров материала (порош-
ка), определяющих его технологичность при образовании
литейных систем, можно отнести: 1) поверхностное натя-
жение материала (частиц порошка); 2) удельный вес;
3) состояние (чистота) поверхности частиц порошка;
4) дисперсность и гранулометрический состав.
Проследим влияние этих параметров на свойства шли-
кера.
В зависимости от поверхностных свойств частиц раз-
личных материалов требуется различное количество связки
и соответствующий выбор состава связки для образования
литейной системы. В табл. 2-8 приведены эксперименталь-
но установленные весовые количества связки, необходимые
для образования литейных систем из некоторых материа-
лов. Как видно из таблицы, количество связки в зависимо-
сти от состава порошка колеблется в пределах от 10 до
21%' при мокром помоле и от 4,5 до 16% при горячем по-
моле.
Такой широкий диапазон значений объясняется глав-
ным образом большой разницей в величине поверхностной
энергии частиц материалов, определяющей количество
связки, необходимой для образования литейной системы
(адсорбционную способность порошка).
По данным Семенченко В. К- [Л. 141], толщина поверх-
ностного слоя обратно пропорциональна разности плотно-
стей сосуществующих фаз, и, следовательно, возрастает по
мере уменьшения этой разности.
Изменение толщины поверхностного -слоя, по-видимому,
приводит также к изменению условий адсорбции и вызы-
82
Т аблица 2-8
Наименование материала Кристаллическая ’ основа Количество связки, необхо- димой для приготовления шликера, % (по весу)
из порошка мокрого помола при горячем помоле
связ- ка1 связ- ка2 связ- ка1 связ- ка2
Клпноэнсгатит MgO-SiOa 17 15 12 10
Муллит 3AlsO,-2SiOs 21 —’ — —
Корунд А12о3 18 — 16 12
Рутил TiO2 ГВ 10,3 9,5 6,0
Окись бериллия Be О 21 — — —
Циркон ZrSio,4 15 — — —-
Титанат бария ВаТ1О3 10 — 6,0 4,5
Двуокись циркония ZrOs 18 •— .—, —
Фарфор 3Al2O3-2SiO3 20 17 14 12
i Технологическая связка из 95% парафина и 5% (но весу) олеиновой кислоты.
2 Технологическая связка из 94% парафина и 6% (по весу) пчелиного воска.
вает изменение количества технологической связки, необ-
ходимой для образования системы.
На структуру и свойства материала большое влияние
оказывает режим его синтеза (режим обжига шихты мате-
риала) .
При обжиге шихты материала изменение режима (ко-
нечной температуры, скорости подъема температуры, вре-
мени выдержки при конечной температуре и др.) приво-
дит к изменению свойств получаемого материала (твердо-
сти, удельного веса, структуры и т. д.).
Изменение твердости обожженного материала приводит
к изменению дисперсности и гранулометрического состава
порошка, получаемого в результате помола материала,
а следовательно, к изменению свойств литейного шликера.
В подтверждение сказанному ниже приведены опытные
данные измерения суммарной удельной поверхности порош-
ков кордиерита, шихта которого обжигалась при различной
температуре, а помол производился при постоянных усло-
виях. При этом порошок кордиерита, обожженный при
1 350° С (выдержка 2 ч), имел 3 = 5 025 см2/г, а обожжен-
ного при 13,80° С (выдержка та же) 3=4 000 см21г.
Как видно» из приведенных ниже данных, при изменении
темлературы, обжига материалов изменяются свойства шли-
керов, приготовленных из этих порошков. Так, .например,
6* 83
при постоянном количество связки вязкость шликера, при-
готовленного пз кордиерита, обожженного при 1350° С,
составляет 14 пз, а при 1 380° С—6,5 пз, т. е. примерно
вдвое уменьшается.
В зависимости от режима обжига шихты весьма суще-
ственно изменяется удельный вес порошка. Удельные веса
порошков различного состава отличаются друг от друга
весьма значительно (от 2,3 до 10 г/см3). Наряду с этим
удельный вес порошка постоянного химического состава
также сильно изменяется в зависимости от его структуры,
что в свою очередь определяется технологией его приго-
товления и прежде всего — режимом обжига. Так, напри-
мер, удельный вес порошка технической окиси алюминия
(А12О3) в зависимости от температуры обжига изменяется
в пределах от 3,42 до 4,0; удельный вес порошка клипоэн-
статитового материала — от 2,7 до 3,2 и т. д.
С точки зрения технологии приготовления шликера
удельный вес порошка является важной характеристикой:
а) В зависимости от удельного веса порошка при по-
стоянном весовом количестве вводимой связки изменяется
плотность упаковки частиц в шликере. Так, например, если
приготовить шликеры с введением 10%1 (по весу) связки
из порошков, имеющих удельные веса 3,5 и 4,0, то получим
в первом случае шликер с £уп=0,70, а во втором —
с /гуп=0,67.
Расчет kyjs производился по формуле (1-3) с примене-
нием расчетного значения объемного веса полуфабриката:
100-У<7
где d— удельный вес связки, г/см3.
б) От Удельного веса исходного порошка зависит огне-
вая усадка изделий при прочих постоянных характеристи-
ках шликера. Изменение огневой усадки является резуль-
татом изменения коэффициента упаковки шликера.
в) Удельный вес порошка косвенно характеризует его
структуру п поверхностные свойства, которые определяют
характер адсорбции связки на поверхности частиц по-
рошка, а следовательно, и свойства шликера.
Влияние удельного веса порошка на свойства шликера
видно из результатов опытов с клиноэнстатитовым мате-
риалом. Для получения порошка с различным удельным
весом шихта клиноэнстатитового материала обжигалась
84
при различных температурах. Полученный спек подвергал-
ся петрографическому анализу, кроме того, определялся
е10 удельный вес. Затем спек измельчали до постоянной
условной дисперсности и из него приготовляли литейный
шликер постоянной вязкости. Критерием изменения свойств
шликера в зависимости от удельного веса порошка явля-
лось количество связки, необходимой для образования
шликера.
В табл. 2-9 приведены результаты опытов.
Таблица 2-9
Нан м енование показателей Температура обжига шихты, °C
1 050 I 150 1 250 1 350
Пе трогра фическ не определения Энстатит 40 у0 клино- энстатита 80 /о клино- энстатита 80'/о клино- энстатита
Удельный вес по- рошка 2,69 3,10 3,14 3,14
Условная дисперс- 40 мк 40 мк 40 мк 40 мк
пость порошка и ниже и ниже и ниже и ниже
Количество связки в %, введенной для получения шлике- ров с одинаковой вязкостью 23 22 19 17
Как видно из приведенных данных, с увеличением
удельного веса порошка уменьшается количество связки,
необходимой для образования шликера. Однако это изме-
нение количества связки нельзя отнести полностью только
за счет изменения удельного веса порошка, так как одно-
временно при повышении температуры обжига шихты из-
меняется структура материала, а следовательно, его ад-
сорбционная способность.
Поскольку желательно использовать шликер с мини-
мальным содержанием связки, для приготовления его сле-
дует считать наиболее целесообразным применение порош-
ков с удельным весом, доведенным до предела (до макси-
мума), т. е. порошков из частиц готового керамического
материала.
Такие порошки, требуя минимального количества связ-
ки для образования шликера, одновременно являются наи-
более стабильными также и с точки зрения последующих
технологических операций (огневые усадки минимальные
и постоянные).
85
Состояние поверхности частиц порошка зависит прежде
всего от характера среды, в которой осуществляется помол,
а также от свойств поверхности частиц порошка и условий
его хранения.
Минеральные порошки обычно являются не идеально
сухими, так как па их поверхности адсорбируются молеку-
лы воды из воздуха, а в случае применения способа мокро-
го помола не вся вода удаляется при сушке. Кроме того,
на поверхности адсорбента удерживаются газовая фаза-
пленки органических веществ и т. д. Опыт приготовления
шликеров из различных порошков показал, что плохо высу-
шенные порошки образуют более вязкие шликеры, а иног-
да вообще не удается получить шликер. Было также заме-
чено, что при попадании воды в шликер последний загусте-
вает и становится непригодным для работы.
Обычно порошок, высушенный при температуре 100° С,
имеет влажность порядка 0,2—0,7%’. Как показали пробы
приготовления шликеров из различных порошков, свойства
шликеров резко ухудшаются при наличии влаги в порошке
более 0,5% (при влажности 1% и более шликер не обра-
зуется). В связи с этим с целью определения влажности
различных порошков в зависимости от условий сушки был
проведен ряд опытов, при которых изменялись температура
и время сушки.
Результаты определения влажности (по потерям при
прокаливании до 800° С) порошков в зависимости от тем-
пературы и времени приведены в табл. 2-10. Следует, одна-
ко, иметь в виду, что только длительное прогревание в ва-
кууме приводит к получению чистой поверхности, причем
в отношении порошка с развитой поверхностью эффектив-
ность даже этого метода сомнительна [Л. 95].
Таблица 2-10
Наименование материала Исходная влаж- ность порошка, /о Влажность порошка, %, после сушки при температуре, СС
юо 200 300 500 700
[ ч 3 ч 1 ч 3 ч I ч 3 ч I ч 3 ч I ч 3 ч
Муллит . . Клиноэнста- тит . . . Корунд . . Рутил . . . 0,22 0,64 0,76 0,1.3 0,19 0,56 0,12 0,17 0,55 0,09 0,13 0,48 0,17 0,48 0,40 0,06 0,10 0,45 0,13 0,45 0,44 — — 0,06 0,13 1 1 III o,0oi 0,001 0,004
Как видно из таблицы, при низких температурах сушки
/]00—300° С) сравнительно легко отдают влагу только
муллитовый и рутиловый порошки. Для сушки клиноэнста-
тлтового и корундового порошков требуется более высокая
температура, что в производстве нежелательно.
Полностью удалить влагу из порошка путем увеличения
времени выдержки его при относительно невысоких темпе-
ратурах также не удается. Опыт длительной сушки порош-
ка клиноэнстатитового материала показал следующие ре-
зультаты:
Время выдержки порошка при 170° С, ч. 1 3 6 24
Влажность порошка, °/о......... 0,57 0,45 0,5 0,44
Из приведенных опытов установлено, что влажность по-
рошков из различных материалов после сушки в одинако-
вых условиях неодинакова, что, по-видимому, объясняется
различной адсорбционной способностью порошков.
Получить практически почти сухой порошок оказывает-
ся возможным только путем сушки при температурах вы-
ше 500° С.
Так как образование литейного шликера возможно при
наличии влажности порошка до 0,5%', практически можно
ограничиваться даже для таких порошков, как клиноэнста-
титовый и корундовый, сушкой до 300° С, но качество та-
ких шликеров ниже, чем при использовании абсолютно су-
хих порошков.
Следует иметь в виду, что в результате помола в вод-
ной среде на поверхности частиц порошка неизбежно ос-
таются адсорбированные молекулы воды, которые до конца
не удаляются даже при сушке в пределах 800° С и вы-
ше. Поэтому для приготовления шликера из порошка, мо-
лотого в водной среде, требуется большее количество связ-
ки, чем в случае применения порошка сухого помола или
при горячем помоле в связке. Наряду с этим наличие вла-
ги в порошке изменяет плотность упаковки минеральных
частиц в шликере и, следовательно, влажность порошка
должна учитываться как некое дополнительное количество
технологической связки.
Рассмотрим, какое влияние оказывает дисперсность и
гранулометрический состав порошка на процесс приготов-
ления литейных систем.
Дисперсность порошка зависит от ряда технологических
факторов [Л. 126] и в первую очередь при прочих равных
условиях от длительности помола. Чем дольше измельчает-
87
ся материал, тем выше дисперсность получаемого порош-
ка, На рис. 2-16 приведены экспериментально полученные
кривые зависимости условной дисперсности порошка от
длительности помола в шаровой мельнице.
Увеличение степени дисперсности порошка приводит
к увеличению его удельной суммарной поверхности, что
имеет большое значение с точки зрения образования ли-
тейного шликера, так как литейный шликер образуется
только при условии создания на поверхности частиц слоя
связки определенной толщины. Исходя из этого, увеличе-
ние дисперсности порошка, т. е. увеличение его удельной
Рис. 2-16. Влияние длительности по-
мола в ротационной мельнице на дис-
персность порошка.
1 — муллитовый материал; 2 — клииоэнста-
титовый материал; 3 —фарфор.
суммарной (поверхности,
должно вызывать необхо-
димость увеличения коли-
чества связки, вводимой в
порошок для образования
литейного шликера, или
существенно изменять
его свойства. Это положе-
ние подтверждается ре-
зультатами проведенных
опытов. В табл. 2-11 при-
ведены данные различ-
ных материалов, характе-
ризующие влияние дис-
персности порошка на не-
которые свойства литей-
ного шликера при посто-
янном количестве связки. В таблице дисперсность порошка
характеризуется двояко: величиной частиц и удельной сум-
марной поверхностью S.
Как видно из приведенных на рис. 2-17 кривых, увели-
чение дисперсности порошка при сохранении постоянным
количества связки, вводимой в шликер, приводит к суще-
ственному увеличению вязкости шликера с сопутствующим
этому повышением показателя устойчивости шликера и сни-
жением литейной способности.
В случае сохранения постоянной вязкости шликера при
различной дисперсности порошка возникает необходимость
введения различного количества связки, что в свою оче-
редь приведет к изменению коэффициента упаковки шли-
кера kya и огневых усадок при обжиге образцов, изготов-
ленных из этого шликера. В табл. 2-12 и на рис. 2-18
приведены экспериментальные данные зависимости коэффи-
88
Таблица 2-11
Д1ЧГ(‘рИ чл Дисперсность порошка Вязкость JA, пз Показатель устойчивости шликера и
Величина преобладаю- щих частиц, м к Удельная суммарная поверхность S, см*!г
40 3 177 2 8,8
30 4 227 3 И,7
Фарфор 25 15 5 757 6 074 2,9 з,з 12,5 14,3
7 7 069 3,5 33,3
. 35 6 603 4,0 25,0
25 8 733 6,5 28,6
Клиноэнстатитовый 15 9710 18,5 40,0
материал 8 12 593 — 200,0
4 15 068 •— —
Рис. 2-17. Влияние дисперсности порошка
на вязкость и устойчивость шликера.
/—изменение вязкости шликера на основе фар-
фора; 2—изменение вязкости шликера на осно-
ве клиноэистатитового материала; 3—изменение
устойчивости шликера на основе фарфора; 4 —
изменение устойчивости шликера иа основе
клиноэнстатитового материала.
циента упаковки и огневой усадки от дисперсности порош-
ка клиноэнстатита при постоянной вязкости шликера.
Общепринятый метод ситового определения дисперсно-
сти порошка не полностью характеризует порошок, так как
из табл. 2-11 видно, что порошки, имеющие одинаковую по
величине преобладающих частиц дисперсность (например,
15 мк), обладают различной удельной суммарной поверх-
89
Таблица 2-12
Дисперсность порошка Вязкость Р, пз Плотность упаковки йуП Линейная огневая усадка Д/, %
Величина преобладаю- щих частиц, мк Удельная суммарная поверхность, см*!г
35 6 603 4,0 0,544 15,66
25 8 733 4,1 0,543 15,69
15 9710 3,9 0,526 16,53
8 12 593 4,4 0,516 17,60
4 15 068 3,9 0,438 21,47
ностью (6 074 и 9 710 см?/г). Это может быть объяснено
различием в гранулометрических составах порошков.
Следовательно, пренебрегать гранулометрическим со-
ставом в случае применения тонкодисперсных порошков
нельзя, так как при постоянной условной дисперсности по-
рошка и различном его гранулометрическом составе он об-
Рис. 2-18. Влияние дисперсности порошка
на плотность упаковки частиц и огневые
усадки при постоянной вязкости шли-
кера.
/—изменение &уГ|; 2—изменение литейной огне-
вой усадки.
ладает различной удельной суммарной поверхностью и из
этих порошков, имеющих постоянную (равную) условную
дисперсность, будут получены литейные шликеры различ-
ных вязкости, литейной способности и т. д.
Выше было показано, что чем меньше удельная сум-
марная поверхность порошка, тем меньшее количество
связки требуется для образования шликера и тем выше
90
плотность упаковки частиц в шликере. Следовательно,
-'точки зрения свойств литейного шликера желательным
явтяется получение порошка с минимально допустимой
суммарной удельной поверхностью.
” Уменьшить удельную суммарную поверхность порошка
можно увеличением размеров частиц либо рациональным
выбором гранулометрического состава порошка.
Первый путь является нежелательным, так как сни-
жает технологические свойства полуфабриката (обраба-
тываемость резанием вследствие выкрашивания частиц) и
ухудшает свойства обожженных изделий (снижается меха-
ническая н электрическая прочность и т. п.).
Второй путь имеет большие перспективы.
Для оценки возможностей второго пути уменьшения
удельной суммарной поверхности порошка можно восполь-
зоваться следующим простым примером. Допустим, мы
имеем порошок, условная дисперсность которого характе-
ризуется остатком 0,1—0,2% на сите с отверстием № 006,
т. е. максимальный размер зерна составляет 60 мк.
Естественно и несомненно, что порошок включает в се-
бя частицы с различными размерами, начиная с величины
60 мк и кончая, допустим, 0,1 мк.
Разобьем условно эту гамму размеров частиц на
4 группы:
I — 60 — 20 мк (среднее 40 мк)
II — 20 —5 мк (среднее 12,5 мк)
III — 5 —1 мк (среднее 3 мк)
IV — I —0,1 мк (среднее 0,55 мк)
Определяем расчетным путем (условно принимая форму
частиц за шар) ориентировочную удельную суммарную по-
верхность каждой группы по формуле
[см2/г]’ (2’14)
где А — размер частицы (диаметр шара), см\
Удельный вес материала частицы, г/ст/3.
Тогда для материала с dM = 3,1 г/см3 удельная суммар-
ная поверхность S составит: ”
группа I II HI IV
S, слг/г 483 1 545 G 450 35 300
Для сравнения составим из этих частиц три порошка
произвольно выбранными разными гранулометрическими
DP7Tf>aBaMH’ Н° С одинаков°й условной дисперсностью и оп-
Р лим их удельную суммарную поверхность (табл. 2-13).
91
Таблица 2-13
№ пор ОШ- ка Группа частиц Удельная суммар- ная поверхность порошка, см*1г
1 и ш IV
Вес фрак- ции, г Поверхность, с,и2 Вес фрак- ции, г Поверхность, с.и8 Вес фрак- ции, г ! Поверхность, I сл<2 Вес фрак- ции, г Поверхность, С,И8
1 0,40 19 0,30 463 0,20 1 290 0,10 3 530 5 477
2 0,25 120 0,25 386 0,25 1 610 0,25 8 830 10 946
3 0,10 48 0,20 310 0,30 1 930 0,40 14 100 16 388
Как видно из приведенного в табл. 2-13 ориентировочно-
го расчета, удельная суммарная поверхность порошка мо-
жет в несколько раз увеличиваться или уменьшаться толь-
ко за счет изменения его гранулометрического состава при
постоянной условной дисперсности.
б) Влияние некоторых факторов на гра-
нулометрический состав. Рассмотрим, какие тех-
нологические факторы влияют на гранулометрический со-
став тонкодисперсного порошка и какое влияние в свою
очередь оказывает гранулометрический состав порошка на
свойства литейного шликера.
Порошок для приготовления литейного шликера обычно
образуется путем грубого и тонкого помола спека исход-
ного материала. Следовательно, гранулометрия порошка
(данного состава и свойств) является результатом выбора
способа и режимов помола и изменяется в зависимости от
изменения методики и условий помола.
Основным оборудованием, применяемым для помола
спека в порошок, являются: а) для грубого помола — бе-
гуны и дробилки различных конструкций; б) для тонкого
помола — ротационные и вибрационные мельницы.
В результате грубого помола получается порошок, гра-
нулометрический состав которого включает в себя наряду
с крупными частицами также и весьма мелкие частицы.
В качестве примера ниже приведен ситовой анализ грану-
лометрического состава порошка клиноэнстатитового ма-
териала, полученного при помоле на бегунах по обычной
методике:
Размер частиц, I 000—600 000—385 385—200 200—150 150—102 102—75 75—60 60 и
мк меньше
Количество по 31,4 8,4 19,2 4,6 6,2 7,5 3,3 19,4
весу, %
92
Из этого примера видно, что на тонкий помол поступает
порошок определенного гранулометрического состава. Это
существенно влияет на гранулометрию порошка, получае-
мого после тонкого помола. Наряду с этим при тонком по-
моле в ротационных или вибрационных мельницах в зави-
симости от целого ряда факторов меняются условия помо-
ла что в свою очередь изменяет гранулометрический со-
став порошка.
На гранулометрический состав порошка при помоле
в ротационных (шаровых) мельницах оказывают влияние:
1) размер и форма мелющих тел; 2) удельный вес материа-
ла мелющих тел; 3) общий вес мелющих тел; 4) соотно-
шение объемов мелющих тел и материала, а также общего
объема загрузки с объемом барабана; 5) диаметр шаровой
мельницы; 6) число оборотов мельницы; 7) твердость ма-
териала мелющих тел и футеровки барабана; 8) механи-
ческая прочность измельчаемого материала; 9) вязкость
среды (суспензии) при помоле; 10) состав и свойства сре-
ды при помоле; 11) длительность помола (имеется в виду
длительность пребывания в процессе помола частицы, из-
мельченной до заданного размера, что определяется пе-
риодичностью отсева измельченных частиц).
В целях выбора путей регулирования гранулометриче-
ского состава порошков были приняты для исследования
последние три фактора.
При проведении экспериментов соблюдались следую-
щие условия:
а) Помол осуществлялся либо в шаровой мельнице ла-
бораторного типа, либо с помощью винтового пресса (раз-
давливанием) в целях сравнения различных механизмов
помола (в первом случае — дробление и истирание, во вто-
ром — преимущественно дробление).
б) При помоле в шаровой мельнице весовое соотноше-
ние мелющие тела : материал было принято равным 2:1.
Помол осуществлялся в фарфоровом барабане емкостью
2 л с внутренним диаметром 130 мм. В качестве мелющих
тел применялась кремневая галька (удельный вес мате-
риала с/м = 2,5 а/с.-и3) размером 30—40 мм; число оборотов
барабана 76 об/мин.
в) При измельчении с помощью винтового пресса помол
на нем осуществлялся в стальной ступке стальным бойком
при постоянном числе ударов, равном 30 в минуту.
г) В качестве исходного материала для измельчения
л принят спек клиноэнстатитового материала, который
93
предварительно был раздроблен и просеян через сита № 2
и 06.
Порошок, прошедший через сито № 2 и оставшийся па
сите № 06 (размер частиц 0,6—2,0 мм), принимался за ис-
ходный для опытов помола (остаток па сите № 2 и поро-
шок, прошедший через сито № 06, отбрасывались).
д) Во всех опытах помол осуществлялся в течение вре-
мени, необходимого для получения порошка постоянной
условной дисперности (размер частиц 150 мк и меньше),
контролируемой через каждые 15 мин помола по остатку
на сите № 015 — 0,1—0,2% (т. е. практически помол произ-
водился до полного прохождения порошка через сито
№ 015).
е) Определение гранулометрического состава произво-
дилось путем рассева молотого порошка на 4 фракции:
I фракция — частицы 150—71 мк, прошедшие сито
№ 015 и оставшиеся на сите № 0071;
II фракция — частицы 71—60 мк (остаток на сите
№ 006);
III фракция — частицы 60—30 мк (остаток на сите
№ 003);
IV фракция — частицы 30 мк и меньше, прошедшие че-
рез сито № 003.
Для определения влияния вязкости среды (суспензии)
при помоле на гранулометрический состав опыт проводил-
ся путем помола исходного порошка в шаровой мельнице
в водной среде. Для изменения вязкости среды (суспен-
зии) при помоле количество воды изменялось в следующих
пределах:
1) —25% (воды 33 г, порошка 100 г);
2) —50%! (воды 100 г, порошка 100 г);
3) —75% (воды 300 г, порошка 100 г).
Определение влияния состава и свойств среды при по-
моле на гранулометрический состав порошка осуществля-
лось путем сравнения гранулометрического состава порош-
ков, полученных в результате диспергирования в шаровой
мельнице:
а) сухим помолом (среда — воздух);
б) мокрым помолом (среда — вода) ;
в) сухим помолом с добавкой 0,5%1 олеиновой кислоты
(среда — воздух, олеиновая кислота).
Для определения влияния длительности помола на гра-
нулометрический состав порошка опыт производился с при-
менением периодического отсева части порошка, измель-
94
юн Д° установленной дисперсности через 1, 3 и 5 мин
чеНоЛа ' Таким образом, измельченные до установленной
n°ioBHoii дисперсности частицы порошка находились в про-
цессе помола более или менее длительный период в зави-
симости от частоты отсева.
Отсев производился вручную на сите № 015.
При проведении всех опытов помола наряду с контро-
лем гранулометрического состава порошка определялась
интенсивность помола (выход порошка заданной диспер-
сности в единицу времени в граммах).
Результаты опытов сведены в табл. 2-14.
Из анализа приведенных в таблице результатов экспе-
риментальной работы видно, что:
а) вязкость и состав суспензии при помоле существенно
влияют на гранулометрический состав порошка: с умень-
шением вязкости убывает количество частиц мелкой фрак-
ции и растет количество частиц крупной фракции; анало-
гичная закономерность наблюдается при переходе от по-
мола с добавками олеиновой кислоты к помолу в воздухе,
а затем — в воде;
б) длительность помола (частота отсева измельченных
частиц) также существенно влияет на гранулометрический
состав порошка: уменьшение длительности помола влечет
увеличение количества частиц крупной фракции и умень-
шение количества частиц мелкой фракции;
в) способ помола существенно влияет на производи-
тельность процесса: снижение вязкости среды и отсев из-
мельченных частиц при помоле повышает производитель-
ность помола в 5—6 раз.
Эти данные дают основание для суждения о характере
явлений, протекающих при помоле, и причинах изменения
гранулометрического состава порошка в зависимости от
условий помола.
Выявленное изменение гранулометрического состава
порошка в зависимости от вязкости суспензии может быть
объяснено следующим образом. Как известно, помол ча-
стиц в шаровой мельнице осуществляется в результате ра-
боты двоякого рода:
1) Дробления частиц в результате удара при падении
мелющих тел;
2) истирания частиц между шарами (и частично между
шарами и футеровкой), скользящими друг по другу.
зависимости от вязкости среды при помоле изменяет-
соотношение между работой дробления и истирания.
95
ипк/г 'Riroj\oii члэоиаиэизхнц 00 1X0 СО со ОС о" со о СМ со ю 0,25 0,60 0,54 0,72 0,78 1,П 1,67 2,33
Грануле метрический состав, % (по весу) виП -яейф Д1 со со со со со о О со LQ 00 см со ио "'Ф СО СМ ио СМ — СМ Г- О) U0 со со -'ф - CD СО •’Ф •—< ю 1 со 'ФСО С>1 ’Ф о- ОО О? СМ СО см с*>4
ВИП -ЯИС1Ф п J 5,28 16,1 17,6 22,3 7,7 13,8 м| г- ом о о со со со ю СО СМ —< Ю Th1 со со со со Г-? of ю к* см —< —<
виП -ЯВЙф II СО СМ Ю СМ О со ь- 6,15 11,05 11,0 5,1 см см ю со О f-OCO Ю СО CM b- 7,4 9,5 4,86
виД “Мвс!ф I о — со —< U0 -О о о оо см см CM LQ СО со 00 LO О Ю ’Ф О СО Ю — со ио со О0 СО 00 LQ LO СМ СО Г-Г СО "'Ф М- L0
Периодичность отсева измельченных частиц Без отсева Я Я Я 9 Без отсева С отсевом через 5 мин С отсевом через 3 мин С отсевом через 1 мин Без отсева С отсевом через 5 мин С отсевом через 3 мин С отсевом через 1 мин Без отсева С отсевом через 5 мин С отсевом через 3 мин С отсевом через 1 мин
Характер среды при помоле Вода—25% То же—50% » . —75% Воздух То же Воздух-J-0,5% олеино- вой кислоты То же Я я Воздух То же » ”
Метод помола Шаровая мельница То же R R R R К К R К R R R С R R Раздавливание под прес- сом То же Я я я я
96
Дробление тормозится и ослабляется при повышении
• кости среды, так как уменьшается живая сила при па-
ВЯнпи шара (уменьшается скорость), причем одновременно
Яастет интенсивность работы истирания. Обратная картина
получается при уменьшении вязкости среды. Так как при
дроблении получаются частицы различных размеров (круп-
ные и мелкие), а при истирании образуются преимущест-
венно мелкие частицы, естественно, что увеличение вязко-
сти среды, влекущее за собой увеличение работы истира-
ния и уменьшение дробления, приводит к получению по-
рошка с преобладанием в гранулометрическом составе
мелкой фракции, и наоборот.
Причина изменения гранулометрического состава при
изменении длительности помола (путем отсева измельчен-
ных частиц) ясна из следующего: очевидно, что при рабо-
те шаровой мельницы измельчению подвергаются в равной
мере все частицы, находящиеся в барабане (как крупные,
так и мелкие), следовательно, при длительном пребывании
частиц в барабане доминирует помол мелких частиц, ко-
личество которых всегда больше, чем крупных. Таким об-
разом, только в том случае, когда отсеиваются частицы,
измельченные до установленной дисперсности, помолу под-
вергаются в основном крупные частицы. При этом повы-
шается производительность процесса получения частиц за-
данной условной дисперсности, а в гранулометрическом
составе преобладают частицы наибольшего размера.
В описанных опытах определялся гранулометрический
состав порошков относительно невысокой условной диспер-
сности (150 мк и ниже). На практике весьма часто прихо-
дится применять более тонкодисперсные порошки. Поэто-
му представляет интерес установить, справедливы ли сде-
ланные выводы о зависимости гранулометрического соста-
ва от рассмотренных условий помола также и для более
тонкодисперсных порошков.
В табл. 2-15 приведены данные определения удельной
суммарной поверхности порошков с условной дисперсно-
стью 30 мк и ниже (т. е. прошедших без остатка через си-
то № 003), приготовленных помолом в среде различной
вязкости (25, 50 и 75% воды) и сухим помолом с отбором
н без отбора измельченной фракции.
Как видно из приведенных данных, с увеличением вяз-
кости суспензии при помоле возрастает удельная суммар-
ная поверхность порошка. Так как условная дисперсность
порошков одинакова (30 мк и ниже), увеличение удельной
П. О. Грибовскип. 07
Таблица 2-1>
Способ помола Условия помола Удельная суммарна поверхность 5, см*/4
Мокрый 25% воды, без отсева 4 039
50/о воды, без отсева 3 173
75% воды, без отсева 2 834
Сухой Без отсева 3 471
С отсевом через 1 мин 2 582
поверхности показывает, что гранулометриче
суммарной
скип состав порошка смещается в область преобладание
мелких фракций. Эти данные подтверждаются также вто
рой частью опыта, а именно; удельная суммарная поверх
ность порошка, молотого с отсевом, меньше, чем при помо
ле без отсева. Следовательно, при отсеве измельченное
фракции (т. е. уменьшении длительности помола) грануло
метрический состав порошка смещается в область преобла
Дания крупной фракции. Указанное находится в соответст
вии с ранее приведенными данными о зависимости грану
лометрического состава от вязкости среды и длительносте
помола.
Таким образом, можно считать, что оптимальными ус
ловиями помола с точки зрения получения порошка опре
деленной условной дисперсности при минимальной удель
ной суммарной поверхности являются:
а) помол в среде минимальной вязкости;
б) непрерывный отбор измельченных частиц (т. е. ми
нимальная длительность измельчения).
Влияние гранулометрического состав
порошка на свойства литейного шликер
было изучено путем приготовления шликеров (с введение!
12%' связки) из порошков различного гранулометрическог
состава (составленных из двух фракций: I — с размерам:
частиц 150—60 мк и II — менее 60 .нк), полученных в ре
зультате сухого помола без добавок и с добавкой 0,5°)
олеиновой кислоты.
У полученных шликеров определялись вязкость, литей
ная способность, устойчивость и предел прочности пр
изгибе в твердом состоянии. Результаты определен»
свойств шликеров приведены в табл. 2-16.
Как видно из приведенных данных, смещение грануло
метрического состава порошка в сторону преобладани
тонкой фракции приводит к снижению литейной способно
сти шликеров и увеличению вязкости.
98
Таблица 2-16
Гранулометри- ческий состав, % (ио и<-'сУ)__ I фрак- П фрак- ция ЦИЯ Вязкость н<> пз Литейная способность L Показатель устойчивости (5 ч) и Предел проч- ности при изгибе Примечание
70 30 50 50 30 1 70 — 70 30 50 50 30 70 Не течет 17,5 57 3 4,5 Не течет' 8,6 13,8 8,2 48,4 41,5 6,2 20 33,3 33,3 16,6 20 20 32 9 40,8 41,5 49,0 52,0 33,7 Сухой помол Помол с олеино вой кислотой
Вязкость шликеров, приготовленных из порошков, мо-
лотых с добавкой олеиновой кислоты, меньше, чем у шли-
керов из порошков сухого помола.
Особо следует отметить увеличение вязкости шликера,
приготовленного из порошка сухого помола, с преоблада-
нием в гранулометрическом составе крупной фракции
(150—60 мк). Это отклонение от общей закономерности
может быть объяснено пониженной прочностью адсорб-
ционного слоя образующегося при смачивании сухого по-
рошка. В результате этого вес крупной частицы оказывает-
ся достаточным для образования непосредственных точек
контакта с соседними частицами, что обусловливает малую
подвижность (повышенную вязкость) шликера.
Высказанное предположение подтверждается получен-
ными показателями устойчивости шликера; как видно из
табл. 2-16, несмотря на повышенную вязкость, шликер №1
имеет наибольшую склонность к расслаиванию по сравне-
нию с остальными шликерами этого же ряда, имеющими
.меньшую вязкость.
Проведенные опыты дают основание для следующих
выводов:
1. Гранулометрический состав порошка при постоянной
условной дисперсности оказывает существенное влияние на
свойства литейного шликера.
2- Смещение гранулометрического состава в сторону
преобладания тонкой фракции (60 мк и ниже) приводит
к повышению вязкости и снижению литейной способности
шликера. Смещение в сторону преобладания крупной фрак-
ции (150 60 мк) также ухудшает свойства шликера
^уменьшает его устойчивость).
3. При выборе оптимального в технологическом отно-
шении гранулометрического состава для приготовления
шликера следует стремиться к ограничению максимального
размера частиц (снижая максимальные размеры до 40—
50 лк) и уменьшению количества очень мелкой фракции
(менее 1—2 мк) с целью снижения удельной суммарной
поверхности порошка при повышении его условной диспер-
сности.
Указанное может быть достигнуто выбором соответст-
вующих условий помола: а) уменьшением вязкости среды
при помоле; б) увеличением эффективности дробления и
уменьшением истирания при помоле; в) применением по-
верхностно-активных веществ при помоле; г) непрерывным
отбором измельченных частиц в процессе помола.
Дисперсность порошка оказывает влияние не только на
kyn и литейные свойства шликеров, но и на огневую усадку
образцов, отлитых из данного шликера.
При постоянной плотности упаковки частиц в полуфаб-
рикате огневая усадка, казалось бы, должна быть постоян-
ной, однако в зависимости от дисперсности и грануломет-
рического состава порошка огневая усадка может изме-
няться даже при постоянном значении коэффициента упа-
ковки.
Это объясняется тем, что в зависимости от величины
частиц меняется размер пор (пустот между частицами),
причем соотношение между объемом частицы и поры мо-
жет оставаться постоянным. Так, например, если равнове-
ликие шары диаметром 1 мм насыпать в стакан, то при
оптимальной упаковке (12 точек контакта) они заполнят
74,05%' его объема, и размер пор при этом будет ~0,2 мм.
Если в тот же стакан насыпать равновеликие шары
диаметром 10 мм, т; е. в 10 раз большего размера, то опять
при их оптимальной упаковке (12 точек контакта) эти ша-
ры также заполнят 74,05%' объема, однако поры между
ними будут иметь размер 2 мм, т. е. в 10 раз больше, чем
в первом случае.
Таким образом, как видно из приведенного примера,
при неизменной плотности упаковки частиц (шаров) раз-
мер пор ,в полуфабрикате может увеличиться при увеличе-
нии размеров частиц и, следовательно, после обжига уве-
личится закрытая пористость, что повлечет уменьшение
огневой усадки .
При экспериментальной проверке этого положения был
использован клиноэнстатитовый материал (стеатит) Б-17.
Было приготовлено четыре партии шликера с условной
нерсностыо: 0,1; 10; 20 и 40%. Условная дисперсность
% бактеризовалась остатком на сите № 0045.
Помол керамического материала до намеченных дис-
епсностей производился в фарфоровых барабанах емко-
стью 4 л с добавкой поверхностно-активного вещества
(олеиновой кислоты) в количестве 0,5% от веса загружен-
ного на помол материала. В качестве мелющих тел исполь-
зовались стеатитовые шары из материала Б-17, которые
загружались в соотношении материал — шары, равном
1 : 1,5.
Для приготовления литейного шликера использовалась
связка состава: парафин 94%, пчелиный воск 6%!, которая
вводилась в количестве 11% от веса размолотого керами-
ческого материала. Таким образом, с учетом введенной при
помоле олеиновой кислоты количество связки в шликерах
равнялось 11,5%.
Из приготовленных шликеров отливались образцы двух
типов: цилиндры диаметром 30 мм и высотой 45 мм, на
которых определялись огневые усадки, и стержни диамет-
ром 8,5 мм и длиной 125 мм для механических испытаний
и определения объемного веса.
Удаление связки из образцов и их обжиг производились
в камерной силитовой печи.
Результаты определения некоторых свойств шликеров
и измерений изготовленных из них обожженных образцов
приведены в табл. 2-17.
Таблица 2-17
Условная дисперс- ность порошка, % Параметры шликера Обожженные образцы
Количество связки, % (ио весу) Литейная способ- ность L Лннейнаи огневая усадка АЛ % Предел прочности при изгибе ^ИЗГ ' Объемный вес 7,
расчетное фактиче- ское по ПНИ
43,0 11,5 11,36 35 7,7 1 000 2,86
18,0 11,5 11,43 35 8,5 1 100 2,85
10,0 11,5 11,52 G8 8,0 1 350 2,91
и, 1 11,5 11,43 20 8J 1 520 2,91
2 видно из приведенных данных и графика на рис.
, по мере уменьшения дисперсности порошка умень-
шается и огневая усадка.
101
Уменьшение огневой усадки у образцов из грубодиспер-
сных порошков, как выше было показано, можно объяснить
увеличением закрытой пористости, так как одинаковое ко-
личество связки в шликерах при постоянном удельном ве-
се порошка обеспечивает постоянство коэффициента упа-
ковки полуфабриката.
Рис. 2-19. Зависимость огневой усадки и механиче-
ской прочности обожженных образцов от дисперс-
ности порошка.
/—линейная огневая усадка; 2—механическая прочность.
Это подтверждается также тем, что с повышением дис-
персности порошка растут объемный вес и механическая
прочность образцов.
Таким образом, полученные данные изменения огневой
усадки, объемного веса и механической прочности в зави-
симости от дисперсности порошка в определенной мере
подтверждают друг друга.
Методы и эффективность помола
Дисперсность и гранулометрический состав порошка
наряду с рассмотренными выше при изучении помола в ро-
тационных мельницах факторами определяются также
в значительной мере, как уже упоминалось, применяемым
оборудованием.
Измельчение может производиться не только в рота-
ционных, но и в вибрационных мельницах, в воде (мокрый
помол) или всухую (сухой помол). Мокрый помол (в рота-
102
ционных мельницах) является наиболее широко распро-
страненным в производстве керамических изделий. Для
обычно применяемой (пластичной) технологии это являет-
ся правильным, так как на дальнейших этапах технологи-
ческого процесса (формовка, литье, протяжка и т. п.) тре-
буется масса (шихта), содержащая 17—30%' воды.
При приготовлении материала для технологии горяче-
го литья более эффективным является сухой помол, так
как при сухом помоле отпадает ряд трудоемких операций.
Это видно из схемы рис. 2-20.
Вопрос выбора оборудования (ротационная или вибра-
ционная мельница) связан с эффективностью измельче-
ния.
Эффективное измельчение твердых материалов являет-
ся одной из важных проблем в технологии керамики. До
последнего времени в производстве различных видов кера-
мики наиболее широко применяются для тонкого измель-
чения ротационные (шаровые) мельницы.
Не останавливаясь на описании конструкции ротацион-
ных мельниц, так как они общеизвестны [Л. 31], следует
отметить, что’эти мельницы конструктивно весьма просты,
удобны в эксплуатации и обеспечивают возможность полу-
чения различной степени измельчения керамического мате-
риала.
Кроме того, измельчение в ротационных мельницах
не требует большой затраты труда человека, так как во
время помола необходимо лишь периодически наблюдать
за ходом процесса. Однако наряду с упомянутыми досто-
инствами ротационные мельницы обладают также рядом
существенных недостатков. Основным недостатком являет-
ся невысокая производительность, возможность повышения
которой ограничена самим принципом действия шаровых
мельниц (мала скорость движения мелющих тел; работа
измельчения осуществляется мелющими телами последо-
вательно, а не одновременно всеми шарами; недостаточно
полно используется рабочий объем камеры шаровой мель-
ницы— на 40—45% и т. д.).
За последние годы получили некоторое развитие вибра-
ционные мельницы, используемые для тонкого измельчения
различных материалов. Опыт применения вибропомола
показал ряд преимуществ вибрационных мельниц по срав-
нению с ротационными. В первую очередь следует отметить
резкое повышение производительности, которое является
в основном результатом увеличения скорости движения и
103
Рис. 2-20. Технологическая схема приготовления материала (порошка).
количества соударений шаров. При этом в работе измель-
чения участвуют одновременно все шары и почти полно-
стью используется рабочий объем камеры мельниц (на
80-90%).
В настоящее время известно несколько конструктивных
вариантов вибрационных мельниц как непрерывного, так
и периодического действия. Все эти конструкции можно
подразделить на две основные группы: дебалансные и экс-
104
цептриковые. Принципиальные схемы дебалансной и экс-
центриковой вибром^льниц приведены на рис. 2-21 и 2-22.
Какой из этих схем следует отдать предпочтение, пока
точно не установлено.
Однако на основе анализа накопленного опыта работы,
по-видимому, предпочтение можно отдать дебалансным
Рис. 2-21. Схема дебалансной вибромельницы.
вибромельницам. На рис. 2-23 приведен общий вид деба-
лансной вибрационной мельницы типа М-10, разработан-
ной ВНИИ новых строительных материалов (ВНИИ НСМ).
Вибрационная мельница М-10 предназначена для тон-
кого сухого и мокрого помола материалов.
В отличие от обычных ротационных мельниц (с враща-
ющимся барабаном) камера вибрационной мельницы
Рис. 2-22, Схема эксцентриковой вибромельницы.
совершает частые (до 1 500—3 000 в минуту и более) круго-
вые колебания в плоскости, перпендикулярной к оси вра-
щения вала. При каждом колебании камеры мелющие те-
ла (шары) толчками перемещаются на короткие расстоя-
ния и размалывают находящийся между ними материал.
В вибрационной мельнице происходят круговое (реак-
ивное) движение всех шаров и материала в стороку, про-
-воположную направлению вращения вала, и планетар-
105
ное вращение шаров вокруг своей оси, вследствие чего
осуществляется также интенсивное перемешивание мате-
риала.
Несмотря на большой интерес к вибропомолу, в лите-
ратуре еще очень слабо освещены основные вопросы тех-
нологии вибропомола в процессах производства тонкой
керамики. В связи с тем,что применение вибропомола в тех-
нологии горячего литья представляется весьма перспек-
тивным, было проведено экспериментальное изучение влия-
Рис. 2-23. Общий вид дебалансной вибромельницы.
ния основных технологических параметров на процесс
вибропомола.
Работа по изучению процесса вибропомола проводилась
с использованием вибрационного стенда, на котором уста-
навливался фарфоровый барабан емкостью 2 л. Схема
установки приведена на рис. 2-24.
С помощью этой установки изучалось влияние на эф-
фективность помола весового соотношения шары — матери-
ал; амплитуды и частоты колебаний; размеров и удельного
веса мелющих шаров; размеров частиц исходного материа-
ла; длительности помола; среды при помоле.
При исследовании влияния любого из перечисленных
факторов остальные принимались постоянными. В табл.
2-18 приведены принятые значения и пределы изменения
106
5 ‘f 3
Рис. 2-24. Схема установки для опытов вибро-
помола.
/ — стол вибростенда; 2— деревянная колодка; 3 — фар-
форовый барабан; 4 — хомуты; 5т— резиновые прокладки.
каждого исследуемого параметра, а также величины, при-
нятые в качестве постоянных значений в остальных опы-
тах.
Таблица 2-18
Наименование параметров Пределы изменений Постоян- ное значе- ние для остальных опытов
Весовое отношение мелющие шары: ма-
териал 3:1; 5:1; 7:1; 9:1 9:1
Амплитуда колебаний, мм 0,8; 1,5; 2,2; 3,0; 3,5 3,0
Частота, гц Размеры (диаметр) мелющих шаров, 25; 40; 50; 70 25
ММ 10; 15; 25 15
Удельный вес мелющих шаров, г/см3 Размеры частиц исходного материала 3,2; 7,8 7,8
(средние значения), мм 0,75; 1,5; 2 5 1,5
Длительность помола, мин 10; 20; 40 10
Среда при помоле Воздух; вода при ве- совом отношении к Воздух
материалу 1:3, 1:1,
2:1; олеиновая кисло-
та (0,5% от веса
материала)
107
Все опыты вибропомола проводились с постоянным ве-
совым количеством загрузки в фарфоровый барабан 400 г
(измельчаемый материал — СК-1). Для определения эф-
фективности помола, проведенного по заданному режиму,
по окончании каждого опыта полученный измельченный
порошок выгружался из барабана и подвергался рассеву
на ситах. В качестве критерия эффективности помола бы-
ло принято отношение Е удельной суммарной поверхности
молотого порошка S2 к удельной суммарной поверхности
исходного порошка Si;
(2-14а)
Удельная суммарная поверхность порошков определя-
лась путем рассеивания порошка па шесть фракций и ра-
счета удельной суммарной поверхности каждой фракции
по формуле (2-14а).
Таким образом, принятый критерий эффективности Е
помола характеризует, во сколько раз увеличилась суммар-
ная поверхность частиц порошка, что и является основным
показателем эффективности помола.
Таблица 2-19
Переменный параметр Значение параметра ! Э ()фектив- ность помола Е Переменный параметр Значе- ние па- рамет- ра Эффек- тив- ность РОМО - ла Е
Амплитуда ко- 0,8 3,5 Размеры ме- 10 1,5
лебаний, мм 1,5 1 Д лющих ша- 15 18,7
2,2 4,0 ров, мм 25 23,7
3,0 18,7
3,5 13,3
Частота коле- 25 3,5 )Удельный 3,2 3,5
баний, гц 40 2,7 вес шаров, 7,8 6,8
55 5,5 г, см3
. 70 11,1
Длительность 10 18,7
помола, мин 20 25,1 Весовое со- 3:1 3,8
30 27,4 отношение 5:1 6,8
40 49,6 1 шары—ма- 7:1 14,9
териал 9:1 18,7
Среда при помоле:
Вода : материал 1:3 12,0
Вода : материал 1 :1 3,8
Вода : материал 2:1 3,7 Размеры ис- 0,75 32,8
Воздух 18,7 ходных ча- 1,5 18,7
Олеиновая кислота (0,5»/о i стиц мате- 2,5 2,0
от веса материала) 1 5,8 1 риала, мм
108
Рис. 2-25. Зависимость эффективности
вибропомола от режима.
1—от амплитуды колебаний; 2 — от частоты
колебаний.
Результаты опытов вибропомола, проведенных по опй-
cainioii методике, приведены в табл. 2-19 и графически изо-
бражены на рис. 2-25—2-27.
Из приведенных данных
гуды и частоты колеба-
ний приводит к повыше-
нию эффективности виб-
ропомола. При этом более
существенно влияет уве-
личение амплитуды коле-
баний (рис. 2-25).
Увеличение весового
соотношения шары — ма-
териал и размеров мелю-
щих шаров также приво-
дит к повышению эффек-
тивности виброполола.
Однако ход кривой изме-
нения эффективности виб-
ропомола в зависимости от размеров шаров (рис. 2-26)
показывает нецелесообразность выбора шаров чрезмерно
большого размера. По-видимому, оптимальным является
К 20 25 30
Размер мелющих шаров й,мм
Рис. 2-26. Зависимость эффективности
впбропомола от характеристики мелю-
щих тел.
/—от размеров мелющих шаров; 3—от весового
отношения шары : материал,
одновременное применение при вибропомоле шаров раз-
личных размеров.
Э(Ьй^еСЬМа существенной является выявленная зависимость
Ч фиктивности помола от размеров частиц измельчаемого
109
материала. Увеличение исходных размеров частиц, как
видно из рис. 2-27, приводит к резкому уменьшению эф-
фективности вибропомола. Приведенная на том же графи-
ке кривая изменения эффективности вибропомола от дли-
тельности измельчения дополнительно подтверждает это
положение, так как по мере измельчения порошка (в за-
висимости от времени помола) эффективность повы-
шается.
Влияние среды и материала мелющих шаров на эффек-
тивность вибропомола видно из табл. 2-19. Наиболее эф-
fl f Z 3
Размер исходных частиц материала,мл
Рис. 2-27. Зависимость эффективности
вибропомола от некоторых условий.
1 — от длительности помола; 2 —от размера ис-
ходных частиц материала.
фективным оказывается вибропомол в воздушной среде,
а при мокром помоле в относительно вязкой среде при ве-
совом соотношении вода — материал 1:3.
Последнее обстоятельство дает основание считать так-
же целесообразным использование вибрационных мельниц
для горячего помола при приготовлении литейных систем,
которые являются относительно высоковязкими. Отсутствие
вращения рабочей камеры вибромельницьи упрощает в этом
случае конструкцию обогревательного устройства и созда-
ние вакуума в камере мельницы, что является дополни-
тельным преимуществом использования вибрационных
мельниц для горячего помола (описание опытов горячего
помола приводится далее).
ПО
Технологический процесс приготовления порошков
Технологический процесс приготовления порошка ма-
териала в основном сводится к следующей общей схеме:
подготовка исходного сырья, приготовление шихты, синтез
материала, измельчение материала, контроль.
Основные варианты приготовления материала в техно-
логии горячего литья приведены на рис. 2-20.
Подготовка исходного сырья в зависимости от его ха-
рактера заключается либо в его очистке от посторонних при-
месей путем сортировки и промывки (тальк онотский
и т. п.) либо в сушке (углекислый барий, глины и т. п.).
Обязательным является контроль качества сырья. Про-
веряются химический и минералогический составы! сырья на
соответствие техническим условиям или ГОСТ.
Процесс приготовления шихты заключается в дозировке
компонентов, их измельчении и смешивании и подготовке
шихты к обжигу для синтеза материала.
Дозировка компонентов производится по весу в соот-
ветствии с составом (рецептом) шихты.
Завершающим звеном в процессе приготовления ших-
ты является ее подготовка к обжигу (для синтеза материа-
ла). Как видно из приведенной схемы рис. 2-20, могут при-
меняться три основных варианта подготовки: дробление
«коржей» (разламывание на куски размером 50—60 мм),
прессование брикетов и гранулирование шихты.
Самым простым и удобным в производстве на первый
взгляд кажется первый способ, так как используются го-
товые «коржи» и не требуется накаких дополнительных
операций,, за исключением ручного их разламывания на
куски. Поэтому в первое время развития технологии горя-
чего литья этот способ был принят в большинстве произ-
водств.
Неопределенная форма кусков шихты, получаемых этим
путем, приводила к нерациональному использованию печей
при обжиге материала. Стремление увеличить плотность
загрузки материала в обжиге, а также применение туннель-
ных электропечей для обжига привели к разработке и появ-
лению второго способа — прессованию брикетов. При этом
оба способа были сопряжены с трудоемкой операцией по-
следующего дробления спека.
Наиболее эффективным, позволившим сократить ряд
трудоемких операций, оказался разработанный в 1955 г.
способ гранулирования шихты 1Л. 54]. Основное преимуще-
111
ство этого способа связано с тем, что шихта брикетирует-
ся тем или иным путем в виде частиц определенной формы
(гранул, стерженьков, трубок и т. п.) небольшого диамет-
ра (1—3 мм). После обжига (синтеза материала) гранулы
могут поступать непосредственно на операцию тонкого по-
мола (отпадает необходимость в грубом помоле и очистке
от железа). Кроме того, гранулирование шихты обеспечи-
вает предпосылки к созданию эффективных конструкций
печей непрерывного действия для синтеза материала.
Основными вопросами, требовавшими решения при
разработке способа гранулирования, являлись выбор оп-
тимальных размеров частиц (гранул) и выбор технологии
приготовления гранул.
Экспериментальная отработка процесса гранулирования
производилась на нескольких материалах: стеатитах СК-1
и Б-17; конденсаторных материалах Т-80, ТК-20, Т-150;
ультрафарфоре УФ-46 и цельзиановом материале СЦ-1.
Первые опыты производились путем ручного приготов-
ления (дроблением кусков сухой шихты с последующим
рассевом на ситах) гранул различного размера: 2—3, 1—2
и 0,5—1,0 мм. Приготовленные гранулы загружались в ог-
неупорные короба (капсели) и подвергались обжигу до
температуры спекания. Внутренняя поверхность короба
покрывалась слоем обмазки, не реагирующей с, обжигае-
мым материалом.
В результате опытов обжига было установлено, что
чрезмерно мелкие гранулы (0,5—1,0 мм) после обжига не
разделяются, а образуют плотный спек; гранулы среднего
размера (1—2 мм) разделяются с некоторым трудом,
а гранулы размером 2—3 мм легко разделяются после об-
жига при легком нажиме рукой. В связи с этим был вы-
бран для дальнейших опытов размер гранул 2—3 мм.
Обожженные гранулы были подвергнуты измельчению
в обычных условиях (в ротационных мельницах, всухую,
с добавкой олеиновой кислоты). Время, необходимое для
измельчения гранул, оказалось примерно равным времени
измельчения частиц материала, полученных грубым помо-
лом на бегунах.
С целью выбора метода приготовления гранул были
проведены анализы различных возможных методов грану-
лирования шихты и их экспериментальная проверка.
Сравнивались следующие методы:
1) ручное дробление сухой шихты с отсевом мелких
фракций;
112
2) дробление сухой шихты с одновременным отсевом па
вибросите;
3) протирание шихты при влажности 12—15% через
сито № 2;
4) дробление шихты с помощью вальцов или бегунов
с перфорированным подом;
5) продавливание шихты (при влажности 15—18%) че-
рез перфорированную решетку с отверстиями диаметром
1,5—2 мм.
Экспериментальная проверка показала, что все пере-
численные методы обеспечивают получение необходимых
гранул. Наиболее эффективным оказался последний ме-
тод, который и получил наиболее широкое применение
в производстве.
'Однако еще более перспективным, по-видимому, яв-
ляется применение специальной машины для гранулиро-
вания, построенной по этому же_принципу (продавливание
через отверстия). Принципиальная схема работы такой
машины заключается в следующем: гранулируемая шихта
пропускается между полыми перфорированными цилин-
драми. Шихта продавливается через отверстия во внутрен-
нюю полость цилиндров, и готовые гранулы высыпаются
в тару. Такого типа машины выпускаются в ГДР фирмой
«Alexanderwerk AG» [JI. 58].
Синтез материала (обжиг) является одним из важней-
ших этапов технологии приготовления материала.
Температура обжига и режим зависят от состава и
свойств синтезируемого материала и применяемого в ших-
те исходного сырья.
Синтез материалов может производиться как в печах
периодического действия, так и в туннельных печах. И в том
и другом случаях обжигаемый материал загружается в ке-
рамические огнеупорные короба (капсели), расход кото-
рых довольно велик. Продолжительность обжига колеблет-
ся от 10 до 24 ч. Учитывая специфику синтеза материала,
который в отличие от обжига деталей может производиться
при больших скоростях подъема температуры, представи-
лось возможным разработать и осуществить также непре-
рывный обжиг материалов. При этом резко ускоряется про-
цесс за счет сокращения времени пребывания частиц ма-
териала в зоне высоких температур. Экспозиция доводится
До 1 15 мин, что является минимально необходимым для
завершения реакций; возможные трещины и тому подобные
Дефекты, связанные с чрезмерно быстрым нагревом и ох-
8 И. о, Грнбовский. ИЗ
лаждением, не являются препятствием для ускоренного
синтеза материала, а облегчают его последующий помол.
Для проведения опытов непрерывного обжига материа-
ла (в виде гранул) первоначально была сконструирована
и изготовлена опытная лабораторная печь с вращающейся
трубой. На рис. 2-28 приведен общий вид конструкции
©той 'печи. Печь состоит из плиты Z, к которой приварен
каркас из углового железа 2. На каркасе укреплены тер-
моиэоляциойная кладка 8 и электрическая разводка
Рис. 2-28. Общий вид лабораторной печи с вращающейся трубой.
к силитовым стержням 3, которые обогревают централь-
ную часть вращающейся огнеупорной трубы 4. На огне-
упорной трубе 4 смонтированы обручи 5 п 6, опираю-
щиеся на четыре подшипника 7. К одному подшипнику
подведен привод от электромотора, передающий вращение
через обручи огнеупорной трубе. Число оборотов трубы
150 об/мин. Для осуществления процесса непрерывного об-
жига включаются обогрев печи и вращение по достижении
необходимой температуры (1 200—1400°С). В трубу 4 за-
сыпаются гранулы обжигаемого материала, которые под
действием сил тяжести и в результате вращения трубы пе-
ремещаются вдоль ее оси. Скорость перемещения гранул
вдоль оси зависит от угла наклона трубы, который регули-
руется с помощью болтов 9.
114
Опыты непрерывного обжига проводились на стеатито-
вых материалах Б-17 и СК-1- В результате проведенных
опытов была установлена принципиальная возможность
непрерывного обжига гранул и выявлены недостатки в ра-
боте печи. Основными недостатками являлись:
1) недостаточные механическая прочность и жароупор-
ность вращающейся трубы, что приводило к частой ее по-
ломке;
2) взаимодействие обжигаемого материала с огнеупор-
ной трубой печи, что приводило к уменьшению проходного
сечения трубы (обжшаемый материал «наращивался» на
стенки трубы);
3) недостаточная термоизоляция и связанные с этим
большие потери тепла, что ограничивало возможность
подъема температуры в печи выше 1 300° С;
4) узкий диапазон времени прохождения частиц через
зону обжига и нестабильность этого времени для отдель-
ных частиц материала;
5) недостаточное использование полезного сечения печи.
В целях устранения перечисленных недостатков было
разработано и экспериментально проверено несколько дру-
гих вариантов конструкций печей непрерывного действия.
В результате проведенной работы была выбрана как наи-
более приемлемая конструкция вертикальной муфельной
(щелевой) печи, общий вид которой приведен на рис. 2-29.
Печь представляет собой вертикальный муфель, в сред-
ней части которого расположена зона обогрева (на приве-
денном эскизе печи обогрев осуществляется силитовыми
стержнями). В верхней части печи установлен желоб для
засыпки обжигаемого материала в печь; в нижней части—
механизм выгрузки в виде барабана, вращающегося (или
совершающего колебания вокруг своей оси) и уносящего
из печи на своей поверхности (в зазор между ним и печью)
обожженный материал. Первый экспериментальный ва-
риант печи был выполнен с механизмом выгрузки в виде
стальной заслонки, имеющей возвратно-поступательное
движение.
Во избежание прилипания обжигаемого материала
к стенкам печи огнеприпас печи выбирался в зависимости
от свойств обжигаемого материала таким образом, чтобы
при температурах спекания не было реакции взаимодей-
ствия между материалом и стенкой печи (например, магне-
зит -для обжига стеатитовых материалов, корунд — для
8* 115
обжига высокоглиноземистых материалов и т. д.). Кроме
того, щелевой муфель выбран клинового сечения (в верти-
кальной плоскости) с расширением в нижней части, что
облегчает продвижение материала.
С целью уменьшения перепада температур в сечении
печи муфель имеет прямоугольное (продолговатое) сече-
Рис. 2-29. Общий
вид вертикальной
муфельной печи не-
прерывного дейст-
вия.
Рис. 2-30. Схема’’вертикальной
многоканальной печи непрерыв-
ного действия.
ние с весьма небольшим расстоянием (40—60 мм) между
широкими сторонами муфеля, через которые осуществляет-
ся обогрев обжигаемого материала. При этом достигается
весьма полное использование рабочего сечения печи и
конвективных теплопотоков в вертикальном муфеле, чем
обеспечивается высокий к. и. д. печи.
116
Для увеличения производительности печи в одной ка-
мере может быть установлено параллельно несколько му-
фелей (рис. 2-30).
Производительность печи зависит от ряда факторов
(свойств обжигаемого материала, размеров сечения му-
феля, высоты канала, числа каналов и т. д.) и точно мо-
жет быть установлена в каждом отдельном случае в зави-
симости от конструкции печи и режима обжига. Ориенти-
ровочное представление (по опыту эксплуатации лабора-
торного макета печи) о производительности вертикальной
печи дают следующие расчетные данные для муфеля сече-
нием 50X600 мм при высоте канала 1 200 мм (зона обжига
500 j\im) и температуре обжига 1 320° С. За 1 ч через зону
обжига может проходить столб материала высотой 1 000 мм;
следовательно, объем (насыпной) обжигаемого материала
будет равен 30 л./ч. При удельном весе материала 3,0 г/см?
и насыпном весе 1,1 г/см? производительность одного кана-
ла составит 33 ка/ч, а для четырехканальной печи —
3 т!сутки при весьма малых габаритах печи.
Завершающим этапом техн&логии приготовления мате-
риала (порошка) является диспергирование синтезирован-
ного продукта до заданной дисперсности.
В настоящее время существует пять вариантов методи-
ки подготовки (измельчения) порошка для приготовления
литейных систем.
Отличие этих вариантов друг от друга, по существу,
заключается в создании различных условий для адсорбции
связки на поверхности частиц порошка:
I вариант — мокрый помол (в водной среде);
41 вариант—сухой'помол (в воздушной среде);
III вариант — сухой помол (в воздушной среде в при-
сутствии ПАВ *);
- IV вариант горячий .помол (в расплавленной связке
сПАВ); v 1
V вариант — комбинация предварительного сухого по-
мола с ПАВ и горячего помола в расплавленной связке.
При использовании первого варианта в процессе дис-
пергирования на поверхности свежего скола материала
адсорбируются молекулы воды, что заметно ухудшает про-
цесс образования литейной системы (см. § 2-2,А). В даль-
нейшем путем нагревания (сушки) порошка молекулы во-
ды частично удаляются, но часть молекул воды остается
адсорбированной на поверхности частиц порошка. Следо-
1 ПАВ — поверхностно-активные вещества.
117
вательно, при смешивании со связкой порошка, полученно-
го диспергированием твердого тела в воде, поверхностно-
активные вещества действуют на границе раздела мине-
рал — вода и частично минерал — воздух.
Во втором варианте на поверхности порошка адсорби-
руются молекулы газов из воздуха и лишь частично моле-
кулы воды (учитывая присутствие паров воды в атмосфе-
ре); следовательно, адсорбция ПАВ при смешивании та-
кого порошка со связкой происходит на границе раздела
минерал — воздух и частично минерал — вода.
При использовании третьего варианта (сухой помол
с ПАВ) в процессе диспергирования на поверхности све-
жего скола материала адсорбируются молекулы воздуха,
а затем на границе раздела минерал — воздух адсорбируют-
ся поверхностно-активные вещества. Возможно, что частич-
но адсорбция ПАВ происходит также непосредственно на
поверхности свежего скола (в случае наличия местного
скопления ПАВ).
При использовании четвертого варианта в процессе
диспергирования на поверхности свежего скола, по-види-
мому, адсорбируются либо молекулы парафина, а затем
на границе раздела минерал — парафин молекулы ПАВ,
либо благодаря молекулярному распределению ПАВ в па-
рафине на поверхности свежего скола происходит непо-
средственно адсорбция ПАВ.
Пятый вариант является сочетанием третьего и четвер-
того случаев.
Так как действие одного и того же ПАВ на границах
раздела различных фаз (минерал — вода, минерал'—воз-
дух, минерал — парафин) неодинаково, а применение этих
методов дает в этом смысле различные результаты, есте-
ственно, что оптимальным методом является .такой, кото-
рый обеспечивает наилучшие условия для адсорбции ПАВ.
Как показал опыт, наилучшие результаты обеспечиваются
при применении третьего — пятого вариантов (для образо-
вания шликера требуется минимальное количество связки).
Кроме того, при использовании четвертого варианта
обеспечиваются наибольшая, простота технологического
процесса и высокая производительность.
Четвертый и пятый варианты подготовки материала
объединяют в себе как процесс измельчения, так и смеши-
вание образующегося порошка со связкой, т. е. в четвертом
и пятом вариантах осуществляется процесс приготовления
литейных систем (шликеров). Поэтому рассмотрение этих
118
процессов производится ниже, в разделе технологии приго-
товления литейных систем (см. § 2-5).
Оборудование и приемы для проведения процессов по
первому — третьему вариантам могут применяться обычные
в керамической технологии. Необходимо отметить при
этом, что при измельчении материала после синтеза (об-
жига) повышенная твердость его влечет увеличение намо-
ла шаров и футеровки барабана. Для устранения возмож-
ности изменения состава за счет намола следует приме-
нять мелющие тела и футеровку из того же материала, что
измельчаемый. Возможно также применение металличе-
ских шаров с последующей химической очисткой порошка,
а в ряде случаев и без нее.
Готовый порошок должен контролироваться не только
в отношении дисперсности и гранулометрии, но и свойств
материала (на обожженных стандартных образцах).
Получение порошка материала определенного состава
и свойств зависит главным образом от кондиционности’
сырья и соблюдения технологических режимов подготовки
порошка (подготовка сырья, дозировка шихты, режим
синтеза, режим измельчения и т. д.).
Поэтому при приготовлении порошков необходимо кон-
тролировать: '
а) качество применяемого исходного сырья (внешним
осмотром и путем проверки его химического состава и
влажности);
б) условия хранения сырья (во избежание смешивания
различных сырьевых материалов друг с другом или за-
грязнения их посторонними примесями);
в) правильность завески материалов в шихту при за-
грузке мельниц;
г) степень помола шихты и спека (по остатку на сите,
а также с помощью микроскопа и поверхностей ер а);
Д) качество обжига спека (температурный и газовый
режимы и степень спекания);
е) качество материала, получаемого из порошка путем
изготовления и испытания образцов в соответствии с дей-
ствующими ГОСТ или ВТУ.
2-3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВЯЗКИ
В технологии горячего литья для приготовления литей-
ных систем применены термопластичные органические
связки. К группе термопластичных относятся органические
Щества, которые обладают способностью многократно
119
переходить в результате нагрева и охлаждения из твердо-
го состояния в жидкое, и наоборот. К такого рода вещест-
вам относятся парафины, воски, твердые жиры, пеки, неко-
торые смолы и т. п. Сведения, имеющиеся в литературе по
вопросам применения указанных веществ в керамической
технологии, весьма ограничены и, по существу, дают толь-
ко общее представление о возможности применения неко-
торых из них в качестве связок при прессовании.
Технологические связки, разработанные [Л. 43—51] для
приготовления литейных систем, представляют собой со-
ставы, состоящие из основы (термопластичного вещества)
и добавки поверхностно-активного вещества (ПАВ).
Выбор состава связки производят, исходя из основных
требований, предъявляемых к свойствам литейных систем.
Правильно выбранные составы технологических связок
должны обеспечивать оптимальные свойства литейных си-
стем при минимальной концентрации связки (литейную
способность, вязкость, коэффициент упаковки, объемную
усадку и т. д.).
Основными параметрами, характеризующими физиче-
ские свойства технологических связок, можно считать: тем-
пературу плавления, вязкость (и ее зависимость от темпе-
ратуры), удельный вес, объемную усадку при охлаждении,
теплоемкость и теплопроводность. Для "определения этих
параметров можно применять ту же методику, что и для
соответствующих параметров литейных систем.
В качестве основы технологических связок наиболее
приемлемыми из исследованных до настоящего времени
являются парафин и его сплавы) с другими веществами.
Парафин обладает необходимыми свойствами и. является
одним из наиболее дешевых термопластичных веществ. Па-
рафин плавится при температуре 49—54° С и при охлажде-
нии отвердевает, образуя твердое тело кристаллического
строения (структура парафина приведена на рис. 2-31,а).
Низкая температура плавления парафина является его по-
ложительным свойством при применении в технологии го-
рячего литья, так как обеспечивает возможность осущест-
вления процесса литья при относительно низких (55—
80° С) температурах, обеспечивающих безопасность работы
и упрощение конструкций устройств для литья.
При кристаллизации (охлаждении) парафин дает объ-
емную усадку порядка 10—15%, что приводит к наличию
объемных усадок также у литейных систем, приготовлен-
ных с ег.о применением,
’ 120
L
В качестве ПАВ в состав технологических связок вво-
дятся органические вещества — жирные кислоты (олеино-
вая, стеариновая, пальмитиновая и т. п.), животные жиры,
пчелиный воск, растительные масла и т. п., которые выби-
раются в зависимости от природы и свойств поверхности
порошка и основы связки.
При разработке технологии горячего литья исследова-
лась большая гамма различных термопластичных веществ
и составов в качестве технологических связок.
В качестве основы методики определения приемлемости
той или иной технологической связки была принята провер-
ка свойств литейной системы, образующейся в результа-
те применения исследуемой связки.
Экспериментальная проверка различных термопластич-
ных веществ в качестве основы связки показала, что из-
менение состава основы связки существенно изменяет
свойства получаемых литейных систем. В табл. 2-20 приве-
дены некоторые результаты экспериментальной работы.
Опыты проводились путем приготовления литейных си-
стем с применением различных тонкодисперсных порош-
ков (величина частиц меньше 40 мк), полученных в резуль-
тате мокрого помола. В связи с этим количество связки,
необходимое для образования системы, приведенное в та-
блице, является завышенным (может быть снижено за
счет применения горячего помола). Однако представление
о характере изменения свойств систем в зависимости от
состава основы связки в сочетании с различными минераль-
ными порошками приведенные данные дают достаточно
, верное.'Поверхностно-активные вещества вводятся в состав
' связок с целью образования на поверхности частиц порош-'
* ка мономолекулярного адсорбционного слоя (возможно
также ттолимолекулярного), обеспечивающего снижение
свободной поверхностной энергии у частиц порошка и
уменьшение, таким образом, количества связки, необходи-
мой для образования подвижной (жидкой при темпера-
туре литья) литейной системы).
В соответствии с этим количество вводимой добавки
ПАВ зависит от удельной суммарной поверхности порошка,
т. е. от его дисперсности и гранулометрического состава, и
может быть ориентировочно подсчитано из расчета обра-
зования моно- или полимолекулярного слоя по формуле
S-l-n-dJ0-e
Г+~5Лл?Щс-10-8а1 °’ (2-15)
121
где Др — вес ПАВ по отношению к весу материала (порош-
ка), %;
S — удельная суммарная поверхность порошка, см2/г;
I — длина молекулы ПАВ (А);
п — число слоев молекул ПАВ;
dc—удельный вес ПАВ, г(см\
Эти расчеты являются весьма приближенными, так как
основаны на предположении, что плотность адсорбирован-
ной 'пленки ПАВ равна плотности вещества в объеме и что
площадь, занимаемая молекулами ПАВ, равна площади
поверхности частиц порошка (которая, кстати, также
обычно точно не известна).
Таблица 2-20
Состав, % (по весу) Кристал- лическая основа материала (порошка) Параметры системы
парафин церезин ! галовакс солидол 141 О о ш канифоль Количе- ство связ- ки % (по весу) Плот- ность упаковки Предел прочности при изги- бе аи , кг/с.иа
100 20,2 0,430 50,4
— 100 .— — — X и 21,9 0,400 30,6
— — 100 —. — So 46,0 0,411 78,5
_—. .— — 100 — —. X со 35,0 0,580 16,0
— —. — — 80 20 °о 25,0 0,440 77,6
— 16 84 -—. — .— 49,4 0,336 76,5
— 30 70 — — — 36,4 0,437 61,4
100 — — 37,1 0,276 23,3
— 100 — — — — О CJ 28,5 0,356 60,1
— — 100 — — — < 46,0 0,254 62,0
— — — 100 .— — 24,0 — —
— — — — 80 20 X 25,0 0,443 70,3
— 16 84 — — — Cl. 49,4 0,295 28,1
— 30 70 — — — 36,4 0,530 54,0
100 . — 23,7 . 0,380 67,0
— 100 — — — — 23,0 0,365 35,6
— — 100 — .— — О 38,0 0,331 58,6
— — — 100 — — 18,3 0,380 56,8
— — — — 80 20 15,8 0,484 65,6
— 16 84 — — — 28,7- — 50,5
— 30 70 — — — а 14,4 0,500 33,7
100 — — — — .— 28,8 0,442 73,1 '
— 100 100 — .— SQ.O 31,3 56,1 0,417 0,318 29,4 . 79,0 •
— — — — 30 20 29,1 0,467 73 5 -
— 16 84 — — — 43,9 0,383 40,9
— 30 70 — — — 44,8 0,387 25,0
122
Однако для практических целей эти расчеты, как пока-
зал опыт, являются приемлемыми.
В состав технологической связки ПАВ вводится непо-
средственным сплавлением с основой (например, с пара-
фином) либо предварительным смешиванием с порошком,
пз которого приготовляется литейная система.
Свойства литейных систем весьма существенно изменя-
ются в зависимости от состава ПАВ и его концентрации
в технологической связке.
Влияние состава и концентрации ПАВ на свойства шли-
керов изучалось путем введения различного весового коли-
чества ПАВ в связку, исходя из расчета образования моно-
молекулярного слоя ПАВ на поверхности частиц, а также
3—6—12 и 24 слоев молекул. Весовое количество ПАВ
(в процентах) определялось по формуле (2-15).
Ориентировочный расчет показал, что, вводя пример-
но 0,8—1% ПАВ от веса связки, можно обеспечить созда-
ние мономолекулярного слоя на порошке. В соответствии
с этим приготовлялись связки различных составов путем
введения в них по весу 1, 3, 6, 12 и 24% ПАВ и из них —
шликеры, у которых определялись основные параметры.
В табл. 2-21 и на ф.ис. 2-31 приведены результаты иссле-
дования свойств некоторых составов связок.
Экспериментально установленное влияние различных
добавок и их концентрации на свойства литейных систем
видно из табл. 2-22, суммирующей результаты опытов
с применением порошка клиноэнстатитового материала
ОКД. мокр ого помад а.
Приведенные данные показывают, что добавки различ-
ных ПАВ (Указывают различное действие на структуру и
свойства связок и литейных систем. Для исследованного
порошка оптимальные результаты дают добавки пчелиного
воска, затем стеарина и олеиновой кислоты.
Изменение концентрации ПАВ также приводит к изме- /
нению свойств связок и литейных систем. Структура связок ;
при повышении концентрации ПАВ становится более круп-
нокристаллической, за исключением связок с воском.
Для литейных систем общей закономерностью в этом
отношении можно считать повышение вязкости и уменьше-
ние прочности системы при увеличении концентрации ПАВ
сверх определенного предела. Оптимальными следует счи-
тать концентрации ПАВ порядка 3—6%.
Исходя из экспериментальных данных, полученных на
большой серии разных материалов, были выбраны как оп-
123
Рис. 2-31. Микроструктура связок (увеличение 240х).
а—парафин; б —воск пчелиный; в —стеарин; г —связка из 97% парафина и .3% олеи-
новой кислоты; д — связка из 94% парафина и 6% олеиновой кислоты; е — связка из
88% парафина и 12% олеиновой кислоты; ж — связка из 94% парафина и 6% пчели-
ного воска; з — связка из 88% парафина и 12% пчелиного воска; « — связка .из"’,76%
парафина и 24% пчелиного воска; к —связка из 97% парафина и 3% стеарина;
л — связка из 94% парафина и 6% стеарина.
д.
S
з
к
Состав связки, % (по весу) I I Вязкость, пз, при температурах,
ТО М 41
О. си *
0,85—0,9 0,92 0,96 0,85—0,90 0,85—0,90 0,86—0,91 0,86—0,91 0,85—0,9 0,85—0,9 0,84—0,89 0,84—0,89 0,85—0,9 0,85—0,9 0,85—0,9 0,86—0,91
0,68 1,13 0,72 0,82 0,83 0,74 0,78 0,62 0,73 0,76 0,70 0,79 0,90 0,80 0,73
0,70 1,13 0,76 0,86 0,74 0,78 0,63 0,74 0,76 0,72 0,95 0,73
0,73 0,97 0,86 0,85 0,80 0,63 0,75 0,77 0,75 0,87 1,02 0,82 0,74
0,84 1,03 3,15 1,30 0,98 0,81 0,85 0,64 0,78 0,85 0,87 0,98 0,82 0,75 i
9,22 0,97 0,89 0,96 0,77 0,75 0,91 0,86
1,53 4,27 1,29 2,53 3,34 0,87
51,2 53,8 59,0 51,8 51,4 52,1 52,2 51,6 50,8 50,8 49,2 51,4 50,8 50,7 48,3
иифейвц
125
Парафин Наимено- вание о
я
Ч СсО 0 0 Ч GC 0 о Со Ч О СТ) GC ф. о о ч co о О О Ч со с 41 о 05 00 Ф^ 4i о 05 00 Ф- СО <0 О ЧОО 0 00 СО СЛ 4 О ч Сооо о 05 оо Ф- 41 99 4| Оо О О 05 Q0 Ф 41 О 41 оо О О О О 0) СоФ 4 0 Количе- ство, % шо весу) со £0 о о
Н
» я Галовакс Автол Мазут а з Церезин кислота То же » » ВОСК То же я м я м Олеиновая Пчелиный 8 8 3 3 3 3 Н2 О * ° Стеарин То же Касторовое Наименова- ние Добавь ав связки
to — to — ф* ю 05 со —• ф* to сп to — СО — Ф». tO '05 СО ‘ to ~ Ф- to 05 СО >—1 О 4| СЛ СО to Ф- to 05 СО — 6 12 24 сс to >— Ф* to 05 СО н- Количе- ство, % (по весу) fij
28 27 27 37 35 35 42, 39, 37. 36. 35. 35 32. 36. 32 со со СО — СО ф. со со to Ф X о to to to ООО to — г- to to to СО О О 05 to СЛ to to to to Ф ф Ф ЬЭ to —'tO to О О О О Ф Коли ство с КИ, % весу
0ОФЧФ0ЧФ о; —• о от о to to о qo со СЛ СЛ О ООО очч Со со crow Оо со СЛ Ф 05 — G OLJ) ' -ска 0h С
о
оооооочю ш 4i сл 05 05 to to Ф* 0,7 0,5 0,7 0,6 0,7 2,1 2,3 | о о о о 2,5 0,5 tC tC •—1 со о СЛ 0,5. 1,1 1,8 3,5 1‘г •duo to ф со ООО to О-’Пм’'5'' “ - - о о о о СЛ О Вязкость Р пз Ё гр я
ОООООООООООООООООО ООО ООО О О О О О О о о о о о о о о о о |раме
СОСОСОСОСОФ-Ф-Ф* СО СО СЛ СП Ф* ОС Ф- Ф- о -ч 05 со ф* 41 ед фь. со СО со со СО со со 00 СЛ С© СЛ 05 05 ф». Ф- ф> to СО 05 со со ,371 375 ,394 СО со СЛ Ч Ф Cl Ф О 05 СЛ СЛ сл Ф* Ф- сл о to СЛ СЛ сл сл Ф- СЛ 4 ф- со 4 со со to to СЛ ,460 ,497 ,473 ,487 ,528 .478 , 555 ,553 ,555 ,561 ,498 лот- ь yin >ВКЙ уп 5 с
S
0 000 О tC tC Ф О 0 —1 05 05 i—‘ a*J 00 Сл 05 to to Ф- Ф- СП 4 со Ф* Ф* to со о Ф* ед ф. - [ОФ о ч to О Ф 62, 55, 50. СО 05 о >— Со О О со to Ф III 53 47 29 05 О Ф СЛ СЛ 05 05 СЛ 41 ф. — 41 tO — 1 пред прочн< При из 1 СИ > кг/сл ?р Ё яйца J
сл о со сл сл 05 оо to 05001—• Ф* '05 Со О СЛ '05 to Ф СЛ СЛ О СЛ СЛ Ф to ОО W -о Ф to to со Ф Соч 4 0)0 ы 4 О Л) Я ? h
О\ Ч Л> S Ь\3
Таблица 2-23
Индекс связки 1 Состав связки, % (но весу) Основные свойства связки Назначение
Парафин Олеиновая кислота Пчелиный воск Стеариновая кислота. Те мперат ура плавления, ° Вязкость р, пз Удельный вес dc , г!см3 Объемная усадка при ох- лаждении, % По типу материала По типу изделия
СВ-1 95 5 — — 50,8 0,75 0,89 11 — 14 Клиноэнстатитовые и другие материалы с уд. весом до 3,5 Для различных дета- лей средних размеров и толщины стенок
СВ-2 97 — — 3 51,6 0,63 0,89 11 — 14 То же То же
СВ-3 СВ-4 94 91 3 6 6 — 51,4 51,0 0,85 0,8 0,89 0,89 11 — 14 11 — 14 Материалы на основе двуокиси титана, ферри- ты, высокоглиноземистые материалы, чистые окис- ли и др. Я я
СВ-5 о 88 / 12 52,1 0,78 0,9 11 — 14 То же Для деталей, требую- щих высокой прочности полуфабриката (тонко- стенных, сложной конфи- гурации и т. д.)
ТиЧальнЫе составы связок СВ-1, СВ-2, СВ-3, приведенные
в табл. 2-23. Эти составы связок были затем дополнитель-
но проверены в производственных условиях при серийном
изготовлении изделий и оказались почти универсальными.
При этом было установлено, что для ряда материалов
(титанатов, высокоглиноземистых материалов, ферритов
и т. п.) наиболее эффективной среди указанных является
связка СВ-3.
Наряду с этим представлялось очевидным, что в связи
с неоднородностью структуры поверхности частиц порошка,
а также вследствие наличия на поверхности твердых ча-
стиц адсорбированных молекул различных веществ более
эффективными должны являться комплексные добавки
ПАВ. Опыты подтвердили справедливость этого. Так, на-
пример, сочетание добавок олеиновой кислоты и пчелиного
воска при изготовлении систем из клиноэнстатитовых ма-
териалов и ряда титанатов оказалось более эффективным
(требуется меньшее количество связки), чем введение од-
ного из этих веществ.
В ряде случаев при сложной конфигурации изделия или
очень тонких стенках отливки требуется повышенная проч-
ность полуфабриката. Как видно из вышеприведенных дан-
ных экспериментальных работ, это может быть достигнуто
за счет повышения концентрации воска в связке.
В связи с этим для различных материалов и изделий
целесообразно применять несколько расширенный ассорти-
мент связок, состав, основные свойства и назначение кото-
рых приведены в табл. 2-23.
2-4. СОСТАВЫ ЛИТЕЙНЫХ СИСТЕМ
Под составом литейной системы понимается количест-
венное соотношение между материалом (порошком) и тех-
нологической связкой, образующими систему.
Литейные системы могут образовываться при самых
различных количествах связки. Существует лишь нижний
предел, определяющий минимальное количество связки, при
котором из данного материала (порошка) и при данных
условиях приготовления можно получить литейную систе-
му, обладающую необходимыми свойствами.
В зависимости от количества связки в системе изменя-
ются все ее свойства: плотность упаковки частиц порошка
(kyn), объемный вес, вязкость, устойчивость, объемная
усадка при охлаждении и т. д. Изменение свойств систе-
12.8
jvfbi, вызванное изменением количества связки, влечет так-
^<е изменения свойств готовых (обожженных) изделий, из-
менения огневых усадок и т. д.
Количество связки в системе обычно определяется
в процентах к весу системы. Однако для анализа сущно-
сти явлений, протекающих при изменении количества связ-
ки в системе, в большинстве случаев более целесообразно
оперировать объемным содержанием связки в системе, вы-
раженным в процентах. Для пересчета весового количества
связки в объемное можно пользоваться формулой
х • d
X = ---Т7Г 1 °0° /о, (2-16)
О xdM 4- (100 — х) dc '°’ ' ’
где хо— объемное количество связки в системе, %;
х — весовое количество связки в системе, °/0;
й?м— удельный вес материала (порошка), г[см3',
— удельный вес связки, г)см3.
Для упрощения перехода от х к хо целесообразно по-
строение номограммы.
Исследование влияния количества связки в системе на
плотность упаковки частиц порошка показало, что общей
закономерностью является уменьшение плотности упаковки
при увеличении количества связки в системе. Однако эта
закономерность .наблюдается только после введения неко-
торого определенного количества связки, при снижении ко-
торого наблюдается уменьшение плотности упаковки
[Л. 43].
В табл. 2-24 и на рис. 2-32 приведены результаты экс-
периментальной работы по определению влияния количе-
ства связки на плотность упаковки частиц порошка в си-
стеме, объемный вес системы, огневую усадку и объемный
вес обожженного изделия. Полученные данные позволяют
сделать ряд интересных выводов. Необходимо предвари-
тельно отметить, что описанные эксперименты проводи-
лись путем изготовления образцов методом прессования
при постоянном давлении 250 кг/см2 с целью обеспечения
возможности исследования систем, содержащих неболь-
шие количества связки (при которых жидкие литейные
системы еще не образуются).
Экспериментальные и теоретическая (расчетная) кри-
вые зависимости £уп от объемного количества связки, как
видно из рис. 2-32, совпадают только в определенном для
каждого материала интервале.
9 П. о. Грибовский. 129
Таблица 2-24
Материалы Технологическая связка Количество связки Объемный вес системы Плот- ность упаковки £уп Линейная огневая усадка А 1, % Объемный вес обож- женного образца, г!см?
Кристаллическая основа Удельный вес г! см? Состав, % (по весу) Удельный вес dc, 2jCM? весовое X. % объеиное х0, % экспери- менталь- ный, г!см? расчет- ный г1смг
Пара- фин Олеино- вая кис- лота
Муллит 2,904 95 5 0,895 4,71 13,8 1,5 2,63 0,50 15,2 2,71
(ЗЛ12б3-251О2) 6,15 16,9 1,55 2,56 0,50 15,5 2,71
10,02 27,0. 1,58 2,38 0,49 14,5 2,71
14,87 36,2 1,68 2,17 0,49 15,2 2,71
26,00 53,3 1,81 1,84 0,46 16,4 2,70
34,90 63,5 1,60 1,63 0,36 17,4 2,63
Клиноэнстатит 3,103 95 5 0,895 5,50 16,9 1,64 2,74 0,50 19,2 2,93
(MgO-SiO2) 8,10 23,5 1 ,68 2,58 0,50 19,6 2,93
11,79 32,0 1,72 2,41 0,49 19,7 2,93
16,71 41,0 1,80 2,20 0,48 20,0 2,93
26,50 55,7 1,93 1,87 0,46 22,1 2,85
36,40 66,8 1,67 1,64 0,34 27,6 2,82
Рутил 3,968 95 5 0,895 9,38 31,6 2,47 3,01 0,56 16,9 3,71
(Т1О2) 10,28 33,8 2,48 2,93 0,56 16,6 3,71
14,38 42,5 2,65 2,66 0,57 15,9 3,64
Продолжение табл. 2-24
Материалы Технологическая связка Количество связки Объемный вес системы Плот- ность упаковки &уп Линейна^ огневая усадка Д 1, % Объемный вес обож- женного образца, z'icm? J
Кристаллическая основа Удельный вес dK, 2jCM^ Состав^*^ (по весу) Удельный вес dc, г}смъ Л весовое, X, % объемное Хо. % экспери- менталь- ный, г]см3 расчет- ный1, г 1с м?
Пара- фин Олеино- вая кис- лота
Рутил 3,968 95 5 0,895 19,06 51,0 2,48 2,39 0,51 19,5 3,72
(ТЮ2) 27,86 63,2 2,09 2,03 0,38 26,2 3,72
38,00 73,2 1,76 1,72 0,27 29,2 3,50
Корунд 3,635 95 5 0,895 2,99 11,0 2,33 3,3 0,62 10,2 3,22
(А1Д) 6,56 22,2 2,57 3,02 0,66 9,1 3,22
10,90 33,2 2,70 2,72 0,66 9,1 3,22
15,81 43,5 2,47 2,45 0,57 8,2 3,17
18,47 48,0 2,28 2,32 0,50 14,7 3,15
20,03 51,3 2,22 2,25 0,48 15,4 2,90
22,37 54,0 2,11 2,16 0,45 18,1 3,15
25,12 57,5 2,00 2,06 0,41 18,8 3,10
32,71 66,2 1,78 1,82 0,33 19,4 3,17
42,96 75,2 1,58 1,57 0,25 — •—
’Примечание. Расчетный объемный вес системы определялся по формуле
100 А А *0
Тр x-dM + (100-х) dc ~ х [г/СЛг3]'
Уменьшение количества связки ниже определенного
предела приводит к существенному расхождению значе-
ний /гуп между экспериментальными и расчетными данны-
ми и даже к изменению общей закономерности, связываю-
щей величину /гуп и объемное количество связки. Общей
закономерностью как при эксперименте, так и по расчету
является уменьшение kya с увеличением количества связ-
Рис. 2-32. Зависимость плотности упаковки частиц
от объемного количества связки в системе.
/ — расчетное значение Луп; 2 — изменение &уП систем на
основе порошков 3AlaOs«2SiOa и MgO»SiOa: 3— изменение
систем на основе порошка ТЮ2: 4—изменение ЛуП си-
стем на основе порошка Л\Оа.
ки. Заниженные при малых количествах связки экспери-
ментальные значения йуп по сравнению с расчетными объ-
ясняются наличием пор в системе. 1
Весьма интересным является факт уменьшения /гуп при
уменьшении количества связки в интервале 10—40% объ-
емных (рис. 2-32, кривые 3 и 4), что находится в противоре-,
чии с общей закономер.Е.остыо. Это явление можно объяс-
ч
нить следующим образом: технологическая связка образует
на поверхности частиц адсорбционные слои, уменьшаю-
щие внутреннее трение в системе. Это способствует при
прессовании получению более плотной упаковки частиц.
Таким образом, по мере увеличения в определенных
132
пределах количества связки происходит повышение по-
движности системы и как следствие увеличение &уп- Уве-
личение /гуп возможно до тех пор, пока связка не заполнит
поры между частицами порошка. Дальнейшее увеличение
количества связки приводит к закономерному уменьшению
kyn. Весьма существенным практически является тот факт,
что предельное количество связки, обеспечивающее наи-
больший &Уп (точки пересечения экспериментальных кривых
с теоретической), как правило, совпадает с количеством
связки, необходимым для образования жидких литейных
систем. Величина предельного, оптимального количества
Рис. 2-33. Зависимость объемного веса системы
от количества технологической связки.
/ — расчетный объемный вес системы на основе по-
рошка MgO*SlOs; 2 —экспериментальный объемный
вес той же системы; 3 — расчетный объемный вес си-
стемы на основе порошка ТЮ2; 4—экспери ментальный
объемный вес той же системы.
связки зависит от состава и свойств порошка и связки и
методики приготовления систем (см. ниже).
Весьма важной является выявленная в результате опи-
санной экспериментальной работы зависимость объемного
веса системщ от количества связки.
Как видно из кривых на рис. 2-33, изменение объемного
веса при увеличении количества связки аналогично измене-
нию kyiI. При этом необходимо заметить, что у систем из
некоторых материалов после пересечения расчетной и экс-
периментальной кривых при дальнейшем увеличении коли-
чества связки значения объемного веса,|Пюлученные экспери-
ментально, превышают расчетный объемный вес. На пер-
вый взгляд это кажется парадоксальным и представляется
Результатом погрешностей эксперимента, так как в системе
всегда неизбежно имеются пузырьки воздуха и, следова-
тельно, экспериментально определенный объемный вес, ка-
133
Таблица 2-25
Материал порошка Состав связки Весовое количе- ство связки, % Объемное количе- ство связки, % Вязкость р, пз Показа- тель устойчи- вости, и Литейная способ- ность L Плот- ность упаковки ^у И Линейная огневая усадка л 6 % Объемный вес обож- женных образцов, г/см*
кристалличе- ская основа удельный вес dM, г/см*
3,107 Парафин— 6 18,2 0,83 4,3
95 /о 8 23,1 0,78 6
олеиновая 10 27,8 0,72 7,4
кислота—5%
15,3 39,2 — 33,3 12,6 0,609 10,57 2,97
MgO-SiO2 15,6 39,7 19,0 25,0 9,7 0,604 11,7 3,01
17,0 42,2 17,0 14,3 11,8 0,579 12,35 3,07
19,25 46,0 3,0 12,5 29,2 0,542 14,40 2,97
22,60 50,3 1,2 9,1 53,0 0,478 10,30 2,97
27,80 57,8 0,6 4,7 134,0 0,426 19,45 2,99
31,70 62,2 0,5 3,7 153,0 0,341 21,90 2,93
3,107 Парафин— 17,45 42,8 21,5 И,1 7,2 0,566 13,60 2,98
88% 17,95 43,8 17,0 14,3 10,2 0,556 13,35 2,94
пчелиный воск—12% 18,20 44,2 11,5 15,4 11,0 0,663 13,70 2,94
21,15 48,8 1,0 7,1 82,1 0,512 15,45 3,01
MgO-SiO2 24,45 53,4 0,7 5,48 109,1 0,472 18,60 2,97
28,00 58,1 0,7 6,2 124,7 0,400 21,50 2,97
31,60 62,2 0,6 5,0 167,0 0,377 22,50 2,94
Продолжение табл. 2-25
Материал порошка Состав связки Еесовое количе- ство связки, % Объемное количе- ство связки,% Вязкость р.. пз Показа- тель устойчи- вости и Литейная способ- ность L Плот- ность упаковки Йу п Линейная огневая усадка 'Л1, % Объемный вес обож- женных образцов, г/см3
кристалли- ческая основа удельный вес dM, г/см3
4,31 Парафин— 10,3 35,3 3,5 14,3 10,6 0,641 10,30 3,82
’ 94% 11,3 37,3 3,0 12,5 31,3 0,620 10,86 3,78
пчелиный 11,5 38,1 1,6 12,5 44,0 0,612 11,30 3,76
тю2 воск—6% 12,50 40,3 1,2 10,0 69,2 0,604 11,70 3,70
12,80 41,3 1,2 10,0 79,5 0,578 12,80 3,86
15,25 46,2 1,0 5,9 101,2 0,539 15,20 3,62
19,60 54,0 0,2 3,4 146,0 0,466 15,30 3,68
4,61 Парафин— 6 24,6 131 67 32 0,726 — —
ZrT104 94% 11,5 40 7,4 40 135 0,591
пчелиный 16,3 50 3,0 25 152 0,494 — —
воск—6% 22,65 60 1,9 12,5 174 0,403 — —
4,61 Парафин— 6 24,6 647 200,0 10 — — —
ZrTiO4 94% 11,5 40 28,8 33,3 40 0,565 — —
олеиновая 16,3 50 8,3 20,0 90 0,494 — —
кислота—6% 22,65 60 2,2 11,0 82 0,392 —'
4,61 Парафин— 9,2 34,1 21,8 200 90 0,646 — —.
ZrTiO4 97% 11,5 40 16,1 50,3 120 0,585 — —
стеарин—3% 16,3 50 7,0 25 140 0,484 — —
22,65 60 4,6 20 160 0,411 —- —
Однако многократная экспериментальная проверка под-
твердила достоверность полученных данных. Действитель-
но, в ряде случаев истинный объемный вес системы превы-
шает расчетное значение. Это явление, названное «адсорб-
ционным эффектом» [Л. 43], объясняется изменением плот-
ности связки в адсорбционном слое. Уплотнение веществ
в адсорбционных слоях известно и описано в ряде работ
[Л. 3, 95 и др.]. В данном случае мы наблюдаем уплотне-
ние парафиновой связки. Ориентировочные расчеты по при-
веденным в таблице данным показывают, что средняя плот-
ность связки в системе возрастает от обычного значения
0,895 до 0,96. Так как приведенные данные являются сред-
ними, можно полагать, что в адсорбционном слое плот-
ность связки еще выше.
Дальнейшее исследование влияния количества связки
на свойства литейных систем проводилось с использова-
нием метода литья под давлением для изготовления образ-
цов. Результаты исследования приведены в табл. 2-25. За
исключением систем № 1, 2 и 3, опыты с которыми (на
основе горячего помола) проводились отдельно, все литей-
ные системы приготовлялись из порошков, полученных мо-
крым помолом. В этом случае расхождений между экспе-
риментальными и расчетными значениями kyn (при 10—
40% объемных связки) не наблюдается.
Из приведенных данных видно, что увеличение количе-
ства связки приводит к уменьшению вязкости и устойчи-
вости системы и к увеличению ее литейной способности.
Коэффициент упаковки kya закономерно уменьшается
с увеличением количества связки.
Интересно отметить, что при уменьшении количества
связки ниже 45% объемных, что соответствует в исследо-
ванных шликерах уменьшению толщины адсорбционного
слоя связки до 0,3—0,4 мк, наблюдается скачкообразное
изменение свойств системы (вязкости, литейной способно-
сти) .
Зависимости коэффициента упаковки и огневой усадки
от объемного количества связки в системе графически изо-
бражены на рис. 2-34. Эти зависимости являются прямыми.
Поэтому линейная огневая усадка может быть выражена
в зависимости от величины коэффицеинта'упаковки сле-
дующим отношением:
П Q7_ь
Д/= ’ „ -100°/о, (2-17)
О
136
где Ы — линейная огневая усадка, %;
/г^п — коэффициент упаковки.
Эта зависимость является справедливой для различных
материалов; так, например, графики рис. 2-34 являются об-
щими для керамических материалов из табл. 2-25 и 2-27.
Рис. 2-34. Зависимость коэффициента упа-
ковки и линейной огневой усадки от объем-
ного количества связки в системе.
/ — коэффициент упаковки; 2 —линейная огневая
усадка.
Указанное имеет большое практическое значение, так
как на основе выявленной зависимости представляется воз-
можным достаточно точно корректировать значение огне-
вой усадки изменением количества связки, определяемого
путем предварительного расчета по формуле (2-17) или
графикам рис. 2-34.
2-5. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СИСТЕМ
Образование литейных систем (шликеров) происходит
в результате смешивания при повышенной температуре по-
рошка со связкой. В зависимости от методики подготовки
исходного материала (порошка), методики смешивания
и вакуумирования изготовление литейных систем может
производиться по различным технологическим схемам.
В зависимости от метода подготовки порошка изменя-
ются условия адсорбции связки при изготовлении литей-
ной системы. Наиболее благоприятные условия создаются
при использовании третьего, четвертого и пятого вариантов
(см. стр.' 147). Из них, по-видимому, следует отдать
предпочтение четвертому варианту, обеспечивающему оп-
137
тимальные условия для адсорбции связки (на поверхности
свежего скола) и наибольшую простоту технологического
процесса. При этом варианте тонкое измельчение порошка
и образование литейной системы (смешивание) совмеща-
ются в одну операцию. Основным технологическим затруд-
нением при использовании этого варианта является высо-
кая вязкость системы, что затрудняет помол материала,
особенно в ротационных мельницах.
Весьма перспективным для осуществления метода го-
рячего помола является применение вибромельниц. Опы-
ты применения вибромельницы для подготовки порошка
при использовании методов сухого и горячего помола по-
Рис. 2-35. Схемы охлаждения вибромельницы,
а —старая схема; б — новая схема (с обогревом барабана).
требовали для последнего варианта изменения системы ох-
лаждения мельницы.
На рис. 2-35 приведены старая и новая схемы охлажде-
ния.
Новая схема отличается тем, что для поддержания в ба-
рабане необходимой температуры (от4-70 до+90°С) и од-
новременного охлаждения подшипников кожух барабана
1 уедцнен и в него подается горячая вода (из сети или от
термостата), а подшипники 2 охлаждаются циркуляцией
холодной воды.
Первые опыты вибропомола показали, что основным
вопросом, требующим решения, является выбор материала
футеровки вибромельницы. Весьма жесткие условия вибро-
помола (высокая абразивная способность измельчаемого
материала, повышенная температура при горячем помоле
и т. д.) способствуют засорению измельчаемого материала
намолом от футеровки и шаров и быстрому износу бараба-
нов. Экспериментальная проверка различных материалов
138
(керамика, пластмасса, резина, металлы) и методов фу-
теровки (оклейка, механическое крепление и т. д.) показа-
ла, что лучшими материалами футеровки являются кера-
мика и закаленная сталь.
Футеровка из закаленной стали в производственных ус-
ловиях, по-видимому, более целесообразна. Для условий
опытного и мелкосерийного производства весьма целесооб-
разным является применение обычных керамических бара-
Рис. 2-36. Общий вид кассеты для вибро-
мельницы.
/ — вал вибромельницы; 2—корпус кассеты;
3— крышка кассеты; 4— резиновые прокладки;
5 —зажим для крепления барабана; 6—фарфо-
ровый (или стальной) барабан; 7—камера для
охлаждения подшипников; 8—штуцера для под-
вода горячей воды, обогревающей барабаны в
кассете.
банов (или небольших стальных закаленных), устанавли-
ваемых в специальные кассеты на вибромельнице. Опреде-
ленные перспективы, по-.видимому, имеются в применении
футеровок типа стеллитов, сормайта и т. п.
Разработанная конструкция кассет, устанавливаемых
на вибромельнице взамен барабана, приведена на
рис. 2-36.
В табл. 2-26 приведены некоторые результаты экспери-
ментальной работы по применению вибропомола для под-
готовки порошка по третьему, четвертому и пятому вари-
139
а 2-26 7 чюоироэопэ ВВНЦ91И[/* о о СТ) СО 1 S СО о
Таблиц Вязкость системы, р, пз 153 СО , о 19,3 161 1 1 25,2
СЧ 3 в <1> ° >> в* о -Г о s из к 07 ,53 Z0‘ 90' С")
о и 4 Н £ И о о ” ку ВО ** из в О со СТ) 1 П: 10 11, 11, 11,
дз ч >> СП (К Р. Удельная суммарная поверх- ность S, см2!г 3100 3 220 3 832 4 491 3 350 4 085 3 574
:ловная <сперс- )СТЬ по >с татку •а сите 0,045 30,5 32,1 4,0 5,0 о 11,5 о
«=Сх в
КПП ИИНВ0НП1 •ЭКО Н BlfOlWIl qiooHqiraiHir’n' 135 100 130 S S § 1 440
(Bl -ивибва «М) иг -окоп iroiaw > /'1 (IV) > > >
тьчае- 4ате- ларка) О- же № ,—1 же Я
Изме; мый л риал (? й Я и й о н я
л 3 в О № Материал мелющих тел Закаленная сталь То же К Я я я R а я я Керамика
S CQ О ч G) >> ч к сЧ И s аз а о <D Q, шика же Я стЗ К S а> 5 СО 05 S же шика
R Зака.) О ф Си Керг
Тип и емкость мельницы Вибромельница, 2 л То же Я Я К я Вибромельница, 10 л То же Ротационная шаровая мель- 1 ница, 8 л
140
антам. Для сравнения в таблице приведены данные, полу-
ченные с использованием ротационной мельницы.
Опыты вибропомола проводились в следующем режиме:
соотношение (по весу) шары: материал 7: 1, частота коле-
баний 47 гц, амплитуда колебаний 3,5 мм, наибольший
размер исходных частиц измельчаемого материала 2 мм,
объемное заполнение камеры вибромельницы шарами 80%.
Как видно из полученных результатов, применение го-
рячего вибропомола (четвертый вариант) является наи-
более эффективным.
Выбор способа смешивания порошка со связкой произ-
водится в зависимости от температурного режима, приме-
няемого оборудования и
порядка смешивания.
Смешивание с предвари-
тельным разогревом порош-
ка и связки необходимо
применять при использова-
нии порошков, полученных
в результате мокрого или
сухого помола. Подогрев по-
рошка может производить-
ся от 60 до 300° С (с после-
дующим охлаждением до
150°С перед введением в
связку), а связки—от 60 до
100° С.
Проведенное исследова-
кера.
1 — при температуре порошка 60° С; 2 —
при температуре порошка 150° С.
ние влияния температурного
режима смешивания на свойства шликера показало, что по-
вышение начальных (перед смешиванием) температуры
порошка и температуры связки приводит к некоторому сни-
жению вязкости шликера при всех прочих равных условиях.
Выявленная зависимость приведена графически на
рис. 2-37, Повышение температуры порошка выше 150° С
и связки выше 100° С является нерациональным вследствие
начинающегося интенсивного испарения связки. Разогрев
порошка перед смешиванием до температуры 150° С может
применяться только в случаях использования порошков су-
хого помола без ПАВ или после мокрого помола, так как
при наличии на поверхности порошка пленки ПАВ нагре-
вать порошок выше 70—80° С не рекомендуется (во избе-
жание испарения ПАВ).
В этих случаях, как правило, применяется смешивание
141
без предварительного разогревания порошка. Связка разо-
гревается до температуры 80—100° С, а затем в нее вво-
дится порошок, имеющий комнатную температуру (20—
25°С). Во избежание застывания система во время смеши-
вания непрерывно подогревается с целью поддержания ее
температуры в пределах 60—80° С.
При использовании любой схемы приготовления шлике-
ра обязательной операцией является механическое смеши-
вание.
Рис. 2-38. Схема вакуумной мельницы горячего смешивания (МГС).
1 — корпус; 2 — керамическая футеровка; 3 — загрузочный люк; 4 —нагревательный
элемент; 5 — токоведущие кольца; 6 — мелющие тела; 7 — подвижной вакуумный
герметизатор.
Смешивание может осуществляться ручным способом
и с помощью различных мешалок: пропеллерных, лопаст-
ных, шнековых в ротационной мельнице горячего смешива-
ния (МГС) и вибромельнице и т. п. В зависимости от ме-
тода смешивания и 'применяемого оборудования изменяют-
ся интенсивность и другие параметры процесса, что влечет
за собой существенное изменение свойств литейной си-
стемы.
Для оценки эффективности разных методов смешива-
ния было проведено сравнение вязкости шликеров с одина-
ковым количеством связки, полученных при равной про-
должительности смешивания ручным способом, пропеллер-
ной мешалкой и в МГС. Наиболее эффективным из рас-
сматриваемых трех методов оказалось смешивание с по-
142
мощью МГС (вязкость шликера наименьшая—7 пз), а наи-
менее эффективным — ручное смешивание (вязкость —
]1 пз). Принципиальная схема устройства МГС ясно видна
па рис. 2-38.
Влияние продолжительности смешивания на свойства
литейного шликера наглядно видно из результатов иссле-
дования, приведенных на рис. 2-39.
Экспериментально полученные кривые изменения вязко-
сти шликера в зависимости от времени смешивания в МГС
показывают, что с увеличением времени смешивания
вязкость шликера (при
прочих равных условиях)
уменьшается.’
Уменьшение вязкости
шликера имеет место до
определенного предела, а
затем наступает стабили-
зация свойств шликера.
Дальнейшее увеличение
времени смешивания в
связи с имеющимся на-
ряду со смешиванием
дополнительным измель-
чением частиц порошка
приводит к повышению
вязкости шликера.
Следовательно, для
получения литейного шли-
кера с оптимальными
свойствами необходимо
Длительность спешивания ч
Рис. 2-39. Влияние длительности сме-
шивания в МГС на вязкость шликера,
/—•изменение вязкости шликера, содержа-
щего 10% (по весу) технологической связки;
2—изменение вязкости шликера, содержа-
щего 20%(по весу)технологической связки.
процесс смешивания ве-
сти в течение времени, необходимого для достижения ми-
нимальной вязкости, являющейся стабильной в ходе даль-
нейшего технологического процесса.
В зависимости от способа осуществления операции
приготовления литейного шликера, т. е. порядка смешива-
ния порошка со связкой (непрерывное, фракционное или
одновременное введение порошка в связку), свойства ли-
тейного шликера также значительно изменяются.
При одновременном введении в связку всего порошка
связка сразу адсорбируется некоторой частью порошка,
а часть порошка остается сухой.
В дальнейшем при перемешивании связка перераспре-
деляется с трудом, и шликер получается более вязким и
143
менее однородным, чем при постепенном введении порош-
ка, когда система находится в течение всего процесса сме-
шивания в жидком состоянии.
Наилучшие результаты обеспечиваются при непрерыв-
ном введении порошка в связку и одновременном интен-
сивном смешивании. Вполне удовлетворительные резуль-
таты дает также фракционная загрузка порошка, особенно
при использовании метода горячего помола в МГС.
В этом случае исходный порошок рассеивается с по-
мощью сита-бурат или вибросита на 3—4 фракции по ве-
личине частиц. Загрузка порошка ведется, начиная с наи-
более крупной (по размерам частиц) фракции. После за-
грузки I (крупной) фракции порошка помол ведется в те-
чение времени, необходимого для измельчения загружен-
ной части порошка до величины частиц, примерно равной
величине частиц следующей (II) фракции. Затем загру-
жается II фракция, и помол ведется до достижения дис-
персности III фракции и т. д. После загрузки последней
фракции помол ведется до достижения заданной дисперс-
ности порошка и установленной вязкости шликера. Весо-
вое количество загружаемых фракций должно уменьшать-
ся от I фракции к последней. Примерное соотношение ве-
са фракций таково: I фракция—60—70%, II—35—20%;
III—5—10%.
Одной из положительных особенностей литейного шли-
кера на термопластичной связке является возможность ис-
пользования всех его отходов (стружки, обрезков и т. п.),
получающихся в процессе изготовления изделия, для по-
вторного использования без каких-либо дополнительных
операций. Стружка, обрезки и т. п. расплавляются, и по-
лучающийся литейный шликер вновь готов для использо-
вания. Следует при этом лишь остерегаться засорения шли-
кера случайными примесями.
Эта особенность шликера обычно используется в про-
изводстве, и потому представляет интерес рассмотреть,
влияет ли многократная переработка шликера на его
свойства.
Опыты проводились путем отливки цилиндрических за-
готовок диаметром 60 мм и длиной 150 мм с последующей
обточкой этих заготовок до диаметра 5 мм на токарном
станке. Получавшаяся при этом стружка собиралась, рас-
плавлялась, и вновь отливались такие же заготовки. Эта
процедура повторялась 7 раз. После каждого цикла обра-
ботки определялись вязкость шликера и количество связ-
144
кН. Полученные результаты показали, что переработка
шликера эквивалентна интенсивному перемешиванию, т. е.
приводит к уменьшению вязкости.
Изображенные на рис. 2-40 кривые изменения вязкости
шликера в зависимости от времени смешивания и количест-
ва переработок совершенно аналогичны. Это подтверждает
справедливость вывода о необходимости доведения литей-
ного шликера до стабильной вязкости путем применения
соответствующего режима смешивания.
В противном случае при многократной переработке вяз-
кость шликера суще-
ственно уменьшается.
В процессе приготов-
ления литейного шликера
на поверхности частиц, а
также непосредственно в
прослойках связки оста-
ются пузырьки воздуха
большего или меньшего
размера. Эти воздушные
пузырьки самопроизволь-
но из шликера не выхо-
дят. В зависимости от ме-
Рис. 2-40. Влияние многократной пе-
реработки шликера на его вязкость.
/ — изменение вязкости в зависимости от
длительности смешивания; 2 —изменение
вязкости в зависимости от числа перерабо-
ток.
тода приготовления и
вязкости шликера коли-
чество воздушных пу-
зырьков, остающихся в
шликере, изменяется.
Особенно много воз-
душных включений у высоковязких шликеров. Наличие
воздушных пузырьков снижает качество шликера (умень-
шает его плотность на 1—2% и существенно влияет на
свойства обожженных керамических изделий, изготовлен-
ных из этого шликера). Особенно резко отражается нали-
чие воздушных включений на пробивном напряжении и
поведении изделий в поле токов высокой частоты. Наличие
воздушных пузырьков в изделии приводит к значительному
снижению пробивного напряжения, особенно при работе
изделия в поле токов высокой частоты высокого напряже-
ния (например, высоковольтные высокочастотные конден-
саторы).
Наряду с влиянием на основные электрофизические
свойства изделия наличие воздушных пузырьков приводит
к ухудшению качества поверхности готовых изделий. Так,
10 п. О. Грибовский. 145
например, при шлифовке обожженных изделий эти пузырь,-
ки вскрываются и образуют поверхностные изъяны.
В связи с этим для получения высококачественных из-
делий из шликера должны быть удалены воздушные вклю-
чения. Это может достигаться путем вакуумирования шли-
кера при температуре выше температуры его плавления
(70- 100° С) [Л. 43—57].
Вакуумирование можно осуществлять: 1) лабораторным
методом (под колпаком); 2) с помощью специальных ус-
тановок периодического действия; 3) при заливке литейно-
го аппарата; 4) в литейном аппарате; 5) в мельнице горя-
чего смешивания (ротационной или вибрационной).
—• Лабораторный метод чрезвычайно прост и основан на
использовании обычного столика к вакуум-насосу со стек-
лянным колпаком. Для вакуумирования шликер нагревают
до температуры 80—100° С в сосуде, который затем поме-
щают под вакуумный колпак. Воздух откачивают до оста-
точного давления 5—10 мм рт. ст. Откачку воздуха про-
должают в течение времени, необходимого для полного
прекращения выделения воздушных пузырьков на поверх-
ности шликера. Рекомендуется периодически (через 20—
30 мин) отключать вакуум и осторожно перемешивать
шликер, поддерживая его при температуре 80—100° С.
Описанный метод вакуумирования имеет целый ряд не-
достатков, к числу которых в первую очередь относятся:
а) недостаточно полное удаление воздушных пузырьков
вследствие большой высоты столба шликера; б) малая эф-
фективность процесса (большая продолжительность при
малых объемах получаемого шликера); в) расслаивание
шликера вследствие длительной выдержки при высокой
температуре в состоянии покоя. В связи с наличием этих
недостатков описанный метод для серийного производства
неприемлем.
z- Метод вакуумирования с помощью специальных уста-
новок периодического действия потребовал разработки и
экспериментальной проверки нескольких конструкций.
На рис. 2-41 приведены три принципиальные схемы та-
ких устройств.
Применение вакуумной пропеллерной мешалки (рис.
2-41,а) оказалось нецелесообразным, так как при остаточ-
ном давлении 5—10 мм рт. ст. пропеллерная мешалка прак-
тически перестает перемешивать шликер. Это является ре-
зультатом того, что при достаточно высокой вязкости и
малой высоте столба шликера гидростатическое давление
146
не обеспечивает необходимого поступления и циркуляции
его под пропеллером. Следует отметить, что этот крайне
неэффективный метод вакуумирования, однако, применяет-
ся в производстве вследствие простоты конструкции устрой-
ства и недопонимания того факта, что пропеллерная ме-
шалка не обеспечивает интенсивного перемешивания шли-
кера в вакууме.
На рис. 2-41,6 изображена ступенчатая установка для
вакуумирования, которая представляет собой два верти-
кально расположенных (один над другим) резервуара,
снабженных обогревателями. Верхний резервуар сообщает-
ся с атмосферой и соединен с нижним трубкой 3, перекры-
ваемой пробковым краном 4, и служит для разогрева и
хранения шликера, подвергающегося вакуумированию.
Нижний резервуар является вакуумным. В нем расположе-
но под некоторым углом к оси несколько перегородок (сту-
пеней), по которым стекает шликер, вытекающий из труб-
ки. В дне нижнего резервуара имеется люк 5 для слива
вакуумированного шликера.
Устройство работает следующим образом. Оба резер-
вуара разогреваются до температуры 80—100° С; в верх-
ний резервуар 1 загружается шликер; из нижнего резервуа-
ра 2 через штуцер откачивается воздух. Под влиянием ат-
мосферного давления горячий шликер из верхнего резер-
вуара перетекает по трубе 3 в нижний резервуар 2. Ско-
рость истечения шликера регулируется путем изменения
сечения выходного отверстия с помощью крана 4. Шликер,
попадая в виде тонкой струйки в нижний резервуар, ва-
куумируется, причем длительность его пребывания в ваку-
уме (в тонком слое) увеличивается за счет наклонных пе-
регородок, по плоскостям которых он медленно стекает,
накапливаясь на дне нижнего резервуара. Кроме того, пе-
регородки резко увеличивают отношение поверхности к
объему шликера и уменьшают высоту столба шликера, ко-
торый нужно преодолеть поднимающемуся воздушному пу-
зырьку. После заполнения нижнего резервуара на 60—70%
объема процесс прекращается (выключается вакуум-насос
и нижний резервуар сообщается с окружающей атмосфе-
рой), а готовый вакуумиоованный шликер выливается из
устройства через люк 5.
К числу недостатков описанного метода и устройства
следует отнести необходимость слива шликера из установ-
ки, при котором вакуумированный шликер может в неко-
торой мере вновь захватывать пузырьки воздуха; расслаи-
10* 147
вание шликера в нижнем резервуаре; недостаточно высо-
кую производительность процесса.
Конструкция ротационного вакуумного устройства, изо-
браженного на рис. 2-41,в, обеспечивает устранение послед-
них двух недостатков. Устройство представляет собой вра-
щающийся герметичный барабан 1, снабженный обогревом.
Внутри барабана имеются перегородки 7, обеспечивающие
перемешивание шликера. Для слива шликеров на бараба-
не имеется люк 6, и предусмотрена возможность наклона
оси барабана на необходимый угол с помощью поворотной
плиты 3 и маховика 5.
Вакуумирование шликера при заливке аппарата для
литья осуществляется в устройстве, аналогичном приве-
денному на рис. 2-41,6. Некото-
рое его преимущество состоит в
устранении возможности захвата
воздуха, имеющейся обычно при
сливе шликера. Схема устрой-
ства для вакуумирования шлике-
ра при заливке литейного аппа-
рата приведена на рис. 2-42.
Как видно из схемы, роль
верхнего резервуара играет при-
способление для заливки, а ниж-
него (вакуумного)—рабочий бак
Рис. 2-41. Схемы устройств для приготовления шликера.
а—пропеллерная вакуумная мешалка; / — рабочий резервуар; 2—крышка; 5 —шток
с лопастями; 4 — электромотор; 5—электрообогрев; б—ступенчатая вакуумная уста-
новка: 1 — верхний резервуар с обогревом; 2 — нижний резервуар с обогревом: 3 —
соединительная труба; 4 —пробковый кран; 5—выходное отверстие;
148
Рис. 2-42. Схема устройства для
вакуумирования шликера при
заливке литейного аппарата.
1 — воронка; 2 —основание; 3 — кран;
4 — плита рабочего бака литейного
аппарата
литейного аппарата. Работа приспособления ясна из при-
веденной схемы и описания работы ступенчатой вакуум-
ной установки.
По сравнению со ступенчатой установкой приспособле-
ние обладает одним существенным недостатком: меньшей
продолжительностью пребывания шликера в вакууме (в
тонком слое) за счет отсутствия перегородок. Однако бла-
годаря простоте устройства в ряде случаев, когда не
требуется особо тщательного
вакуумирования, этот метод
целесообразно применять.
Метод вакуумирования в
литейном аппарате представ-
ляет собой сочетание второго
и третьего методов вакууми-
рования.
Принципиальная схема
устройства для вакуумирова-
ния шликера в литейном ап-
парате приведеиа на рис.
2-43. Как видно из приведен-
ной схемы, устройство пред-
ставляет собой блок из ступен-
чатого устройства для
умирования шликера и
чего бака литейного •
рата.
Собственно процесс
умирования осуществляется
так же, как <в ступенчатом ва-
куумном устройстве, а слив
шликера и заполнение им рабочего бака литейного аппара-
та производятся путем создания вакуума в рабочем баке 1
и всасывания шликера из нижнего резервуара 2 по трубке 3.
В период переливания шликера из вакуумного резервуа-
ра в рабочий бак первый отключается от вакуум-насоса и
сообщается с окружающей атмосферой, а бак герметизи-
руется и соединяется с вакуумным насосом.
~~ Наиболее тщательное и полноценное удаление воздуш-
ных включений из шликера обеспечивается вакуумирова-
нием в процессе горячего помола или смешивания (в М.ГС
или вибромельнице). При этом устраняются все недостат-
ки, свойственные остальным методам вакуумирования. Про-
цесс вакуумирования осуществляется путем подключения
150
ваку-
рабо-
а<ппа-
ваку-
камеры мельницы к вакуум-насосу. Слив шликера в излож-
ницы производится вакуумным всасыванием.
Описанные выше методы вакуумирования могут приме-
няться как в лабораторных, так и в производственных ус-
ловиях. Выбор метода зависит от характера производства
(опытное, серийное, массовое) и требований, предъявляе-
мых к качеству изделий. Наиболее производительным и
обеспечивающим высокое качество шликера является соче-
тание последнего метода с заливкой литейного аппарата
вакуумным всасыванием. Рациональное сочетание описан-
Рис. 2-43. Схема вакуумирования шликера в
литейном аппарате.
/ — рабочий бак литейного аппарата; 2—вакуумный
бак; 8 — соединительная трубка,
ных методов подготовки порошка, смешивания и вакууми-
рования обеспечивает возможность выбора оптимальных
вариантов технологического процесса приготовления ли-
тейного шликера.
Установленные параметры литейных систем и методы
их определения позволяют достаточно полно оценивать
свойства шликеров и осуществлять их выбор.
Пользуясь приведенными данными влияния различных
факторов на свойства систем применительно к конкретным
условиям производства (имеющееся оборудование, предъ-
являемые технические требования к изделиям и т. д.),
представляется возможным выбирать такое сочетание ре-
жимов и технологических приемов, которое обеспечивает
получение литейных систем (шликеров) с оптимально воз-
151
Состав системы Технологическая связка Пара
Материал (порошок) Марка Количество в системе Вязкость, «3,
Марка Кристалличе- ская основа Удельный вес dM> ; г!см? f Удельная суммарная । поверхность, см*{г по весу. % по объему, % 60 70
ТК-20 Т-150 Т-80 СМ-1 ТК-20-80 Б-17 СК-1 ТББЕ-1 ZrTiO4 СаТЮ. тю2 ВаТЮ3 ZrTiO4 MgOSiO2 MgOSiO, ВаТЮ3 4,61 4,0 4,29 6,26 4,61 3,2 3,26 5,3 5 200 4 600 5 800 4 630 5 000 4 050 4 175 3 650 СВ-З СВ-3 СВ-3 СВ-5 СВ-3 СВ-4 СВ-4 СВ-3 6 9,0 8,0 5.8 7,0 13,0 11,5 8,5 24,6 30,0 30,0 30,0 28,0 34,7 32,2 36,3 359 48,5 68,6 64,0 85,6 55,2 282 131 26,8 48,1 409 44,8 65,4 40,8 143,5
* Измерено на приборе ПЛС-2.
можными в данных условиях свойствами (высокая литей-
ная способность, наибольший коэффициент упаковки, высо-
кая устойчивость и т- д.).
Экспериментально установленные характеристики неко-
торых литейных систем приведены в табл. 2-27.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛУФАБРИКАТА
3-1. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТА
Основным методом изготовления полуфабриката в тех-
нологии горячего литья является литье под давлением.
Кроме того, возможно изготовление полуфабрикатов мето-
дами: а) .намораживания; б) литья в кокиль; в) сливного
литья (наружное намораживание); г) центробежного
литья; д) непрерывного литья.
Наряду с этими методами могут применяться методы
горячей штамповки и горячего протягивания, сварки, а
152
Таблица 2-27
летры системы
При температуре 1х, вС и о (К
—— X су СЕ л Ч Е Л
80 90 100 | Температур
91 74 56,6 53
19,6 16,1 16,4 53
39,9 25,4 18,9 54
97 60,4 60,0 52
37,6 31,3 26,8 54
48,3 37,4 30,8 52,8
33,3 25,8 22,7 52,4
81,4 59,5 — 53,6
бность L ойчипости :а при охла- i паковки kyn Предел
о •. г-~\ прочности
о я <и при изгибе
Литейная сп 33 ч <и л л л £ э С з Объемная у< ждении» % Объемный в Коэф.рициен аи, кг!см*
32 66 3,67 3,56 0,728 166
57 200 3,93 3,05 0,695 159
63 200 3,8 3,16 0,680 225
55 200 3,05 4,45 0,670 171
48 200 4,53 3,53 0,710 159
28 100 4,98 2,61 0,710 86
30 200 4,02 2,49 0,675 127
15* 100 5,1 3,92 0,678 118
также прессования пресс-порошка в холодном состоянии
и с подогревом.
Особо следует рассматривать обработку полуфабрика-
та резанием, которая может использоваться не только как
вспомогательная операция'(для срезки литников), но так-
же и для полной обработки поверхностей полуфабриката.
Намораживание [Л. 43] является своеобразной разно-
видностью литья. Термин «намораживание» является чисто
условным и возник в связи с применением вначале разра-
ботки метода низких температур формы.
Сущность процесса намораживания заключается в сле-
дующем. Металлическая оправка (форма) погружается
в расплавленный шликер (рис. 3-1). В результате охлажде-
ния на поверхности оправки наращивается (намораживает-
ся) слой отвердевшего шликера. По достижении опреде-
ленной толщины слоя оправка с наращенной на ней заго-
товкой извлекается из шликера и охлаждается в воде. По-
лученная заготовка снимается с оправки и подвергается
дальнейшим операциям технологического процесса.
153
С помощью процесса намораживания можно получить
заготовки, имеющие точную форму и размеры отверстия.
Наружные размеры заготовки получаются неточными. По-
этому обычно заготовки, полученные методом наморажива-
ния, подвергаются в дальнейшем механической! обработке
резанием для получения окончательной формы изделия.
В некоторых случаях, например при изготовлении тиг-
лей и т. п., никакой дополнительной! обработки после
намораживания не тре-
буется.
Размеры и конфигурации
полуфабриката, полученного
методом намораживания,
зависят от размеров и кон-
фигурации формы и от ре-
жимов ведения процесса.
‘*г,”Основными параметрами ре-
жима процесса наморажива-
ния являются: 1) температу-
ра формы 2) температу-
ра шликера/ш;3) время вы-
держки формы в шликере Т.
*Быбор режимов зависит от
свойств шликера и толщины
стенки изделия.
В результате проведенно-
го исследования установле-
ны основные закономерно-
сти и зависимости, суще-
ствующие между упомяну-
Рис. 3-1. Процесс намораживания. тыми параметрами режима
и размерами получаемого из-
делия для литейных шликеров из различных материалов.
В табл. 3-1 приведены экспериментальные данные зави-
симости толщины намороженного слоя от режимов про-
цесса для шликеров из муллитового материала, дающие
представление об общих закономерностях.
Общими закономерностями являются следующие:
1) толщина намороженной стенки изделия увеличивается
при понижении температуры формы и температуры шликера;
2) толщина стенки изделия увеличивается при увеличе-
нии времени выдержки формы в шликере. При этом в слу-
чае применения формы для намораживания без непрерыв-
ного охлаждения увеличение времени выдержки вызывает
154
Таблица 3-1
Темпера- тура шликера щ.. °с Темпера- тура формы *Ф> °с Время выдержки Т, сек Тол- щина слоя, мм Темпе ра- тура шликера /ш. °с_ Темпера- тура формы /ф. °C Время выдержки Т, сек Тол- щина слоя, мм
60 0 5 2,4 60 20 40 3,7
60 0 10 3,7 60 40 40 1,8
60 0 20 4,5 50 0 10 3,9
60 0 30 5,1 60 0 10 3,7
60 0 40 5,0 70 0 10 3,7
60 0 50 5,0 80 0 10 з,з
60 0 60 4,6 90 0 10 3,2
60 0 70 4,2 ЮО 0 10 2,7
60 0 80 2,9 50 0 40 5,2
60 0 10 4,1 60 0 40 5,1
60 10 10 3,5 70 0 40 з,з
60 20 10 3,2 80 0 40 2,3
60 40- 10 2,4 90 0 40 2,0
60 0 40 5,7 100 0 40 2,0
60 10 40 4,9
увеличение толщины стенки изделия
лишь до определенных
пределов, а затем вследствие
стенки уменьшается (рис. 3-2).
Для практических целей
можно рекомендовать, как наи-
более удобные для осуществле-
ния процесса, следующие ре-
жимы намораживания:
температура формы от +'15
до +20° С (т. е. температура
воды из водопровода);
температура шликера от 60
до +'90° С.
Время выдержки формы
в шликере может быть ориен-
тировочно рассчитано [Л. 43]
или подобрано эксперимен-
тально в зависимости от тре-
буемой толщины стенки изде-
лия, размеров формы и ее кон-
струкции (системы охлажде-
перегрева формы толщина
SO 60 70 80 80 100
Температура шликера, “С
о То го зо оо
Температура формбг, °О
О 20 IfO 60 80 100
Время Выдержки, сек
Рис, 3-2. Зависимость толщины
намороженного слоя от режима.
/ — влияние температуры формы;
2 — влияние температуры шликера;
5—влияние времени выдержки.
ния).
Литье в кокиль (металлическую форму) применяется
для изготовления изделий относительно простой формы
(кольца, диски, плиты и т. п.).
155
Процесс литья осуществляется путем заливки формы из
ковша расплавленным шликером через литниковое отвер-
стие.
Формообразование полуфабриката (отливки) происхо-
дит в результате действия гравитационных сил. В связи
с этим особое значение приобретает литейная способность
шликера.
Залитый в форму (кокиль) шликер охлаждается и от-
вердевает, после чего форма раскрывается или приводится
в действие выталкиватель и извлекается отливка.
Рис. 3-3. Кокиль с открытой верхней частью.
Для компенсации усадочных явлений при охлаждении
литейного шликера в форме литник располагается в наи-
более толстой части отливаемого изделия и имеет размеры,
большие, чем самое большое сечение детали. В случае
литья плоских деталей целесообразно применять формы,
открытые сверху (рис. 3-3),) и с этой стороны вести залив-
ку. После литья деталь подвергается необходимой обработ-
ке (срезка литника и т. д.).
Качество отливки при литье в кокиль зависит от
свойств шликера, рационального выбора конструкции фор-
мы и литниковой системы и рационального выбора режи-
мов литья.
156
Основным требованием, предъявляемым к шликеру, ис-
пользуемому для литья в кокиль, является высокая литей-
ная способность шликера, необходимая для полноценного
заполнения формы. Выбор конструкции формы для литья
должен производиться на основе ряда правил, излагаемых
далее при рассмотрении форм для литья под давлением.
Режимы литья выбираются аналогичные режимам на-
мораживания, при этом следует температуру шликера при-
нимать наивысшую из рекомендуемых (для повышения его
текучести) и во избежание появления на поверхности от-
Рис. 3-4. Керамические плитки,-изготовленные литьем
в кокиль.
ливки складок — неслитин (см. стр. 181), а время выдерж-
ки принимать необходимое для полного отвердевания всего
объема залитого в форму шликера.
При правильном введении процесса методом литья в ко-
киль можно получать высококачественные изделия различ-
ной конфигурации и размеров.
На рис. 3-4 приведена фотография плиток нагревате-
лей, изготовленных из чистой окиси алюминия методом
литья в кокиль, показанный на рис. 3-3.
Литье в кокиль целесообразно применять только в мел-
косерийном и опытном производствах.
Сливное литье может применяться в случае необходи-
мости литья высоких деталей большого -диаметра и с от-
носительно небольшой толщиной стенки. Изготовление по-
луфабриката сливным литьем осуществляется путем залив-
157
ки шликера в холодную металлическую форму, имеющую
конфигурацию внутренней полости, соответствующую на-
ружной конфигурации отливаемой детали. После некоторо-
го времени выдержки шликера в форме на последней на-
мораживается необходимый слой отвердевшего шликера,
а весь остальной (неостывший) шликер выливается из фор-
мы, оставляя отверстие в отливке.
Таким образом, получается отливка с точной наружной
конфигурацией и отверстием, поверхность которого пример-
но повторяет наружную поверхность. Этот процесс анало-
гичен процессу намораживания с тем отличием, что при
намораживании точное оформление получает внутренняя
часть отливки, а при сливном литье — наружная.
Режимы при сливном литье выбираются так же, как и
при намораживании.
Полученные сливным литьем отливки, как правило,
подвергаются в дальнейшем обработке резанием для при-
дания изделию окончательной конфигурации.
Центробежное литье предназначено главным образом
для изготовления изделий, представляющих собой тела
вращения. Сущность процесса заключается в том, что на
шликер, введенный во вращающуюся форму, действуют
центробежные силы. Под их действием жидкий шликер при-
жимается к стенкам формы и в этом состоянии при охлаж-
дении отвердевает.
При достаточно большом числе оборотов в случае го-
ризонтального расположения оси вращения внутренняя по-
верхность отливки получает форму, близкую к цилиндру,
с осью, практически совпадающей с осью вращения.
Опыты изготовления керамического полуфабриката из
литейных шликеров методом центробежного литья [Л. 57]
показали, что центробежное литье керамического полу-
фабриката обладает рядом специфических особенностей.
Детали, изготовленные этим методом, имели ряд дефектов,
которые возникали в результате неравномерности упаковки
частиц порошка в полуфабрикате. Эта неравномерность
упаковки в свою очередь является следствием разного рас-
стояния частиц от центра вращения, за счет чего они имеют
различные центробежные силы; различия в размерах ча-
стиц порошка (более крупные частицы развивают большие
центробежные силы, чем мелкие) и наличия в системе (ли-
тейном шликере) двух фаз: твердой (частиц порошка) и
жидкой (технологической связки), обладающих различны-
ми свойствами.
158
Перечисленные причины усложняют процесс центробеж-
ного литья литейных шликеров по сравнению с центробеж-
ным литьем металлов.
С целью выбора режима центробежного литья керами-
ческого полуфабриката было проведено исследование влия-
ния окружной скорости на качество отливки (полуфабри-
ката) и поведение отливок при обжиге. Опыты проводились
с использованием литейных шликеров из клиноэнстатито-
вого и муллитового материалов. В качестве формы образца
было принято кольцо как простейшая форма тела враще-
ния. Кольца отливались двух диаметров: 54 и 74,5 мм. Вре-
мя выдержки при вращении было установлено постоянным
и равным 2 мин. Охлаждение производилось во время вра-
щения водой.
Определение давления шликера на стенки формы, воз-
никающего при центробежном литье, производилось вычи-
слением по формуле
\ 1 11 J
где — объемный вес шликера, г/слг3;
g— ускорение силы тяжести, см/сек2',
~п.
<о = -др--угловая скорость;
гг — расстояние от центра вращения до внешнего диа-
метра, см;
гг •— расстояние от центра вращения до внутреннего
диаметра, см.
Результаты экспериментальной работы приведены
в табл. 3-2.
Из приведенных данных видно, что увеличение числа
оборотов при центробежном литье влечет за собой законо-
мерное увеличение плотности упаковки минеральных ча-
стиц в полуфабрикате за счет вытеснения связки с пери-
ферии, количество которой также закономерно изменяется.
Вытесненная связка отделяется на внутренней поверхности
отливки.
Изменение плотности полуфабриката сопровождается
уменьшением огневых усадок (с увеличением /гуп огневые
усадки уменьшаются).
Следует отметить, что при обжиге деталей, полученных
методом центробежного литья, в результате имеющейся не-
159
Таблица 3-а
Материал Число оборотов фор- мы и, об]мин । Диаметр формы, мм , Окружная скорость, 1 MjMUH 1 Давление на форму, I кг!см* Количество связки в полуфабрикате после литья (по ве- су), % Плотность упаковки Ауп Линейная огневая усадка Д lt %
Шликер из клино- энстатитового мате- риала 268 54,0 45 2.5 21 0,52 16,5
То же 386 74,5 90 7,0 21,6 0,52 13,0
1 032 54,0 175 36,0 18,2 0,57 —
я я ••••♦• 1 500 54,0 255 76,0 16,5 0,59 —
1 500 74,5 351 108,2 16,2 0,60 10,7
» ” 2 150 74,5 500 222,2 16,5 0,60 —
Шликер из муллито- вого материала . . 268 54,0 45 2,3 25,0 0,49 13,8
То же 386 74,5 90 6,5 0,49 —
я я • 1 032 54,0 175 34,0 24,0 0,50 11,7
1 500 54,0 255 71,0 24,2 0,50 10,8
я я ....... 1 600 74,5 351 101,0 22,2 0,51 —
Я Я * • 2 150 74,5 500 208,0 19,7 0,52 —
равномерности структуры полуфабриката иногда появляют1
ся трещины и расслоения.
При вращении с относительно малым числом оборотов
или при механической обработке деталей после литья (по
наружному и внутреннему диаметрам), а также при при-
менении литейных шликеров с небольшим количеством
связки удается избегнуть указанных дефектов. •
В связи с этим применять центробежное литье следует
лишь в необходимых случаях, тщательно выбрав примени-
тельно к данной детали режимы литья.
Непрерывное литье [Л. 46] предназначается для изго-
товления изделий с постоянным поперечным сечением
(стержни любого сечения, трубки и т. д.).
При заполнении расплавленным шликером холодной
металлической формы он принимает очертания формы,
а затем, охлаждаясь, переходит в твердое состояние. Эта
способность шликера переходить при охлаждении из одно-
го агрегатного состояния в другое используется для осу-
ществления процесса непрерывного литья путем обеспече-
ния постоянного подвода жидкого шликера в неподвижную
холодную форму и отвода оформленного полуфабриката.
160
Процесс осуществляется следующим образом. В форму
поступает под давлением сжатого воздуха разогретый
жидкий шликер. В верхней части формующей трубки шли-
кер охлаждается, отвердевает и принимает форму канала.
Для осуществления этого процесса нижний конец фор-
мующей трубки помещен в бак с горячим шликером,
а верхний интенсивно охлаждается. Таким образом, в фор-
мующем канале (трубке) обеспечивается необходимый тем-
пературный перепад (от температуры плавления до темпе-
ратуры отвердевания литей-
ного шликера).
При застывании шликер
претерпевает объемную
усадку с уменьшением диа-
метра отливаемого образца,
что облегчает выталкивание
готового образца непрерыв-
но поступающим жидким
шликером. Режим процесса
необходимо при этом отре-
гулировать таким образом,
чтобы скорость застывания
шликера равнялась или бы-
ла немного больше скорости
истечения. На основании
вышеизложенных соображе-
ний была разработана прин-
ципиальная схема аппарата
для непрерывного литья,
приведенная на рис. 3-5.
Рис. 3-5. Схема устройства для не-
прерывного литья.
/ — рабочий бак; 2—формующая трубка;
3 — холодильник; 4 — штуцер для воды;
5 —термостат; б —штуцер для сжатого
воздуха; 7—направляющая плита.
Работает аппарат следующим образом: в рабочий бак 1
заливается разогретый шликер; затем устанавливается
формующая трубка 2, имеющая внутренний диаметр, рав-
ный диаметру отливаемого стержня. На формующую труб-
ку надевается холодильник 3, снабженный штуцерами 4
для подвода и отвода охлаждающей воды. Рабочий бак ап-
парата для поддержания постоянной температуры шликера
помещается в термостат 5. Сжатый воздух подводится
в рабочий бак через штуцер 6. При подаче сжатого возду-
ха в бак он давит на поверхность шликера и подает его
в формующую трубку. При достижении шликером в фор-
мующей трубке зоны, охлаждаемой водой, он охлаждает-
ся, отвердевает и выдавливается из формующей трубки
непрерывно поступающим снизу жидким шликером. Отвер-
11 П. О. Грибовский.
161
девший стержень, выходя из трубки, проходит через на-
правляющее отверстие плиты 7.
Готовый полуфабрикат разрезается на отрезки необхо-
димой величины.
На рис. 3-6 представлена фотография лабораторной ус-
тановки для непрерывного литья.
Производительность процесса непрерывного литья зави-
сит от размеров отливаемого изделия, свойств шликера и
режимов литья (давления, тем-
Рис. 3-6. Лабораторная установ-
ка для непрерывного литья.
ности.
пературы шликера и темпера-
туры охлаждающей воды).
Экспериментальные данные
зависимости производительно-
сти процесса от перечисленных
параметров, полученные на ла-
бораторной установке при
литье стержней круглого сече-
ния, приведены в табл. 3-3.
Как видно из приведен-
ных данных, повышение про-
изводительности может быть
достигнуто увеличением дав-
ления на шликер и пониже-
нием температуры охлаждаю-
щей воды. Повышение тем-
пературы шликера уменьшает
производительность и вызы-
вает необходимость сниже-
ния температуры охлаждаю-
щей воды, так как в против-
ном случае шликер не успе-
вает отвердеть в формую-
щей трубке. Увеличение диа-
метра отливки также приводит к снижению производитель-
Исследование свойств полуфабрикатов и обожженных
изделий, полученных непрерывным литьем, показало при-
емлемость этого метода для изготовления ряда керамиче-
ских изделий.
Литье под давлением осуществляется путем заполнения
металлической формы расплавленным шликером с охлаж-
дением его в форме под давлением (до полного отвердева-
ния) .
Литье под.давлением является одним из наиболее уни-
162
Таблица 3-3
Материал 1 i Диаметр стерж- ня, мм ; Давление, ати Температура ох- лаждающей во- ды. °C 1 Темпера гура шликера, °C Скорость выхода стержня, см{мин
Клиноэистатит СК-1 . - 5 1,5 10 63 19, 5
То же 2,0 10 63 23,0
5 2,5 10 63 33,0
5 3,0 10 63 40,3
5 3,5 10 63 48,5
,, ’1 • 5 4,0 10 63 Выходит жидкий
шликер
5 4,0 8 63 60,0
5 2,5 14 60 23,5
5 2,5 10 63 33,0
б 2,5 10 65 33,0
5 2,5 7 70 39,0
5 2 5 5,5 73 39,0
5 2,5 5,5 75 Выходит жидкий
шликер
5 3,0 20 60 15,0
Ультрафарфор УФ-46 3 1 3,0 20 60 5,0
нереальных и высокопроизводительных методов литья. В си-
лу этого литье под давлением получило наибольшее приме-
нение в производстве и ниже будет рассмотрено особо бо-
лее подробно.
Горячая штамповка по принципу своего построения
аналогична процессу безоблойной штамповки металлов.
Горячая штамповка осуществляется на пневматических,
кривошипных, эксцентриковых и тому подобных прессах
с помощью металлических пресс-форм, внутренняя полость
которых имеет конфигурацию формуемого изделия. Опре-
деленная объемная или весовая порция расплавленного
шликера (равная объему или весу штампуемого изделия)
загружается в пресс-форму, имеющую температуру 15—
35° С. Пресс-форма смыкается, в результате чего шликер
растекается и заполняет внутреннюю полость формы. По-
сле охлаждения до твердого состояния полуфабрикат вы-
талкивается из пресс-формы.
Этот способ является одним из наиболее высокопроиз-
водительных. Основной его недостаток — образование внут-
ренних пор и пустот в полуфабрикате вследствие отсутст-
11* 163
вия компенсации объемной усадки при охлаждении шлике-
ра. Однако для многих керамических изделий, где эти де-
фекты не имеют значения, а также для тонкостенных де-
талей он является весьма перспективным.
Уменьшения количества внутренних раковин и пустот
при горячей штамповке можно достигнуть путем примене-
ния высоковязких шликеров с небольшим количеством
связки и снижения температуры нагрева перед штамповкой
до минимально допустимой (50—60° С).
Горячее протягивание применяется для изготовления из
литейных шликеров изделий с постоянным поперечным се-
чением (стержни, трубки и т. п.).
Процесс протягивания осуществляется аналогично обыч-
ному протягиванию пластичных керамических масс с по-
мощью металлического мундштука и пресса. Отличитель-
ной особенностью является необходимость разогрева мунд-
штука и шликера до температуры 40—50° С, т. е. ниже
температуры плавления.
Горячее протягивание имеет некоторые преимущества
по сравнению с обычным процессом протягивания, приме-
няемым в керамической технологии:
а) значительно повышается прочность полуфабриката,
что обеспечивает возможность получения более тонкостен-
ных деталей;
б) обеспечивается возможность изготовления деталей
из любых непластичных материалов.
К числу недостатков способа в первую очередь следует
отнести недостаточную равномерность структуры полуфаб-
риката и необходимость соблюдения температурного режи-
ма, так как при понижении температуры резко растут уси-
лия при протягивании, а при повышении температуры шли-
кер плавится.
Сварка является необычным для керамической техноло-
гии приемом. Она основана на способности шликера пла-
виться при нагревании и отвердевать при охлаждении, что
позволяет получать изделия (полуфабрикаты), состоящие
из отдельных элементов (деталей), соединенных между со-
бой путем их сплавления — сварки.
Сварка осуществляется путем разогрева места стыка
с помощью электрического паяльника, нагретого до темпе-
ратуры 80—120° С, имеющего соответствующий профиль
наконечника (игла, лопатка и т. п.). В результате нагрева
в месте стыка шликер плавится и соединяет после охлаж-
дения стыкованные детали.
164
Этот метод не имеет широкого применения, но в отдель-
ных случаях для получения деталей сложной формы может
оказаться незаменимым.
Прессование полуфабриката из литейных шликеров осу-
ществляется обычным в керамической технологии путем (с
помощью металлических пресс-форм на гидравлических и
других прессах).
Прессование может производиться из пресс-порошка или
разогретого шликера (см. выше о горячей штамповке).
Пресс-порошок приготовляется путем механического ди-
спергирования отвердевшего шликера (резанием на токар-
ном станке или протиранием шликера при 45° С через си-
то), а также путем распыления шликера сжатым воздухом
(пульверизатором) с последующим рассевом и фракциони-
рованием полученных порошков и стружки.
Полученный пресс-порошок следует хранить при тем-
пературе не более 25—28° С. Прессование из такого порош-
ка производится при комнатной температуре.
В зависимости от количества связки и давления прес-
сования меняется плотность упаковки полуфабриката и
соответственно — огневая усадка. Данные для клиноэнста-
титового материала приведены в табл. 3-4. Присущая ме-
Таблица 3-4
Давление прессования, кг/см3 Количество связки, % Объемный вес полуфабриката, г!см* Плотность упаковки АуП Линейная огневая усадка Д /, %
150 7,5 1,34 0,42 21,50
225 7,5 1,40 0,44 20,50
300 7,5 1,43 0,45 19,70
450 7,5 1,46 0,46 18,8
600 7,5 1,50 0,47 18,2
750 7,5 1,51 0,48 17,7
900 7,5 1,60 0,51 17,3
1 050 7,5 1,68 0,53 17,1
1 400 7,5 1,71 0,54 16,5
1 725 7,5 1,74 0,56 15,8
2 070 7,5 1,77 0,56 15,1
150 23,5 1,68 0,44 20,3
225 23,5 1,71 0,44 20,1
300 23,5 1,73 0,44 19,6
450 23,5 1,76 0,45 19,1
600 23,5 1,77 0,46 19,2
750 23,5 1,78 0,46 19,0
900 23,5 1,78 0,46 18,7
165
тоду прессования неоднородность структуры полуфабрика-
та может быть уменьшена путем применения метода ваку-
умного прессования [Л. 70], пресс-порошка с высокой теку-
честью под давлением, двустороннего прессования и надле-
жащего выбора конструкции заготовок и пресс-форм.
Механическая обработка резанием в технологии горя-
чего литья используется главным образом как дополни-
тельная операция, завершающая процесс оформления из-
делий (срезка литников и т. п.). Эта обработка произво-
дится на обычных металлорежущих станках (токарном,
сверлильном, строгальном, фрезерном) с помощью режуще-
го инструмента с пластинками из твердых сплавов.
Незначительные усилия, возникающие при резании, поз-
воляют применять упрощенные способы крепления загото-
вок на станках. Как правило, крепление заготовок может
производиться на оправках или во втулках за счет силы
трения, без дополнительного механического зажима обра-
батываемой детали. Сцепление детали с оправкой может
быть увеличено путем смазывания оправки церезином, вос-
ком и т. п. В большинстве случаев приемлемыми являются
следующие режимы резания:
скорость резания—100—120 м/мин-, подача — 0,1 —
0,3 мм/об; глубина резания— 1—4 мм.
В условиях мелкосерийного, а особенно опытного про-
изводства механическая обработка может успешно приме-
няться для полного изготовления необходимой детали из
литой заготовки. Для этой цели весьма целесообразно на-
ряду с обычными универсальными металлорежущими стан-
ками использование настольных копировально-фрезерных
станков (с пантографом).
3-2. ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Горячее литье под давлением керамических изделий
имеет много общего с процессом литья под давлением ме-
таллов, теоретические основы которого изложены в ряде
трудов последних лет [Л. 35—37, 136]. Наряду с этим
специфические свойства литейной системы (расплава)
в технологии горячего литья керамических изделий и вы-
званные этим особенности режимов литья, конструкции обо-
рудования и форм для литья, а также своеобразные требо-
вания, предъявляемые к отливке (полуфабрикату), суще-
ственно отличают процессы горячего литья керамики от
литья металлов.
166
При разработке основ технологии горячего литья кера-
мических изделий, проводившейся в период 1946—1950 гг,
[Л. 43—72], работы в области теории литья металлов учи-
тывались и использовались, поскольку это представлялось
возможным и целесообразным, исходя из физической сущ-
ности процесса.
В целях сохранения стройности изложения основы литья
керамических изделий приводятся в достаточно полном ви-
де, в том числе и в случаях совпадения тех или иных тео-
ретических положений с теорией литья металлов. Это пред-
ставлялось целесообразным потому, что «в области литья
под давлением отсутствуют сколько-нибудь подробные
теоретические и экспериментальные исследования и разви-
тие наших знаний идет в основном но линии накопления
производственного опыта»
«Изучение процесса формирования изделия в условиях
литья под давлением имеет огромное практическое значе-
ние. Однако это изучение сопряжено с большими трудностя-
ми теоретического и экспериментального характера. В част-
ности, экспериментальное исследование затрудняется тем,
что приходится иметь дело с процессами, протекающими
в течение долей секунды» (там же).
В работе по созданию основ процесса литья под дав-
лением керамики удалось частично преодолеть указанную
основную трудность экспериментального исследования про-
цесса литья под давлением, использовав методику скорост-
ной киносъемки с применением прозрачных форм для изу-
чения процесса их заполнения,
Киносъемка1 2 производилась аппаратом типа СКС-1,
обеспечивающим скорость съемки до 3 000 кадров в секун-
ду. Для осуществления скоростной киносъемки процесса и
исследования влияния основных факторов (сечения литни-
ковых каналов, формы литников, конфигурации отливки
и т. д.) была сконструирована и изготовлена специальная
форма для литья со сменными. деталями, снабженная бо-
ковыми прозрачными стенками (из органического стекла).
Общий вид формы и сменных деталей к ней приведен на
рис. 3-7. Общий вид опытной установки для литья под дав-
лением (типа ЛПГ-1) с прозрачной формой приведен на
1 Вейник А. И., Теория особых видов литья, Машгиз, 1958,
стр. 143.
2 Съемка производилась режиссером-оператором лаборатории на-
учно-прикладной фотографии и кинемотографии АН СССР Лебеде-
вым В. В. под руководством автора.
167
рис. 3-8. Установка была снабжена ресивером и воздушным
редуктором для поддержания заданного давления.
Целью работы являлись получение наглядных экспери-
ментальных данных о механизме заполнения литейных
форм шликером и установление влияния на механизм за-
полнения ряда технологических параметров, свойств шли-
кера, формы и размеров литниковых отверстий, а также
конфигурации изделия.
Исходя из теоретических предпосылок, в [Л. 53, 57] бы-
ло дано объяснение возможных вариантов механизма за-
Рис. 3-7, Экспериментальная форма для скоростной киносъемки'"и смен-
ные детали к ней.
полнения литейных форм шликером, но их справедливость
до настоящего времени не была подтверждена эксперимен-
тально.
Для проведения работы были приготовлены две литей-
ные системы, отличавшиеся друг от друга по свойствам.
Условная дисперсность порошка материала составляла
1—3% (остаток на сите 0045). Шликер был изготовлен из
клиноэнстатита СК-1 с введением связки, содержащей па-
рафина 92%, олеиновой кислоты 5%, пчелиного воска 3%
(по весу). Шликеры, содержащие различное количество
связки, имели следующие характеристики:
Количество
связки, %
(по весу)
9,73
11,08
Объемный вес
шликера, г/см?
Вязкость
Н» пз
Литейная спо-
собность L
2,58
2,49
63
25
34
77
168
Исследование механизма заполнения проводилось
на различных вариантах отливок, конфигурация и раз-
меры девяти из «оторых приведены на рис. 3-9.
При проведении рабо-
ты, в основном, использо-
вались литники круглого
сечения площадью 0,06;
0,125; 0,25; 0,5; 1,0 и
2,0 см2. Для получения
сравнительных данных
о влиянии формы литника
применялись литники
квадратного и прямо-
угольного сечения пло-
щадью— 1 см2, а в неко-
торых случаях—по 2 лит-
ника с круглым се-
чением, площадью по
0,5 см2 каждый. Во всех
случаях литники распола-
гались симметрично отно-
сительно основания де-
тали.
Описание и обсужде-
ние результатов исследо-
вания с применением ско-
ростной киносьемки при-
водятся ниже в соответ-
ствующих разделах.
Сводные данные резуль-
татов исследования при-
ведены в табл. 3-5. В гра-
фе «Механизм заполнения»
рис. 3-14.
Рис. 3-8. 'Общий вид опытной уста-
новки для скоростной киносъемки
процесса литья под давлением.
указаны номера кинограмм по
Время заполнения форм шликером, приведенное
в табл. 3-5, рассчитывалось по формуле
Т = К~\сек],
где I — длина рабочей части пленки, м (от момента поступ-
ления расплава в форму до момента ее заполне-
ния);
169
170 11,08 80' II ооооооооооо QCQOQCQOQOQOGOGOOOGOGO ОС ОС QO и—* <—- об ОС ОС QC QC об О с GO ОС GO GO GO ООО GO GO GO Количество связки, % (по весу) Параметр
2,49 2,49 to Ю № IO № № tC to ЬЭ № № 4kW4k4kWWW*WWWW cdidcdcdcdcdcdocdcdcd to to to to 4k 4k 4k 4k CD CD CO CD 1 to to to to to to 4k 4k 4k hD 4k 4k CO CO CD CD CO <D 2,49 2,49 to to to 4k 4k 4k CD CD CD to to to D. ф» hfk CD CD CD Объемный вес, г 1см3 ы литей)
СЛ id tototototototototototo СЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛ to to to to Сл сл сл сл bO to ЬО to Ю to Ol СЛ сл сл сл СЛ 25 25 to to to СЛ Ol СЛ to to to СЛ сл СЛ Вязкость, пз X О О С
77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 77 LL LL LL LL LL 77 77 77 Литейная способ- ность L икера
h-Ч I I 11 II III III IV IV V V I h-ч h-4 1—< h-4 ' — —' ' •—4 —' —’ —’ >—<•—4 1—4 Тин формы
41,6 I 41,6 4k — — — — W W W WD 4k — О о О О Cl ci OO cc — — <31 4k Hi- 4k 4k to to 4k 4k СТ) 41,6 41,6 41,6 32>7 4k 4a hD 4k 4k Ф- О D D O. Q Ф 4k 4k CT> Ol 4k 4k 4k DOO ООО Объем полости фор- мы, см3
Si Si Si iSl iS IS iS iS 13 iS iS Si Q 5) iS Si IS iS Si QQ Si Si Si Si Si Si Форма литника (ус- ловное обозначение) Парам
— — •— to to — to •— to — to — — — •— •— *— — — <— <— Количество литников л
0,25. — — — — — — ‘ — — о о о с — to о — to СЛ о to сл — — — — — •— —— • Площадь сечения литников, см2 ормы
1 SUH верх Закрыт выход Закрыт ныи П W о ° W Oi О “ Q^ssaaisa Q 5? ra£ В зазор To же В зазор То же » » » » я я я » В зазор To же В зазор To же В зазор To же Вентиляция формы
223 223 223 223 223 223 223 223 223 223 223 223 223 to to to to to to to to CO GO CO CO СЛ СЛ tO tO tO tO о о to to to to DO WWWW 223 223 140 223 297 4k tO — сл to CD О CO о Объемная скорость ! истечения шликера, см3]сек
223 223 bototobotototobotototo gogogocogowwcococcc5 223 223 223 223 GO 4k M сл О CO 4k to ”2 о c tow to, О О to Q W Ot to to to to co co to to k- N WO 4k tO — СЛ bO CD О CO О Расчетная скорость впуска, см!сек Режш
СО со COCOCOCOCOGOCOCOCOCOGO co co co CO 4^ Cl w w w w co co СЛ co — co co co Давление, ати ъ а
о 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 98 96 70 70 70 70 70 60 70 90 Температура шли- кера, °C
OS О to to to to to to to to to bo bo ooooooooooo IO bo to to о о о о О о о о о о 20 20 ООО ООО Температура фор- мы, °C
1,320 о 0,235 0,447 0,176 0,463 0,178 0,384 0,114 0,268 0,120 0,230 0,337 0,235 0,45 0,33 0,27 0,162 0,235 0,256 0,445 0,456 1,800 0,235 0,287 ° °F to to СЛ to СЛ CD 0,665 0,235 0,223 Время заполнения формы Т, сек Резу.
31,5 со сл tO -— iw w D-4 ч cd cd cc — cd s ci tc tc о ьс 4 CJ CC CJ 4 СЛ сл сл — tC CD -о ICD IC Ч <— СЛ 257 177 162 93,5 91,3 23,1 177 145 77,2 177 196 62,5 177 187 Объемная скорость за- полнения Q3, см^сек льтаты :
126 сл — — •—1 tc —* <— tocxiCXih^-qGo-qij)"—oo*--q CT CD О Cl □ D-4 D ОС О S СП 177 92,5 126 121 128,5 177 324 374 730 385 177 145 77,2 177 196 62,5 177 187 Скорость впуска, см; сек я а Q S 2>
3—29/3 3—29/2 CO GO CO GO CO CO CO co CO 1 1 II 1 1 1 1 1 to 1 GO 1 co to to to to to to CD 1 _O 1 0,05 0)0) СЛ 4k О СЛ 4k GO To —* ' co co co GO Illi to to to to _JGrl СЛ СЛ СЛ hD-'cS'bo'^ сс со со со со СО 1 1 1 1 1 1 ЬО ьо to to to to СТ) сл 4k CO to “ 3—20/1 3—20/2 3—19/1 3—23/2 3—19/2 CO CO CO 1 1 1 •— to — to bO — Механизм заполнения лента блица 3-5
Параметры литейного шликера Параметры формы
S в г;с№ фор- У S <2 х а о в в в га
В (j V СЕ О о X X <J га х к 2 В “ в ч в т S фор
о ’Z? “ и 2 о Ч а со ь- о о О Cj к
5 S X Л к га »-J о Ч ° о в га ч о 9 К
Колнч % (ПО Объеь о а 01 К И Литей ность •е в в 1 Объем МЫ, СЛи go О о G ч в ч о ЬгГ а х Ч В 5 £ С ч § в о и
11,08 11,08 2,49 2,49 25 25 77 77 I II 41,6 38,4 0 0 1 1 1 1 В зазор То же
11,08 2,49 25 77 III 35,2 0 1 1
11,08 2,49 25 77 IV 19,4 0 1 1
11 ,08 2,49 25 77 V 19,4 0 1 1
11,08 2,49 25 77 VI 40,4 0 1 0,25
11,08 2,49 25 77 VII 34,4 0 1 О'25 1
11,08 2,49 25 77 VIII 25,0 0 1
11,08 2,49 25 77 IX 18,4 0 1 1 я »
11,08 9,73 2,49 2,58 25 ' 63,5 77 34 I I 41,6 41,6 0 0 1 1 1 1 В зазор То же
11,08 2,49 25 77 I 41,6 0 1 2
9,73 2,58 63,5 34 I 41,6 0 1 2
11,08 2,49 25 77 III 35,2 0 1 1
9,73 2,58 63,5 34 III 35,2 0 1 1
11,08 2,49 16,2 III 35,2 0 1 0,125 ]
11,08 2,49 25 77 IV 19,4 0 1
9,73 2,58 63,5 34 IV 19,4 0 1 1
11,08 2,49 25 77 V 19,4 0 1 1
9,73 2,58 63,5 34 V 19,4 0 1 1 » »
V — средняя скорость съемки процесса, кадры]сек, оп-
ределявшаяся по неоновой засветке для каждой
пленки;
Л — постоянная величина, равная 132, характеризующая
количество кадров в 1 пог. м пленки.
Средняя объемная скорость заполнения определялась из
соотношения
З3 = ^[сж7сбж],
(3-2)
где — рабочий объем формы, см,\
Т—время заполнения, сек.
172
Продолжение табл. 3-5
Режим литья Результаты эксперимента
1 Объемная скорость | истечения шликера, i см"/сек Расчетная скорость впуска, см'сек Давление, ати I Температура шли- , кера, СС i Температура фор- । мы, °C 1 : Время заполнения 1 формы Г. сек Объемная скорость за- полнения Q3, смя/еек Скорость впуска, см/сек Механизм заполнения
223 223 3 70 20 0,235 177 177 3—30/1
223 223 3 70 20 0,176 218 218 3—30/2
223 223 3 70 20 0,178 198 198 3—30/3
223 223 3 70 20 0,114 170 170 3—30/4
223 223 3 70 20 0,12 162 162 3—30/5
223 892 5 90 20 0,385 105 420 3—30/6
223 892 5 90 20 0,354 97,3 390 3—30/7
223 223 3 70 20 0,200 77,5 77,5 3—30/8
223 223 5 90 20 0,078 236 236 3—30/9
223 223 3 70 20 0,235 177 177 3—37/1
94 94 3 70 20 0,583 71,5 71,5 3—37/2
223 111,5 3 70 20 0,162 257 128,5
94 47 3 70 20 0,533 78,2 39,1
223 223 3 70 20 0,178 198 198 3—37/3
91 94 3 70 20 0,447 79 79 3—37/4
500 4000 5 90 20 0,720 49 392 3—37/5
223 223 3 70 20 0,114 170 170
94 94 3 70 20 0,388 50 50
223 223 3 70 20 0, 120 161,5 161,5
94 94 3 70 20 0,288 67,5 67,5 —
Сущность и основные этапы процесса литья
под давлением
Литье под давлением осуществляется путем заполнения
формы (обычно—металлической) шликером с выдержкой
под давлением в течение времени, необходимого для отвер-
девания шликера в форме и извлечения отливки из формы.
Заливка формы шликером производится с помощью специ-
альных литейных машин при определенных температурах
формы и шликера и необходимом давлении.
Заполнение формы происходит в результате истечения
шликера из питающей трубы" литейной машины и поступле-
173
I х ш.
t°\lS У’ ,
9 7,9
ж ж zr
Рис. 3-9. Конфигурации и размеры отливок, использованных при ско-
ростной киносъемке.
ния его через литниковую систему в форму, прижатую к пи-
тающей трубе.
Скорость истечения шликера в начальный момент про-
цесса литья равна нулю. Затем поступающий в рабочую
камеру сжатый воздух начинает увеличивать давление Р
па шликер, и за время т давление в камере достигает зна-
чения Рк. Характер изменения величины давления во вре-
мени в рабочей камере приведен на рис. 3-10.
Схема рабочей камеры приведена на рис. 3-11.
В зависимости от объема рабочей камеры, занятого воз-
духом 14, величины давления поступающего в камеру сжа-
Рис. 3-10. Кривая изменения
давления сжатого воздуха в ра-
бочей камере литейного ап-
парата.
Рис. 3-11. Схема рабочего бака
литейного аппарата.
того воздуха Рс, сечения воздухопровода £)с, вязкости и
плотности шликера, площади сечения питающей трубы Fn
кривая зависимости P = f(t) может существенно изме-
няться.
Скорость нарастания рабочего давления уменьшается
при увеличении объема воздушной камеры Ув и площади
сечения питающей трубы и при уменьшении давления по-
ступающего сжатого воздуха, площади сечения воздухо-
провода, вязкости и плотности шликера. Соответственно
изменяется скорость заполнения формы шликером.
Появление избыточного давления в воздушной камере
рабочего бака приводит к началу перемещения шликера.
При этом истечение шликера из питающей трубы начинает-
ся после достижения давления, превышающего величину
(Я—h) -уш, где уш — плотность шликера, г/сл-t3.
Объемная скорость истечения шликера из литейной ма-
шины Qa зависит от рабочего давления Рк, площади сече-
175
ния (диаметра £>п) питающей трубы, вязкости ц и плотно-
сти шликера уш:
/ .р \
<2=Ц-^Г^] [см3/сек],
\ ' ИИ /
где k — коэффициент, учитывающий гидравлические потери
в системе.
Так как рабочее давление изменяется в начальный пе-
риод поступления сжатого воздуха в бак (рис. 3-10), то и
скорость истечения изменяется соответственно изменению
рабочего давления.
Качество получаемой при литье под давлением отливки
зависит от свойств литейной системы (шликера), режима
литья, конструкции формы и конструкции машины для
литья.
Анализ возможных причин изменения качества отливки
в зависимости от перечисленных факторов целесообразно
производить, рассматривая механизм процесса литья под
давлением.
Для удобства анализа весь процесс литья можно услов-
но подразделить на два основных этапа: 1) заполнение
формы шликером; 2) отвердевание шликера в форме.
Условность такого подразделения на этапы заключает-
ся в том, что заполнение формы и отвердевание шликера
происходят в течение всего процесса образования отливки
и сопутствуют одно другому, а не осуществляются последо-
вательно. Качество отливки (полуфабриката) характери-
зуется &уп, однородностью структуры, количеством раковин
и пустот, механической прочностью и точностью геометри-
ческой формы.
Заполнение формы шликером. Заполнение
формы происходит в результате перемещения шликера в
полости формы под действием внешних сил. Шликер посту-
пает в форму через литниковые каналы под давлением, соз-
даваемым в литейной машине. При заполнении формы по-
ток шликера движется с определенной скоростью, завися-
щей от его свойств и условий литья. Заполняя полость фор-
мы, шликер вытесняет находящийся в ней воздух, оказы-
вающий определенное противодействие заполнению формы.
При перемещении шликера в полости формы его тем-
пература изменяется в результате охлаждения о стенки
формы, в связи с чем изменяется также его вязкость.
В зависимости от конфигурации отливаемого изделия
поток шликера идет сплошной массой, поднимаясь снизу
176
вверх, или, встречая на своем пути преграды (стенки,
штыри и т, и.), разделяется на несколько струй, которые,
обойдя встретившуюся преграду, должны слиться воедино.
Характер процесса заполнения формы шликером зави-
сит от ряда факторов, рассматриваемых ниже.
Под объемной скоростью заполнения Q3 понимается
количество шликера, поступающего в форму за единицу
времени.
Скорость заполнения изменяется в процессе литья
в связи с изменением температуры и вязкости шликера,
температуры формы, давления воздуха в полости формы,
гидравлического сопротивления и т. д.
Определение скорости заполнения с учетом изменения
в процессе литья указанных параметров представляется
крайне затруднительным, и было бы практически неоправ-
данным усложнением при анализе процесса литья нахо-
дить эту переменную величину. Поэтому при дальнейшем
рассмотрении процесса примем за скорость заполнения
среднее значение объемной скорости заполнения формы,
которое достаточно объективно характеризует процесс
литья.
Объемная скорость заполнения определяет время, не-
обходимое для заполнения формы шликером. Зная объем
рабочей полости формы и скорость заполнения, время за-
полнения можно определить по формуле (3-2)
Т = [сек].
Объемная скорость заполнения определяет также скорость
подъема уровня расплава в форме (линейную скорость запол-
нения), так как, зная площадь сечения рабочей полости
формы F, можно определить линейную скорость заполне-
ния из отношения
о,
= [см/сек], (3-3)
где — линейная скорость подъема уровня шликера в форме,
cMjceK',
Q3- скорость заполнения, см*]сек',
F^ — площадь сечения рабочей полости формы, см1.
Легко заметить, что линейная скорость заполнения фор-
мы не является постоянной величиной. Как правило, ли-
нейная скорость в процессе заполнения формы изменяет-
12 П. О. Грибовский. 177
ся при постоянной объемной скорости заполнения в зави- 1
симости от изменения площади сечения отливки. 1
Линейная скорость заполнения характеризует возмож- 1
ность полноценного заполнения формы (без недоливов 1
и т. п.). 1
При данной линейной скорости заполнения формы, дан- 1
ной толщине стенки отливаемого изделия и данной скоро- 1
сти отвердевания применяемого шликера заполнение
формы возможно только в том случае, если время, необ- :
ходимое для отвердевания стенки данной толщины, боль- |
ше, чем время, необходимое для заполнения формы. :
Величина объемной скорости заполнения зависит от ря-
да факторов и в первую очередь от объемной скорости
истечения шликера из литейной машины Qu смъ1сек. Дей-
ствительно, если пренебречь гидравлическими потерями,
потерями скорости при заполнении формы за счет трения,
сопротивления воздуха, вытесняемого из формы, и т. п„
то объемная скорость заполнения равна объемной скорости
истечения шликера из литейной машины.
Фактически объемная скорость заполнения формы всег-
да меньше объемной скорости истечения шликера из ли-
тейной машины. Это объясняется наличием неизбежных
потерь скорости при заполнении формы за счет ряда фак-
торов: а) трения при движении в литниковом канале;
б) сопротивления воздуха, вытесняемого шликером из по- )
лости формы; в) трения при перемещении шликера в по- :
лости формы; г) повышения вязкости шликера в процес- ;
се заполнения формы за счет охлаждения стенками;
д) гидродинамического сопротивления вследствие измене-
ния площади проходных сечений в полости формы при
сложной конфигурации отливки .и т. д.
Таким образом, зависимость объемной скорости запол-
нения формьи Q3 от скорости истечения шликера из пи-
тающей трубы машины может быть выражена как
Q3 = ^.Qh [см3/сек], (3-4) "
где k — коэффициент, характеризующий потери скорости за |
счет перечисленных факторов; *
Q„ — объемная скорость истечения шликера, CM3jceK.
Объемная скорость истечения шликера зависит от его 1
свойств (вязкости, плотности и т. д.) и режимов литья )
(температуры и давления), а также конструкции литейной
машины (форма и площадь сечения питающей трубы,
объем рабочего бака и др.).
178
Объемная скорость истечения шликера определяется
экспериментально с (помощью специального прибора.
Два конструктивных варианта такого прибора при-
ведены на рис. 3-12 (ПЗ-1) и 3-13 (ПЗ-’2).
Для определения объемной ско-
рости истечения прибор устанавли-
вается на стол литейной машины и
заполняется расплавом при задан-
ном режиме. При этом фиксируется
с помощью секундомера время, не-
обходимое для заполнения распла-
вом определенного объема прибора
(11 000 см3).
В приборе ПЗ-1 объем 1 000 см3
фиксируется визуально по риске, на-
несенной на прозрачной стенке. При-
бор ПЗ-2 представляет собой сталь-
ной цилиндр с прорезанными для
визуального наблюдения окнами,
внутрь которого плотно вставлен
второй цилиндр из плексигласа.
Приспособление имеет две съемные
крышки; в центре верхней крышки
на вертикальной оси укреплен ко-
нусный рассекатель, предохраняю-
щий от фонтанирования шликера и
удара его в верхнюю крышку, на
которой находится контактное элек-
трическое устройство, сигнализи-
рующее момент заполнения прибора
Рис. 3-12. Схема прибора
ПЗ-1 для определения
объемной скорости исте-
чения шликера.
1 — корпус; 2—окно из плек-
сигласа; 3—отражатель; 4—
стол литейного аппарата.
шликером. Конструкция нижней крышки предусматривает
возможность использования сменных поддонов в виде ди-
сков с различной формой и площадью сечения литниковых
отверстий.
Объемная скорость истечения шликера С?и определяет-
ся аналогично Q3 для литейной формы из отношения
Qw = V-j. [см3/сек], (3-5)
где Qh — объемная скорость истечения, см3/сек',
V,, — рабочий объем прибора, см3',
Т — время заполнения рабочего объема прибора, сек.
12*
179
Рис. 3-13. Прибор ПЗ-2 с электроеигнализацией для
определения объемной скорости истечения шликера,
а—общий вид; б —прибор в разобранном виде (со сменными
поддонами).
В табл. 3-6 приведены экспериментальные данные опре-
деления объемной скорости истечения для нескольких со-
ставов литейных систем (шликеров).
Приведенные данные характеризуют порядок величин
скоростей истечения, имеющих место(при горячем литье
керамических изделий. Небезынтересно обратить внима-
ние на то, что(даже при небольшой скорости истечения
(25 см'1'/се к) время, необходимое для заполнения формы
(если условно принять величину скорости заполнения
близкой скорости истечения) малогабаритной детали—объ-
емом 2,5—5 ел3, составляет всего 0,1—0,2 сек. На это сле-
дует обратить внимание, потому что очень часто на про-
изводстве время выдержки (охлаждения) при литье оши-
бочно принимают за время, необходимое для заполнения
формы. <
Какое же влияние оказывает объемная скорость за-
полнения на процесс заполнения формы?
В первую очередь скорость заполнения определяет воз-
можность полноценного заполнения формы шликером.
При заполнении формы шликер, перемещаясь в поло-
сти формы, соприкасается с ее стенками и охлаждается,
так как обычно температура формы всегда ниже темпера-
туры заливаемого шликера.
В результате охлаждения вязкость шликера повышает-
ся, что приводит к уменьшению скорости его движения
в форме. Это в свою очередь способствует дальнейшему
более интенсивному охлаждению шликера, так как увели-
чивается время контакта потока шликера со стенками
формы, и еще более существенному повышению его вяз-
кости и т. д. вплоть до полного отвердевания шликера.
Таким образом, при малых скоростях заполнения шликер
может отвердеть, не заполнив форму. Это явление может
явиться причиной брака отливки, называемого в производ-
стве «недоливом».
Наряду с недоливом недостаточная скорость заполне-
ния может приводить также к другому дефекту заполне-
ния форм — «неслитинам». Неслитины являются резуль-
татом неполноценного слияния нескольких потоков шли-
кера, образующихся при использовании нескольких лит-
никовых отверстий или при сложной конфигурации изде-
лия. Механизм образования неслитин тот же, что и недо-
ливов, но он зависит также от величины поверхностного
натяжения шликера в момент слияния его потоков. При
чрезмерно больших скоростях заполнения в результате
181
Объемная скорость истечения Qu, см?]сек, при температуре, °C о Illi 1111 52 1 15 222 270 091 001 ь 27 71 141 210
3 12 11 IS 1 1 49 1 137 154 227 263 1 1 1 16 45 89 124
О | - | | 1 § 1 1 50 । 133 174 196 227 О ~ (О ~ S 1 — СО CD СО 1 sssais 1
60 70 1 65 94 104 118 180 223 2 13 2)7 43 85 97 164 238 17 29 46 59 7 20 47 73 100
iSl 1 ю 12 11 25 1 68 87 НО = 1 и 21 29 40 ! 5 ! 15 । 41 ое 83
Параметры литейной системы ЪШЪ ‘эинэиав'п' О) со Ю СЧ СО Т1 LO 1 2,5 1 5 7,5 9 10 10 О LO о о О1 1С о о 1 2,5 5,0 7,5 9,0 10,0
‘чюояевд 3 ю О1 1 1 1
еиг^/г ‘эаа шянкэч.90 <м LO СМ 2,491 i 2.57 3,35 2,06
(Хээд оп) % 'иядваэ ОЯ1ЭЭЬИ|ГОЯ с? КОЧ Т 10,00 5,23
1 Технологическая связка состав, % (по весу) олеиновая пчелиный кислота воск СО со 1 ю
L.0 i-О ю О1 1
D3 S 8 ст
Материал кристалли- ческая основа MgO-SiO, MgO-SiO, 1 MgO-SiO, о о S о
марка о СК-1 СК-1 Т-80 Фарфор электро- технический
завихрения шликер может захватывать пузырьки воздуха
в тело отливки.
Возникает вопрос, может ли изменяться режим движе-
ния шликера в форме от спокойного, плавного (ламинар-
ного потока) при малых скоростях до возбужденного, с за-
вихрениями (турбулентного потока) три больших скоро-
стях?
Режим движения потока то общим законам гидравли-
ки характеризуется числом Рейнольдса
где v — средняя скорость течения, см]сек\
D — диаметр трубы, см\
= ~—коэффициент кинематической вязкости, см21сек, при-
р чем здесь в свою очередь;
р.-—коэффициент динамической вязкости, пз;
р= — плотность жидкости, г с ек2]см*;
f — удельный вес жидкости, г/сщ3;
g— ускорение силы тяжести (981 см/сек2).
При Re < 2 320 имеется ламинарное течение, свыше 2 320—
турбулентное.
Применяемые в технологии горячего литья керамиче-
ских изделий шликеры и режимы литья обусловливают
получение максимальных значений скорости течения по-
рядка 1-Ю3—2-Ю3 см/сек даже при небольших вязкостях
шликера (порядка 10—15 пз)_£ Эти скорости далеки от
критической скорости. Т-ак, например, для случая запол-
нения формы диаметром 20 мм маловязким шликером
(р= 10 пз) из материала СК-1 (у = 2,5 г/см?) критическая
скорость равна:
_RV _2320.p..g 2 320.10.981
WKP D ~~ D-f
-—=4,55-10® см[сек.
Л • а, , э
Следовательно,(_в условиях л.итья под давлением керами-
ческих изделий критическая скорость примерно на три по-
рядка выше максимальной скорости течения, имеющейся
практически. 1 Соответственно мало и значение числа Рей-
нольдса (Re= ~1).
Из этого можно сделать вывод, что при литье под дав-
лением керамических изделий, несмотря на то, что
183
182
у жидких дисперсных систем переход ламинарного тече-
ния в турбулентное наблюдается при числах Рейнольдса,
в 10—15 раз меньших, чем у обычных жидкостей, режим
течения потока шликера всегда лиминарный.
Это обстоятельство является весьма важным, так как
определяет условия заполнения форм и может быть поло-
жено в основу расчетов и анализа механизма процесса
литья.
Скоростью впуска называется линейная скорость дви-
жения шликера при выходе из канала литникового отвер-
стия в полость формы.
Величина линейной скорости впуска пв зависит от объ-
емной скорости заполнения Qs и площади сечения литни-
кового отверстия Fa:
сп = ^-[см]сек\. (3-6)
Следовательно, линейная скорость впуска зависит от
тех же факторов, что скорость заполнения, т. е. от режи-
ма литья, параметров шликера, конструкции формы и ли-
тейной машины, а также от площади сечения и конфигу-
рации литникового отверстия. Линейная скорость впуска
является важнейшим параметром, определяющим меха-
низм заполнения формы шликером.
Входящая снизу вверх из литникового отверстия в ра-
бочую полость формы струя шликера может подняться на
высоту, определяемую для жидкости данной плотности и
вязкости по формуле Люгера [Л. 107]:
. Н , ,
Щ = --ТЗ [СМ],
с 1 + 1 J’
где 7гс— высота раздробленной струи, см;
Н — величина напора, см;
9 — коэффициент, зависящий от диаметра трубы и усло-
вий истечения.
Компактная (цельная) часть струи hK может быть опре-
делена из соотношения
/г = — М,
к а
где 1,19 + 80(0,01\)4.
Если высота компактной струи /гк будет больше высо-
ты рабочей полости формы над питателем /г$, то струя
184
шликера ударится о верхнюю стенку формы и начнет рас-
текаться в форме, заполняя ее сверху вниз. В зависимости
от скорости заполнения Q3 и площади рабочего сечения
формы Рф скорость опускания потока шликера в форме
сверху вниз, т. е. линейная скорость заполненная ил> мо-
жет быть подсчитана то формуле (3-3).
Наряду с этим элементы объема шликера, вышедшие
за пределы воздействия струи, под влиянием силы тяжести
будут стремиться стекать вниз, подчиняясь законам сво-
бодного падения тела, при котором скорость падения (п^)
шликера на дно формы равна: ve=^ 2h$g [см/сек].
Лри условии ул Vg заполнение формы происходит
сплошным потоком сверху вниз.
При vn<.vg шликер будет падать вниз раньше оконча-
ния заполнения формы. После попадания шликера на дно
формы изменятся условия движения струи, поступающей
в форму. Из свободной струи она превратится в затоплен-
ную. Прекратится фонтанирование. Характер заполнения
изменится, и оно будет протекать далее снизу вверх.
При относительно малой высоте компактной струи hK,
т. е. при небольшой линейной скорости впуска, шликер за-
полняет полость формы плавно, постепенно поднимаясь
снизу вверх и вытесняя воздух из формы в воздушные ка-
налы.
При большой скорости впуска струя шликера, выходя-
щего из литникового отверстия, фонтаном бьет в верхнюю
стенку формы (или другие элементы формы, стоящие на
пути движения струи) и, разбившись на отдельные струи
и капли, стекает по боковым стенкам формы. При этом
шликер, охлаждаясь, отвердевает, образуя твердую «кор-
ку», перекрывающую воздушные каналы формы. Продол-
жающий поступать в форму шликер заполняет ее, таким
образом, сверху вниз.
Влияние скорости впуска на характер заполнения фор-
мы, установленное на основе теоретического анализа про-
цесса [Л. 53, 57], наглядно видно из приведенных на
рис. 3-14 кинограмм скоростной съемки процесса заполне-
ния при различных скоростях впуска.
Основное влияние скорости впуска на процесс запол-
нения формы заключается в изменении механизма про-
цесса и направления заполнения формы (снизу вверх или
сверху вниз). Заполнение сверху может приводить к за-
хвату воздуха в тело отливки и т. п. Следовательно, при
литье скорость впуска должна выбираться минимально
185
возможной при максимально возможной объемной скоро-
сти заполнения.
Температура шликера при литье. В зависимости от
температуры существенно изменяются параметры литей-
ной системы (шликера), в первую очередь вязкость и ли-
тейная способность.
Рис. 3-14. Кинограммы зависимости механизма заполнения формы от
скорости впуска.
а—при скорости впуска 432 cMfcetc (форма рис. 3-9,1), б — при скорости впуска
39,1 ся/сек (та же форма); в —при скорости впуска 423 cMjcex (форма рис. 3-9,IV);
г — при скорости впуска 11,8 см/сек (та же форма)
На рис, 3-15 приведены кривые изменения вязкости и
литейной способности шликеров, использованных при ис-
следовании механизма заполнения форм с помощью ско-
ростной киносъемки. Соответственно изменению парамет-
ров шликера изменяются скорости заполнения и впуска
при литье (рис. 3-16), а следовательно, и механизм запол-
186
нения формы. Наряду с этим изменение температуры шли-
кера приводит к изменению теплового режима при запол-
нении формы, что также имеет весьма существенное зна-
чение.
Рис. 3-15. Зависимость вязкости и литейной
способности шликеров от температуры.
/ — изменение вязкости шликера, содержащего 11,09%
связки; 2—изменение литейной способности шликера,
содержащего 11,08% связки; 3—изменение вязкости
шликера, содержащего 9,73% связки; 4—изменение ли-
тейной способности шликера, содержащего 9,73%
связки.
Так, например, повышенная температура шликера при
заливке обеспечивает лучшее слияние («сваривание») его
отдельных потоков (струй).
Рис. 3-16. Зависимость скоростей истечения, запол-
нения и впуска от температуры шликера.
/ — скорость истечения фи; 2—скорость впуска VB; 3—ско-
рость заполнения Q3.
187
Уменьшение температуры шликера при заливке при-
водит к противоположным результатам.
На рис. 3-17 приведены кинограммы процесса заполне-
ния 'формы, характеризующие изменение процесса в зави-
симости от температуры шликера (при прочих равных
условиях).
Как видно из кинограмм, в результате изменения тем-
пературы шликера механизм заполнения существенно из-
меняется: при низкой температуре (60° С) заполнение фор-
мы происходит снизу вверх, а при повышении температу-
ры шликера — сверху вниз.
Рис. 3-17. Кинограммы зависимости механизма заполнения формы при
литье под давлением от температуры шликера.
а — при температуре шликера 60° С: б—при температуре шликера 90° С.
Давление, Перемещение шликера по литниковым ка-
налам и в полости формы происходит под влиянием дав-
ления, действующего на шликер в литейной машине. В за-
висимости от величины давления при прочих равных усло-
виях изменяется скорость истечения шликера из литей-
ной машины и соответственно изменяются скорость запол-
нения и впуска.
На рис. 3-18 приведены экспериментально установлен-
ные зависимости скорости истечения, заполнения и впуска
от давления при литье.
Изменение скоростей заполнения и впуска в результа-
те изменения давления приводит к изменению механизма
заполнения формы. Это наглядно видно из кинограмм,
приведенных на рис. 3-19, иллюстрирующих изменение про-
488
цссса заполнения в зависимости от величины давления
(с ростом давления возможно заполнение сверху вниз).
Температура формы. Как уже упоминалось, при дви-
жении в полости формы шликер охлаждается о ее стенки.
Рис. 3-18. Зависимость скоростей истечения, заполне-
нения и впуска от давления при литье.
1 — скорость истечения QH; 2— скорость заполнения Q3; 3 —
скорость впуска Св.
Охлаждение шликера приводит к повышению его вязкости,
увеличению сопротивления движения в форме и, следова-
тельно, уменьшению скорости заполнения. Уменьшение
скорости заполнения приводит к увеличению времени за-
полнения и, следовательно, к более интенсивному охлаж-
Рис. 3-19. Кинограммы зависимости механизма заполнения формы от
давления при литье.
а—при давлении 1 агци\ б —при давлении 5 аши.
189
декию шликера при заполнении формы за счет увеличения
времени контакта.
Интенсивность охлаждения шликера >при заполнении
формы наряду с прочими факторами зависит также от
температуры формы. Чем ниже температура формы, тем
интенсивнее охлаждается шликер при заполнении формы,
что влечет уменьшение средней скорости заполнения и из-
меняет механизм процесса.
На рис. 3-20 приведены кинограммы процесса запол-
нения при разных температурах формы (0 и 20° С) и про-
Рис. 3-20. Кинограмма зависимости механизма заполнения от темпера-
туры формы.
а— при температуре формы 20° С; б — при температуре формы 0° С.
чих равных условиях. Как видно из кинограмм, в резуль-
тате более интенсивного охлаждения о стенки формы ме-
ханизм заполнения заметно изменяется. Скорость запол-
нения формы шликером при этом уменьшается на 15—20%.
Размеры литниковых отверстий. Весьма существенное
влияние на процесс заполнения формы шликером оказы-
вают размеры литникового отверстия.
Длина литникового канала нередко определяет воз-
можность полноценного заполнения формы шликером. При
чрезмерно большой длине литникового канала шликер,
охлаждаясь при движении по каналу о его стенки, может
застыть (отвердеть), даже не попав в рабочую полость
формы. В ряде случаев большая длина литникового кана-
ла может приводить к недоливам.
190
Размеры литникового отверстия (например, диаметр)
оказывают существенное влияние на направление запол-
нения формы, так как при постоянной объемной скорости
заполнения величина сечения литникового отверстия опре-
деляет скорость впуска
шликера в форму.
Опыты определения
влияния площади сечения
литникового отверстия на
скорость заполнения, про-
веденные с помощью при-
бора для определения
скорости заполнения, по-
казывают (рис. 3-21), что
при уменьшении площади
сечения литника умень-
шается скорость заполне-
ния за счет гидравличе-
ских потерь в литникс-
Рис. 3-21. (Зависимость скорости за-
полнения от площади сечения литни-
кового отверстия (измерена с по-
мощью прибора* ПЗ-2).
вом отверстии.
При сечении литника менее 1 см2 имеет место наи-
более резко выраженная зависимость скорости заполнения
от сечения литника.
Экспериментально выявленная при скоростной кино-
съемке зависимость-объемной скорости заполнения от пло-
щади сечения литникового отверстия в условиях заполне-
ния реальной формы приведена на рис. 3-22. Влияние пло-
площади сечения литникового отверстия.
' — скорость истечения шликера из литейной машины; 2 — скорость заполнения, из-
меренная па приборе Г13-2; 3 — скорость заполнения формы по данным скоростной
киносъемки; 4 — скорость впуска в форму по данным скоростной киносъемки.
191
Рис. 3-23. Кинограммы зависимости механизма заполнения формы от
площади сечения литника.
а— при площади сечеиия 2 сж2; б — при площади сечения! сж2; в—-при площади
сечения 0,5 сж2; г—при площади сечеиия 0,25 сж2; д—при площади сечения 0,125 см3',
е — при площади сечения 0,03 сж2.
щади сечения литника на механизм процесса заполнения
формы видно из кинограмм рис. 3-23.
Форма и количество литниковых отверстий определяют
характер потока шликера, поступающего в форму. В зави-
симости от количества литниковых отверстий изменяется
число потоков шликера, одновременно заполняющих фор-
му, а следовательно, и число поверхно-
стей слияния этих потоков. С другой сто-
роны, увеличение числа литниковых от-
верстий приводит к уменьшению длины
пути, проходимого шликером в полости
формы, и, следовательно, к уменьшению
интенсивности его охлаждения стенками
формы в процессе заполнения^Изменение
формы литникового отверстия в некото-
рых случаях (например, при литье ци-
линдрической трубки—-см. рис. 3-'24)
приводит к расчленению потока на не-
сколько струй и появлению возможности
захвата воздуха.
При постоянной суммарной площади
сечения литников форма сечения литни-
кового отверстия и количество литнико-
вых отверстий оказывают также опреде-
ленное влияние на кинетику процесса за-
полнения формы.
В зависимости от формы сечения лит-
ника или количества литниковых отвер-
стий изменяется гидравлический ра-
/ р
диус где Fn — площадь сечения
потока и П—смоченный периметр) и,сле-
Рис. 3-24. Форма
литникового отвер-
стия, приводящая
к расчленению по-
довательно, меняются гидравлические по- тока шликера на
тери при прохождении шликера через несколько струй,
литниковое отверстие. Изменение потерь
приводит к изменению объемной скорости заполнения и
скорости впуска с вытекающими из этого изменениями ха-
рактера заполнения формы.
Наряду с изменением гидравлических потерь (и соот-
ветственно скоростей заполнения и впуска) в зависимо-
сти от формы и количества литниковых отверстий изменя-
ется также форма потоков (струй) шликера, заполняю-
щих форму, что оказывает влияние на механизм процесса
заполнения формы.
13 И. О. Грибовский. 193
Из кинограмм видно, как изменяется механизм процес-
са заполнения в зависимости от формы (рис. 3-25) и ко-
личества (рис. 3-26) литников.
Расположение литниковых отверстий определяет на-
правление и характер потока шликера при заполнении
Рис. 3-25. Кинограммы зависимости механизма заполнения формы от
конфигурации сечения литникового отверстия.
а — приТкруглом селении", литника; б — при квадратном сечении литника; в — при
прямоугольном сечении (широкая грань в плоскости фотографии); г — при прямо-
угольном сечении (узкая грань в плоскости фотографии).
формы, а в ряде случаев и возможность .полкоцоннопо за-
полнения формы.
При постоянной конфигурации отливки только за счет
изменения места расположения литникового отверстия по-
ток шликера, заполняющего форму, может либо сплошной
194
Рис. 3-26. Кинограммы зависимости механизма заполнения формы от
количества литниковых отверстий.
ч —при одном литнике (форма рис. 3-9,1); б — при двух литниках (форма рис. 3-9,1);
при одном литнике (форма рис. 3-9,11); г —при двух литниках (форма рис. 3-9,11);
о—«ри одном литнике'(форма рис. 3-9,а); е—при двух лнтииках (форма рис. 3-9,П1)
13*
массой подниматься снизу вверх, либо разделяться на не-
сколько струй (потоков) с вытекающими отсюда возмож-
ными последствиями (например, образованием неслитин).
На рис. 3-27 приведены примеры различного расположе-
ния литникового отверстия для отливки постоянной конфи-
гурации; в этих случаях 'процесс заполнения формы резко
меняется.
В зависимости от расположения литникового отверстия
меняются направление потока шликера, заполняющего
Рис. 3-27. Примеры различного располо-
жения литникового отверстия и измене-
ния в связи с этим процесса заполнения
формы.
а — конфигурация отливки; б — расположение
литникового отверстия обеспечивает заполнение
формы сплошным потоком; а — расположение
литникового отверстия приводит к разделению
потока иа три струи.
форму, и длина пути, проходимого шликером в полости
формы в процессе заполнения. Известно, что шликер, пе-
ремещаясь в форме, охлаждается о ее стенки >в процессе
движения, следовательно, чем длиннее будет путь, прохо-
димый шликером в форме, тем он сильнее охладится.
При определенных условиях (малая скорость запол-
нения, небольшая толщина стенки у отливки и т. д.) уве-
личение длины пути, проходимого шликером в форме, за
счет неудачно выбранного места расположения литнико-
вого отверстия может привести к недоливам или неслити-
нам.
На рис. 3-28 приведен пример различного расположе-
ния литникового отверстия для отливки постоянной кон-
фигурации с изменением длины пути, проходимого шлике-
ром в форме, примерно в 2 раза.
196
Расположение воздушных каналов и их размеры опреде-
ляют возможность полноценного заполнения формы, ско-
рость заполнения и очередность заполнения элементов
формы шликером.
Неизбежно находящийся перед заливкой в полости
формы воздух должен иметь свободный выход в течение
всего процесса заполнения формы. При полном отсутст-
вии каналов для выхода воздуха шликер заполняет фор-
му и сжимает воздух, находящийся в ней, до тех пор, по-
ка давление сжатого воздуха в полости формы не сравня-
ется с давлением сжатого воздуха, поступающего в литей-
Рис. 3-28. Примеры различного расположе-
ния литникового отверстия и изменения в
связи с этим длины пути, проходимого шли-
кером.
а —конфигурация отливки; б — шликер проходит в
форме путь /; в—шликер проходит в форме путь 1/2.
и скорость заполнения
ную машину. После этого движение шликера прекратит-
ся, а форма останется незаполненной.
При наличии воздушных каналов в зависимости от их
размеров меняется сопротивление выходу воздуха из фор-
мы и, следовательно, меняется усилие противодействия
заполнению формы шликером.
Соответственно изменяется
формы.
Наличие в различных элементах формы воздушных ка-
налов разного сечения приводит к изменению очередности
заполнения этих элементов: в первую очередь будут за-
полняться элементы формы, в которых обеспечен более
свободный выход воздуха; в последнюю очередь — элемен-
ты с плохо развитой системой воздушных каналов (анало-
197
гичное влияние может оказать изменение гидравлических
сопротивлений в различных элементах формы).
Таким образом, влияние расположения и величины воз-
душных каналов, через которые удаляется воздух из рабо-
чей июлости формы, весьма велико. Это наглядно видно из
кинограмм (рис. 3-29). При отсутствии воздушных кана-
лов в верхней части формы поступающий в рабочую по-
Рис. 3-29. Кинограммы зависимости механизма заполнения формы от |
расположения воздушных каналов. ' I
л—при наличии воздушных каналов сверх?’ и снизу формы', б—при отсутствии воз- ч
душных каналов сверху и наличии каналов снизу формы; а —при наличии воздуш- ]
ных каналов сверху и отсутствии воздушных каналов снизу формы. I
лость формы шликер сжимает находящийся в ней воздух. I
Возникает большое противодействие (давление) шоступ- (
лению шликера в форму; скорость заполнения быстро |
уменьшается, и при достижении в рабочей полости формы
давления, равного рабочему давлению на шликер (в об- ;
разевавшейся в верхней части воздушной подушки), его !
поступление в форму шрекращается. Форма остается неза-
полненной. Следует отметить, что при этом наличие воз- I
198 1
душных каналов в нижней части формы несколько облег-
чает процесс заполнения, так как при достаточно боль-
шой скорости впуска, имевшейся в данном случае
(рис. 3-29,6), процесс заполнения начался сверху вниз
(первые четыре кадра), и в полной мере отсутствие воз-
душных каналов сказалось только после того, как рас-
плав закрыл выход воздуха вниз.
Более наглядно влияние отсутствия воздушных кана-
лов видно из кинограммы, приведенной на рис. 3-2'9,в, при
перекрытии (отсутствии) воздушных каналов в нижней
части формы в сочетании с большой скоростью впуска,
т. е. при механизме заполнения сверху вниз.
Существенное влияние на процесс заполнения формы
шликером оказывают конфигурация и размеры отливае-
мого изделия, что наглядно 'видно из кинограмм (рис. 3-30).
Конфигурация и размеры отливаемого изделия пред-
определяют характер и направление потоков шликера, а
также порядок (очередность) заполнения отдельных эле-
ментов формы.
В зависимости от конфигурации отливок шликер, по-
ступающий через литниковое отверстие в форму, либо
сплошным потоком поднимается снизу вверх, заполняя
форму, либо, встречая на своем пути препятствия (напри-
мер, оформляющие отверстия штыри), разделяется на не-
сколько потоков (рис. 3-30,а, 6), которые, обойдя встретив-
шиеся препятствия, должны вновь слиться воедино. При
этом следует помнить, что наличие нескольких потоков
шликера вследствие охлаждения о стенки формы может
привести к образованию неслитин.
В зависимости от конфигурации отливки поток движу-
щегося шликера может изменять направление своего дви-
жения, подчиняясь направлению оформляющих поверх-
ностей формы (рис. 3-30,е).
При этом следует отметить, что в зависимости от раз-
меров различных сечений формы изменяется движение
шликера, подчиняясь общим законам гидравлики: в пер-
вую очередь шликер стремится перемещаться по наиболь-
шим сечениям формы (рис. 3-30,ж, и), оказывающим наи-
меньшее сопротивление его движению, а затем с некото-
рым отставанием заполняет меньшие сечения. Указанное
относится к случаю наличия параллельно идущих объ-
емов отливки с малыми и большими сечениями при доста-
точной их вентиляции (рис. 3-31), При последовательном
(снизу вверх) расположении различных сечений заполне-
на
ние происходит последовательно снизу вверх независимо :
от размеров этих сечений.
При движении в полости формы шликер охлаждается
о стенки формы. Естественно, что, чем меньше толщина
стенки отливки, тем больше интенсивность охлаждения ,
шликера, так как увеличивается удельная поверхность
охлаждения. В результате этого при большой высоте от- j
ливки или при небольших толщинах стенки, низкой тем- .
пературе шликера и невысоких скоростях заполнения шли- I
кер может в процессе заполнения охладиться до темпера- i
мы iwu iL & ihjlii
Рис. 3-30.' Кинограммы зависимости механизма
— кон1 игурацпя по рис. 3-9(1); б —то же£по рис. 3-9(11); в —то же по рис. 3-9(III)i
по рис. 3-9IVI1); з — то же по рис
200
суры отвердевания, неполностью заполнив форму (недо-
лив).
Охлаждение шликера в процессе заполнения формы мо-
жет привести также к появлению неслитин, образующих-
ся в результате неполноценного слияния двух или не-
скольких его потоков. Весьма часто на поверхности от-
ливки неслитина еле заметна в виде следа в месте слия-
ния потоков шликера, но при дальнейшей термической
обработке в месте неслитины (т. е. в ослабленном месте)
могут образоваться трещины. Поэтому в случаях литья
заполнения от конфигурации отлипки (формы).
цо 1)нс- 3-9(IV); д—то же но рис. 3-9(V); е — то же. по рис. 3-9(Vl); зк— то же
>•^(¥111); а~jo же пр рис. 3-9(1Х).
201
изделий сложной конфигурации, высоких и тонкостенных,
вопросу выбора рационального режима заполнения формы
шликером должно уделяться серьезное внимание.
Весьма существенное влияние на процесс заполнения
оказывают свойства шликера. Изменение вязкости, в ча-
стности, вызывает изменение скорости заполнения с выте-
кающими отсюда следствиями. Повышение теплопровод-
ности и скорости отвердевания шликера может привести
к недоливам и неслитинам в результате затвердевания
Рис. 3-31, Очередность за-
полнения элементов формы
шликером. Малое сечение б
заполняется с отставанием
от сечения а.
шликера в процессе заполнения
формы.
Таким образом, из изложенно-
го можно заключить, что скорость
заполнения определяет режим по-
тока шликера и время заполне-
ния формы. Скорость впуска
определяет направление заполне-
ния формы. Свойства шликера
(скорость затвердевания) опреде-
ляют изменения его параметров
в процессе заполнения, что вле-
чет изменения характера потока,
скорости заполнения и т. д. Кон-
фигурация отливки влияет на
очередность заполнения отдель-
ных элементов формы, количе-
ство струй, интенсивность охлаж-
дения шликера при заполнении
формы. Расположение, форма
и количество литниковых отверстий определяют после-
довательность заполнения различных участков формы
шликером, число струй и режим заполнения.
В свою очередь перечисленные шесть параметров, опре-
деляющие механизм заполнения формы шликером, зави-
сят от ряда факторов. Величины объемной скорости запол-
нения и скорости впуска зависят от температуры шлике-
ра, температуры формы, давления при литье, расположе-
ния и размеров воздушных каналов, вязкости и плотно-
сти шликера, размеров и формы литниковых отверстий.
Свойства шликера изменяются в зависимости от ряда
факторов (см. гл. 2) и от температуры его нагрева.
Отвердевание шликера в форме. Процесс охлаждения
шликера в форме начинается с момента его поступления
в канал литникового отверстия и продолжается до МО-
30?
мента извлечений отливки из формы. Охлаждение осуще-
ствляется поверхностями рабочей полости формы, имею-
щими более низкую температуру (от 0 до +40° С), чей
шликер.
В результате теплообмена между шликером и стенка-
ми формы, происходящего при перемещении шликера
в литниковом канале и форме, температура шликера пони-
жается. При этом происходит также изменение его объ-
ема (в жидком состоянии).
После полного заполнения формы охлаждение жидко-
го шликера стенками формы продолжается до тех пор,
пока в слоях шликера, прилежащих к стенкам формы,
температура не снизится до температуры кристаллизации
(отвердевания). Начинается образование твердой корки
(слоя) на поверхности контакта шликера со стенками
формы. Во внутренних элементах объема отливки шликер
остается в жидком состоянии.
По мере увеличения толщины отвердевшего слоя и
уменьшения его температуры увеличивается механическая
прочность слоя. Повышение механической прочности от-
вердевшего слоя (корки) до значений, превышающих рас-
пирающие усилия от давления при литье, приводит к по-
явлению наружной усадки отливки за счет ее охлаждения.
Исходя из этого, наружная усадка отливки должна
увеличиваться при уменьшении давления, а также при
снижении температуры шликера и формы. Указанное под-
тверждается экспериментальными данными, показываю-
щими существенную зависимость наружной усадки от
этих факторов.
Отливка отстает от стенок полости формы (образуется
воздушный зазор между отливкой и стенкой формы) и
плотно обжимает стержни формы (воздушный зазор не
образуется).
Процесс охлаждения шликера до его полного отверде-
вания происходит в течение определенного отрезка вре-
мени, зависящего от свойств шликера, теплового режи-
ма, конфигурации и размеров отливки и других факторов.
Если рассматривать ход процесса отвердевания через ка-
кие-то небольшие промежутки времени АТ, то каждому
такому промежутку времени будет соответствовать отвер-
девание слоя шликера определенной толщины Аг, завися-
щего от условий охлаждения. Следовательно, механизм про-
цесса отвердевания шликера в форме можно условно рас-
сматривать как протекающий послойно. В действительности
203
за бесконечной малый промежуток времени dT происходи!
отвердевание слоя бесконечно малой толщины dr и, сле-
довательно, процесс отвердевания не ступенчатый, послой-
ный, а непрерывный.
По достижении температуры кристаллизации tK во
всех элементах объема отливки, в том числе и наиболее
удаленных от охлаждающих стенок формы, отвердевание
отливки заканчивается. Дальнейшее охлаждение отливки
приводит к уменьшению ее объема в твердом состоянии.
Процесс охлаждения шликера в форме можно рассмат-
ривать как протекающий в несколько стадий: 1) охлаж-
дение в процессе заполнения формы; 2) охлаждение шли-
кера, заполнившего форму, в жидком состоянии (до обра-
зования твердого слоя); 3) охлаждение (послойное) до от-
вердевания всего объема отливки; 4) охлаждение отлив-
ки в твердом состоянии (до момента извлечения из
формы).
[Процесс охлаждения (отвердевания) шликера в форме,
по существу, является процессом образования отливки. По-
этому рассмотрение процесса теплообмена между шлике-
ром (отливкой) и формой, а также анализ влияния раз-
личных факторов на характер процесса охлаждения во
всех его стадиях и качество отливки представляют несо-
мненный теоретический и практический интерес.
Пользуясь положениями, развитыми в тепловых осно-
вах теории литья металлов [Л. 35, 36], можно распределе-
ние температур в отливке и форме в рассматриваемом
случае литья керамических литейных систем представить
как отвечающее четвертому частному случаю теплового
взаимодействия отливки и формы, т. е. К]>1 и Кг<1,где
Ki и К2 — критерии, определяющие интенсивность тепло-
обмена между отливкой и формой [Л. 35]:
д- —JL х • д' — 1 х •
здесь р — коэффициент теплопередачи через зазор между от-
ливкой и формой, ккал1м2-ч-°С;
— коэффициент теплопроводности материала отливки,
ккал]м2- ч-°С;
— коэффициент теплопроводности материала формы,
ккал) м2 -ч-°C,
лу — половина толщины отливки, м',
х2 — толщина стенки формы, м.
204
«В этом случае теплообмена можно .пренебречь темпе-
ратурными перепадами в форме и зазоре, так как они
малы по сравнению с температурным перепадом в отлив-
ке. Следовательно, можно считать, что температура (по-
верхности отливки практически равна температуре внут-
ренней поверхности формы. Распределение температуры
в форме допустимо рассматривать как равномерное...
При этом большое значение К\ и малое значение К.2 обу-
словлены малой теплопроводностью материала отливки
л, и большой теплопроводностью материала формьи л2»
[Л. 35, стр. 112]. Эти допущения можно считать тем более
справедливыми для рассматриваемого нами случая, так как
формы для литья керамических литейных систем имеют, как
правило, непрерывное охлаждение.
Наряду с теоретическим анализом возможного распре-
деления температур в отливке при литье керамических
литейных систем было также проведено эксперименталь-
ное исследование распределения температур в отливке
при охлаждении. Исследование проводилось путем уста-
новки в литейной форме нескольких термометров на раз-
ных расстояниях от ее стенок. Эксперименты проводились
с формами для литья цилиндрических болванок разного
диаметра (40, 60 и 80 мм). Устанавливалось от трех до
пяти термометров от периферии к центру отливки. После
заливки формы шликером при определенной температу-
ре форма погружалась в сосуд с водой (объем воды —
3 л), имевшей температуру 3° С, где она охлаждалась.
К концу процесса охлаждения отливки температура воды
повышалась до 10—13° С. Во время охлаждения темпера-
тура шликера фиксировалась через равные промежутки
времени (1 мин) по показаниям всех установленных тер-
мометров.
Экспериментально установленные кривые распределе-
ния температур в отливке диаметром 80 мм приведены
на рис. 3-32, 3-33.
На основе изложенных выше положений и эксперимен-
тальных данных построена типовая схема распределения
температур в отливке при литье керамических литейных
систем (шликеров), приведенная на рис. 3-34.
Схема построена для случая использования формы с не-
прерывным охлаждением, т. е. при поддержании относи-
тельно постоянной температуры формы.
На схеме показан случай распределения температур
при теплообмене как между обоймой формы и отливкой,
205
Рис. 3-32. Распределение температуры в отлив-
ке при охлаждении спустя разное время после
заливки формы.
J —через 1 мин; 2 —через 2 мин; 3 —через -1 мин; 4 —
через 8 мин; 5 —через_16 мин.
т. е, при наличии воздушного зазора, так и между стерж-
нем формы и шликером, когда зазор не образуется.
Рис. 3-33. Изменение температуры в
различных элементах объема отливки
во времени.
I—в центре отливки (расстояние от охлаж-
даемой стенки формы 40 мм); 2—на рас-
стоянии 27,5 мм от стенки формы; 3—на
расстоянии 18 мм от стенки формы; 4—то
же 9,5 мм; 5—то же 6 мм.
Температурные кри-
вые на рис. 3-34 показаны
в разных стадиях охлаж-
дения шликера (отливки).
Прежде чем рассмат-
ривать влияние процесса
охлаждения шликера в
форме и схемы распреде-
ления температур на ход
процесса литья и качест-
во отливки, необходимо
напомнить, что объем
шликера при охлаждении
уменьшается (шликер да-
ет усадку). Явление усад-
ки при охлаждении шли-
кера в форме имеет боль-
шое значение с точки
зрения хода процесса
литья, качества отливки,
выбора конструкции фор-
мы и т. д., так как усад-
ка может вызвать изменение размеров отливки, образова-
ние раковин и рыхлот, внутренних напряжений, трещин и
других дефектов.
206
Термин «усадка» известен и широко применяется в тех-
нологии литья изделий из металлов, сплавов, пластиче-
ских 'Масс и т. п. Однако до последнего времени, как это
можно выяснить из обзора литературы, не существует точ-
ного определения термина «усадка». Часть авторов под
усадкой понимает отклонение (в процентах) размеров го-
товой охлажденной отливки от соответствующих размеров
формы [Л. 87, 91, 93, 147]. Другие под усадкой понимают
Рис. 3-34. Типовая схема распределения темпера-
тур при охлаждении шликера в форме с непре-
рывным охлаждением.
а — стержень формы; б — отливка; в — обойма формы,
1— в момент окончания заполнения формы шликером; 2 —
в момент начала образования корки (отвердевшего слоя);
3 и 4 — в период охлаждения при наличии отвердевшего
слоя и его постепенного увеличения; 5 —в момент отвер-
девания всего объема отливки; fn — температура шликера
в начале заливки, °C; tln —температура шликера к мо-
менту окончания заполнения формы в прилежащем к
стенке формы слое, °C; — температура шликера в цен-
тре. отливки через определенный промежуток времени,
°C: fKp—температура кристаллизации (отвердевания)
шликера, °C; —температура поверхности отливки, СС;
температура формы перед заливкой, °C; /|ф— темпе-
ратура внутренней стенки формы к моменту окончания
процесса заполнения, °C; ^ф—температура стенки формы
(установившаяся) в течение процесса охлаждения, °C;
Д— толщина стенки отливки, мм; Д —воздушный зазор
между отливкой и обоймой формы, мм.
207
объемные изменения, которые складываются из объемных
изменений отливки (исходя .из изменения линейных раз-
меров) и усадочных раковин [Л. 1, 12, 13, 16].
Наряду с общими определениями явления усадки не-
которыми авторами вводятся дополнительные (понятия и
термины, характеризующие отдельные стадии процесса
усадки или специфику ее внешних проявлений. Одни
[Л. 91] подразделяют усадку на полную и действительную,
понимая под полной усадкой изменение размеров от мо-
мента заливки расплава в форму до охлаждения его до
температуры окружающей среды, а под действительной —
разницу в размерах отливки от момента ее перехода
в твердое состояние до образования полностью застывшей
отливки. Другие [Л. 1] подразделяют усадку на наруж-
ную, внутреннюю и полную, где наружная усадка — изме-
нение наружных размеров, внутренняя — образование
внутренних пустот, а полная — сумма наружной и внут-
ренней усадок.
Все эти определения и термины, несмотря на свое раз-
нообразие, несомненно, правильно- отображают отдельные
элементы явления усадки. Однако для правильного ана-
лиза явления усадки и изучения его для практических це-
лей горячего литья керамических изделий представилось
необходимым уточнить понятие «усадка» и ввести терми-
нологию и определения [Л. 51], обобщающие имеющиеся
трактовки этого вопроса.
Причиной разногласий в оценке сущности явления и
классификации элементов усадки, по-видимому, являлось
то, что при изучении и определении ее составных элемен-
тов различные авторы в основу своих суждений и выво-
дов принимали не общий физический смысл явления усад-
ки, а отдельные внешние ее проявления (изменение разме-
ров, образование раковин и т. п.), определяемые приняты-
ми данным автором методами измерения при исследова-
нии.
Физический смысл явления усадки заключается в том,
что при изменении температуры вещества происходит из-
менение его объема за счет термического расширения при
неизменном агрегатном состоянии (твердое, жидкое) и при
переходе вещества из одного агрегатного состояния в дру-
гое. Как правило (за исключением воды, висмута и неко-
торых других), при повышении температуры объем веще-
ства увеличивается, а при понижении — уменьшается (те-
ло «усаживается»). Отсюда и термин «усадка».
208
Следовательно, -под усадкой следует попи-
м а т ь сумму объемных изменений вещества
при его охлаждении от исходной темпера-
туры в жидком состоянии до заданной ко-
нечной температуры (обычно до комнатной темпе-
ратуры) в твердом состоянии.
В общем случае, когда литейная система нагрета до
температуры несколько выше температуры плавления и
затем охлаждена до температуры ниже температуры от-
вердевания (кристаллизации), можно рассматривать три
стадии изменения объема (усадки):
а) в жидком состоянии при охлаждении от данной
температуры нагрева до температуры кристаллизации;
б) при изменении агрегатного состояния из жидкого
в твердое;
в) в твердом состоянии при охлаждении от темпера-
туры кристаллизации до температуры охлаждения (обыч-
но комнатной).
Суммарное изменение объема во всех трех стадиях
является полной усадкой литейной системы (шликера).
В первой стадии величина объемных изменений зави-
сит в основном от коэффициента термического расшире-
ния шликера в жидком состоянии и температуры перегре-
ва. Внешне эти объемные изменения проявляются (в за-
висимости от условий охлаждения) либо в оседании верх-
ней поверхности шликера, либо в образовании внутрен-
них пустот.
Во второй стадии величина объемных изменений за-
висит в основном от природы, состава и свойств шликера.
Практическое проявление заключается преимущественно в
образовании внутренних усадочных раковин и рыхлот.
В третьей стадии величина объемных изменений зави-
сит от коэффициента термического расширения шлике-
ра в твердом состоянии и конечной температуры отливки.
Осадка в этой стадии приводит к уменьшению наружных
размеров отливки по сравнению с соответствующими раз-
мерами формы.
Основными проявлениями объемных изменений шлике-
ра при охлаждении являются следующие:
I. Изменения размеров отливки по сравнению с раз-
мерами формы. Эти изменения называются наружной
усадкой. Наружная усадка может количественно характе-
ризоваться изменениями объема отливки АИП или измене-
ниями линейных размеров А/, .выраженными в процентах.
14 П. О. Грибовский. 209
Объемная наружная усадка определяется из соотно-
шения
= .100%, (3-7)
1Ф
где ДУн — объемная наружная усадка, °/0;
Уф — объем формы, см3;
Уо — объем отливки, см3.
Линейная усадка Д/ определяется путем измерения от-
дельных линейных размеров формы и соответствующих ли-
нейных размеров отливки и подсчета их изменения в процен-
тах по формуле
(3-8)
‘ф
где Д/ — линейная наружная усадка, ®/0;
/ф — линейный размер формы, мм;
10 — соответствующий линейный размер отливки, мм.
Следует отметить, что линейная наружная усадка чис-
ленно составляет примерно */з объемной наружной усадки.
2. Образование внутренних раковин/рыхлот и рассеян-
ной мелкой пористости.
Суммарный объем внутренних раковин, рыхлот и по-
ристости, выраженный в процентах к объему отливки, на-
зывается внутренней усадкой ДУВ.
Внутренняя усадка (усадочные раковины и рыхлоты)
является преимущественно результатом первых двух ста-
дий объемных изменений. Так как изменения объема на
этих стадиях протекают в жидком состоянии и при пере-
ходе шликера из жидкого в твердое агрегатное состояние,
эти изменения объема могут компенсироваться постоян-
ным притоком шликера. В идеальном случае внутренняя
усадка равна нулю за счет компенсации или соответст-
вующего увеличения наружной усадки.
Следовательно, величина внутренней усадки непостоян-
на, так как зависит от условий ведения процесса литья,
т. е. от степени компенсации объемных изменений.
Величина внутренней усадки определяется из отноше-
ния 7
V —V
И~^1О°7о, (3-9)
v о
где ДСв- объем внутренних раковин и пустот, °/q;
210
|/ —объем отливки, см?',
К —расчетный объем отливки, см?.
Расчетный объем отливки без раковин и пустот опреде-
ляется по формуле:
Vp=v°-, (3-10)
где Ро— вес отливки, г;
у — объемный вес литейной системы (шликера) при дан-
ш ной температуре (обычно 25+ 5° С), г? см*.
Сумма величин наружной и внутренней усадок отлив-
ки не является величиной полной усадки, так как часть
объемных изменений шликера при его охлаждении в фор-
ме компенсируется за счет притока шликера извне (под
давлением) или за счет прибыли (при литье в кокиль),
а также вследствие изменения объема формы в результа-
те ее нагрева в процессе литья.
Следовательно, для полной оценки объемных измене-
ний, происходящих в процессе образования отливки, необ-
ходимо также учитывать компенсированную часть усадки.
Назовем эту часть объемных изменений компенсиро-
ванной усадкой AVK. Компенсированная усадка не имеет
явных внешних проявлений, как наружная или внутрен-
няя, и, следовательно, остается скрытой.
В связи с этим, по-видимому, компенсированная усад-
ка, как правило, не учитывается в технологии литья ме-
таллов при определении полной усадки отливки, хотя ком-
пенсация усадочных явлений как технологический прием
повышения качества отливок известна и широко приме-
няется на практике.
Объективным критерием для оценки усадочных явле-
ний при литье может являться только величина полной
усадки, учитывающая наружную, внутреннюю и компен-
сированную усадку и равная:
Д1/^Д1/Н+;ДВДД1/К »/0. (3-11)
Величины наружной, внутренней и компенсированной
Усадок в зависимости от условий литья (режимов, конфи-
гурации отливки и т. п.) могут существенно изменяться,
но сумма этих величин при литье данного шликера явля-
ется постоянной. Другими словами, полная усадка не за-
висит от условий литья. Это объясняется тем, что для каж-
дого данного шликера (литейной системы) величина объ-
14* 211
еМпых изменений при охлаждении является величиной по-
стоянной, его физическим свойством, а полная усадка учи-
тывает все объемные изменения шликера при охлаждении.
Это положение имеет большое практическое значение,
так как позволяет ввести количественный критерий, объ-
ективно оценивающий рациональность разработанной
технологии литья.
В качестве такого количественного критерия может
служить отношение величины внутренней усадки к ком-
пенсированной:
где <р — безразмерный коэффициент, характеризующий рацио-
нальность технологии.
Чем больше величина ср, тем ниже качество отливки.
Следовательно, большие .значения ср показывают, что
технология (режимы литья и конструкция формы) литья
выбрана неправильно. Правильный выбор условий литья
должен обеспечивать получение величины ср, близкой
к нулю.
Для вычисления коэффициента ср необходимо экспери-
ментальным путем определить величину АПВ и АЕК.
Величина компенсированной усадки АУК определяется
по разности по (3-11):
Д17к = д7-(дуц+дув)о/в.
Методика определения наружной ДУн и внутренней Др’в
усадок описана выше [формулы (3-7) и (3-9)].
Величина полной усадки ДV может быть определена для
каждого данного шликера экспериментально путем измерения
его объемного веса в жидком и твердом состояниях при дан-
ных температурах и расчета по формуле (2-7):
ДУ = Л-^-\1ООо/о.
\ *т J
Исходя из вышеприведенного анализа сущности уса-
дочных явлений и распределения температур в отливке и
форме, рассмотрим теперь влияние процесса отвердева-
ния на качество отливки.
Если, например, заполнить расплавленным шликером
металлический стакан, а затем, охлаждая стенки и дно
стакана, охладить находящийся в нем шликер, то послед-
212
Ний, отвердевая, будет уменьшаться в объеме, И в теЛё
отливки .появится усадочная раковина, образующаяся со
стороны открытой поверхности шликера (не охлаждав-
шейся) в.виде воронки (рис. 3-35). При этом, если рас-
смотреть отливку в осевом сечении, то легко заметить, что
в ее центре (рис. 3-35) имеется рыхлота 4 (в виде беле-
сого выцвета). Исследование структуры отливки токаза-
ло, что в ней имеет место неравномерное распределение
связки. При охлаждении шликера на поверхности стакана
слой шликера отвердевает за счет кристаллизации связки,
Рис. 3-35. Отливка с
открытой усадочной
раковиной.
/ — металлический ста»
кап; 2 — уровень залитого
ими кера; 3— усадочная
раковина; 4—рыхлоты
(белесый выцвет).
6 fZ is и 30 ЗВ
Расстояние от центра отпиВки, иим
Рис. З-Зб. Диаграмма распреде-
ления связки в отливке.
7 —в сечений посредине отливки
(шликер с 17% связки); 2 —в сече-
нии по нижней части отливки (шли-
кер с 17% связки); 3— в сечении по-
средине отливки (шликер с 10%
связки).
имеющейся в системе, которая при этом уменьшается
в объеме. Это уменьшение объема компенсируется прито-
ком связки, находящейся в смежном слое в расплавлен-
ном состоянии. Таким образом, при охлаждении связка
мигрирует из центра к периферии. При охлаждении цент-
ральной части отливки ощущается недостаток связки, так
как при охлаждении наружных слоев центральные обед-
нены связкой, вследствие чего в центре образуется отлич-
ная от периферии структура. На рис. 3-36 показаны кри-
вые, характеризующие распределение связки в отливке.
Следует отметить, что в нижней части отливки (охлаж-
давшейся) перепада в количестве связки от периферии
к центру не наблюдается, что можно объяснить мини-
мальным градиентом температур по этой поверхности
Формы.
чз
' При литье под давлением изменение объема шликера
при отвердевании должно компенсироваться непрерыв-
ным притоком шликера, находящегося под давлением, и,
следовательно, усадочных раковин типа приведенной на
рис. 3-35 не должно быть, т. е. ср-> 0.
Непрерывный приток шликера обеспечивается только
при условии правильного выбора системы охлаждения,
размеров и расположения литниковой системы, а также
режимов литья. Следовательно, качество отливки в зна-
чительной мере зависит от условий, рассматриваемых ни-
же, при которых происходит отвердевание шликера.
Основными свойствами шликера, влияющими на ход
процесса отвердевания и качество отливки, являются вяз-
кость, скорость отвердевания и объемная усадка при
охлаждении. Вязкость и скорость отвердевания в совокуп-
ности определяют литейную способность шликера и, сле-
довательно, возможность полноценного заполнения формы
данной конфигурации при данных условиях. Повышение
вязкости шликера приводит к изменению механизма за-
полнения формы (рис. 3-37) и увеличивает продолжитель-
ность контакта со стенками формы, что изменяет условия
охлаждения и отвердевания шликера.
Кроме того, скорость отвердевания шликера предопре-
деляет раопределение температуры в отливке в процессе
охлаждения и, следовательно, однородность структуры
получаемой отливки.
Объемная усадка при охлаждении определяет возмож-
ность образования усадочных раковин и пустот или рас-
сеянной закрытой пористости.
Следует учитывать еще одно обстоятельство, связан-
ное с усадкой шликера при охлаждении. Как выше упоми-
налось, объемные изменения литейного шликера при
охлаждении протекают не только в жидком состоянии и
при изменении агрегатного состояния (из жидкого в твер-
дое), но и в твердом состоянии при охлаждении от темпе-
ратуры кристаллизации до температуры формы. Эти по-
следние объемные изменения приводят к изменению ли-
нейных размеров отливки по сравнению с размерами фор-
мы. В результате этого при охлаждении отливка плотно
садится на оформляющие отверстия стержни формы,
а при наличии нескольких стержней (отверстий) в отлив-
ке возникают напряжения вследствие того, что зафикси-
рованное в форме положение стержней препятствует про-
хождению линейной усадки.
214
Рис. 3-37. Кинограммы механизма
заполнения форм различной конфигу-
рации в зависимости от вязкости шликера.
-при, вязкости б — при вязкости 63,5 пз; в — при2 вязкости 25угэ; г —при
вязкости 63,5 пэ; д — при вязкости 16,5 пз.
Поэтому чрезмерное переохлаждение, отливки в такого
рода форме может .привести к появлению трещин мепо-
средственно в отливке или при дальнейшей термической
обработке изделия (удаление связки, обжиг).
Проведенные исследования [Л. 57] показали, что воз-
никающие в результате указанной причины дефекты струк-
туры, полуфабриката, если они даже не проявляются внеш-
215
не в виде трещин и тому подобных явных дефектов, ока-
зывают влияние на свойства обожженных изделий.
Так, например, если отлить образцы для испытания
электрической прочности, конфигурация которых приведе-
на на рис. 3-38, то в случае чрезмерного переохлаждения
образца (рис. 3-38,6) в форме пробивное напряжение у та-
кого обожженного образца оказывается на 20—40% ни-
же, чем у образца (рис. 3-38,а), не испытывавшего натя-
жения на штырях в результате охлаждения отливки.
При своевременном, без переохлаждения, извлечении
отливки из формы указанного нарушения структуры и сни-
жения качества изделия не
наблюдается.
Температура шликера
при литье колеблется в пре-
делах от 50 до 100° С. В за-
висимости от температуры
шликера меняется величина
его усадки при охлаждении.
При повышении темпе-
ратуры объемая усадка уве-
личивается, следовательно,
увеличивается и возмож-
ность появления усадочных
раковин и пустот. С другой
стороны, при повышении
температуры шликера его
Рис. 3-38. Конфигурация образцов
для испытания на электрическую
прочность.
а —без боковых отверстий; б — с отвер-
стиями, обусловливающими натяжение
на штырях при переохлаждении отливки
в форме.
вязкость уменьшается, он становится более подвижным,
легче заполняет форму и лучше компенсирует в процессе
застывания усадочные явления. С этой точки зрения повы-
шение температуры полезно. ।
Наряду с указанным изменение температуры шликера
при прочих равных условиях (температура формы и т. д.)
приводит к изменению скорости отвердевания при охлаж-
дении и, следовательно, к изменению структуры полуфаб-
риката.
Экспериментальные исследования [Л. 51] влияния тем-
пературы шликера на качество отливки показали, что по-
вышение температуры приводит к некоторому увеличению
плотности полуфабриката, уменьшению количества внут-
ренних раковин и пустот и уменьшению наружной усадки
отливки при охлаждении. Эксперментально установленная
зависимость качества отливки от температуры шликера
показывает улучшение структуры отливки при повышении
216
в определенных пределах температуры шликера. Однако
одновременно с улучшением структуры отливки повыше-
ние температуры шликера приводит к локальной концен-
трации внутренних раковин и пустот даже при небольшой
погрешности в выборе конструкции литейных форм (разме-
рь» литников, направление охлаждения ,и т. д.). При литье
шликера с повышенной температурой может наблюдаться
также увеличение объема внутренних раковин и пустот
в отливке в связи с увеличением объемных усадок шли-
кера при охлаждении.
Значение температуры формы как параметра, опреде-
ляющего процесс охлаждения шликера в форме, заключа-
ется в том, что в зависимости от температуры формы из-
меняются скорость охлаждения и, следовательно, струк-
тура отливки. Кроме того, от температуры формы зависит
время, необходимое для отвердевания шликера в форме,
т. е, производительность процесса литья, J
Экспериментальное исследование влияния температу-
ры формы показало, что качество отливки повышается
при понижении температуры формы. Понижение темпера-
туры формы приводит к уменьшению объема внутренних
раковин и пустот, одновременно увеличивается наружная
усадка отливки. Следовательно, с точки зрения качества
отливки целесообразнее выбирать при литье наименьшую
температуру формы. Однако при отливке тонкостенных
изделий и изделий сложной конфигурации чрезмерно низ-
кая температура формы может привести к недоливам и
иеслитинам вследствие большой скорости охлаждения
шликера, к появлению внутренних напряжений, а также
к трещинам вследствие переохлаждения отливки, усадке
которой противодействуют элементы формы (стержни,
оформляющие отверстия и т. д.). В связи с этим темпера-
тура формы должна выбираться наинизшей, но с учетом
конфигурации и размеров отливки.
Влияние скорости заполнения формы шликером на про-
цесс охлаждения не очень велико, так как продолжитель-
ность 'процесса заполнения мала и составляет обычно ве-
личину порядка 0,01—0,1 сек. Однако можно отметить,
что увеличение скорости заполнения приводит к уменьше-
нию потерь тепла шликером в процессе заполнения фор-
мы. Само по себе это обстоятельство при прочих равных
Условиях обеспечивает возможность наиболее полноцен-
ного заполнения формы. Широкая экспериментальная про-
217
нерка вышеуказанных 'положений о влиянии режимов
литья на качество изделий подтвердила их справедли-
вость [Л. 142].
Влияние конфигурации и размеров отливаемого изде-
лия на процесс охлаждения наиболее наглядно можно
представить себе из анализа схем отвердевания шликера
в форме. На рис, 3-39, а—е приведены некоторые схемы
механизма отвердевания шликера в форме, где линии
в поле отливки представляют собой мгновенные изо-
термы.
Как видно из приведенных схем, при равномерном
охлаждении шликера в цилиндрической форме а отверде-
вание протекает с компенсацией усадочных явлений почти
вплоть до полного отвердевания всего объема отливки.
В момент отвердевания шликера в центральной зоне от-
ливки компенсация усадки затруднена. В результате это-
го в центральной зоне отливки образуются небольшие
рыхлоты, обозначенные на рисунке жирной линией.
Уменьшение размеров литника при всех прочих рав-
ных условиях (рис. 3-39,6) приводит к прекращению ком-
пенсации усадки после отвердевания шликера в литнико-
вом канале. В результате этого в отливке при полном ее
охлаждении образуется усадочная раковина.
Наиболее однородная отливка без всяких внутренних
раковин и рыхлот обеспечивается при конусной форме де-
тали, расширяющейся в сторону литника. В этом случае,
как видно из рис. 3-39, в, компенсация усадок обеспечивает-
ся в течение всего цикла отвердевания отливки.
При отливке тонкостенных изделий весьма существен-
ным становится фактор охлаждения шликера в процессе
заполнения формы. При отношениях высоты отливки к
толщине стенки, превышающих значение 15—20, как пра-
вило, обеспечивать полное заполнение формы становится
весьма затруднительно.
Весьма велико влияние конструкции литейной формой
на ход процесса охлаждения шликера. В первую очередь
на качество отливки, получаемой в результате охлажде-
ния, будут влиять размеры литниковых отверстий и их
расположение.
На рис. 3-39,6 и е приведены схемы отвердевания от-
ливок одинаковой конфигурации при равномерном охлаж-
дении со всех сторон, но с различным расположением
литника. Как видно из схемы, при неправильном раополо-
218
жепии литника е образуется усадочная раковина в резуль-
тате прекращения питания (компенсации усадок) центра
отливки.
Не менее существенное значение, чем размеры и пра-
вильный выбор расположения литниковой системы, для
обеспечения компенсации усадочных явлений имеет систе-
ма охлаждения.
Система охлаждения предопределяет направление
охлаждения шликера в форме. Наиболее эффективным яв-
ляется направленное охлаждение, обеспечивающее интен-
сивное охлаждение шликера в форме сверху вниз и от
периферии к центру отливки. При таком направлении
охлаждения обеспечивается охлаждение (отвердевание)
литника в последнюю очередь (рис. 3-39,а).
Указанное создает условия для наиболее полноценной
компенсации усадочных явлений при охлаждении шликера.
Для обеспечения необходимого направления охлаждения
(сверху вниз) форма должна иметь различную температу-
ру по высоте (более низкую температуру наверху и наи-
более высокую — внизу, у литника). Такой температурный
баланс у формы достигается либо за счет соответствующе-
го изменения толщины стенки формы по высоте, либо за
счет надлежащего расположения камер водяного охлажде-
ния.
3-3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
А. Общие требования и основные элементы машин
. Для осуществления процесса горячего литья под давле-
нием керамических изделий должны применяться специ-
альные литейные машины, обеспечивающие соблюдение
технологических требований.
Литейные машины, применяющиеся для литья под дав-
лением металлов, несмотря на разнообразие имеющихся
конструкций, мало пригодны для горячего литья керамиче-
ских изделий. Это объясняется большим различием в свой-
ствах металлических расплавов и керамических литейных
систем. Так, например, самые первые опыты литья под дав-
лением керамических изделий, проводившиеся автором
с применением литейных машин поршневого действия (ко-
торые наиболее распространены при литье металлов), по-
казали неприемлемость машин этого типа. При работе та-
ких машин в неизбежный зазор между поршнем и цилин-
дром устремляется технологическая связка, а частицы по-
220
р0Шка набиваются плотным слоем возле зазора. После не-
продолжительной работы поршень заедает. Кроме того,
вследствие утечки технологической связки в процессе рабо-
ты меняются свойства литейной системы и стабилизировать
технологический процесс почти невозможно.
В 1948—1950 гг. были разработаны специальные устрой-
ства для горячего литья под давлением керамических изде-
лий [Л. 44—47]. Затем в результате большой серии экспе-
риментальных работ эти устройства получили несколько
вариантов конструктивного решения.СВ настоящее время
эти устройства применяются на производстве в виде литей-
ных машин и полуавтоматов, получивших марку ЛПГ
[Л. 51, 54], и литейных автоматов типа ЛАГ (Л. 57]. Не-
смотря на существующее разнообразие в конструктивном
оформлении литейных машин типа ЛПГ, применяемых раз-
личными предприятиями, общая принципиальная схема
всех применяемых конструкций машин одинакова. уНа рис.
3-40 приведена принципиальная схема литейной машины
типа ЛПГ, в основу которой положены применение термо-
статированного герметического рабочего резервуара и ис-
пользование давления сжатого воздуха для подачи шлике-
ра в форму.
Основные узлы литейной машины ЛПГ рассматривают-
ся ниже.
Узел термостатированного рабочего бака состоит из
металлического резервуара с баком, питающего устрой-
ства, нагревателей и термостата с терморегулятором.
Металлический резервуар является емкостью
для бака с литейным шликером и представляет собой обыч-
но стальной цилиндр с герметически приваренным дном и
трубкой для подачи сжатого воздуха. Сверху цилиндр за-
крыт рабочей плитой, к которой он крепится сваркой
(рис. 3-41,а) или на болтах (рис. 3-41,6). Рабочая плита
служит для установки на нее форм при литье и крепления
резервуара в термостате. Кроме того, рабочая плита имеет
отверстие для крепления питающего устройства и лючок,
через который в бак загружается литейный шликер. В не-
которых случаях на рабочей плите крепится прижимное
устройство. Для установки стержневого обогревателя
(рис. 3-41,6) в ряде случаев к дну бака приваривается тру-
ба с заглушенным верхним концом, расположенная соосно
с отверстием для крепления питающего устройства. В це-
лях предотвращения расслаивания литейного шликера
в рабочем баке при длительном пребывании в нагретом ви-
И-».
221
де целесообразно предусматривать механизмы для перио-
дического или непрерывного перемешивания шликера >не-
посредственно в баке, причем, для того чтобы перемеши-
вание происходило с меньшим захватом воздуха в шликер,
целесообразно ограничить число оборотов мешалки п <
< 100—120 об)мин.
Рис, 3-40, Принципиальная схема литейной машины ЛПГ.
станин? млн рабочий стол; 2—термостатированный рабочий бак; <?—прижимное
устройство; 4—пульт} управления; 5 —охлаждающие плиты; 6 — воздушные кла-
паны; 7— терморегулятор; 8 — электронагреватели; 9— питающее устройство; 10
11 — педали.
Схема (простейшего конструктивного решения устрой-
ства для перемешивания, получившего применение в про-
изводственной практике, приведена на рис. 3-41,в. Пропел-
лерная мешалка подвешивается в подшипнике на рабочей
плите и через коническую шару шестерен периодически вра-
i щается с помощью рукоятки, выведенной за пределы бака.
' Следует обратить внимание на конструкцию ввода сжа-
I того воздуха в рабочий бак. Конструкция должна обеопе-
222
чивать отсутствие Прямого или отраженного удара воздупь
пой струи на зеркало шликера.
Питающее устройство 1 служит для сообщения
рабочей полости бака с устанавливаемой на рабочую пли-
ту формой. В зависимости от типа отливаемой детали, кон-
струкции формы и характера производства применяются
различные питающие устройства. Простейшим видом 'пи-
тающего устройства является трубка с резьбовой головкой,
ввернутая (или впаянная) в рабочую плиту бака таким
Рис. 3-41. Конструктивные схемы металлических резервуаров ЛПГ
а—сварная конструкция; б — крепление на болтах; в — резервуар с пропеллерной-
мешалкой; / — питающее устройство; 2 — трубка для обогревателя; 3 — лючок для
загрузки шлнкера.
образом, что нижний конец трубы не доходит до дна бака
на 10—15 мм.
На рис. 3-42,а приведена схема такого простейшего пи-
тающего устройства. При подаче сжатого воздуха в бак
горячий шликер поднимается по трубе и под давлением
заполняет форму, установленную на фланце трубы. По
окончании процесса литья давление сбрасывается, и шли-
кер в трубе опускается вниз до уровня, установившегося
в рабочем баке.
Описанное устройство является вполне приемлемым
Для различных условий работы. Недостатком его являются
'Повышенный расход воздуха при уменьшении количества
шликера, находящегося в рабочем баке, и связанное с этим
223
снижение темпа работы, так как заполнение сжатым воз-:
духом пустой емкости бака и выпуск из него воздуха со-
пряжены с определенными потерями времени. Однако на-
дежность и конструктивная простота устройства привели
к его наиболее широкому использованию для осуществле-
ния 'процесса литья под давлением.
Кроме описанного питающего устройства простейшего
вида, могут применяться конструкции и других питающих
устройств, принципиальные схемы которых приведены на
рис. 3-42.
Рис. 3-42. Конструктивные схемы питающих устройств.
а —простейшее устройство; б— многоместное устройство; в—кла-
панное устройство; г — устройство непрерывного действия; д—мем-
бранное устройство; е — устройство с шариковыми клапанами.
На рис. 3-42,6 изображено питающее устройство, отли-
чающееся от предыдущего наличием дополнительной каме-
ры на головке, позволяющей распределять шликер на не-
сколько гнезд формы. Для предохранения шликера от
охлаждения у основания головки вмонтирован электрона-
греватель, а в питающие отверстия введены медные стерж-
ни (в головках для многоместных форм). Применение это-
го устройства может быть рекомендовано как основной ва-
риант для одно- и многоместных форм.
На рис. 3-42,в приведена схема клапанного питающего
устройства.
Как видно из схемьи, устройство состоит из двух коак-
224
сиальйых 'Труб 1 и 3. Подвижная труба 1 снабжена окна-
ми и цилиндрической частью, запирающей доступ шликера
в нее из бака. При установке формы (кокиля) на фланец
трубы 1 последняя под давлением прижимного устройства
опускается вниз: отверстия (окна) в трубе 1 и трубе 3 сов-
мещаются и открывается доступ шликеру, находящемуся
в рабочем баке под постоянным давлением воздуха, через
эти отверстия во внутреннюю полость трубы 1. Шликер
поднимается по трубе и заполняет форму. При снятии дав-
ления с формы труба 1 поднимается под действием пружи-
ны 2 вверх и прекращает поступление шликера.
Описанная конструкция снижает расход сжатого возду-
ха до минимума и способствует повышению производитель-
ности. Однако, как показала экспериментальная проверка,
устройство имеет также недостатки. Даже при очень точ-
ной подгонке подвижных деталей 1 и 3 в зазор между ни-
ми устремляются связка и мельчайшие частицы порошка,
в результате чего периодически нарушается работа устрой-
ства из-за заедания трубы 1 в трубе 3. Кроме того, отделе-
ние связки приводит к оседанию на дно бака шликера с по-
ниженным содержанием связки.
На рис. 3-42,г приведена конструктивная схема питаю-
щего устройства непрерывного действия, предназначенного
для автоматов и полуавтоматов. Принцип действия устрой-
ства заключается в следующем. Цилиндр 1 питающего
устройства ввертывается в рабочий бак со шликером. Под
давлением шликер из бака устремляется в цилиндр питаю-
щего устройства через калиброванное отверстие втулки 2 и
начинает его наполнять со скоростью, соответствующей
давлению сжатого воздуха и диаметру калиброванного от-
верстия. Когда шликер заполнит на 2/з цилиндр питающего
устройства, начинается работа: давление сжатого воздуха
подается в цилиндр питающего устройства через штуцер 3;
под влиянием давления шликер поднимается по трубе 4 и
заполняет форму, установленную на фланце трубы. Во вре-
мя подачи воздуха в штуцер 3 заполнение цилиндра пи-
тающего устройства прекращается, так как создается
равновесие давлений в цилиндре питающего устройства и
з рабочем баке.
По заполнении формы давление в питающем устройстве
снимается, и поступление шликера из рабочего бака про-
должается.
Для автоматической регулировки скорости поступления
Шликера в цилиндр питающего устройства в конструкции
15 П. о. Грибовский. 225
предусмотрен поплавковый клапан 5, который 'по мере под-
нятия уровня шликера в цилиндре уменьшает величину
входного сечения и, следовательно, скорость поступления
шликера.
Приведенное на рис. 3-42,д питающее устройство мем-
бранного типа применяется в случаях использования форм,
неподвижно закрепленных на столе литейной машины.
В этом случае не форма прижимается к питающему
устройству, а питающая труба, подвешенная на резиновой
мембране, с помощью сжатого воздуха поднимается мем-
браной вверх и присоединяется к литниковому отверстию
формы.
На рис. 3-42щ представлен Один из вариантов питаю-
щих устройств, не требующих наличия герметизированного
рабочего бака, что упрощает обращение с агрегатом и соз-
дает неограниченные возможности для развития рабочих
емкостей и, с другой стороны, упрощает возможность обес-
печения непрерывного перемешивания шликера в рабочей
емкости.
Принцип действия устройства заключается в следую-
щем. Гидростатическое давление столба шликера, находя-
щегося в рабочей емкости, действует на шарики 4; послед-
ние приподнимаются, и шликер заполняет цилиндр /. Сжа-
тый воздух, поступая в трубу 3, давит на шликер, находя-
щийся в цилиндре 1, и заставляет шликер (подниматься по
трубе 2 и заполнять форму, установленную на фланце тру-
бы 2. Обратному движению шликера в рабочую емкость
препятствуют шарики 4, плотно запирающие входные от-
верстия под действием собственного веса и давления шли-
кера. По окончании процесса заполнения формы давление
сбрасывается, и цикл повторяется сначала.
Экспериментальная проверка показала, что основными
недостатками устройства являются засорение шариковых
клапанов и уменьшение количества связки в шликере, за-
полняющем цилиндр 1. Засорение наступает после 140—
160 циклов работы. Причиной появления шликера с умень-
шенным количеством связки является сепарация связки под
давлением воздуха через небольшой, но неизбежный зазор
между шариком и гнездом.
Испытание целого ряда других различных вариантов
конструкций клапанных питающих устройств приводило
к такому же результату. Поэтому такие устройства не мо-
гут быть пока рекомендованы для применения на произ-
водстве.
226
ЬЫжк «’и
Нагреватели служат для разогрева литейного шли-
кера до определенной температуры (60—90° С) в рабочем
баке и па выходе из питающего устройства. Обычно в баке
устанавливаются два нагревателя: один для разогрева соб-
ственно бака (рабочей емкости) и другой для плавления
литейного шликера на выходе питающего устройства.
Для разогрева бака применяются масляные или водя-
ные ('паровые) и электрические нагреватели, для плавле-
ния шликера на выходе питающего устройства, как прави-
Рис. 3-43. Типовые конструктивные решения нагревателей бака.
а —с электрообогревом: 1—камера термостата; 2 — нихромовая спираль; 3 — термо-
регулятор; б — с масляным или водяным обогревом: 1—змеевик с циркулирующим
нагретым маслом; 2— термоизоляция; в — электрообогрев с масляной или водяной
баней: 1 — масляная рубашка; 2 — нагреватели; 3 — терморегулятор.
Термостат с терморегулятором служит для
поддержания постоянной температуры литейного шликера
и является основанием для сборки узла бака.
Термостат выполняется в виде камеры со стенками,
снабженными надежной термоизоляцией.
Терморегулятор монтируется либо в камере термостата,
либо в сети водяного или масляного обогрева и обеспечи-
вает автоматическую регулировку температуры за счет пе-
риодического включения и выключения нагревателей.
В целях уменьшения колебания температуры в рабочем
баке в ряде случаев в термостате устанавливается ванна
С водой или маслом, в которую помещается нижняя часть
рабочего бака.
Б. Прижимное устройство
Прижимное устройство служит для удержания формы
На рабочем столе во время заливки ее литейным шликером.
15* 227
По принципу действия устройства могут быть механиче-
ские, пневматические и гидравлические.
В связи с тем, что литейные машины типа ЛПГ основа-
ны на использовании сжатого воздуха, наибольшее приме-
нение получили пневматические прижимные устройства, так
как они не требуют дополнительных специальных комму-
никаций. Конструкции прижимных устройств 1-го и 2-го
типов приведены на рис. 3-44.
Винтовой прижим а применяется главным образом
в случаях литья крупных изделий.
Рис. 3-44. Схемы прижимных устройств.
а — винтовое;— мембранное; в — сильфонное; г — мембранное двустороннего дей-
ствия для стационарных форм; поршневое; е — мембранное двойного действия
для бсзлитникового литья.
Мембранный, сильфонный и поршневой прижимы б, в,
г, д, е применяются в подавляющем большинстве случаев.
Конструкция прижимного устройства выбирается в за-
висимости от типа формы для литья (ручная, «безлптнико-
вая», стационарная).
Следует отметить, что во всех случаях, когда это воз-
можно, следует отдавать предпочтение мембранным и
сильфонным прижимам, так как они обеспечивают наи-
меньший расход воздуха и весьма надежны в работе.
Прижимное устройство монтируется на рабочей плите
машины таким образом, чтобы ось штыря прижима совпа-
дала с осью отверстия питающего .устройства.
228
Для обеспечения возможности применения литейных
форм различной высоты прижим должен иметь вертикаль-
ное перемещение. С этой целью обычно прижим крепится
на траверсе, которая может перемещаться по двум стой-
кам и закрепляться на заданной высоте Стойки изготов-
ляются гладкими, цилиндрическими с креплением травер-
сы зажимами или резьбовыми с гайками, между которыми
зажимается траверса. Возможны также и другие виды
крепления прижима (на литом кронштейне и т. п.).
Наиболее удобными в производстве для наладки явля-
ются резьбовые стойки с гайками.
В. Станина
Станина (или рабочий стол) служит для монтажа всех
узлов машины ЛПГ. Кроме того, часть рабочего стола ис-
пользуется как холодильная плита для ручных форм
(рис. 3-40).
Станина может быть сварной или литой. На станине
монтируются термостатированный бак с прижимным
устройством и узел управления. Как правило, непосред-
ственно на станине крепятся воздушные клапаны с 'Ножны-
ми педалями для их включения и выключения.
Г. Пульт управления
Пульт управления представляет собой панель, на кото-
рой смонтированы все основные рукоятки управления и
контрольно-измерительные приборы.
На пульт управления устанавливаются выключатели
(для обогревателей), воздушный кран, водяной кран, галь-
ванометр с переключателем (или другой измеритель темпе-
ратур» например логометр, термометр с магнитной голов-
кой и т. п.), манометр, реле времени или часы и вакуум-
метр (в случае вакуумирования литейного шликера непо-
средственно на ЛПГ).
При конструировании узла управления полуавтомата
одним из основных вопросов является выбор воздушного
крана (остальные устройства являются типовыми).
Было проверено четыре основных конструктивных ва-
рианта кранов, схемы которых приведены на рис. 3-45.
Наиболее приемлемыми в результате проверки оказа-
лись пружинные и шариковые краны (б, в, г), которые обе-
нае«ИЛИ наименьшие потери сжатого воздуха и оказались
наиболее надежными в работе.
229
Рис. 3-45. Воздушные краны.
а — пробковый; 6 — в — шариковые; г — подвесной пружинный.
i
На основе использования вышеприведенных принципи-
альных решений отдельных узлов и элементов разработана
и применяется серия конструкций литейных машин типа
лпг.
Основными представителями этой серии машин, нашед-
шими наиболее широкое применение, являются следующие:
Лабораторный литейный аппарат ЛПГ-1-л
(рис. 3-46), представляющий собой малогабаритную- пере-
носную установку.
230
Регулировка и 'поддержание необходимой температуры
в аппарате обеспечиваются применением автотрансформа-
тора ЛЛТР-2, с помощью которого изменяется напряже-
ние, подаваемое на нагревательную электроплитку 2.
Емкость рабочего стакана 3 составляет от 100 до
300 см3.
Прижим формы осуществляется с помощью пневмати-
ческого мембранного прижимного устройства или винтово-
го механизма. При использо-
вании мембранного прижимно-
го устройства подача сжатого
воздуха осуществляется кра-
ном одновременно в рабочий
бак и прижимное устройство.
Простота конструкции, ма-
логабаритность, легкая заме-
на материала (шликера) и не-
большая емкость рабочего
бака создают большие удобства
при использовании ЛПГ-1-л
для лабораторных проб и
исследований, а также для
литья миниатюрных изделий.
Литейная машина
ЛПГ-1. Основными узлами
ЛПГ-1 (рис. 3-40) являются
станина 1, термостат с рабочим
баком 2, прижимное устрой-
ство 3 и пульт управления 4.
На станине смонтированы
плиты 5, охлаждаемые цирку-
лирующей в них водой, воз-
душные клапаны 6 с педалями
и все остальные узлы ЛПГ-1.
Регулировка и поддержа-
ние необходимой температуры в
готся с помощью дилатометрического терморегулятора 7,
электронагревателей 8 и автотрансформатора.
Питающее устройство 9 снабжено головкой с обогре-
вом. Для осуществления «безлитникового» литья установ-
лен двухходовой мембранный прижим 3.
Переключение машины па различные рабочие циклы
осуществляется с помощью перекидных патрубков, смон-
тированных на верхней плите машины.
Рис. 3-46. Общий вид лабора-
торного литейного аппарата
ЛПГ-1-л.
/—корпус; 2~электроплитка; 3 —
сменный стакан; 4 — крышка с пи-
тающим и прижимным устройства-
ми; 5 — мембранный прижим; 6—бы«
стродействукмцие зажимы.
рабочем баке обеопечива-
231
Краткая техническая характеристика
литейной машины ЛПГ-1
Габаритные размеры: высота.................1 500 мм
ширина..............1 200 мм
длина............... 700 мм
Емкость рабочего бака......................2н-5 л
Рабочее давление...........................До 10 ати
Мощность нагревателей......................0,8 кит
Рабочее напряжение......................... 220 в
Наибольшие размеры отливаемого изделия: диаметр300мм
высота 500 мм
Ход штока прижима................................15 мм
Ход штока для срезки литника.....................20 мм
Рабочий цикл на литейной машине ЛПГ-1 при работе
с ручными формами осуществляется следующим образом.
После установки формы нажатием на педаль 10
(рис. 3-40) подается давление сжатого воздуха на прижим,
который плотно прижимает форму к плоскости рабочего
стола; затем сжатый воздух подается в рабочий бак путем
включения педали 11 и литейный шликер из бака по тру-
бе питающего устройства поступает в полость формы. По
истечении времени, необходимого для заполнения формы и
охлаждения залитого в нее литейного шликера, сбрасы-
вается давление в рабочем баке, отпускаются педаль 11,
а затем и педаль 10, освобождающая прижим. Форма сни-
мается со стола ЛПГ и из нее извлекается отливка; затем
цикл повторяется вновь.
Литейный полуавтомат ЛПГ-55. Общий вид
литейного полуавтомата ЛПГ-55 представлен на рис. 3-47.
Полуавтомат является универсальным для литья раз-
ных деталей и обеспечивает возможность работы с литей-
ными формами любых типов: ручными, стационарными,
безлитниковыми, с (принудительным охлаждением и т. д.
На полуавтомате ЛПГ-55 предусмотрена возможность
регулирования и контроля всех параметров технологиче-
ского режима. Система обогрева обеспечивает подготовку
аппарата к работе за 30—40 мин.
Заданная температура шликера поддерживается
авто-
матически с помощью терморегулятора. Загрузка произво-
дится твердыми кусками шликера в резервный бак.
Заливка расплавленного шликера из резервного в ра-
бочий бак и вакуумирование его механизированы (осуще-
ствляются нажимом кнопки).
Предусмотрена специальная система охлаждения форм,
циркуляция охлаждающей воды в плитах стола, холодиль-
ник и т. д.
232
На ЛПГ-55 предусмотрены также необходимые приспо-
собления по технике безопасности — блокировка педалей
управления, защитный экран.
Краткая техническая характеристика ЛПГ-55
Габаритные размеры: высота........................... 1710 мм
ширина........................... 1 260 мм
длина ....... ....... 800 мм
Емкость рабочего бака................................... 4 л
Емкость резервного бака................................. 4 л
Рабочее давление.....................................3—6 amu
Максимальное допустимое давление........................ 15 amu.
Расход воздуха в среднем................................ 5 м*[ч
Напряжение........................................... 380/220 в или
220/127 в
Мощность............................................... 1>5 кет
Наибольшие размеры отливаемой детали:
а) при ручной форме............................диаметр 100 мм*
высота 250 мм
б) при стационарной форме.....................диаметр 100 мм
высота 125 мм:
Ход поршня при срезе литника.......................... 20 мм
Ход поршня прижима .................................. 150 мм
Высота от траверсы в верхнем положении до питателя 275 мм
Производительность в штуках за час:
а) на одноместной ручной форме....................... до 300—400
б) на одноместной стационарной форме.......... до 600
в) на многоместной форме.........................до 7 000—8 000
Принцип действия ЛПГ-55 аналогичен ЛПГ-1, а особен-
ности конструкции заключаются в следующем.
Прижим литейной формы к питающему устройству или
ее перемещения при 1механическом разъеме осуществляют-
ся с помощью поршней давлением сжатого воздуха.
Плавление шликера и поддержание заданной темпера-
туры в резервуаре осуществляются металлическими змее-
виками, расположенными внутри резервуара, в которых
циркулирует горячее масло.
Охлаждение литейных форм осуществляется водой, цир-
кулирующей в специальных полостях формы или на столе
полуавтомата, поверхность которого непрерывно охлаж-
дается циркулирующей водой (в случае использования
форм без водяного охлаждения).
Полуавтомат оборудован системами: пневматической,
нагревательной, охлаждения, электрической.
Воздушная система (рис. 3-48) обеспечивает подачу
* В случае применения форм с замком диаметр отливки может
быть увеличен до 200 мм.
233
сжатого воздуха в цилиндры (Д), Ц2 и Цз), осуществляю-
щие рабочие движения литейной формы, и в термостатиро-
ванный резервуар (шликерный бак), а также позволяет со-
здавать вакуум в шликерном баке три всасывании шлике-
ра из резервного бака.
Сжатый воздух подводится к штуцеру Ш1г выведенному
на заднюю стенку (полуавтомата.
Для регулировки и поддержания заданного давления
сжатого воздуха в системе перед краном /Ср, включающим
и выключающим всю воздушную систему, установлены воз-
душный редуктор Ред] и ресивер Рс емкостью 20 л. Внизу
ресивера расположен кран /Ср2 для слива отстоявшегося
масла и воды.
Измерение давления в системе (производится маномет-
ром Afi, установленным на передней панели полуавтомата.
Для управления подачей сжатого воздуха в то или иное
Рис. 3-47. Общий вид литейного полуавтомата ЛПГ-55.
234
рабочее звено воздушной системы служат шариковые кла-
паны Кд-/, Цл-11, Кл-Ш и комбинированный клапан Кл-IV.
Цилиндры 1Ц и Цз параллельно соединены между со-
бой воздухопроводом и управляются клапаном Цл-1.
В зависимости от положения клапана Кл-l сжатый воз-
дух поступает либо в нижнюю часть цилиндров и подни-
мает поршни вместе с закрепленной на штоках плитой
вверх, либо в верхнюю часть и опускает поршни вниз. На
плите закрепляется литейная форма, и движением порш-
ней в цилиндрах 1/1 и Дэ осуществляются перемещение и
разъем формы.
Одновременно клапан Кл-I является блокировочным,
отделяя клапан Цл-Ц от сети сжатого воздуха. Только при
определенном положении клапана Цл-I (когда сжатый воз-
дух поступает в верхнюю часть цилиндров Ц1 и Цз и пор-
шни опускаются, прижимая литейную форму к столу полу-
автомата) в клапан Кл-Н подается сжатый воздух.
235
Клапан Кл-П служит Для управления подачей сжатого;
воздуха в шликерный бак (в одном положении клапан от-
крывает доступ сжатому воздуху в бак, а в другом отъ-
единяет бак от сети сжатого воздуха и сообщает емкость
Рис. 3-49. Система обогрева
ЛПГ-55.
7*1 — термометр с магнитной головкой;
НЭ-] — НЭ-4 — нагревательные элементы;
Шб — шликерный бак; Мб — маслобак;
МН — маслонасос.
температуры в шликерном
устройства.
бака с атмосферой). Таким
образом, клапан Кл-Посу-
ществляется управление -по-
дачей шликера в -форму.
Для управления работой
цилиндра Ц2 (осуществляю-
щего дополнительное пере-
мещение при -безлитниковом
литье) служит клапан
Кл-П'1.
Создание вакуума в
шликерном баке для всасы-
вания шликера из резервно-
го (центрального) в рабо-
чий бак обеспечивается ва-
куумным насосом ВН и ком-
бинированным клапаном
Кл-IV. Контроль степени
разрежения осуществляется
с помощью вакуумметра В.
Включение клапана
Кл-IV обеспечивает одно-
временное подключение ра-
бочего бака к вакуум-насо-
су и отсоединение его от се-
ти сжатого воздуха, а так-
же управление шликерным
краном (включение и вы-
ключение воды), обогрева-
телей и электромотора ва-
куум-насоса.
Система обогрева (gnc.
3-49) служит для создания
и поддержания заданной
баке и головке питающего
Шликерный бак (рис. 3-50) состоит из двух цилиндров
1 и 2, расположенных один в другом.
Во внутреннем цилиндре 2 и в кольцевой полости меж-
ду цилиндрами расположены змеевики 3, по которым цир-
236
кулирует разогретое масло, осуществляя нагрев шликерй
в баке.
Емкость внутреннего цилиндра является вспомогатель-
ной и служит для плавления и перемешивания шликера
перед загрузкой его в рабочую емкость.
Емкость между внутренним и наружным цилиндрами
является рабочей. В эту емкость подается давление сжато-
го воздуха, действующего на находящийся в ней шликер;
Рис. 3-50. Схема конструкции шликерного бака.
/— наружный цилиндр (рабочий бак); 2 —внутренний цилиндр (резервный бак); 3 —
змеевик; 4—питающее устройство; -5— стяжные болты; 6 — шликерный кран; 7 —
стойка крана; 8 — трубка с головкой.
в результате чего шликер поступает под давлением через
питающую трубу 4 в литейную форму.
Для обеспечения герметичности рабочей емкости меж-
ду фланцем внутреннего цилиндра и торцом наружного ци-
линдра проложена резиновая прокладка и оба цилиндра
стянуты между собой четырьмя болтами 5.
В шликерном баке установлены два поплавковых реле,
сигнализирующих об уровне шликера в баке, и шликерный
кран 6.
Шликерный кран 6 предназначен для сообщения и раз-
общения внутреннего (резервного) бака с рабочим. Прин-
237
цип действия шликерного крана заключается в создании
герметичной пробки из шликера путем его -охлаждения
в трубке, соединяющей баки. «Открывается» кран путем
нагрева и расплавления шликера в трубке крана.
Кран -состоит из нагревателей НЭ-4, стойки 7 с рубаш-
кой -охлаждения и трубки с головкой 8.
При загрузке рабочего бака шликер идет по трубке 8,
затем попадает в стойку 7 и из нее стекает в рабочий бак.
В момент перекачки шликера шликерная пробка расплав-
ляется в шликерном кране с помощью нагревателей НЭ-4.
После перекачки нагреватель НЭ-4 выключается ком-
бинированным клапаном Кл-IV (рис. 3-49 и 3-52), а в по-
лость охлаждающей рубашки 7 поступает холодная вода,
которая охлаждает находящийся в стойке шликер, и кран
закрывается.
Используемое в системе обогрева (рис. 3-49) в каче-
стве теплоносителя масло нагревается в маслобаке Мб,
снабженном электрообогревателем НЭ-1 и дополнитель-
ным нагревателем НЭ-2. Масляный насос МН подает на-
гретое масло по трубопроводу в змеевики, из которых оно
попадает обратно в 'масло-бак Мб.
В трубопроводе между масляным насосом и змеевика-
ми установлен термометр 1\ с магнитной головкой, осуще-
ствляющей регулирование и поддержание заданной темпе-
ратуры с помощью реле, включающего и выключающего
электрообогреватели маслобака.
Разогрев головки питающего устройства осуществляет-
ся электрообогревателем НЭ-3. Регулирование температу-
ры головки осуществляется вручную с помощью автотранс-
форматора ЛАТР-2.
Система охлаждения (рис. 3-51) служит для охлажде-
ния стола полуавтомата, охлаждения форм путем цирку-
ляции жидкости в полости формы и охлаждения головки
шликерного крана.
Подключение системы к водопроводу и канализации
(или к входу и выходу водяной помпы — насоса) осуще-
ствляется с помощью штуцеров Ш3 и Ш4.
Для включения или выключения всей системы служит
кран Кр3. Вода, поступающая в систему, проходит через
змеевик, расположенный в баке холодильника. В холодиль-
ник по мере надобности загружается лед для охлаждения
воды, поступающей в систему. Из холодильника вода по-
ступает в змеевик (лабиринты) плит стола 3} и 32 и далее
на выход.
238
Параллельно с плитами стола имеются два ответвле-
ния для охлаждения форм и шликерного крапа. В ответ-
влении для охлаждения форм установлены кран Л'Р1 и тер-
метр Т2 для контроля температуры охлаждающей воды,
выходящей из полостей литейной формы ЛФ.
В случае необходимости можно использовать объем
холодильника для охлаждения ЛПГ-55 с помощью жидко-
сти, подаваемой отдельной насосной установкой. Для это-
Рис. 3-51. Схема системы охлаждения ЛПГ-55.
го насосную установку подсоединяют так, что вода из ка-
меры холодильника X через кран Кр$ по трубопроводу по-
ступает в насос установки. Из насоса она направляется че-
рез штуцер Ш3 в систему. Из системы через штуцер Ш4 во-
Да направляется опять в холодильник.
В холодильник периодически закладывается лед. Избы-
ток воды по мере надобности сливается. Насосная установ-
ка располагается рядом с полуавтоматом.
Электрическая схема ЛПГ-55, приведенная на рис. 3-52,
Обеспечивает;
а) питание обогревательных элементов и регулирование
температуры нагрева;
б) привод масляного насоса и вакуумного насоса;
в) управление работой полуавтомата (включение и вы-
ключение шликерного крана, световая сигнализация
и т. д.);
г) освещение рабочего места.
Электросхема рассчитана на включение в сеть напря-
жением 380/220 в (возможно также подключение к сети
220/127 в при соответствующем переключении всех элемен-
тов схемы на это напряжение).
Всю электросхему можно условно подразделить на три
звена:
а) электродвигатель масляного насоса ДМН и нагре-
вательные элементы масляного бака НЭ\ и НЭ2 с устрой-
ствами управления;
б) электродвигатель вакуумного насоса ДВН и нагре-
вательный элемент шликерного крана НЭ4 с устройствами
управления;
в) нагревательный элемент головки питателя НЭ3
с устройствами управления.
Включение электродвигателя ДМН и нагревателей
H9i и НЭ2 осуществляется магнитным пускателем МП{
с помощью тумблера В\, при этом должна загореться сиг-
нальная лампочка Л4.
Температура нагрева НЭ{ регулируется с помощью
автотрансформатора АТ[. Для поддержания постоянной
температуры циркулирующего в системе масла нагреватель
H9i автоматически включается и выключается с помощью
реле Рь получающего сигналы от контактного термомет-
ра Ti с магнитной головкой. Включение и выключение на-
гревателя НЭу сигнализируются лампочкой Л2, которая за-
жигается при включении нагревателя.
Нагреватель НЭ2 служит для форсирования разогрева
масла при запуске полуавтомата и включается или выклю-
чается вручную по мере надобности с помощью тумбле-
В связи с тем, что реле Р{ работает на постоянном токе,
s схеме предусмотрен выпрямитель СВ для его питания.
Электродвигатель ДВН и нагреватель НЭ4 включаются
магнитным пускателем МП2 с помощью кнопки К.л-1¥. Вы-
ключение ДВН и НЭ4 осуществляется с помощью реле Р
и поплавкового реле ПР{, замыкающего контакты после
заполнения рабочего бака шликером,
15 Ч, о. Грибовский. 24
Нагревательный элемент НЭА подключается к транс-
форматору Тр2 и автотрансформатору ATi. Такая последо-
вательность нужна для плавного изменения температу-
ры НЭ'з.
Подключение
дится тумблером
Рис. 3-53. Автомат для литья под
давлением ЛАГ-1.
всей установки к цепи питания произво-
(выключателем) В3 через магнитный пус-
катель МП?,,
Эксплуатация по-
луавтомата. Установ-
ка полуавтомата ЛПГ-55.
осуществляется без спе-:
циальных фундаментов:
или прокладок, j
Подготовка полуавто-
мата к работе заключает-)
ся в проверке наличия)
воздуха в системе (по ма-1
нометру), циркуляции во-)
ды в системе (по темпе-:
ратуре охлаждающих)
плит) и загрузке в шли-1
керный бак шликера:
(твердыми кусками). Haj
контактном термометре)
Ti устанавливается необу
ходимая рабочая темпе-)
ратура шликера (60—
80°С). *
После расплавления -
шликера в резервном
(внутреннем) баке он пе-
ремешивается вручную
вакуумный насос кнопкой
мешалкой, затем включается
клапана Кл-IV и осуществляется перекачка шликера изре- =
зервного в рабочий бак. При этом наблюдают за показа-':
ниями вакуумметра. Когда рабочий бак будет заполнен,;
должен автоматически выключиться вакуумный насос.
При работе на ручных формах с непрерывным охлаж-1
дением штуцера формы предварительно подсоединяются
с помощью гибких шлангов к штуцерам системы охлажде-
ния полуавтомата.
При работе на безлитниковых формах (со срезкой лит-
ника) после заполнения формы шликером осуществляется
перекрытие литникового отверстия.
242
При работе на стационарной форме необходимо её за-
крепить на траверсе прижима для обеспечения механиза-
ции рабочего цикла.
В настоящее время специализированным конструктор-
ским бюро (Ленинград) заканчивается разработка рабо-
чих чертежей полуавтомата типа ЛПГ-55 для серийного
производства.
Литейный автомат ЛАГ-1. Для литья изделий
в условиях крупносерийного и массового производства сле-
дует применять автомат типа ЛАГ. Общий вид автомата
приведен на рис. 3-53.
Двтомат является универсальным и позволяет изготов-
лять изделия различных размеров и конфигурации.
По принципу действия автомат является пневматиче-
ским с электромагнитным управлением.
Весь рабочий цикл полностью автоматизирован; ав-
томат требует только периодической загрузки материала
(шликера).
Полная автоматизация рабочего цикла обеспечивает
возможность обслуживания одним рабочим нескольких
автоматов.
Техническая характеристика автомата ЛАГ-1
Габариты автомата ...........;.................. 600X1 200 мм
Максимальные габариты отливки:
Ширина Длина Высота
для горизонтальных форм............... 60 X 60 X 100 мм
для вертикальных форм ................100 X 120 X НО мм
Производительность автомата:
при одноместной форме................... до 600 шт)ч
при многоместной форме.................до 6 000—7 006 шт/ч
Продолжительность одного цикла............... от 5 до 60 сек
Давление сжатого воздуха.................. 3—6 ати
Потребляемая мощность..................... 2,0 кет
Средний расход сжатого воздуха............ 3 м3/ч
Емкость рабочего бака..................... 4,0 л
Автомат состоит из корпуса (станины), рабочего бака,
питающего устройства, обогревательного устройства, го-
ризонтального пневматического рабочего устройства, верти-
кального пневматического рабочего устройства, горизон-
тального съемника, распределителя и пульта управления.
Корпус автомата состоит из трех секций (рис. 3-53).
В первой помещаются рабочий бак и обогреватель 1. Внут-
ри второй секции расположен распределитель 2, под кото-
рым в третьей секции находятся реостат и электропровод-
ка 3.
,б* 243
нюю плиту станины и является
Рнс. 3-54. Первая секция автомата с
открытой дверцей; крышка бака от-
кинута.
теля, установленного в рабочем
На рис. 3-54— 3-56 показаны секции автомата с открь:
тыми дверцами.
Рабочий бак является емкостью для литейного шликер
и представляет собой металлический (стальной) цилицщ
снабженный дном и герметически закрывающийся крыц
кой с помощью болтов (рис. 3-54). Бак смонтирован на стг
нине наклонно. В дно цилиндра вмонтирован стержнево
обогревательный элемент.
Питающее устройство выходит из камеры бака на вер;
сменным узлом автомат
Для отдельных групп и
делий предусмотрены пч
тающие устройства ра:
личной конструкции:
а) с подвижной пит
ющей трубкой;
б) с неподвижной п:
тающей трубой.
В питающем устройс
ве с подвижной трубой
головке имеется мембр.
на, обеспечивающая дв;
жение питающей труб
при подаче в головь
сжатого воздуха.
Обогр евательно
устройство предназначь
но для поддержания Hi
обходимой температур
шликера и состоит и
двух частей:
а) масляного насос
с мотором и бачка с элек
троподогревателем, уста
новленных в 1-й сеици!
под рабочим баком
б) стержневого обогрева;
баке, с реостатом, распо
ложенным в 1-й секции.
Из схемы обогревательного устройства, приведенной Hi
рис. 3-57, виден принцип работы устройства.
Горизонтальное пневматическое рабочее устройство
служит для осуществления рабочих движений формы,
(смыкание « разъем с выталкиванием) при литье в горн-
244
Рис. 3-55. Вторая секция автомата; через открытую дверцу
видны электромагнитные клапаны.
Рис. 3 56. Вторая секция автомата; виден кулачковый рас-
пределитель.
245
зонтальные формы и для движения съемника —при лйтьё
в вертикальные формы. Устройство состоит из цилиндра
с поршнем и призмы с хомутом для крепления на корпу-
се автомата.
Горизонтальный съемник применяется при литье в вер-
тикальные формы и предназначен для съема отливки и
сброса се в приемник. Съемник крепится на штоке горизон-
тального поршня и состоит из планки с двумя направляю-
щими стержнями и подпружиненного лотка.
Рис. 3-57. Схема системы обогрева автомата ЛАГ-1.
/—масляный насос; 2— масляный бак с обогревателем; 3 — змеевик
обогрева рабочего бака; 4—терморегулятор; 5 —термопара; 6 — галь-
ванометр.
Вертикальное пневматическое рабочее устройство слу-
жит для осуществления рабочих движений формы (смыка-
ние и разъем с выталкиванием) при литье в вертикаль-
ные формы и для крепления формы при литье в горизон-
тальные формы.
Устройство монтируется на плите станины и состоит из
двух стоек с поршнем, подвижных цилиндров с наружной
резьбой, закрепленной па них траверсы и из неподвижной
траверсы с упорным винтом.
Распределительный кулачковый валик служит для
управления рабочими движениями механизмов автомата.
246
Распределитель состоит из воздушных клапанов шари-
кового типа (рис. 3-55), приводимых в действие электро-
магнитами, и кулачкового механизма (рис. 3-56), приводи-
мого в движение электродвигателем типа Уоррена с редук-
тором и обеспечивающего в соответствии с рабочим цик-
лом последовательное включение и выключение электро-,
.магнитов, управляющих работой клапанов.
На пульте управления (рис. 3-58) смонтированы все
основные рукоятки управления и измерительная аппара-
тура, необходимая для контроля за режимом литья.
Рис. 3-58. Пульт управления автомата ЛАГ-1.
/ — выключатель стержневого обогревателя'. 2—выключатель мотора масляного на-
соса; 3 — выключатель обогрева масла; 4~ выключатель мотора распределителя; 5 —
выключатель электромагнитов; 6—воздушный кран; 7 — кран охлаждающей воды;
8 — переключат? ль гальванометра.
Порядок пуска и рабочий цикл автомата. Автомат под-
ключается к сети переменного тока 220 в. С помощью
выключателей 1, 2 и 3 (рис. 3-58) включается обогрева-
тельное устройство и рабочий бак разогревается до тем-
пературы 70—80° С. В рабочий бак загружается шликер
в виде цилиндрической болванки диаметром 110—120 мм
(или в кусках) при комнатной температуре, после чего
крышка бака герметически закрывается.
На автомат устанавливается форма для литья и к ней
подсоединяется водяное охлаждение. К штуцеру автомата
подводится сжатый воздух.
Первый цикл изготовления изделий для проверки про-
водится вручную (нажимом на башмаки электромагни-
тов). Убедившись в правильности наладки, включают
электромагниты (выключателем 5), а затем двигатель
распределителя (выключатель 4). Двигатель вращает ба-
рабан с насаженными на него кулачками, которые за-
ставляют рычаги поочередно включать и выключать элек-
тромагниты, управляющие клапанами, в результате чего
осуществляется рабочий цикл отливки деталей.
Рис. 3-59. Схема разводки сжатого воздуха на автомате ЛАГ-1.
1 — б — электромагнитные клапаны; 7 —рабочий бак; 8 — вертикальные цилиндры.
В зависимости от конфигурации отливаемой детали,
конструкции формы (вертикальная, горизонтальная
и т. д.) и выбранной методики литья (с литником, «без-
литниковое литье» и т. д.) рабочий цикл автомата может
изменяться.
Пользуясь схемой разводки сжатого воздуха, приве-
денной на рис. 3-59, можно уяснить себе ход рабочего цик-
ла при литье на автомате.
Рассмотрим для примера процесс литья в вертикаль-
ную форму: при включении клапана 1 воздух поступает
в вертикальные цилиндры, несущие на себе подвижную
траверсу с формой, которые в результате этого опускают-
ся вниз и смыкают форму с питающим устройством авто-
мата. Затем включается клапан 2, подающий сжатый воз-
248
дух в рабочий бак. При этом шликер под давлением сжа-
того воздуха поднимается по трубе питающего устройства
и заполняет форму. В этом положении дается выдержка
во времени, необходимая для охлаждения шликера в фор-
ме. По окончании процесса отвердевания шликера в фор-
ме клапаном 2 осуществляется сброс давления со шлике-
ра, а клапаном 1 сброс давления в цилиндрах, прижимаю-
щих форму. После этого включается клапан 3, подающий
воздух в вертикальные цилиндры для их подъема вверх
вместе с формой.
При подъеме формы вверх одновременно осуществля-
ется выталкивание отливки из формы. Синхронно с кла-
паном 3 включается клапан 6, осуществляющий подачу
воздуха в горизонтальный цилиндр съемника, который
в момент подъема формы подходит под нее для приня-
тия вытолкнутой из формы отливки. Затем клапаном 6
осуществляется сброс давления, а клапан 5 подает давле-
ние в горизонтальный цилиндр для возврата съемника
в исходное положение. При обратном ходе съемника отлив-
ка сталкивается с лотка съемника в приемник или на лен-
точный транспортер. После небольшой паузы цикл повто-
ряется сначала.
Управление работой клапанов осуществляется распре-
делительным валиком с кулачками, один оборот которого
соответствует полному рабочему циклу. В зависимости от
общей длительности цикла, размеров отливки и характера
рабочего цикла кулачки распределителя должны иметь
определенный профиль, который может быть рассчитан
3-4. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ФОРМ для литья
ПОД ДАВЛЕНИЕМ
А. Общие сведения о конструировании форм для литья
Одним из узловых вопросов рационального использо-
вания технологии горячего литья под давлением является
правильный выбор конструкции форм Для литья.
Неудачная конструкция формы может привести к мас-
совому браку деталей, низкой производительности труда
И т. Д. ИТ. п.
Правильный выбор конструкции формы должен обес-
печивать удовлетворение ряда требований:
1) получение отливки с четкой и законченной конфи-
гурацией;
249
2) обеспечение высокого качества отливки (структуры
полуфабриката);
3) получение детали с заданными размерами необхо-
димой точности;
4) удобство в эксплуатации;
5) высокую производительность;
6) экономичность формы;
7) технологичность конструкции формы.
Получение отливки с четкой и законченной конфигура-
цией зависит от режимов литья и конструкции формы. Да-
же при правильном выборе режимов литья неудачная кон-
струкция формы может привести к появлению ряда де-
фектов у отливки: недоливам, неслитинам (складкам),
скруглению острых кромок и т. п. Эти дефекты, как пра-
вило, являются результатом отсутствия или неправильно-
го выбора расположения вентиляционных каналов и ре-
зультатом неправильного выбора литниковой системы.
Требование высокого качества отливки (структуры по-
луфабриката) подразумевает отсутствие в отливке внут-
ренних дефектов: раковин, рыхлот. Наряду с влиянием
режима литья появление этих дефектов может являться
также результатом неправильного выбора конструкции
формы, а именно: системы охлаждения и литниковой си-
стемы.
Получение детали с заданными размерами необходи-
мой точности должно обеспечиваться правильным расче-
том рабочих размеров формы с учетом огневых усадок и
рациональным выбором точности изготовления формы.
Удобство в эксплуатации, т. е. удобство разборки и
сборки формы при работе, удобная выемка детали из
формы, удобная и простая установка формы на литейном
агрегате и т. д., является также обязательным требова-
нием, предъявляемым к форме и определяющим ее пригод-
ность для использования, особенно при серийном и массо-
вом производстве.
Требование соблюдения экономичности определяет це-
лый ряд конструктивных особенностей формы в зависимо-
сти от характера производства (массовое, серийное, опыт-
ное). Экономичность формы характеризуется стоимостью
эксплуатации формы (включая ее себестоимость), отнесен-
ной к единице продукции.
Для выпуска широкого ассортимента керамических из-
делий, изготовляемых горячим литьем, возникла необходи-
250
ZZZZZZLTZZZZZL
зваигии!
основанием
мость в разработке ряда принципиальных конструктивных
решений форм для литья.
Разработка основ конструирования форм для горяче-
го литья под давлением проводилась с 1946 по I960 г.
[Л. 53] на основе экспериментальных и научно-исследова-
тельских работ.
Обычно форма состоит из корпуса (рис. 3-60), оформ-
ляющего боковую поверхность изделия, одного или не-
скольких штырей (знаков), оформляющих отверстия в из-
делии, съемника, оформляю-
щего верхнюю поверхность,
и основания, оформляюще-
го нижнюю поверхность из-
делия. Наличие всех пере-
численных элементов не
всегда обязательно. Так, на-
пример, иногда корпус фор-
мы может быть выполнен за
одно целое с
и т. д. Однако в1 большин-
стве случае приведенный
перечень элементов являет-
ся типовым.
В основании формы пре-
дусматривается одно или
несколько отверстий 5, слу-
жащих для поступления
шликера в форму. Эти от-
верстия называются литни-
ковыми и образуют литни-
ковую систему, обеспечи-
вающую возможность пол-
ноценного заполнения внутренней полости формы шли-
кером.
Так как при заполнении формы шликером последний
Должен вытеснить находящийся в полости формы воз-
дух, для выхода воздуха устраиваются воздушные кана-
лы 7, комплекс которых называется вентиляционной
системой.
Литейный шликер, заполняющий форму, находится
в расплавленном состоянии; после заполнения формы он
Должен охладиться до температуры отвердевания. Это
происходит за счет охлаждения шликера элементами кон-
струкции формы. Для регламентирования процесса охлаж-
251
а)
3-60. Типовая конструкция
литья под
Рис.
формы для горячего
давлением керамических изделий.
а—форма; б—отливка; / — корпус; 2 —
штырь; —съемник; 4 — основание.
ДеНия шликера в конструкции формы предусматривается I
та или иная система охлаждения 6. 1
В результате заполнения формы шликером и охлажде- |
ния его в форме должна быть получена отливка нсобхо- я
димой конфигурации и размеров. Конфигурация внутрен- |
ней полости формы устанавливается рабочим чертежом на 1
изделие. Размеры внутренней полости формы определяют- 1
ся на основе рабочего чертежа на изготовляемое «ерами- |
ческое изделие с учетом огневых усадок, установленных 1
для используемого шликера. Как правило, разработке кон- I
струкции формы предшествует составление рабочего чер-
тежа на отливку (полуфабрикат), в котором учитывается |
величина огневой усадки. 1
Б. Классификация и краткое описание типовых, I
конструкций литейных форм |
В зависимости от принципа действия, применяемого 1
оборудования и конструктивных особенностей [Л. 51, 52, 1
53] литейные формы могут быть весьма разнообразны. 1
О)
Рис. 3-61. Ручная вертикаль-
ная форма.
а—форма; б—отливка; 1— кор-
пус; 2 —съемник; 3 —оформляю-
щий стержень; 4— центральный
стержень; ^--основание; 6 — лит-
ник.
в.
ч
в
Классификация литейных форм
В табл. 3-7 приводятся раз- Я
личные типовые конструкции ли- Я
тейных форм и их классификация. Я
При эксплуатации ручных I
форм установка их на литейную Я
машину, съем с машины, разбор- я
ка формы, выемка отливки и под- Я
готовка формы к работе (сборка, Я
охлаждение и т. д.) производятся 1
оператором вручную, для чего 3
необходимо обеспечить малый Я
вес формы, минимально возмож- Я
ные габаритные размеры, удоб- Я
ство разборки формы и выемки Я
отливки. Я
На рис. 3-61—3-66 приведены Я
примеры конструкции ручных а
форм различных типов. 1
На рис. 3-61 приведена кон- I
струкция ручной вертикаль- I
периодического охлаждения. На ’
горизонтальной формы того же .
нои
рис.
класса. Свои названия формы получили в связи с различ-
ным расположением отливки (в первом случае ось отлив-
ки расположена вертикально, во втором — горизонталь-
252
одноместной формы
3-62 — конструкция
Периодическое Непрерывное 1 Периодическое । Непрерывное Периодическое Непрерывное Периодическое Непрерывное 1 . Периодическое Непрерывное Периодическое Непрерывное Периодическое Непрерывное Периодическое Непрерывное Непрерывное (жидкостное) охлаждение То же То же *
Одноместная Многоместная Одноместная Многоместная i 2 i Одноместная ' | Многоместная ! Одноместная Многоместная " Одноместная Многоместная Одноместная Многоместная । Одноместная | 1 Многоместная Одноместная Многоместная i 1 ;
Безлитниковая i С литниковым приливом 1 Безлитниковая С литниковым приливом Безлнгннковая | С литниковым приливом | " 1 Безлитниковая - С литниковым приливом
Вертикальная Горизонтальная 1 - , Вертикальная Горизонтальная 1
I Ручная Стационарная
253
но); конструктивно эти формы различаются тем, что г<
ризонтальные формы обязательно снабжаются замко:
соединяющим между собой отдельные (половинки форм!
К горизонтальным отнесены также формы, у которых о
новная плоскость разъема формы параллельна оси ли
никового отверстия или проходит через нее. На рис. 3-1
приведен пример конструкции формы с плоскостью раз-
ема, проходящей через ось литникового отверстия. К кат
гории вертикальных форм соответственно относятся фо]
мы с плоскостью разъема, перпендикулярной оси литн;
кового отверстия, при любом расположении отливки.
Рис. 3-62. Ручная горизонтальная форма.
1 — левая половина корпуса; 2— правая половина корпуса;
3, 4 — оформляющие стержни; 5 —хомутик; 6— прижимной
винт; 7 — литник.
Вертикальная ручная форма (рис, 3-61) устанавливав
ся на стол литейной машины; шток прижимного устройс
ва литейной машины, нажимая на головку стержня
плотно прижимает форму к столу; затем через отверст!
в основании 5 форма заполняется шликером. После охла>
дения шликера форма снимается со стола машины и из №
извлекается отливка. Для этого сначала снимается основ
ние 5, затем из корпуса 1 формы извлекается стержень
вместе с плотно сидящей на нем отливкой. После этот
с помощью съемника 2 или вручную отливка снимается d
стержня, а форма вновь собирается.
На рис. 3-62 изображена горизонтальная форма, работа
с которой производится следующим образом: после запол-
нения формы шликером и охлаждения его у снятой со сто-
ла литейной машины формы отвинчивается на 2—3 оборО-
254
та прижимной винт 6, и хомутик снимается с формы пово-
ротом вокруг оси па стержне 3, затем вывертываются
оформляющие резьбу стержни 3 и 4. Корпус форм 1 и 2
разнимается на составные части, и из него извлекается от-
ливка.
На горизонтальной форме типа изображенной на
рис. 3-63 выемка отливки произ-
водится путем освобождения
гайки 6 с последующим поворо-
том эксцентрикового винта 5, ку-
лачок которого раздвигает поло-
винки корпуса 1 и 2, поворачи-
вая их вокруг оси 7 и вьгсвобож-
дая, таким образом, отливку.
Приведенные на рис. 3-61 и
3-62 конструкции ручных форм
обеспечивают получение отливок
с литниковыми приливами. Эти
литниковые приливы, обычно име-
нуемые сокращенно литниками,
в дальнейшем срезаются на то-
карном станке или в специальных
устройствах.
В целях устранения операции
среза литника применяются без-
литниковые формы [Л. 48, 49].
Принцип действия таких форм
заключается в том, что литнико-
вое отверстие после заполнения
формы шликером и отвердева-
ния его перекрывается подвиж-
ным элементом формы (напри-
мер, стержнем, оформляющим от-
верстие в детали), который и от-
деляет отливку от литникового
Рис. 3-63. Ручная форма с
плоскостью разъема (Д — Д),
проходящей через ось литни-
кового отверстия.
a — форма; б — отливка; / — левая
половина корпуса; 2 — правая по-
ловина корпуса; 5 —съемник: 4—
стержень; 5—внит с эксцентри-
ком; 6 — прижимная гайка; 7 — ось
шарнира.
отверстия, выталкивая полуза-
стывший шликер в питающую трубу машины (рис. 3-60).
На рис. 3-64 приведен общий вид ручной вертикальной
одноместной безлитниковой формы периодического охлаж-
дения.
В отличие от безлитниковой формы, приведенной на
Рис. 3-60, здесь показано принципиальное решение конст-
рукции безлитниковой формы с замком по периферии.
ФоРма снабжена подвижными подпружиненными стерж-
255
Рис. 3-64. Ручная безлитни-
ковая форма.
1 — корпус; 2— оформляющий
тержень; 3 — подвижный стер-
жень; 4 — основание,
чямй, оформляющими часть боковой поверхности детали
Заливка формы шликером осуществляется через два от-
верстия в основании формы. После заполнения формь
шликером и отвердевания его во всем объеме, кроме лиг
никовых отверстий, стержни опускаются вниз с помощьк
двухходового прижимного устройства, имеющегося на ли
тейной машине, и входят в отверстия основания, вытес-
няя на него шликер в питающук
трубу литейной машины. В ре
зультате этого получается отлив
ка законченной конфигурацш
(без литника).
Во всех описанных ручны:
формах за один цикл отливаете!
одна деталь. В условиях серий-,
ного и массового производства’
весьма целесообразным является;
-применение многоместных форм,
позволяющих за один цикл (про-
должительность которого обычно;
почти равна продолжительности'
цикла на одноместной форме) по-';
лучать одновременно несколько'
отливок, количество которых оп-
ределяется числом мест (гнезд)
в литейной форме. Число мест
определяется габаритами литей-:
ной машины, детали и формы;
и может варьировать в широких
пределах. В настоящее время;
применяются многоместные фор-*
мы с числом мест от 2 до 120.
Возможно -применение форм и с
большим (чем 120) числом мест.
На рис. 3-65 приведена типовая конструкция ручной
многоместной безлитниковой формы периодического охлаж-
дения, отличающейся от одноместной только наличием ме-
ханического съемника (в данном случае рычажного), об-
легчающего одновременный съем всех отливок. Принципи-
альная схема работы формы остается такой же, как
у одноместных. Заливка таких форм производится с по-
мощью многогнездных питающих устройств (рис. 3-42,6).
На рис. 3-66 приведена типовая конструкция ручной
формы с непрерывным охлаждением путем циркуляции
256
в рубашке корпуса и во внутренней полости стержня
охлаждающей жидкости (воды). Охлаждающая жидкость
поступает в один из штуцеров стержня 2, омывает его
внутреннюю .поверхность и, выходя из второго штуцера,
поступает в рубашку корпуса, а затем вытекает обратно
Рис. 3-65. Ручная многоместная безлитниковая форма периодического
охлаждения.
1 — корпус; 2—п\ансоиодержатель с пуансонами; 8—съемник; 4 — рычаги съемника;
5 —основание; б —отливка.
в систему или в канализацию. Подключение формы к во-
допроводу или насосу, подающему воду в форму, осуще-
ствляется с помощью гибких резиновых шлангов, которые
достаточно длинны и нс мешают работе.
Принципиально аналогичные типовые конструкции
форм по принятой классификации объединяются во вто-
Рис. 3-66. Ручная форма с непрерывным охлаж-
дением.
а — форма; б —отливка; / — корпус; 2 —стержень; 3—
съемник; 4— кожух; 5—штуцер; 6—крышка с перего-
родкой; 7 —-основание; 8 — литник.
17 II. О. Грибопский
257
Рис. 3-67. Одноместная стационарная литейная форма.
1 — неподвижная плита литейной машины; 2 — подвижная плита
литейной машины; 3—корпус формы; 4 — поддон; 5 —штуцер; 6 —
крышка питателя; 7 —выталкиватель; 8—колонка с гайками; 9 —
болт; Ю — штоки подвижной плиты; // — центрирующий штифт;
12— упорный винт.
рой большой группе— стационарных форм, отличитель-
ной особенностью которых по сравнению с ручными яв-
ляется то, что стационарные формы закрепляются во вре-
мя работы на литейной машине, а разъем формы и вы-
талкивание отливки из нее производятся механически.
В связи с этим в таких конструкциях обязательно преду-
сматриваются места крепления форм к литейной машине,
специальные выталкиватели и механизмы разъема -формы.
Стационарные формы конструируются обязательно с не-
прерывным охлаждением всех рабочих элементов.
На рис. 3-67 приведен общий вид типовой конструкции
одноместной стационарной формы. Корпус ее закрепляет-
ся с помощью болтов на подвижной плите литейной ма-
258
тины или (полуавтомата 2. При опускании плиты вниз
форма прижимается к поддону и столу (полуавтомата; при
этом литниковое отверстие в форме совпадает с выходным
отверстием питающего устройства. После заполнения фор-
мы шликером и охлаждения его форма поднимается по-
движной плитой вверх. При движении вверх выталкива-
тель формы упирается в неподвижные упоры и осущест-
вляет выталкивание отливки из формы. Отливка остается
на поддоне формы. Поддон формы отводится в сторону
вручную, с него снимается отливка, и цикл повторяется
вновь. Обычно к стационарной форме изготовляется не-
сколько поддонов, которыми оперируют поочередно, охлаж-
дая свободные поддоны на плитах машины. Корпус фор-
мы охлаждается непрерывно циркулирующей в нем водой.
На рис. 3-68 приведена конструкция горизонтальной
стационарной формы, а на рис. 3-69 — многоместной без-
литниковой стационарной формы. Устройство этих форм
видно из приведенных чертежей. Следует отметить лишь,
что в горизонтальной стационарной форме (рис. 3-68)
разъем формы осуществляется при поступательном пере-
мещении штока автомата 6 в горизонтальной плоскости.
При этом правая половина корпуса 3 и стержень 4 пере-
мещаются совместно с выталкивателем до тех пор, пока
выталкиватель 5 не дойдет до упоров 8, после чего проис-
ходит выталкивание отливки.
Многоместные стационарные формы (рис. 3-69) прин-
ципиально не отличаются от одноместных. Питание шли-
кером таких форм осуществляется путем применения пи-
тающих устройств с крышками, имеющими количество от-
верстий, соответствующее числу гнезд в форме.
В. Основные вопросы конструирования литейных форм
К числу основных вопросов, требующих рассмотрения
при конструировании формы, относятся литниковая си-
стема, система охлаждения, система вентиляции (воздуш-
ных каналов), система съема отливки, размеры формы и
материалы для изготовления формы.
Литниковая система. Правильный выбор расположе-
ния и размеров литниковой системы является основой по-
лучения качественной отливки. При неправильном выборе
размеров или расположении литников в полуфабрикате
(отливке) могут образоваться усадочные раковины, рых-
лоты и тому подобные дефекты, являющиеся следствием
отсутствия компенсации усадки при охлаждении.
17* 259
ESS
Рис. 3-68. Стационарная горизонтальная форма.
обойма; 2 —левая половина корпуса; 3 — правая половина корпуса; 4—стержень; 5—выталкиватель; 6—шток; 7 — штуцер; 8 — упор.
Размеры литника определяются его проходным сече-
нием F см2, наименьшим расстоянием между боковыми
поверхностями а см и высотой канала h см.
На рис. 3-70 приведены литниковые каналы круглого
и прямоугольного сечений.
Форма литникового отверстия (круглая, прямоуголь-
ная и т. п.) выбирается в зависимости от конфигурации
отливки и конструкции формы.
Рис. 3-69. Стационарная многоместная безлитниковая форма.
/ — неподвижная плита полуавтомата; 2 — подвижная плита полуавтомата; 3—упор;
4— выталкиватель; 5—корпус; б —поддон; 7—крышка питателя; 8—пуансонодер*
жатель.
Величина площади сечения литника F см2 определяет
скорость впуска шликера и, следовательно, влияет на ха-
рактер процесса заполнения формы (см. § 3-2). Так как
всегда желательна небольшая скорость впуска, следует во
всех случаях сечение литника F выбирать максимально
возможным.
Площадь сечения литника определяется размерами а и
Ь. При этом очевидно, что возможно иметь постоянную
261
площадь сечения литника при различных значениях а и Ь;
например, при размерах 10Х10ж.и или 2Х50.ИЛ! .получают-
ся равные площади сечений.
Однако даже при постоянной площади сечения литни-
ка соотношение его размеров играет большую роль. Опре-
деляющим является наименьший размер, т. е. наименьшее
расстояние между боковыми поверхностями литникового
канала (на рис. 3-70, размер а). От этого размера зави-
сит время, необходимое для отвердевания шликера в лит-
Рис 3-70. Литниковые отверстия различной конфигура-
ции.
а — литниковое отверстие прямоугольного сечения; б — литниковое
отверстие круглого сечения.
никовом канале (чем меньше размер, тем меньше время
отвердевания), а следовательно, и качество отливки. Если
время отвердевания шликера в литнике меньше времени,
необходимого для отвердевания шликера в теле отлив-
ки, то в последней неизбежно будут образовывать-
ся усадочные раковины и рыхлоты. Поэтому размеры лит-
никовых отверстий необходимо устанавливать таким обра-
зом, чтобы расстояние между поверхностями охлаждения
у литника было равно или больше на 5—10%, чем самое
большое расстояние между поверхностями охлаждения
у отливаемой детали (рис. 3-71 и 3-72),
262
Рис. 3-71. Примеры выбора размеров литникового отверстия.
а— правильно; _б — неправильно.
В ряде случаев, когда обеспечение выполнения этого
правила не представляется возможным, допустимо приме-
нение литниковых отверстий меньшего размера, однако
при этом необходимо обеспе-
чить, чтобы форма легко на-
гревалась потоком шликера в
месте расположения литника
и шликер отвердевал в литни-
ковом отверстии в последнюю
очередь.
Высота h литникового ка-
пала (рис. 3-70) во всех слу-
чаях должна выбираться мини-
мально возможной в данной
конструкции. Обычно высо-
та h принимается равной
(0,1—0,2) а. Увеличение высо-
ты (длины) канала литника
нежелательно, так как шликер,
проходя по литниковому кана-
лу, охлаждается о его стенки
и, следовательно, чрезмерно
большая высота канала может
Рис. 3-72. Примеры выбора раз-
меров литника для отливок
разных конфигураций.
вызвать недоливы и другие
дефекты в отливке.
Не менее существенное зна-
чением, чем размеры, имеет
правильный выбор расположения литниковой системы.
Для обеспечения компенсации усадочных явлений литни-
ки должны располагаться в наиболее массивных элемен-
тах отливки- На рис. 3-73 приведены примеры правильно-
263
го и неправильного расположения литников. При непра-
вильном расположении литников в центральной зоне (об-
ведена пунктиром) наиболее массивных элементов отлив-
ки могут образовываться усадочные раковины и рыхлоты.
В соответствии с этим количество литников устанавлива-
ется в зависимости от конфигурации изделия для обеспе-
чения компенсации усадки во всех элементах отливки.
Наряду с обеспеченем компенсации усадки выбор рас-
положения литников необходимо производить с учетом со-
здания оптимальных условий
а)
Рис. 3-73. Расположение и количе-
ство литников в форме.
д —неправильно; б— правильно.
заполнения формы шликером.
Для этого литниковые от-
верстия следует располагать
таким образом, чтобы путь,
проходимый шликером от
литника до крайней точки
отливки, был минимально
возможным и чтобы поток
шликера при своем движе-
нии в полости форм встре-
чал на своем пути мини-
мальное количество претят-
ствий (штырей и т. п.), раз-
деляющих его на несколько
ручьев или изменяющих его
направление.
Требование сокращения
пути, проходимого шлике-
ром в форме, до минимума
диктуется тем, что шликер,
проходя в полости формы,
охлаждается о ее стенки и,
следовательно, чем длиннее
путь шликера, тем более вероятна возможность появления
недоливов, неслитин и других дефектов, связанных с за-
ливкой формы чрезмерно охлажденным шликером. На
рис. 3-74 показаны примеры правильного и неправильного
с этой точки зрения расположения литника.
Второе требование обусловливается тем, что поток
шликера, заполняющего форму, встречая на своем шути
препятствие, огибает его, разделяясь на две струи, кото-
рые затем вновь сливаются воедино. При этом, если про-
цесс заполнения протекает достаточно быстро, происходит
захват пузырьков воздуха в массу шликера, а следова-
тельно, и в тело отливки. Кроме того, при слиянии образо-
264
вавшихся двух струй воедино возможны неполноценное их
соединение и образование, неслитин. В связи с этим при
выборе расположения литника и это требование должно
учитываться. На рис. 3-75 приведены примеры правиль-
ного и неправильного с этой точки зрения расположения
литников.
При выборе расположения литников необходимо так-
же обеспечивать простоту и удобство срезки литника без
Рис. 3-74. Выбор литниковой системы,
а —правильно; б — неправильно.
нарушения размеров отливки и удобство выемки отливки
из формы.
Кроме того, место расположения литника должно вы-
бираться таким образом, чтобы литниковое отверстие не
нарушало рационального построения системы охлаждения
и не усложняло конструкции формы.
Система охлаждения. Выбор системы охлаждения, т. е.
метода охлаждения и расположения охлаждающих эле-
ментов, производится в зависимости от объема производ-
ства и конфигурации отливки.
Расположение охлаждающих элементов определяет на-
правление охлаждения (механизм охлаждения) шликера
265
в форме и зависит от конфигурации отливаемого изделия.
При применении воздушного (периодического) охлаж-
дения упрощается конструкция формы, но стабилизация
режима работы затруднена и производительность труда
при работе на одной-двух формах невысока. Необходимая
производительность труда на формах с воздушным охлаж-
дением может быть достигнута при нахождении в оборо-
те большого количества форм и использовании их по оче-
реди с таким расчетом, чтобы к моменту повторного ис-
Рис. 3-75. Пример выбора расположения
литника.
а—правильно; б—неправильно; в — эскиз от-
ливки.
пользования формы последняя без какого-либо дополни-
тельного охлаждения успела охладиться до комнатной
температуры.
Жидкостное (непрерывное) охлаждение, т. е. исполь-
зование циркуляции жидкости в специальной полости фор-
мы, является более надежным и эффективным способом
охлаждения. При применении жидкостного непрерывного
охлаждения повышаются качество отливки и производи-
тельность труда, что с лихвой окупает некоторое услож-
нение конструкции,
366
Йсе стационарные формы для литья на автоматах й
полуавтоматах конструируются обязательно с жидкостным
охлаждением. Ручные формы конструируются как с пе-
риодическим, так и с непрерывным охлаждением.
Расположение элементов системы охлаждения формы,
определяющее направление охлаждения отливки в форме,
оказывает существенное влияние на качество отливки. При
выборе расположения элементов системы охлаждения не-
обходимо создавать направленное охлаждение от перифе-
рии к центру и сверху вниз, т. е. направлять охлаждение
так, чтобы литник застывал (отвердевал) в последнюю оче-
редь. Этим будет обеспечиваться компенсация усадочных
явлений при охлаждении шликера в форме.
У форм с периодическим охлаждением создание необ-
ходимого направления достигается либо раздельным
охлаждением до соответствующих температур отдельных
деталей (элементов) формы, либо выбором соответствую-
щих размеров элементов формы.
Для обеспечения необходимого направления охлажде-
ния (сверху вниз) форма должна иметь различную темпе-
ратуру по высоте: более низкую температуру наверху и бо-
лее высокую внизу, у литника. Такой температурный ба-
ланс у форм с воздушным (периодическим) охлаждением
получается за счет неравномерности разоргева формы
в работе и за счет неравномерной толщины стенок формы.
Для этого в местах, требующих интенсивного охлаждения,
стенки делаются массивными, толстыми, а вблизи от лит-
ника — более топкими.
Недооценка влияния толщины стенок формы на направ-
ление и механизм процесса охлаждения в практике, осо-
бенно при конструировании форм для крупногабаритных и
толстостенных деталей, очень часто приводит к ошибкам,
порождающим резкое снижение качества отливки.
На рис. 3-76 приведены примеры правильного и непра-
вильного выбора конструкции формы с воздушным охлаж-
дением для отливки цилиндрического стержня.
При наличии утолщений стенок формы вблизи от лит-
ника или в середине формы, как правило, в теле отливки
будут образовываться усадочные раковины и рыхлоты (по-
казаны пунктиром), так как интенсивное охлаждение шли-
кера в этих местах приводит к преграждению доступа шли-
кера из литника в вышерасположенные элементы объема
отливки, в которых при охлаждении и отвердевании 'без
компенсации усадки, естественно, образуются усадочные
267
раКОвины. Наиболее правильным является построение фор-
мы, изображенной па рис. 3-76,6.
При конструировании форм с периодическим охлажде-
нием для деталей сложной конфигурации необходимо пре-
дусматривать увеличенную толщину стенки формы в наи-
более массивных, толстых местах отливки и тонкие стенки
Рис. 3-76. Выбор конфигурации литейных форм с периодическим
охлаждением.
а, б — правильно; в, г, д—неправильно.
в малых сечениях отливки. Однако обычно при конструи-
ровании такого рода форм это правило не учитывается,
так как наружная конфигурация формы принимается наи-
простейшая (цилиндр и т. п.), что приводит к появлению
дефектов в отливке.
На рис. 3-77 приведены примеры правильного и непра-
вильного выбора конструкции формы с точки зрения ра-
ционального охлаждения отливки.
268
Для создания направленного охлаждения в формах
с непрерывным (жидкостным) охлаждением (сверху вниз,
к литнику) в местах, требующих интенсивного охлажде-
ния (большие селения отливки, верхняя часть формы
и т. д'.), предусматриваются камеры для циркуляции
охлаждающей жидкости. Для создания плавного перепа-
да температуры ню высоте формы стенки охлаждающей
камеры делают различной толщины: более тонкие—там, где
требуется более интенсивное охлаждение, и, наоборот, бо-
и) Ф
Рис. 3-77. Пример выбора конструкции формы с
периодическим охлаждением.
a—правильно; б —неправильно.
лее толстые,—где температура формы должна быть выше.
Неправильное расположение камер охлаждения приводит
к еще более резкому ухудшению качества отливки, чем
у форм периодического охлаждения. На рис. 3-78 приве-
дены примеры правильного и неправильного расположе-
ния и конструкции камер охлаждения.
Во всех случаях принудительное охлаждение целесо-
образно давать не только корпусу формы, но и всем осталь-
ным элементам формы, в частности, оформляющим отвер-
стия стержням. Типовые решения конструкции камер
охлаждения в стержнях показаны на рис. 3-79.
269
В целях анализа правильности построения системы
охлаждения формы для отливки заданной конфигурации
можно рекомендовать графическое построение схем отвер-
девания по принципу, изложенному в § 3-2.
Система вентиляции (воздушные кана-
лы). Для выхода воздуха из полостей формы при заполне-
нии се шликером в конструкции формы должны быть преду-
смотрены каналы (система вентиляции), по которым вы-
тесняемый воздух мог бы беапрепятственно удаляться. От-
сутствие воздушных каналов или их неправильное распо-
ложение приводит к неполноценному заполнению формы,
уменьшает скорость движения шликера в форме, изменяет
механизм заполнения и приводит к
появлению ряда дефектов в отливке.
Рис. 3-78. Конструкция камеры ох- Рис. 3-79. Охлаж-
лаждения формы. дение стержней.
Для обеспечения свободного удаления воздуха из фор-
мы воздушные каналы должны предусматриваться во всех
элементах формы, где могут при ее заполнении шликером
образовываться воздушные мешки. Как правило, воздуш-
ные каналы следует располагать в наивысших от литника
точках заполняемой формы', в местах слияния потоков
шликера и в местах пересечения двух или нескольких пло-
скостей, образующих конфигурацию отливок, а также вни-
зу формы для выхода воздуха в случаях заполнения фор-
мы сверху вниз. На рис. 3-80 приведены примеры правиль-
ного й неправильного расположения воздушных каналов.
Обычно в качестве воздушных каналов используются
зазоры в местах разъема и сочленения деталей формы.
Для облегчения выхода воздуха в этих местах целесооб-
разно предусматривать специальные проточки, лыски и ка-
навки. При этом следует учитывать, что чрезмерно боль-
шие воздушные каналы будут заполняться шликером, а по-
тому размеры канавок следует ограничивать, допуская от-
270
крытые в камеру формы зазоры не более 0,1 мм. Увеличе-
ния проходного сечения воздушных каналов три необходи-
мости следует достигать увеличением числа каналов, а не
за счет увеличения их размеров.
На рис. 3-81 приведен пример расположения воздушных
каналов в форме для отливки трубки. Аналогичные реше-
ния могут применяться для ряда других случаев (форм для
плоских деталей и т. in.).
Наряду с необходимостью обеспечения выхода воздуха
при заполнении формы шликером в конструкции формы не-
а) б)
Рис. 3-80. Расположение воздушных каналов 1 в литейной
форме.
В полости 2 образуется „воздушный мешок" и получается недолив.
а — правильно; б— неправильно.
обходимо также предусматривать доступ воздуха в соот-
ветствующие места отливки для обеспечения ее выемки
из формы без деформаций и поломки. Так, например, при
отливке каркаса катушки индуктивности с глухим дном
(рис. 3-82) съем отливки со стержня, оформляющего отвер-
стие, без деформации или разрушения дна ее (при
0>25 мм) практически невозможен. Это объясняется тем,
что оформляющий стержень при его выемке из отливки
действует как поршень (отливка в этом случае является
герметичным цилиндром) и между торцом стержня и дном
отливки образуется вакуум, дно втягивается внутрь, дефор-
мируется и разрушается. Для устранения этого явления
необходимо предусматривать воздушные каналы, обеспе-
чивающие доступ воздуха в место стыка торца стержня
с дном отливки. На рис. 3-82 показан типовой пример кон-
структивного решения этого вопроса. В приведенной кон-
271
Современные представления о механизме процессов крист
лизании в результате выделения новой фазы из пересыщени ’
растворов fl8] позволяют объяснить общее резкое ускореи’’*
этих процессов при предельном вибрировании на всех стадиях *
Ускорение растворения исходной твердой фазы является СЛе
снимем новыпюния скорости конвективного отвода продуктов
творения в объем ш начальной -стадии, протекающей <под диффуэв*
онным контролем; устранения диффузного -слоя из растворенное
вещества вблизи «поверхности исходной фазы; увеличения истин°
ной «поверхности -контакта твердой и жидкой фаз и ускорения «рас-
пада молекулярночплотных агрегатов; -некоторого ткюыше^К твм"
пературы среды, а значит, (повышения (вероятности отрыва частиц
исходной фазы -в -ра-створ, снижения «вязкости дисперсионной сре-
ды it роста коэффициента диффузии.
Ускорение выделения зародышей новой фаты связано «с увели-
чением вероятности начала этого процесса три «меньших Пересы,
тениях и вместе с тем снижением работы зародышеобразования
(при одиовремен-ном уменьшении среднего «размера зародышей.
Возникновение и рост кристаллов — следующая стадия «крис-
талл та шюнного с грук(урообразован-ия. Если этот «процесс (Проте-
кает вначале под диффузионным контролем, то факторы, способ-
ствующие ускорению «растворения исходной фазы при -вибрации,
вместе с тем «предопределяют ги ускорение роста «кристалле®.
Срастание кристаллов и образование кристаллического срост-
ка после прекращения вибрации облетается вследствие того, что
в результате «воздействия вибрации (возрастает вероятность горе-
одоления энергетического барьера [22. 23[ и сближения растущих
(кристаллов «на расстояние б.тижней коагуляции, без чел о не обес-
печиваются условия для образова«ния прочного кристаллического
сростка [18[. В гл VI это было «показано на примере коагуляци-
онных структур.
РИС. 99.
Кинетика нэменкаия величины каравеерного пика (Н, кип С.Х процессе «го растерев»»
воде (W г=(| по данным фазового ранТГеноструктурною яваив»:
/ — при смешении отсутсткая кабрации; 2 — при кабрацнонцом снешеняк: /-1С’ «М-®
в течение S мни.
вследствие весьма быстрого и предельно
однородного распределения фаз и максимального разлития актив-
ной поверхности раздела между ними в самом начале процесса
резко уменьшается разновременность в кинетике протекания всех
основных стадий кристаллизационного структурообразования в
микро- и макрообъемах дисперсной системы. Вследствие этого
» размытость* процесса коагуляционно-кристаллизационного струк-
турообразопания в пространствещю-времснном отношении суще-
ственно 'уменьшается, что подтверждается, в частности, кинетикой
роста предельного напряжения сдвига Рм (пластической прочно-
сти! во времени / (рис. 100).
В индукционном периоде (периоде формирования структуры)
пластическая прочность контрольного образца, не подвергнутого
воздействию вибрации, выше и растет во времени с большей ско-
ростью, чем у образца, подвергнутого вибрации (см. рис. 100,
кривая /).
Повышение однородности распределения дисперсных фаз и су-
щественные изменения в Процессе гидратации в результате виб-
рации приводят к устранению характерной для иевибрированных
образцов разновременности в кинетике гидратации в периоде фор-
мирования структуры. Вместе с тем у вибрированных образцов
в периоде упрочнения обнаруживается резкое ускорение кристал-
лизационного структурообразования, что подтверждается кинети-
кой изменения пластической прочности образца (см. рис. 100, кри-
вая 2).
Еще более существенным образом влияет на кинетику процес-
са коагуляционно-кристаллизационного структурообразования со-
четание вибрации с введением поверхностно-активных веществ. Это
можно проиллюстрировать данными, приведенными на рис. 101 н
характеризующими кинетику гидратации СЯА в присутствии доба-
вок лигносульфонатов кальция и оксиэтилированного алкилфенола
ото.
На рис. 101 наряду с кинетическими кривыми объемного роста
новообразовании, т. е. степени гидратации, качественно показано
уменьшение во времени величины аналитического дифракционно-
го лика, соответствующего исходной твердой фазе.
Отличительная особенность кинетики гидратации С3А в при-
сутствии ПАВ (см. рис. 101) состоит в том, чго с начала взаи-
модействия твердой фазы с водой до 3 ч скорость гидратации си-
272
струкции доступ воздуха обеспечивается .путем извлечения
вспомогательного стержня А.
Возможно также создание в аналогичных случаях по-
стоянных воздушных каналов, что в ряде случаев конст-
руктивно проще.
Система съема отливки. Одной из отличитель-
ных особенностей эксплуатации форм для горячего литья
по сравнению с пресс-форма-
ми является необходимость
Рис. 3-81. Расположение воз-
душных каналов 1 в форме
для литья трубки.
Рис. 3-82. Каркас катуш-
ки индуктивности с „глу-
хим” дном.
в относительно незначительных усилиях для извлечения
изделия из формы. В результате этого разборка литейных
форм и выемка деталей из них производятся вручную или
съемниками, установленными непосредственно на форме.
Для обеспечения возможности съема отливки все фор-
мы, как правило, делаются разъемными.
Выбор плоскости (плоскостей) разъема формы произ-
водится в зависимости от конфигурации изделия. Плоско-
сти разъема могут выбираться перпендикулярно, парал-
лельно оси или на оси изделия; -смешанные (перпендику-
лярно и параллельно), по криволинейным и другим слож-
ным поверхностям.
272
Типовые схемы конструкции форм но этим вариантам
приведены на рис. 3-83—3-85. Основными являются первые
дна варианта.
Следует отдавать пред-
почтение разъему в плоско-
сти, перпендикулярной оси
изделия и совпадающей с од-
ной из плоскостей изделия
(рис. 3-83), так как это уп-
рощает конструкцию формы,
технологию ее изготовления
и обслуживание.
Разъем в плоскости, сов-
падающей с осью изделия
Рис. 3-84. Форма с
плоскостью разъема,
проходящей через ось
изделия.
Рис. 3-83. Форма
с плоскостью
разъема, перпенди-
кулярной оси изде-
лия.
(рис. 3-84), менее желателен в связи с тем, что на поверх-
ности изделия получаются два небольших продольных сле-
да по месту стыка двух половинок формы и изготовление
таких форм значительно сложнее. Однако для изделий ти-
Да, приведенного на рис. 3-84, и многих резьбовых изде-
лий такая плоскость разъема является единственно воз-
можной. -
18 II. О. Грибовский. 273
Для форм с плоскостью разъема, параллельной оси
изделия, обязательно наличие замка для скрепления двух
половин формы. При наличии смешанных (сочетание
перпендикулярной и параллельной плоскостей) плоскостей
разъема формы (рис. 3-85) роль замка обычно выполняет-
ся деталями корпуса, имеющими перпендикулярную оси
Рис. 3-85. Форма
со смешанными
плоскостями
разъема.
изделия плоскость разъема.
При конструировании форм и выборе
системы разборки формы и выемки от-
ливки следует учитывать, что шликер
при отвердевании уменьшается в объеме
(дает усадку). В результате этого после
охлаждения шликера в форме отливка
плотно садится на стержни и отстает от
стенок формы; при наличии в форме
уступов отливка плотно прижимается к
бортам уступа и т. д., так как усадка
протекает к центру отливки.
Это обстоятельство следует учитывать
при выборе конструкции съемника и
устанавливать съемник с расчетом на
съем детали со штырей, а не для вытал-
кивания ее из корпуса формы.
В некоторых случаях формы для
литья можно конструировать, не преду-
сматривая специального съемника. Так,
например, для ряда малогабаритных из-
делий можно ограничиться съемом от-
ливки со стержня вручную. Однако' в по-
давляющем большинстве случаев в кон-
струкции формы необходимо предусмат-
ривать специальные устройства (съемни-
ки) для съема и выталкивания отливки
из форм.
По принципу действия съемники для
ручных форм подразделяются на съемни-
ки прямого действия, винтовые, эксцентриковые и рычаж-
ные. В стационарных формах съемники действуют от ме-
ханизма перемещения формы.
На рис. 3-86 приведены типовые решения конструкций
съемников перечисленных типов.
Наиболее удобным и высокопроизводительным явля-
ется рычажный съемник, который следует применять во
всех случаях, где это представляется возможным.
18*
275
В настоящее бремя очень часто на производстве при
меняются ручные съемники тина, приведенного на
рис. 3-87. Разборка формы при такой конструкции крайне
неудобна, требует применения дополнительного инструмен-
та для перемещения съемника и резко понижает произво-
Рис. 3-87. Форма, требующая для разбор-
ки применения специальных пластин А.
дительность труда. Также
съемника, приведенная на
нерациональна
ния для
разборки
рис.
3-88,
формы специальных
требующая
констру
кция
прим
ене-
выталкивате
(Л и Б), а в ряде случаев установки ручного пресса для
распрсссовки.
Рис. 3-88. Форма, требующая для разборки спе-
циальных выталкивателей А и Б.
Обычно производительность труда при горячем литье
под давлением определяется не машинным временем, ко-
торое весьма невелико, а вспомогательным, т. е. време-
нем, уходящим на разборку формы, выемку отливки, сбор-
ку и подготовку формы к работе и т. п. Вспомогательное
время, как правило, в несколько раз больше машинного
времени, а при нерациональной конструкции формы —
в 30—40 раз.
276
В связи с этим особое значение приобретает решение
конструкции формы с точки зрения обеспечения удобства,
простоты и высокой (производительности при разборке
формы и выемке из нее отливки. Основным путем реше-
ния этой задачи являются ограничение до минимума ко-
личества составных частей (2—3 части), на которые раз-
бирается форма для извлечения из
рациональной быстродействующей
конструкции съемника. С этой
целью следует блокировать стерж-
ни, оформляющие отверстия, на
объединяющем пуансонодержателе,
а также по возможности сблокиро-
вать стержень и корпус формы и т. д.
На рис, 3-89—3-91 приведены
примеры решения конструкции
форм с обеспечением минимального
времени на их разборку и съем де-
тали.
На рис. 3-89 приведена конструк-
ция ручной одноместной безлитни-
ковой формы периодического ох-
лаждения, в которой съемник-вы-
талкиватель выполнен своеобразно
с учетом конфигурации детали, что
позволяет производить извлечение
отливки, снимая с формы лишь од-
ну деталь 2. Для осуществления вы-
талкивания отливки съемник 3 по-
пее отливки, и выбор
Рис. 3-89. Ручная безлит-
никовая форма с периоди-
ческим охлаждением.
1 — корпус; 2—основание; 3—
съемник; 4— упорные шпнль-
кя; 5—штырь.
ворачивается вокруг своей оси до
совпадения отверстий а с упорными
шпильками 4, а затем, перемещаясь
вдоль шпилек, выталкивает отливку
из формы. Со штыря 5 отливка сни-
мается вручную.
На рис. 3-90 и 3-91 приведены конструкции форм
с разъемом боковых оформляющих штырей. В стационар-
ной форме этот разъем осуществляется с помощью пнев-
матического цилиндра двустороннего действия (рис. 3-90),
раздвигающего оформляющие штыри одновременно в обе
стороны, а в ручной — перемещением планок 5 с боковы-
ми стержнями до упора.
Аналогичных решений может быть неограниченное
число и естественно, что выбор конструкции системы раз-
277
//ff/Java шликрра
Рис. 3-90. Стационарная форма,
траверса; 2—кронштейн литейной машины; 3—стержень; 4— Съемник; 5~корпус; 6~боковые стержни.
борки формы и выемки
отливки должен произ-
водиться (применитель-
но к конкретной дета-
ли, но с учетом основ-
ных положений, выска-
занных выше.
Размеры фор-
мы. При конструиро-
вании форм для горя-
чего литья керамиче-
ских изделий весьма
существенным вопро-
сом является правиль-
ный расчет рабочих
размеров формы.
Рабочими размера-
ми формы называются
размеры внутренней
(рабочей) полости
формы и знаков (шты-
рей), определяющие
конфигурацию и разме-
ры отливки.
Рабочие размеры
формы устанавливают-
ся на основе рабочего
чертежа на отливаемое
керамическое изделие
путем пересчета всех
размеров изделий на
размеры, учитывающие
усадку, претерпевае-
мую отливкой при об-
жиге. Пересчет произ-
водится умножением
всех размеров изделия,
Кроме угловых, на уса-
дочный коэффициент,
установленный для
шликера, из которого
производится отливка.
Усадочный коэффи-
циент определяется
Рис. 3-91. Ручная многоместная форма.
/ — поддон; 2 — литниковая планка; 3~корпус;
4—рамка; 5—планка со стержнями; 6—пуансо-
иодержатель с пуансонами; 7 и 8 — колонки.
279
экспериментально на основе измерения большой партии!
образцов после обжига из соотношения ;
д
(3-13)'
о i
где kQ — усадочный коэффициент; :
Ап — размер отливки (полуфабриката) до обжига, опре-|
деляемый по чертежу или измерением литейной;
формы, мм',
Ло—размер изделия после обжига, мм. ;
Усадочный коэффициент и величина огневой усадки ДГ
[формула (3-8)] связаны между собой следующим соотноше-
нием:
ъ — 100
«о юо —д/ ‘
Пользуясь чертежом изделия и усадочным коэффи-
циентом, разрабатывают чертеж отливки (полуфабри-
ката) .
Рабочий чертеж отливки разрабатывается с учетом
следующих положений:
1) конфигурация изделия не изменяется при обжиге
(т. с. в результате усадок), и, следовательно, конфигура-.
ция полуфабриката должна соответствовать чертежу из-.,
делил; ]
2) все размеры изделия должны быть в полуфабрикат
те увеличены путем умножения на соответствующий уса-
дочный коэффициент (угловые размеры не изменяются);
3) в чертеже полуфабриката должны быть предусмот-
рены необходимые припуски на дальнейшую обработку
детали (механическую обработку полуфабриката и шли-
фовку обожженного изделия) и установлены форма, место
расположения и размеры литника;
4) в чертеже полуфабриката на всех размерах, огра-
ниченных в чертеже изделия допусками на изготовление,
должны быть также проставлены допуски, которыми опре-
деляется, в частности, точность изготовления форм.
В чертежах керамических изделий весьма часто встре-
чаются допуски на размеры произвольной величины с дву-
+<),5
сторонними отклонениями, например: 2СИ°>3,4О~0,2 и т. п.
Выполнение керамических деталей с такими отклонениями
не всегда обеспечивает возможность их сопряжения с дру-
гими деталями (например, металлическими, поэтому цеоб-
280
BP’’’’'
кодимо применять, где это возможно, допуски на керами-
ческие изделия по системе, принятой в машиностроении
(ГОСТ на допуски и посадки). В целях первого (прибли-
жения к этой системе целесообразно все допуски на раз-
меры керамических деталей приводить к односторонним
отклонениям (в тело детали) путем пересчета с измене-
нием номинала (например: 20—°’3 для вала заменить на
4-Э 5
20,3 °'С или для отверстия на 19,7+0’6; размер 40“ для
вала изменить на 40,5—°’7, для отверстия—на 39,8+0'5
и т. д.).
Припуски на механическую обработку полуфабриката
следует прибавлять к рассчитанным таким образом разме-
рам полуфабриката; припуски на шлифовку обожженного
изделия следует прибавлять к размерам обожженного из-
делия с последующим пересчетом установленного размера
на размеры полуфабриката.
При разработке рабочего чертежа на отливку следует
обратить особое внимание на использование правильно
установленного усадочного коэффициента.
Правильно установленным следует считать усадочный
коэффициент, который характеризует нижний предел
усадки (наименьшую усадку) в обжиге, свойственный
данному материалу.
Известно, что огневая усадка при обжиге изделий ко-
леблется в определенных пределах .за счет неизбежных
технологических погрешностей (колебания количества
связки в шликере, колебания удельного веса порошка
и т, д.). В связи с этим при экспериментальном определе-
нии усадочного коэффициента его величина колеблется
от образца к образцу в большей или меньшей мере в за-
висимости от точности соблюдения технологии.
При обработке полученных результатов определения
Усадочного коэффициента величина его должна опреде-
ляться не как среднее арифметическое число. В качестве
усадочного коэффициента должна применяться наимень-
шая величина (за исключением грубых выпадов). В этом
случае усадочный коэффициент будет обеспечивать полу-
чение изделия после обжига с нормальными (в пределах
допуска) размерами при односторонних отклонениях, если
рабочие размеры формы будут устанавливаться следую-
щим образом. За исходную величину для расчета размера
формы должен приниматься максимальный размер с уче-
том допустимых отклонений (так, например, при размере
28!
вала 40 9,5 за исходную величину следует принимать 40 льч'
при размере отверстия 40 '°'5 мм за исходную величину сле-
дует принимать 40,5 мм и т. д.).
Допуски на изготовление и износ формы должны уста-
и не
навливаться за счет допуска
изготовление
изделия
Рис. 3-92. Схема расположения полей допусков изделия и формы.
должны (в сумме) превышать 73 значения допуска на из-
готовление изделия.
Как правило, рабочие размеры формы должны регла-
ментироваться допусками не ниже 3-го класса точности.
На рис. 3-92 приведена схема расположения полей до-
пусков изделия и формы.
282
При установлении допусков па размеры формы следует
учитывать, что наиболее изнашиваемой частью формы яв-
ляется стержень, так как отливка плотно «садится» на него,
и, следовательно, допуск на износ у стержней необходимо
предусматривать наибольший возможный (в ряде случаев
даже за счет ужесточения допуска на его изготовление).
Весьма целесообразно также на оформляющих стержнях
предусматривает небольшую конусность (в пределах поля
допуска на их изготовление), которая резко облегчает
съем отливки и уменьшает износ стержней.
Наряду с установлением рабочих размеров большое
практическое значение имеет выбор габаритных размеров
формы. Габаритные размеры формы предопределяются
в основном размерами отливаемого изделия и конструк-
тивными элементами формы (толщина стенок, размер ка-
меры охлаждения и т. п.). Наряду с этим при выборе га-
баритных размеров формы необходимо придерживаться
следующих основных правил.
Диаметр или ширина и длина формы должны выби-
раться с таким расчетом, чтобы площадь контакта ниж-
ней поверхности формы с поверхностью стола литейной
машины была достаточной для надежного предохране-
ния от прорыва шликера. Практически целесообразно,
чтобы наружный диаметр формы превышал на 20—25 мм
и больше диаметр питающего отверстия. Кроме того, в
конструкции формы целесообразно предусматривать упо-
ры для центрирования формы относительно питающего
отверстия.
Высоту .форм следует выбирать, придерживаясь посто-
янных величии с интервалом 30 льи: 60—90—120—150—
180—210 мм и т. д. Соблюдение этого правила приносит
большую пользу в производстве, так как наличие форм
с одинаковой высотой позволяет применять в работе одно-
временно 2—3 формы для различных деталей, что повы-
шает производительность труда, особенно при работе на
формах с периодическим охлаждением и в условиях мел-
косерийного и серийного производства.
Материал для изготовления формы. Основ-
ными материалами для изготовления литейных форм яв-
ляются углеродистые и легированные инструментальные
стали. Применение инструментальных сталей (X, ХВГ
11 т. п.) и соответствующей термической обработки обеспе-
чивает высокую износоустойчивость литейных форм и на-
дежность их в работе.
283
Однако в некоторых случаях допустимо и целесообраз
но применение других материалов для изготовления форм
Так, например, для изготовления крупногабаритных изде'
лий в целях уменьшения веса формы целесообразно изго
товлять из сплавов алюминия (дюралюминия и т. д.). Ино-
гда для выпуска небольших партий изделий (50—200 шт.]
в целях уменьшения стоимости изготовления также целе
сообразно изготовлять формы из дюралюминия. Однак<
несомненно, что при этом качество формы и в первую оче
редь износостойкость существенно снижаются.
В случаях изготовления литейных форм сложной кон
фигурации с применением химических и электромеханиче
ских методов (травление, гальванопластика и т. п.), как
например, форм для художественного литья или для литы
плат для печатного монтажа и т. п., в качестве материал*
для формы могут применяться цинк, медь, латунь и други*
цветные металлы.
Для отливки разовых заготовок простейшей формь
в отдельных случаях могут применяться любые вспомога
тельные материалы: гипс, дерево, бумага, пластмассь
и т. п.
Особо следует отметить возможность применения в КЭ'
честве материала для изготовления литейных форм резины
Резиновые формы (или элементы формы) обеспечиваю!
получение высокой чистоты поверхности отливки и создаю!
возможность отливки ряда сложных деталей без следов от
линий разъема. Пример конструкции формы с использова
нием резины приведен на рис. 3-93.
Форма представляет собой обычную конструкцию, за
исключением матрицы, у которой в рабочей зоне стенки
выполнены из резины. Резиновая камера снаружи запол
цена водой или маслом. При литье в форму резиновая зо
на не прогибается наружу под давлением литейного гилм
кера благодаря созданию снаружи камеры равного проти
водавления. После заливки формы и сброса давления от
ливка извлекается из формы вместе с пуансоном 1.
При конструировании форм с непрерывным охлажде
нием в целях предохранения их от коррозии вследствие не'
прерывного контакта с водой ,необходимо предусматривать
антикоррозийные покрытия всех поверхностей, соприкасаю
щихся с водой (камер охлаждения).
Весьма целесообразно также предусматривать хроми-
рование рабочих поверхностей формы, что повышает их из-
носостойкость и стойкость против коррозии.
284
Принципы выбора конструкции формы.
Конструированию формы должна предшествовать прора-
ботка конструкции отливки (полуфабриката) в отношении
ее технологичности.
Выбор той или иной конструкции формы производится
в зависимости от характера производства и типа изготов-
ляемой детали.
Наиболее приемлемыми и экономически целесообразны-
ми для опытного и мелкосерийного производства являются
одноместные ручные формы периодического охлаждения.
Рис. 3-93. Ручная безлитниковая форма с резиновой матрицей.
а—форма до заливки; б—форма в момент заливки; в — отливка; /—пуансон; 2—
втулка с резиновой обоймой; 3 — поддон; 4 — сильфон.
Однако в ряде случаев для обеспечения необходимого
качества изделий целесообразно применять также формы
с непрерывным охлаждением.
При серийном производстве в зависимости от объема
серии целесообразно применять как ручные, так и стацио-
нарные формы. В большинстве случаев при серийном про-
изводстве следует отдавать предпочтение формам с непре-
рывным охлаждением и многоместным.
При крупносерийном и массовом производстве наиболее
Рациональным является применение стационарных много-
местных форм с непрерывным охлаждением. Более слож-
ная конструкция и относительно высокая стоимость изго-
285
товления таких форм с. лихвой окупаются повышенной про- 1
изводителыюстыо и стабильностью качества деталей, 1
Для сравнения приведем средние данные производи-1
тельности труда при работе на формах различных типов <
(при отливке детали одинаковой конфигурации) с толщи- )
ной стенки 3 мм: ручная одноместная форма с периодиче- (
ским охлаждением — от 40 до 150 шт!ч\ ручная многоме-
стная (10 гнезд) периодического охлаждения — от 300 до
1 000 шт!ч-, стационарная многоместная (10 гнезд) непре-
рывного охлаждения — от 600 до 4 000 шт/ч.
Выбор конструкции формы зависит от конфигурации и
размеров детали. Детали можно подразделить па три груп-
пы: мало,- средне- и крупногабаритные.
Рис. 3-94. Типовые конфигурации керамических деталей.
К малогабаритным относятся детали с толщиной стенки
до 10—12 мм и габаритами до 50X50X150 мм.
К среднегабаритным — детали с толщиной стенки от 10
до 30 мм и габаритами до 200X200X400 мм.
Изделия с большей толщиной стенки и больших габари-
тов относятся к группе крупногабаритных.
По характеру конфигурации все детали можно подраз-
делить на 7 классов, предопределяющих конструктивные
особенности литейных форм (рис. 3-94):
1) тела вращения без отверстий или с отверстиями, оси
которых параллельны оси изделия, без уступов или с од-
носторонними уступами как в отверстиях, так и по наруж-
ному контуру;
2) то же с двусторонними уступами;
3) то же с поднутрениями, кольцевыми пазами, рифле-
нием, резьбами и т. п.;
286
4) то же с радиальными и наклонными к оси изделия-
огверстиями;
5) плоские детали с отверстиями и пазами, оси которых
перпендикулярны (плоскости основания;
6) плоские детали, имеющие отверстия и пазы, оси ко-
торых не параллельны или пересекаются;
7) .сложные фасонные детали, не подходящие под опре-
деления, приведенные в вышеуказанных классах.
Все перечисленные классы относятся ко всем трем
группам габаритов деталей.
Выбор конструкции формы для детали того или иного
класса можно производить на основе следующих рекомен-
даций;
для деталей 1-го класса — вертикальные формы с не-
разъемными корпусами;
для деталей 2-го класса — вертикальные формы с плос-
костью разъема корпуса, препендикулярной оси изделия;
для деталей 3-го класса — горизонтальные формы
с плоскостью разъема корпуса, проходящей через ось
изделия;
для деталей 4-го класса — вертикальные формы с до-
бавочными боковыми вставками и штырями;
для деталей 5-го класса — формы со сблокированными
штырями;
для деталей 6-го класса — вертикальные формы
с взаимно-перпендикулярными вставками и стержнями.
При выборе конструкции формы в зависимости от типа
детали необходимо также учитывать следующее.
Для среднегабаритных и толстостенных изделий, как
правило, целесообразно применять формы с непрерывным
охлаждением.
Во всех возможных случаях следует выбирать простей-
шие плоскости разъема формы (с неразъемным корпусом
или с разъемом в плоскости, перпендикулярной оси изде-
лия).
Во всех случаях следует стремиться к выбору верти-
кального расположения изделия в форме (горизонтальное
положение выбирать только в крайних случаях), так как
пРи горизонтальном расположении детали усложняются
конструкции формы и ее разборка, а также снижается
точность геометрической формы изделия за счет возмож-
ной поводки в обжиге.
Многоместные формы наиболее рационально приме-
287
пять при малых габаритах деталей и большом объеме
производства.
Во всех случаях, где это допускается конструкцией де-
тали, следует выбирать безлитниковые формы.
Примеры типовых решений конструкций форм
Бесконечное многообразие деталей и соответственно воз-
можных конструкций литейных форм не позволяет дать
исчерпывающие рекомендации по всем вопросам конструи-
рования. Поэтому представляется целесообразным рассмо-
треть несколько реальных конструкций литейных форм, ко-
торые могут служить примером типового решения для ие-
Рис. 3-95. Ручные одноместные формы для литья стандартных образцов,
а —форма для литья стержней: / — корпус; 2 — рубашка; ,3—пробка; 4 — штуцер; б —
форма для литья диска: / — крышка; 2—основание; 3 — матрица; 4—колонка; 5 — за-
мок; 6—винт.
которых классов деталей. Пользуясь приведенными реше-
ниями конструкции и только несколько видоизменяя их
в соответствии с заданным рабочим чертежом и конфигу-
рацией отливаемого изделия, конструктор может достаточ-
но уверенно разрабатывать рабочие чертежи на литейные
формы.
На рис. 3-95 приведены общие виды простейших ручных
литейных форм для литья стандартных образцов (диска
и стержня).
288
На рис. 3-96 приведена конструкция ручной формы для
литья деталей 4-го класса. Конструкция формы выполне-
на по типу безлитниковой и работает следующим обра-
зом. После заливки формы шликером боковые вставки 5,
представляющие собой пуансоно держатели со штырями,
вручную раздвигаются в стороны до упора. Этим осво-
бождается стержень 1, который давлением прижима вы-
давливает избыток шликера в литниковое отверстие. От-
ливка извлекается из формы со стержнем 1, с которого
она затем снимается вручную с-помощью съемника 2.
Рис. 3-96. Ручная одноместная форма для литья
каркаса катушки.
1 —Стержень; 2~ съемник; 3—поддон; 4—корпус; 5 —боковой
пуаисонодержатель; 6 — срез литника.
Своеобразное решение конструкции ручной формы для
литья детали сложной конфигурации (ребристая катушка)
приведено на рис. 3-97. Как видно из рисунка, извлечение
отливки обеспечивается поворотом матрицы 5 до совпаде-
ния выступов отливки с пазами в корпусе 3 и осущест-
вляется путем вертикального ее перемещения вместе
с оформляющим стержнем 1 вдоль пазов.
Типовые конструкции форм приведены на следующих
Рисунках: для литья ламповой панели — рис. 3-98, для
литья катушки индуктивности — рис. 3-99 и для литья
Установочной платы — рис. 3-100.
19 П. о. Грибовский. осп
Рис. 3-97. Безлитниковая форма для литья ребристой катушки.
1 — оформаякгцнй стержень; 2 — крышка; 3 — корпус; 4 —основание; 5 —мат-
рица.
Рис. 3-98. Безлитниковая форма для литья ламповой
панели.
1 — поддон; 2— корпус с рычагами; 5—-стержень.
Рис. 3-99, Безлитниковая форма для ли-
тья катушки с резьбой.
/ — поддон; 2— разъемный корпус; 3— пуансоно-
держатель с пуансонами; 4— крышка с цент-
ральным стержнем.
1 — плита;
19*
Рис. 3-100. Без л итниковая форма для литья платы.
2— поддон; 3 — корпус; 4 — съемник; 5 —пуансонодержатель;
ральпый пуансон.
6— цент-
Зскиз отливки
Рис. 3-101. Форма для литья втулки
с резьбой.
1 — корпус; 2 —вкладыш; 3 —стержень.
Рис. 3-102. Ручная одноместная форма с непрерывным
охлаждением.
/ — эксцентрик; 2 —ось эксцентрика; 3 — центральный стержень;
4—оформляющий стержень; 5—съемник; 6—верхняя половина
корпуса; 7 —нижняя половина корпуса; в —штуцер.
При изготовлении деталей с резьбовыми отверстиями
стержни, оформляющие резьбу в отверстиях, после охлаж-
дения1 отливки в форме вывертываются из получившихся
резьбовых отверстий, а затем отливка извлекается из фор-
мы. Пример конструкции формы для литья детали с вну-
тренней резьбой приведен на рис. 3-101.
Следует отметить, что во избежание деформации резь-
бы отливки конструкция предусматривает вывертывание
стержня 3 с принудительным шагом.
Рис. 3-103. Безлитниковая форма с боковым перекрытием
литника.
/ — стержень; 2 —пуансокодержатель; <? — съемник; 4 — колонки; 5—ры-
чаги съемника; 6—матрица; 7—основание.
Конструкция ручной одноместной формы с непрерыв-
ным охлаждением приведена на рис. 3-102. Охлаждение
дается как корпусу, так и стержню формы. Для извлече-
ния детали предусмотрен эксцентриковый съемник. Сле-
дует обратить внимание на 'конструкцию центрального
стержня 2, предусмотренного для обеспечения доступа воз-
духа в дно оформляющего стержня 4 при съемке отлив-
ки. Как видно из .рисунка, стержень 2 подвешен на оси
эксцентрика. При повороте эксцентрика обеспечивается
сначала подъем центрального стержня на 2—3 мм и лишь
затем эксцентрик начинает съем детали.
Па рис. 3-103 приведена конструкция ручной безлит-
никовой формы. Эта конструкция представляет интерес
293
в связи с тем, что в ней показано принципиальное реше-
ние конструкции многоместной формы для безлитникового
литья. Обычно перекрытие литникового отверстия у без-
литниковых форм осуществляется за счет перемещения
одного или нескольких стержней, оформляющих отверстия
Рис. 3-104. Стационарная одноместная безлитниковая
форма.
7—корпус; 2 —съемник; .9 —крышка питателя; 4 — поддон; 5 —шту-
цер; 6—станина полуавтомата; 7—колонка; 8 — контргайка; 9—
болт; 10, 11 — упорные гайки; 12— колонка; 13— болт; 14—стер-
жень; 15 — гайка; 16— траверса; 17—пружина; 18— шток для
срезки литника; 19— фиксатор.
в детали. В случае отсутствия отверстий в детали или не-
достаточного их размера стержень, перекрывающий лит-
никовое отверстие, располагается вдоль боковой поверх-
ности отливки. В приведенной на рис. 3-103 конструкции
294
формы стержень перекрывает литник не у одной детали,
а сразу у двух, так как форма двухместная.
В дополнение к ранее приведенным типовым конструк-
циям форм на рис. 3-104 приведен общий вид стационар-
ной формы, которая также может рассматриваться как
типовая.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
термическая обработка
4-1. ОСНОВЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛИТЫХ
КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
а) Основные задачи и сущность про-
цесса. Целью термической обработки керамического
полуфабриката (отливки) является объединение частиц
порошка в монолитный поликристаллический сросток (си-
стему), обладающий свойствами, близкими к свойствам
частиц порошка материала. Этот процесс объединения ча-
стиц обычно называется спеканием.
Процесс спекания протекает при достаточно высоких
температурах (несколько ниже температуры плавления),
обеспечивающих взаимодействие в точках контактов меж-
ду частицами порошка.
В зависимости от состава и свойств полуфабриката,
а также условий термической обработки (газовая среда,
давление, температура, время) может существенно изме-
няться характер явлений, протекающих в процессе терми-
ческой обработки.
Общими явлениями для всех случаев термической об-
работки керамических полуфабрикатов можно считать:
удаление технологической связки, уменьшение поверхност-
ной энергии в системе, уплотнение и упрочнение изделия,
а также уменьшение его объема. Весь процесс термиче-
ской обработки состоит из двух этапов: 1) удаление тех-
нологической связки и 2) спекание.
Первый этап протекает при температурах плавления и
испарения технологической связки и заканчивается при
температурах__.начала спекания частиц порошка.
Второй этап протекает от температур начала опекания
До температур, обеспечивающих завершение процесса спе-
кания частиц порошка, находящихся в полуфабрикате,
в плотный монолитный материал.
В -телнолоЕии..горяи.ег.о литья первый этап требует осо-
бых методов осуществления, . так . как термопластичные
295
свойства полуфабриката (литейной системы) обусловлива-
ют возможность размягчения (плавления) и деформации
полуфабриката при нагревании. . Осуществление,. этапов
удаления.связки спекания может производиться раздель-
но_в.две.операции (двухступенчатая термообработка) или
непрерывно в одну операцию (одноступенчатая термообра-
ботка).
Независимо от того, раздельно или непрерывно ведет-
ся процесс термообработки, общий характер протекающих
па перечисленных этапах явлений сохраняется. Поэтому
каждый этап можно подвергнуть рассмотрению и анализу
раздельно.
б) Удаление технологической связки.
Основной задачей этапа удаления связки является подгсь
тов.ка полуфабриката (отливки) к спеканию. При этом
конфигурация полуфабриката должна сохраняться без
изменений. Удаление связки осуществляется путем нагре-
вания.. полуфабриката. Повышение температуры полу-
фабриката приводит к уменьшению вязкости и механиче"-"
ской прочности, литейной., сдсгемы., И.з КОТО])ОЙ ОН ИЗГОТОВ-”
Д£Щ..Пр|ц.. определенной., температуре механическая проч-
ность и вязкость системы снижаются настолько, _что по^
луфабрикат. .. по д_дей станем силы тяжести ^начинает дефор-
мироваться, и пол^остьк^ расплавляется.
Для. предотвращения деформации полуфабриката при
нагревании необходимо обеспечить такие условия" удале”
ния.связки из полуфабриката, при которых обеспечивает-
ся сохранение его конфигурации при нагревании выше тем-
пературы плавления. Удаление связки может'происходить
путем миграции в. жидком состоянии и испарением.
Испарение технологических связок на основе парафина
начинается при 120—130° С.
Деформация полуфабриката при нагревании в зависи-
мости от свойств литейной системы и размеров полуфабри-
ката обычно начинается при температурах 60—120° С, т. е.
более низких, чем испарение связки. Следовательно, для
предохранения полуфабриката от деформации необходимо
обеспечить на первой стадии процесса удаление связки
в жидком состоянии.
Для отбора связки в жидком состоянии из полуфабри-
ката при его нагревании применяются адсорбенты (мине-
ральные порошки и т. п.)_ При наличии контакта адсор-
бента с поверхностью полуфабриката адсорбент активно
отсасывает на себя появляющуюся при нагревании на по-
296
верхности полуфабриката жидкую связку. Миграция жид-
кой связки в адсорбент .приводит к уменьшению количе-
ства связки в полуфабрикате и возможности дальнейшего
повышения температуры.
Удаление -связки из литого -полуфабриката может произ-
водиться несколькими способами.
Первый способ заключается в том, что .полу-
фабрикат помещается в тонкодисперсный минеральный -по-
рошок, являющийся адсорбентом. Так как полуфабрикат
крутом засыпан порошком и находится в нем как бы -во
взвешенном состоянии, порошок не только адсорбирует
связку, мигрирующую из ’полуфабриката, но и -предохра-
няет последний от деформации при нагревании [Л. 51].
Второй способ осуществляется путем нанесения
па поверхность полуфабриката тонкого -слоя суспензии, со-
стоящей из порошка и той или иной жидкости (например,
керосина с олеиновой кислотой, водных растворов мыла
и т. п.). Нанесенный слой суспензии просушивается. Остав-
шийся после сушки слой порошка является адсорбентом,
отбирающим на себя при нагревании часть связки, мигри-
рующей из полуфабриката [Л. 49].
Третий способ осуществляется путем использо-
вания литейных систем, обладающих вязкостью и предель-
ным напряжением сдвига, обеспечивающими отсутствие де-
формации полуфабриката при нагревании до температуры
начала удаления связки в жидком состоянии. Адсорбен-
том при этом способе является пористая огнеупорная под-
ставка или слой тонкодисперсного порошка, насыпанного
на огнеупорную подставку, на которую устанавливается
полуфабрикат [Л. 67].
При осуществлении любого из перечисленных способов
удаления связки полуфабрикат подвергается нагреву и,
следовательно, явления, протекающие в течение этого про-
цесса, будут для всех трех способов аналогичными.
Литейная система, из которой изготовлен полуфабри-
кат, претерпевает объемные изменения (усадку) при
охлаждении. При нагревании объемные изменения также
имеют место, только протекают в обратном порядке (про-
исходит увеличение объема).
Объемные изменения, имеющие место при -нагревании,
состоят из: 1) расширения системы в твердом состоянии;
2) увеличения объема системы при изменении агрегатного
состояния (переходе из твердого состояния в жидкое);
297
3) расширения в жидком состоянии; 4) расширения при
переходе из жидкого состояния в газообразное.
Объемные изменения на первых трех этапах пто своему
характеру и величине совершенно тождественны объемным
изменениям при охлаждении системы, но обратны по
знаку.
Четвертый этап присущ только процессу удаления
связки,' так как нагрев ведется до температур выше темпе-
ратуры испарения связки.
Значение перечисленных объемных изменений полу-
фабриката при удалении связки весьма велико, так как
они определяют в большой мере результат процесса и
обусловливают выбор рационального режима нагревания.
Неправильный учет влияния объемных изменений при
удалении связки приводит к появлению трещин, вздутий,
расслоений и т. п.
Механизм процесса удаления связки при рассмотрении
бесконечно малого элемента объема полуфабриката мож-
но представить как заключающийся в последовательной
смене объемных изменений и следующих явлений:
1) расширения системы в твердом состоянии при на-
гревании от начальной (комнатной) температуры до тем-
пературы плавления;
2) изменения агрегатного состояния (переход из твер-
дого в жидкое), сопровождающегося увеличением объема
и началом миграции связки в жидком состоянии (при тем-
пературе плавления г“пл);
3) расширения в жидком состоянии и продолжение
процесса миграции связки при нагревании от температу-
ры плавления ^пл до температуры кипения г“кип;
4) перехода технологической связки из жидкого в га-
зообразное состояние (испарение связки) при температуре
выше г“пл;
5) выгорания остатков связки при нагревании вы-
ше ^К1Ш;
6) начала спекания частиц порошка в точках контакта,
сопровождающегося уменьшением объема полуфабриката,
при нагревании до температуры, зависящей от свойств
порошка.
В конечном объеме полуфабриката в зависимости от
его величины и скорости нарастания температур перечис-
ленные явления могут протекать одновременно в различ-
ных элементах объема полуфабриката и с различной ско-
ростью. Однако каждый элемент объема .полуфабриката
298
неизбежно должен пройти все перечисленные стадии. Сле-
довательно, при нагревании полуфабриката в различных
его слоях от поверхности к центру протекают различные
явления, так как разогрев (происходит с поверхности
и в объеме полуфабриката имеет место определен-
ная разность температур. Температура на поверхно-
сти всегда выше температуры внутренних элементов
объема.
Рассмотрим для примера случай удаления связки из по-
луфабриката цилиндрической формы (рис. 4-1), находя-
щегося в тонкодисперсной среде (слое минерального по-
рошка — адсорбента).
При повышении температу-
ры окружающей среды с до-
статочно большой скоростью
(допустим, что за 1—о мин
температура поднята до Дйп =
= 250—300° С) в объеме полу-
фабриката вследствие его
ограниченной теплопроводно-
сти создается значительный
перепад температур. На по-
верхности температура будет
равна ^кип, а в центре i0=25—
30° С. Тогда в промежуточ-
ных слоях (Лг2, ЛЛз, Лт4 Ат5 и
Рис. 4-1. Сечение цилиндриче-
ской отливки.
т. д.) вследствие развития раз-
личных температур будут протекать различные явления и
связанные с ними объемные изменения.
В поверхностном слое в первую очередь закончатся
миграция и испарение связки, что приведет к образова-
нию тонкой твердой корки. В это время во внутренних
слоях начнут протекать только первые этапы разогрева,
связанные с существенным увеличением объема. Расши-
ряющиеся внутренние слои полуфабриката, встретив про-
тиводействие со стороны жесткой наружной корки, будут
ее разрушать (вспучивание и растрескивание поверхност-
ного слоя). В дальнейшем полуфабрикат может быть пол-
ностью разрушен в результате чрезмерно быстрого газооб-
разования во внутренних слоях и противодействия выходу
азов со стороны наружных слоев.
Из этого примера видно, что чрезмерно большая ско-
рость разогрева полуфабриката недопустима. Для обеспе-
чения желательного результата нагревание при удалении
299
связки должно производиться по температурному режиму,
обеспечивающему безболезненное .протекание всех объем-
ных изменений .полуфабриката.
Опасными моментами при нагревании полуфабриката
являются переходы из твердого в жидкое состояние и
из жидкого в газообразное состояние.
Поэтому при'этих температурах целесообразно давать
медленный подъем температур или выдержку для равно-
мерного прогрева всего изделия. При этом, чем больше
толщина стенки изделия, тем меньше должна быть ско-
Рис. 4-2. Типовой график разогрева полу-
фабриката при удалении связки.
—зона плавления отливки; 2 — зона удаления
связки миграцией в жидком состоянии и нс па-
рением; 3 — зона выжигания остатков связки;
4 —зона начальной стадии спекания.
рость подъема темпе-
ратуры или выдержка.
На рис. 4-2 представ-
лена типовая кривая
разогрева полуфабри-
ката при удалении
связки. Эта кривая
имеет 4 характерных
участка:
1) разогрев полу-
фабриката до темпе-
ратуры плавления
(80—100° С) с выдерж-
кой при этой темпера-
туре, достаточной для
прогрева и плавления
детали по всему объ-
ему, и начало удаления
связки в жидком со-
стоянии;
2) удаление связки за счет миграции в жидком состоя-
нии (преобладающей при температурах 100—160° С) и
испарении (при 120—300° С);
3) выжигание остатков связки (300—600° С);
4) разогрев изделия до начала спекания (400—900° С).
Приведенная кривая характеризует изменения темпера-
туры, которые должно претерпевать изделие. Для обеспе-
чения получения такой температурной кривой на изделии
температурный режим в печи должен строиться с учетом
теплопроводности порошка-засыпки, размеров капселя,
толщины слоя засыпки, объема печи и т. д. и может суще-
ственно видоизменяться в части выбора времени выдерж-
ки при каждой данной температуре. Однако основные тем-
пературные участки кривой при этом должны сохраняться.
300
Продолжительность нагрева на каждом из участков
кривой зависит от размеров изделия, свойств литейной си-
стемы, из которой изготовлен полуфабрикат, и метода уда-
ления связки. Влияние этих факторов, установленное в ре-
зультате проведенных исследований, изложено ниже.
в) Спекание. Спекание является основным этапом
керамической технологии, завершающим процесс образо-
вания керамического изделия. Спекание осуществляется
путем нагревания (обжига) полуфабриката до соответ-
ствующей температуры, составляющей примерно 0,8 tajt
[Л. 144].
Изучению процесса спекания порошков посвящено
большое число работ, обзор которых с достаточной полно-
той сделан С. Г. Тресвятским и А. М. Черепановым
[Л. 144]. В результате обобщения различных взглядов
авторы обзора предлагают следующее определение терми-
на спекание: «под спеканием понимаются качественные и
количественные изменения в дисперсной системе, состоя-
щей из твердых частиц, происходящие в ней при повыше-
нии температуры и приводящие к уменьшению внутренней
поверхности и поверхностной энергии системы, к уплотне-
нию и упрочнению ее и превращению в плотный конгло-
мерат».
Количественным критерием степени завершенности
процесса спекания может служить коэффициент упаковки
[формула (1-2)] &уп(Л. 43]. Этот коэффициент [Л. 144] фигу-
рирует в более поздней работе (1949 г.) Макензи и Шутле-
ворса, только под другим названием: «относительная
плотность» , где у — объемный вес; d— удельный
вес материала; р—«относительная плотность»).
Коэффициент упаковки характеризует степень завер-
шенности процесса объединения частиц порошка в моно-
литную систему, так как показывает, какая часть объема
занята собственно материалом. Это является основным
показателем результата процесса спекания, так как осталь-
ные параметры (прочность, электрические свойства, вели-
чина усадки и т. д.) либо являются следствием повышен-
ной или пониженной плотности упаковки, либо являются
зависимыми от исходных параметров полуфабриката.
Спекание (обжиг) керамического полуфабриката,
изготовленного горячим литьем, производится непосред-
ственно после удаления из него технологической связки.
301
Происходящее в процессе спекания объединение ча-
стиц порошка в систему и вытеснение воздуха, находяще-
гося в порах между частицами, приводят к уменьшению
объема полуфабриката до объема готового керамического
изделия. Коэффициент упаковки при этом увеличивается
от значений 0,5—0,75 в полуфабрикате до 0,95—0,98 в спек
шемся изделии.
Отличительной особенностью процесса спекания литых
керамических изделий является отсутствие физико-хими-
ческих явлений, обычно имеющих место при обжиге кера-
мических изделий и влекущих дополнительные объемные
изменения за счет изменения структуры материала. Это
объясняется тем, что литой керамический полуфабрикат
состоит из частиц готового, заранее синтезированного ке-
рамического материала в отличие от полуфабрикатов,
изготовленных по обычной технологии, состоящих из ча-
стиц минерального сырья.
Указанное стабилизирует результат процесса спекания,
обеспечивает возможность сокращения длительности на-
гревания и уменьшает объемные изменения (усадки), пре-
терпеваемые полуфабрикатом.
Изотропность структуры литого полуфабриката приво-
дит также к постоянству и равенству линейных усадок
во всех направлениях, что имеет большое практическое
значение.
Другой отличительной особенностью является то, что
температура спекания изделий при применении технологии
горячего литья обычно снижается на 80—100° С. Отклоне-
ния от этого общего правила встречаются при обжиге ма-
териалов на основе двуокиси титана и ряда ее соединений,
у которых снижения температуры спекания не наблю-
дается.
4-2. ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
а) Общая схема и методы термической
обработки. Как выше уже упоминалось, при двухсту-
пенчатой термообработке литых керамических изделий
этапы удаления связки и спекания осуществляются раз-
дельно в виде самостоятельных технологических процес-
сов.
Разделение термической обработки на два самостоя-
тельных процесса было вызвано при разработке техноло-
гии горячего литья необходимостью применения специаль-
302
лых технологических методов (засыпка порошком адсор-
бента) на этапе удаления связки с целью сохранения кон-
фигурации литого изделия при нагревании. Только в по-
следние годы на основе проведенных исследовательских
работ, изложенных ниже, найдены реальные пути, обеспе-
чивающие практическую возможность осуществления
одноступенчатой термической обработки литых изделий.
Двухступенчатая термическая обработка в настоящее
время является наиболее изученным способом и широко
применяется в производстве. По-видимому, этот способ
не потеряет своего значения даже после освоения в про-
мышленности одноступенчатой термической обработки,
так как является более универсальным для различных
конфигураций и габаритов изделий.
При двухступенчатой термообработке процесс удаления
связки осуществляется путем нагревания полуфабриката
в засыпке тонкодисперсным порошком.
При этом основной задачей процесса удаления связки
является подготовка полуфабриката к спеканию путем
изменения состава и свойств системы за счет уменьшения
количества или полного изъятия связки из системы или
за счет такого преобразования структуры связки, при ко-
тором система теряет способность плавиться при нагрева-
нии.
Процесс, при котором удаляется только часть техноло-
гической связки, находящейся в полуфабрикате, назван
способом частичного удаления связки, при удалении всей
связки — способом полного удаления связки. При полном
удалении связки процесс ведется до температуры начала
спекания частиц порошка в полуфабрикате, при этом
связка полностью выгорает (выжигается).
При частичном удалении связки процесс заканчивается
при относительно низких температурах (100—20-0° С), и
в полуфабрикате остается некоторое количество связки
(30—40% от содержащейся в полуфабрикате).
Это количество связки, остающееся в полуфабрикате
после частичного удаления, обеспечивает достаточную ме-
ханическую прочность полуфабриката и не приводит к его
деформациям (плавлению) при последующем нагревании.
Удаление остатков связки, т. е. завершение этапа удале-
ния связки, происходит в этом случае в начальной стадии
процесса окончательного обжига изделия (до спекания).
Выбор того или другого способа удаления связки зависит
главным образом от конфигурации и размеров изделия.
<303
Частичное удаление связки более эффективно при изго-
товлении изделий относительно простой формы при сред-
них или больших габаритных размерах. Для тонкостен-
ных, ажурных изделий сложной конфигурации более целе-
сообразно применять полное удаление связки, так как этот
способ обеспечивает получение полуфабриката с более
высокой механической прочностью.
В отдельных случаях, например при обжиге электро-
изоляционных изделий в печах с восстановительной сре-
дой, применение метода частичного удаления связки
нецелесообразно.
Вторая ступень термической обработки — окончатель-
ный обжиг — осуществляется путем нагревания полуфабри-
ката, прошедшего операцию удаления связки, до темпера-
туры, при которой происходит спекание частиц порошка.
Температурный режим процесса обжига зависит от
свойств -материала (порошка), из -которого изготовлен по-
луфабрикат, способа подготовки полуфабриката к обжигу
(полное или частичное удаление связки), его конфигура-
ции и размеров.
б) Влияние основных факторов на про-
цесс удаления связки. Состав и свойства литей-
ной системы, определяются составом и свойствами техно-
логической связки и порошка и количеством связки
в системе. От -состава связки и поверхностных свойств по-
рошка зависят характер и прочность адсорбции связки на
поверхности частиц порошка. Чем сильнее адсорбционная
связь между компонентами системы, тем труднее и медлен-
нее идет процесс удаления связки. Поэтому повышенная
концентрация поверхностно-активных веществ, более проч-
но адсорбирующихся на поверхности частиц порошка, вы-
зывает большие затруднения при удалении связки. Ана-
логичные затруднения вызывает повышенная дисперсность
частиц порошка. Как показали опыты, -косвенным показа-
телем прочности адсорбционных связей может служить
механическая прочность полуфабриката (системы). Как
правило, чем выше механическая прочность системы, тем
более затруднено удаление связки.
Влияние количества (концентрации) связки в полу-
фабрикате на процесс удаления связки видно из приведен-
ной на рис. 4-3 экспериментальной кривой, показывающей,
что увеличение количества связки в полуфабрикате приво-
дит к уменьшению потерь связки при постоянном режиме,
т. е. к замедлению процесса. Следовательно, температур
304
iiwii режим процесса должен удлиняться при удалении
связки из полуфабриката с повышенным содержанием
связки.
Увеличение длительности
мо на первом участке кри-
вой удаления связки (плав-
ление) в связи с тем, что
повышение количества связ-
ки в системе приводит к
увеличению ее объемных из-
менений при нагревании.
Размеры и конфигура-
ция полуфабриката оказы-
вают существенное влияние
на ход процесса удаления
связки. Размеры полуфаб-
риката определяют количе-
ство (объем) связки, кото-
рое должно быть удалено, а
чипу поверхности, через
процесса особенно необходи-
Рис. 4-3. Влияние количества связ-
ки в полуфабрикате на процесс
удаления связки.
конфигурация определяет вел и-
которую должна удаляться связка.
Размеры и конфигурация полуфабриката оцениваются
тремя показателями: толщиной стенки полуфабриката,
Рис. 4-4. Влияние размеров и конфи-
гурации полуфабриката на процесс
удаления связки.
J —влияние размеров отливки; 3 —влияние
отношения 5/И яря 200° С.
габаритами и отношени-
ем площади поверхности
S см2 к объему полуфаб-
риката V см3.
На рис. 4-4 приведе-
ны экспериментальные
данные, характеризую-
щие влияние размеров и
конфигурации полуфаб-
риката S/V на процесс
удаления связки.
Из приведенных дан-
ных видно, что , чем мень-
ше размеры полуфабри-
ката и чем больше
его удельная поверх-
ность S/V, тем интенсивнее идет процесс удаления связки.
Следовательно, в зависимости от размеров и конфигура-
ции полуфабриката температурный режим удаления связки
Должен изменяться в сторону уменьшения времени вы-
держки при уменьшении толщины стенки и увеличении от-
ношения S/V.
20 П. О. [рибовский.
305
Условия удаления связки определяются главным обра-
зом температурным режимом и свойствами дисперсной
среды (порошка адсорбента). Определенное значение
имеет также газовая среда, так как .при недостатке кисло-
рода в атмосфере печи при температурах 400—600° С воз-
можно неполное выгорание остатков связки.
Температурный режим процесса удаления связки ха-
рактеризуется изменением температуры во времени. Тем-
пература нагрева определяет скорость процесса удаления
связки. Время выдержки определяет полноту завершения
Рис. 4-5. Влияние температуры на
процесс удаления связки.
/ — при выдержке 1 ч‘, 2 —при выдержке
2 ч\ 3 — при выдержке 3 я; 4 — при вы-
держке 4 ч.
•процесса удаления связки
при данной температуре.
Повышение температуры
нагрева приводит к увели-
чению интенсивности про-
цесса удаления связки. На
рис. 4-5 приведены экспери-
ментальные кривые, харак-
теризующие влияние темпе-
ратуры на интенсивность
процесса, которая выража-
ется потерей связки в про-
центах к количеству связки,
находившейся в полуфабри-
кате до нагревания.
Влияние времени вы-
держки на ход процесса
удаления связки видно из
приведенных на рис. 4-6
кривых. При этом следует
отметить, что потери связ-
ки при увеличении времени выдержки увеличиваются для
данной температуры лишь до определенного предела. Это
обеспечивает стабильность технологического процесса при
частичном удалении связки, так как даже излишняя вы-
держка при постоянной температуре незначительно изме-
няет конечный результат процесса. Оптимальной темпера-
турой для процесса частичного удаления связки, как пока-
зали опыты, является 180° С. При этой температуре обеспе-
чиваются наивысшая механическая прочность полуфабри-
ката (после удаления связки) и легкая его очистка от по-
рошка засыпки.
Состав и свойства порошка (засыпки), являющегося
дисперсной средой для удаления связки, играют большую
306
ролЬ в процессе удаления связки. Различные минеральный
порошки обладают различной теплопроводностью, что ме-
няет характер разогрева детали даже при соблюдении
постоянного режима ра-
зогрева печи, и различ-
ной адсорбционной спо-
собностью по отношению
к связке, входящей в со-
став полуфабриката.
Адсорбционная спо-
собность порошков изме-
няется также в зависи-
мости от температуры их
обжига и дисперсности.
На рис. 4-7 приведены
экспериментальные дан-
Рис. 4-6. Влияние времени выдержки
на процесс удаления связки.
1 — при температуре 80° С; 2 — при темпера-
туре 100° С; 3 — при температуре 200° С; 4—
при температуре 300° С; 5— При температу-
ре 500° С.
ные, характеризующие
влияние состава и темпе-
ратуры обжига некото-
рых минеральных порош-
ков, применяемых для за-
сыпки, Hia процесс удале-
ния связки. Наилучшей адсорбционной способностью обла-
дают глинозем, обожженный при температуре 1 200—
1 350° С, и магнезия, обожженная при температуре 900° С.
Исследование влияния
Рис 4-7. Влияние состава и темпера-
туры предварительного обжига мине-
ральных порошков, применяемых для
засыпки, на процесс удаления связки.
Т — глинозем; 2—-каолин: 3 — магнезия; 4 —
тальк (Онотский).
дисперсности порошков
на процесс удаления
связки показало, что чем
выше степень дисперсно-
сти порошка, тем эффек-
тивнее протекает процесс
удаления связки.
Исходя из экспери-
ментальных данных о
ве
20"
Температурный
режим
должен
типовой кривой (рис. 4-2) с учетом
влиянии некоторых фак-
торов на процесс удале-
ния связки, можно сфор-
мулировать следующие
общие правила построе-
ния процесса удаления
связки.
строиться на осно-
свойств систе-
307
мы (полуфабриката), размеров и конфигурации полу-
фабриката и свойств порошка, применяемого для за-
сыпки.
При повышенной концентрации поверхностно-активных
веществ в технологической связке, высокой степени дис-
персности порошка, повышенном количестве связки в си-
стеме и высокой механической прочности полуфабриката
режим удаления связки должен смягчаться путем увеличе-
ния времени выдержки при основных температурах.
При увеличении толщины стенки и уменьшении удель-
ной поверхности S/V полуфабриката температурный ре-
жим должен удлиняться во времени, особенно на I и
II участке (в интервале температур 100—300° С).
При выборе порошка для засыпки следует отдавать
предпочтение тонкодисперсным порошкам, обладающим
наибольшей адсорбционной способностью.
Технологический процесс удаления связки
из полуфабриката должен осуществляться в печах, обеспе-
чивающих необходимую температуру и возможность со-
блюдения заданного температурного режима (электропечи,
пламенные печи и т. п.).
Для удаления связки полуфабрикаты загружаются
в керамические капсели (короба) или металлические ко-
роба и засыпаются вокруг тонкодисперсным минеральным
порошком, являющимся адсорбентом, отсасывающим связ-
ку из полуфабриката.
В качестве порошков для засыпки применяются глино-
зем, магнезия, тальк и другие порошки. Выбор того или
иного порошка для засыпки производится в зависимости
от состава и свойств материала, из которого изготовлен
полуфабрикат, таким образом, чтобы порошок засыпки
не реагировал с полуфабрикатом при высоких температу-
рах. Наряду с этим порошок для засыпки должен обладать
хорошей адсорбционной способностью.
Загруженные в порошок детали подвергаются нагреву
по соответствующему режиму, выбираемому в зависимо-
сти от размеров изделия и других вышеперечисленных
факторов.
Загрузка изделий для частичного удаления
связки в керамические или металлические короба
производится следующим образом. На дно короба насы-
пается слой порошка-засыпки 2 см, на него укладываются
изделия и сверху засыпаются порошком так, чтобы выше
верхней точки изделия имелся слой 3 см высотой (число
308
рядов изделий, устанавливаемых в короб, зависит как оТ
размеров короба, так и размеров деталей). Детали в ко-
роба можно загружать как в горизонтальном, так и в вер-
тикальном положении в зависимости от их конфигурации и
габаритов. Так, например, полые цилиндрические изделия
загружаются в вертикальном .положении отверстием вверх.
Расстояние между загруженными деталями должно быть
не менее 0,1 диаметра изделия и во всяком случае —
не менее 2—3 мм.
Малогабаритные изделия можно загружать в короба
в несколько рядов с прослойкой порошка между рядами
не менее 2 см. '
Число циклов использования порошка для оис&пкц
Рис. 4-8. Влияние числа циклов использования по-
рошка для засыпки на процесс частичного удале-
ния связки.
/—кривая насыщения порошка засыпки связкой; 2 — зави-
симость количества удаляемой из полуфабриката связки
от числа циклов.
Подготовка порошков для засыпки состоит в предвари-
тельном их измельчении и прокаливании до соответствую-
щей температуры и очистке от посторонних включений.
При использовании метода частичного удаления связки
прокаливание следует проводить регулярно после опреде-
ленного числа циклов. Как видно из экспериментальных
данных, приведенных на рис. 4-8, при многократном
использовании порошка для засыпки в случае частичного
Удаления связки он постепенно насыщается связкой (кри-
пая / па рис. 4-8). Этому соответствует снижение количе-
ства связки, мигрирующей из полуфабриката в засыпку
(кривая 2). Резкое снижение наблюдается после 18 оборо-
тов порошка. Поэтому на практике целесообразно прока-
зой
ливать порошок заблаговременно tie реже нем через 12-1
15 циклов использования. Очистка порошка перед уно]
треблением производится просеиванием через сито Об. I
В разогретый до 80—100° С сушильный шкаф затру!
жаются короба один на другой с прокладкой между ними
брусков толщиной 5—7 мм.
Собственно процесс частичного удаления связки осуще-1
ствляется при нагреве изделий в коробах путем выдержки
их в течение необходимого времени в сушильном шкафу
при соответствующих температурах. Необходимое при
этом время выдержки (ориентировочно) при различных
конечных температурах для деталей различной толщины
приведено в табл. 4-1.
Таблица 4-1
Наименование Конечная температура нагрева, °C Толщина стенки изделия, мм
ДО 5 5—10 10—20 20—40
Время разогрева до заданной 1 2 4 8
температуры, ч Время выдержки при конечной 100 6 12 24 36
температуре, ч 150 4 8 18 27
180 3 6 12 18
После выдержки в сушильном шкафу короба вынима-
ют и охлаждают на воздухе до нормальной температуры
(20° С).
Перед выемкой деталей из. коробов верхний слой по-
рошка ссыпается путем наклонения короба. Детали выни-
маются и тщательно очищаются кистью и обдувкой сжа-
тым воздухом от приставшего к ним порошка.
Контроль деталей после частичного удаления связки
осуществляется внешним осмотром; при этом не допуска-
ются оплавления, вмятины, сколы и трещины. В целях
контроля процесса частичного удаления связки периоди-
чески по две-три детали от партии, находящейся в произ-
водстве, взвешивают до и после прогрева в сушильном
шкафу для определения потери в весе. Потеря в весе
должна составлять не менее 30—40% от веса связки, на-
ходившейся в отливке.
Процесс полного удаления связки состоит из тех же
операций, что и процесс частичного удаления связки.
Для полного удаления связки из литых полуфабрика-
тов служат печи, обеспечивающие температуру нагрева до
310
j ООО—I 200° С. Наиболее целесообразным является при-
менение туннельных электропечей.
В качестве огнеупорной оснастки применяются керами-
ческие короба, изготовляемые из шамота или других огне-
упорных материалов. Загрузка изделий в короба произво-
дится так же, как и в предыдущем случае.
Удаление связки из изделий производится обычно на-
гревом до температуры 800—1 000° С по соответствующему
температурному графику.
В табл. 4-2 приводятся типовые режимы подъема тем-
пературы при полном удалении связки из отливок с раз-
личной толщиной стенок, изготовленных из шликера (кли-
ноэнстатитового материала СК-1), содержащего 10—12%
связки (по весу).
По окончании процесса удаления связки из изделия
печь выключается и охлаждается до температуры 150—
200° С, после чего короба из печи можно выгрузить и охла-
дить вне печи до нормальной температуры. После охлаж-
дения деталей в коробах до температуры 25—30° С произ-
водится разгрузка путем ручной выемки деталей из короба
или с помощью специального разгрузочного устройства
с виброситом.
Таблица 4-2
Время подъема я часах до заданной тем-
псратуры и выдержки при ней при толщи-
Температура, °C не стенки детали, мм
ДО 5 | 5—10 10—20 20—40
100 подъем
выдержка 0,5 0,5 0,5 0,5
200 подъем 0,5 2 3,5 5,0
выдержка — — — -—
300 подъем 1,5 2 2,0 3,0
выдержка ... 1,5 2,5 3,5 4,5
400 подъем 1,5 1,5 2 3
выдержка — .— — -—
500 подъем 1 1 1 1
выдержка — .— — —
out) подъем 0,5 1,5 1,5 1,5
выдержка — — —- —
'ии подъем ........ 0,5 0,5 0,5 0,5
япп вь,ДеР*ка — — -— —
подъем 0,5 0,5 0,5 0.5
выдержка — .— — —
подъем 1 1 1 1
выдержка ....... 1 2 2 2
Оощее время, ч 10 15 18 22,5
311
Вынутые из коробов изделия очищаются от пристав-
шей засыпки либо обдувкой сжатым воздухом, либо про-
мывкой проточной водой с последующей сушкой. Обдувка
сжатым воздухом производится при давлении 2—3 ат.
Технологический процесс обжига (спе-
кания) изделий, изготовленных горячим литьем, аналоги-
чен обычно применяемому ,в керамической технологии и
заключается в следующем.
Изделия после удаления связки загружаются на кера-
мические огнеупорные подставки или плиты (обычно по-
сыпанные минеральным порошком), не реагирующие во
время обжита с материалом изделий. Так, для обжига
изделий из клиноэнстатитовых материалов (стеатит) в ка-
честве подсыпки применяется кварцевый песок или тальк,
для обжига корундовых материалов — глинозем, титана-
тов — двуокись циркония и т. д.
В зависимости от конфигурации и размеров изделия
загружаются или непосредственно на огнеупорные плиты,
или на индивидуальные подставки.
Индивидуальные подставки изготовляются литьем под
давлением из того же материала, из которого сделана де-
таль.
Подставка в зависимости от конфигурации изделий
представляет собой диск или брусок с размерами, соответ-
ствующими размерам основания обжигаемой детали.
Загрузка изделий при применении индивидуальных под-
ставок производится следующим образом: на огнеупорную
плитку ставятся индивидуальные подставки (бомзы), ко-
торые обычно посыпаются тонким слоем порошка. Полые
цилиндрические образцы с дном устанавливают на плитки
вверх дном. Трубчатые образцы с наружным диаметром,
превышающим 25 мм, ставятся торцом на плигки и сверху
также покрываются диском.
Стержни и трубки диаметром менее 10 мм, а также
длинные детали большого диаметра при отношении длины
к диаметру, равном или большем 6:1, рекомендуется об-
жигать в подвешенном состоянии. Для обеспечения воз-
можности подвески деталей у последних должна быть пре-
дусмотрена так называемая «головка», па которой детали
держатся в подвешенном состоянии в специальном трафа-
рете с. необходимым количеством отверстий. Головка на
стержнях и трубках получается либо непосредственно при
литье изделий, либо последующим намораживанием. Мож-
но также после удаления связки наращивать на трубку
312
(стержень) слои исходного минерального порошка (пред-
варительно затворенного водой).
Обжиг изделий может проводиться в печах периодиче-
ского и непрерывного действия, предпочтительнее в по-
следних.
Режим обжига зависит от размеров изделий и метода
удаления связки из полуфабриката. При обжиге изделий
после полного удаления связки разогрев до 800—900°С
производится форсированно, а затем подъем температуры
замедляется.
При обжиге изделий после частичного удаления связки
разогрев в интервале температур 1ОЭ—400°С проводится
медленно во избежание чрезмерно бурного испарения
связки и появления дефектов на деталях. После 400° С
подъем температуры производится так же, как и для де-
талей с полностью удаленной связкой.
Контроль температуры производится с помощью термо-
пар и потенциометров (гальванометров), а при высоких
температурах — с применением различных пирометров.
Целесообразно, особенно при обжиге в пламенных печах,
дополнительно производить контроль температуры с по-
мощью керамических пироскопов (конусов) и «проб»
из обжигаемого материала. Спекшиеся «пробы» свиде-
тельствуют об окончании обжига.
В табл. 4-3 и 4-4 приведены типовые температурные ре-
жимы обжига полуфабрикатов, подвергавшихся полному
(табл. 4-3) и частичному удалению связки (табл. 4-4). Ре-
жимы приведены для малогабаритных изделий с толщи-
ной стенки до 10 мм, изготовленных из клиноэнстатитового
материала (СК-1).
Таблица 4-3
Время, ч Температура, °C Время, ч Температура, °C
1 300 0 950
2 500 7 1 000
3 700 8 1 050
4 800 9 1 100
5 900 10 1 150
И с выдержкой 30 мин 1 180
Необходимо отметить, что конечная температура обжи-
та может снижаться за счет увеличения времени выдержки
при соответствующей температуре.
313
Таблица 4-'
Время, ч Температура, °C Время, ч Температура, °C
1 100 11 900
2 150 12 950
3 200 —
4 250 13 1 000
5 300 14 1 050
6 350 15 1 100
7 450 —
8 600 16 1 150
9 750 —
10 850 17 с выдержкой 30 мин 1 180
После обжига изделия обычно охлаждают постепенно,
без резких температурных скачков во избежание появле-
ния термических трещин на изделиях.
Выборка огнеприпаса и изделий из печи производится
после охлаждения.
После обжига производится контроль внешнего вида,
размеров и свойств изделий.
В заключение следует отметить, что получающиеся
в результате обжига линейные огневые усадки литых изде-
лий относительно невелики (6—10%). Наряду с этим в от-
личие от усадок при прессовании, протягивании и т. д.
огневые усадки литых изделий стабильны и одинаковы во
всех направлениях при различной конфигурации. Эта осо-
бенность, являющаяся результатом высокой плотности и
равномерности упаковки частиц в полуфабрикате при го-
рячем литье под давлением, обеспечивает при обжиге
получение изделий с высокой точностью размеров и гео-
метрической формы.
4-3. ОДНОСТУПЕНЧАТАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
(однократный обжиг)
а) Способы однократного обжига литых
изделий. Несмотря на актуальность проблемы одно-
кратного обжига, она не находила до последнего времени
достаточно полного разрешения, хотя принципиальная воз-
можность «однократного обжига» была установлена иссле-
дованиями, проведенными еще в 5950—1954 гг. [Л. 49, 56,
60, 67]. На основании этих исследований определились три
возможных варианта однократного обжига, а именно;
314
1, Литое изделие помещается в тонко дисперсный мине-
ральный порошок и нагревается до температуры полного
спекания.
2. На литые изделия наносится пленка суспензии, со-
стоящей из тонкоизмельченного порошка и жидкости,
обеспечивающей смачивание поверхности полуфабриката
(например, керосин с олеиновой кислотой). После нанесе-
ния пленки изделие просушивается на воздухе, и на его
поверхности остается слой порошка. Назначение этого
слоя заключается в том, что он адсорбирует некоторое
количество связки, мигрирующей с поверхности нагретой
детали. Благодаря высокоразвитой .поверхности слоя по-
рошка адсорбента он отбирает из изделия достаточное
количество связки, чтобы предотвратить его деформацию
ьо время обжига.
3. Для литья изделий применяются высоковязкие шли-
керы, обладающие повышенной устойчивостью против де-
формации при нагревании. Обжиг производится без при-
менения порошка-засыпки. Большая вязкость и предельное
напряжение сдвига, а следовательно, большие силы моле-
кулярного сцепления препятствуют деформации изделия
под действием силы тяжести в процессе обжига.
Первый способ, хотя и позволяет ограничиться одним
обжигом, но не устраняет основных недостатков двусту-
пенчатой термообработки, связанной с применением по-
рошкообразной дисперсной среды. Большие трудности вы-
зывает выбор порошка-адсорбента, не реагирующего при
температурах спекания с материалом обжигаемого изде-
лия.
Кроме того, затруднен обжиг изделий сложной формы
с отверстиями, так как порошок, попадая в отверстия или
углубления, препятствует объемным усадкам, происходя-
щим в процессе спекания керамического материала, и
изделие разрушается.
Наиболее целесообразно применение этого способа для
обжига деталей относительно простой конфигурации, без
отверстий (например, керамические шары, оси и т. п.).
Второй способ является наиболее рациональным при
изготовлении изделии, целиком покрытых глазурью (на-
пример, художественная и бытовая керамика). В этом
случае суспензия для нанесения на полуфабрикат приго-
товляется из порошка глазури. Нанесенный на полуфабри-
кат слой порошка глазури в первой стадии термической
ооработки является адсорбентом, отбирающим на себя
315
часть связки, а после удаления связки происходят оплавле-1
иие этого слоя при температурах спекания и глазуровании
изделия. При изготовлении неглазурованных изделий этот,
способ менее эффективен, так как требует специальных*
операций для приготовления и нанесения суспензии на;
полуфабрикат и также затруднен выбор порошка-адсор-!
бейта, не реагирующего при температуре спекания с изде-j
лием. j
Устранение указанных недостатков способа, однако]
представляется возможным путем применения суспензий
из органических порошков (например, декстрина и т. п.),
сгорающих при температурах выше 180—200° С, т. е. после!
удаления необходимого количества связки и упрочнения'
отливки.
Наиболее рациональным представляется третий способ,
так как он позволяет ликвидировать все трудоемкие опе-
рации процесса удаления связки в порошке-засыпке и
не требует применения каких-либо новых операций. Повы-
шение устойчивости отливок против деформации при на-
гревании может осуществляться увеличением дисперсности
порошка, входящего в состав шликера, изменением коли-
чества технологической связки; введением в технологиче-
скую связку органических веществ, вызывающих структур-
ные изменения шликера, и т. д. Опыты показали, что
использование шликеров с очень большой вязкостью свя-
зано с необходимостью значительного увеличения давления
при литье изделий, что в свою очередь приводит к услож-
нению конструкции литейных аппаратов. С этой точки зре-
ния весьма заманчиво выглядит использование шликеров
с изменяющимися во времени свойствами.
Явление старения шликера (увеличение вязкости и
изменение других свойств с течением времени) было обна-
ружено в процессе исследования свойств литейных систем
(шликеров). Было установлено, что при введении в шли-
кер небольших количеств некоторых веществ (например,
канифоли, воды и т. д.), шликер стареет, обнаруживая по-
вышение вязкости во времени. Следовательно, вводя
регламентированные добавки таких веществ в шликер,
представляется возможным производить литье изделий
с относительно невысокой начальной вязкостью, а затем
по истечении времени, необходимого для повышения вязко-
сти и устойчивости шликера против деформации при на-
гревании, без всяких дополнительных операций произво-
дить обжиг изделий. Такой способ обеспечивает возмож-
316
riocTb работы на существующем оборудовании для горя-
чего литья керамических изделий.
Однако используемый при этом принцип старения шли-
кера является в то же время -недостатком способа. Неста-
бильность свойств шликера во времени, а следовательно,
недопустимость его длительного хранения вызывают за-
труднения, связанные с его многократным использованием.
В связи с этим метод однократного обжига с использо-
ванием шликеров -с -несколько повышенной, но стабильной
во времени вязкостью и необходимым значением предель-
ного напряжения сдвига, обеспечивающими высокую
устойчивость отливок против деформации при нагревании,
представляется наиболее перспективным, но требующим
рационального выбора основных параметров шликера и
режимов обжига.
б) Механизм процесса и принципиальная
схема построения режима однократного об-
жига. Нагревание полуфабриката (отливки) приводит
к уменьшению его -механической прочности, а при опреде-
ленной температуре — к переходу в жидкое состояние.
После перехода в жидкое состояние под действием силы
тяжести (собственного веса) полуфабрикат может частич-
но деформироваться или полностью потерять свою форму
(расплавиться).
Деформациям отливки под действием сил тяжести при
нагревании противодействуют силы внутреннего (молеку-
лярного) взаимодействия. В -качестве параметров, харак-
теризующих в первом приближении величину противодей-
ствия -полуфабриката деформирующим силам, на первых
этапах работы были приняты динамическая вязкость ц и
предельное напряжение о сдвига. Эти параметры опреде-
лялись по обычной для дисперсных систем методике с по-
мощью ротационного вискозиметра РВ-8.
Динамические вязкость ц и предельное напряжение
сдвига п, безусловно приемлемые в качестве приближенных
параметров, характеризующих устойчивость полуфабрика-
та против деформации при нагревании, в действительно-
сти не полностью определяют это явление.
Исследования показали, что при одинаковой вязкости
системы полуфабрикат может обладать различной устой-
чивостью против деформации при нагревании, а при
различной вязкости одинаковой устойчивостью. Это объяс-
няется тем, что при нагревании отливки имеют место
статические изменения свойств системы, а не динамиче-
317
ские и, главное, что устойчивость полуфабриката зависит
ст способности литейной системы к структурированию при
охлаждении. Под термином структурирование пони-
мается явление, аналогичное тиксотропии [Л. 3], появляю-
щееся у литейных систем в результате охлаждения до пол-
ного отвердевания. При нагревании отвердевшей литейной
системы (полуфабриката) до температуры плавления и
выше без воздействия внешних сил связность системы
оказывается значительно большей, чем при той же
температуре после перемешивания. Измерения показали
(табл. 4-5), что величина .предельного напряжения сдвига
после нагревания литейной системы от температуры 20—
25° С до заданной (60—100° С) без перемешивания в 4—
25 раз больше, чем после перемешивания.
Таблица 4-5
Параметры шликера
Марка
материала
Состав связки, %
(ио весу)
СК-1 5 830 11,5 97 3 28,0 120,0
СК-1 4 940 11,5 94 — 6 9,7 108,0
СК-1 4 630 11,2 97 3 —- 13,5 220,0
ТК-20 5 500 7,3 94 — 6 25,4 635,0
ТК-20-30 6 600 7,5 94 — 6 37,0 196,0
Методика изменения статического предельного напря-
жения сдвига после структурирования системы охлажде-
нием сТс.о заключалась в следующем. К модернизирован-
ному вискозиметру РВ-8 [Л. 60] подключалось два термо-
стата ТС-15 (5, б), отрегулированных на разные темпе-
ратуры (например, 25 и 80°С), и с помощью распредели-
тельного крапа 4 (рис. 4-9) в рубашку неподвижного ста-
кана 1 вискозиметра подавалась либо холодная (25°С),
либо горячая вода (80° С). В разогретый стакан вискози-
метра загружалась порция расплавленного шликера 3. За-
тем после установки неподвижного стакана на место с по-
мощью распределительного крана подключался термостат
318
с холодной водой, и шликер охлаждался до заданной тем-
пературы, отверлевая непосредственно в камере вискози-
метра. После выдержки при этой температуре в течение
30—60 мин в рубашку стакана вискозиметра .подавалась
горячая вода (при заданной температуре) в течение 30—
60 мин, и шликер в вискозиметре разогревался до задан-
ной температуры. После этого производилось определение
статического усилия сдвига путем постепенного увеличения
нагрузки (всыпанием песка в чашку) вплоть до момента
начала движения стрелки прибора. Затем производился
расчет предельного напряжения сдвига шликера, структу-
рированного охлаждения ос.о- Тут же после измерения
Рис. 4-9. Схема включения вискозиметра РВ-8 для опре-
деления осо.
(2—3 раза) статического усилия сдвига при структуриро-
вании охлаждением шликер в вискозиметре перемешивал-
ся вращением внутреннего цилиндра 2, а затем определя-
лись статическое и динамическое предельные напряжения
сдвига и динамическая вязкость.
Изложенную методику определения статического пре-
дельного напряжения сдвига пс.о применительно к литей-
ным системам можно считать наиболее правильной, так
как она моделирует условия образования отливки (охлаж-
дение в форме) и термической обработки полуфабриката
(нагревание отливки от комнатной температуры до задан-
ной при статической нагрузке).
Существенное повышение величины статического пре-
дельного напряжения сдвига литейной системы после
структурирования охлаждением можно объяснить увеличе-
нием сил взаимодействия между частицами дисперсной
319
(твердой) фазы в результате сближения частиц твердо
фазы в системе, происходящего вследствие уменьшена
объема жидкой фазы (связки) при охлаждении. Если прт
нять это предположение как справедливое, то силы взаимс
действия между частицами, а следовательно, и ас.о систем:
должны изменяться в зависимости от режима охлаждениз
Чем ниже будет температура охлаждения и чем больше
будет разность температур .при охлаждении системы, тег
больше будут объемные изменения системы и в результат!
тем меньшими будут расстояния между частицами порош
ка и тем, следовательно, большей должна быть структур
мая прочность отливки при нагревании (ос.о).
Экспериментальная проверка подтвердила выдвинуты'
положения.
Так, например, измерения предельного напряжени:
сдвига шликера из материала СК-1 (содержащего 11,5%
по весу связки СВ-3 при удельной поверхности порошка
5 = 4 940 сл2/а), структурированного охлаждением при
различных режимах, показали, что после охлаждения шли-
кера до 5° С Ос.о при 80° С равно 195 дн/см2-, соответствен-
но после охлаждения до 25° С ос.о = 65 дн!см2, а после
охлаждения до 40° С ос.о=56 дн)см2. Статическое напря-
жение сдвига оСт при этом после разрушения структуры
(перемешиванием с помощью вращения ротора вискози--
метра) во всех трех случаях было равно 5,5—7,5 6h/cai2.
Небезынтересно также отметить, что эксперименталь-
ные пробы обработки отливок (полуфабрикатов) холодом.
(—40°С), предпринятые в развитие выдвинутых положе-
ний, показали существенное повышение их устойчивости
против деформации при нагревании. Указанное может
явиться новым эффективным средством в совершенствова-
нии технологии однократного обжига литых деталей.
Исходя из вышеизложенных представлений о структу-
рировании литейных систем и ранее приведенных общих
положений о процессе термической обработки литых дета-
лей, рассмотрим механизм процесса удаления связи при
однократном обжиге.
Благодаря наличию сил взаимодействия между части-
цами твердой фазы шликер обладает некоторой механиче-
ской (структурной) прочностью, зависящей от природы и
свойств части порошка, ПАВ и технологической связки, от
толщины слоя связки, отделяющей частицы друг от друга,
числа связей (определяемого дисперсностью порошка),
приходящихся на единицу площади сечения, и т- д.
320
В силу указанных связей частицы дисперной фазы обра-
зуют как бы структурный скелет системы (рис. 4-10). Этот
структурный скелет при нагревании системы до 100—120° С
сохраняется почти неизменным, а технологическая связка
расширяется (объем связки увеличивается при плавлении
примерно па 15%, а коэффициент термического расшире-
ния равен 1 10-3—8-10~3).
В результате этого расширяющаяся при нагревании си-
стемы связка вытесняется из объема на поверхность образ-
ца и либо адсорбируется окружающей средой (в случае
засыпки образца порошком-адсорбен-
том), либо мигрирует по поверхности
или в объеме образца вниз. Зная
объемное расширение технологической
связки при ее нагревании и содержа-
ние связки в системе, легко подсчи-
тать, что при этом с повышением тем-
пературы системы (например, до
100° С) объем вытесняемой из образ-
ца связки составит примерно 22—23%
от объема связки, находящейся в об-
Рис. 4-10. Схема струк-
турированного шлике-
ра.
J — связка; 2 —твердая
частица; 3—пленка ПАВ;
4 — условное обозначение
сил взаимодействия меж-
ду частицами.
разце.
Экспериментальная проверка вы-
двинутых положений была проведена
следующим образом: образец в виде
цилиндра диаметром 22 мм и высотой
60 мм, отлитый из шликера СК-1, со-
держащего 11% (по весу) связки и
обладающего хорошей устойчивостью
против деформации при нагревании, устанавливался на
стальной диск диаметром 22 мм, а затем на огнеупорную
подставку и подвергался нагреву до 80—100°С в термоста-
те (рис. 4-11).
Установка образца (отливки) па стальной диск произ-
водилась 1в целях устранения возможности адсорбции связ-
ки из образца непосредственно пористой огнеупорной под-
ставкой.
После нагревания до 80—100° С наблюдались вытесне-
ние связки на поверхность образца и ее стекание вниз.
Связка стекала по боковой поверхности образца и сталь-
ного диска в огнеупорную подставку. Деформации образ-
на при этом нагревании не наблюдалось. Образец (отлив-
ку) взвешивали до и после нагревания. Потеря в весе,
являющаяся результатом вытеснения связки из объема
21 П. о. Грибовский. 321
Рис. 4-11. Установка об-
разца на стальной диск,
/—-отливка; 2 —стальной
диск; «У—пористая подстанка.
образца, составила 2,4% от веса образца, что Хорошо с<У
гласуется с расчетом на основе выдвинутых положений и
является их подтверждением.
Процесс вытеснения связки из объема отливки при на-
гревании, являющийся следствием структурирования систе-
мы после охлаждения, обеспечивает возможность осуще-
ствления однократного обжига без применения засыпки за
относительно небольшой отрезок времени. Принятое неко-
торыми авторами [Л. 4] направление построения режима
однократного обжига на основе использования явления
«потения» парафина следует признать неправильным, так
как при этом возникает необходимость длительной выдерж-
ки отливок (34—36 ч) при низкой
температуре (48—52° С) и режим
обжига оказывается неоправдан-
но удлиненным (60—70 ч вместо
необходимых в действительности
12 —14 ч для одной и той же де-
тали) .
Истолкование описанного про-
цесса вытеснения связки при нагре-
вании системы как процесса «поте-
ния» парафина, несомненно, исклю-
чается, так как нагревание отливок
(системы) в начальной стадии
однократного обжига обычно про-
изводится до температуры на 30—
50° С выше температуры плавления
парафина, а «потение» парафина
наблюдается при температурах ниже температуры его
плавления [Л. 130].
Удаление связки в жидком состоянии при однократном
обжиге литых деталей является важнейшим этапом, опре-
деляющим принципиальную схему построения температур-
ного режима. Это очевидно из того, что главным образом
в начальный период разогрева отливки возможны ее де-
формации под воздействием сил тяжести. В дальнейшем
после удаления определенной части связки свойства систе-
мы в отливке (вязкость, предельное напряжение сдвига
и т. д.) резко изменяются и деформации под действием сил
тяжести практически исключаются.
Так как величина силы тяжести не зависит от темпера-
туры, а вязкость и предельное напряжение сдвига системы
уменьшаются при нагревании и, следовательно, уменьшает-
322
ся противодействие деформации изделия, то существует
температура, 'при которой деформирующие силы (тяжести)
и силы, противодействующие деформации, равны друг дру-
гу. Назовем эту температуру критической /]!р, а вязкость и
предельное напряжение сдвига системы при этой темпера-
туре— критическими (р.кр, окр). Величины /Кр, Икр и оКр
зависят от свойств системы, конфигурации и высоты из-
делия.
Если изделие нагреть выше температуры /кр, оно пол-
ностью деформируется (растечется).
Таким образом, 'можно считать, что основным
условием, обеспечивающим возможность
проведения однократного обжига, являет-
ся соблюдение такого температурного ре-
жима, при котором вязкость и предель-
ное напряжение сдвига системы в отлив-
ке всегда будут выше критических.
Из этого следует, что первой точкой температурного ре-
жима однократного обжига должна являться температура,
которая та 5—10° С ниже tKV. Дальнейший ход температур-
ного режима определяется изменением свойств системы
в результате ее нагревания.
При нагревании до температуры плавления (50—60° С)
или выше из отливки начинает удаляться технологическая
связка. Уменьшение количества связки в системе приво-
дит к увеличению ее вязкости и предельного напряжения
сдвига. При этом, естественно, повышается /кр и, следова-
тельно, обеспечивается возможность дальнейшего повыше-
ния температуры нагрева без опасности деформации от-
ливки.
Следует отметить, что увеличение вязкости и предель-
ного напряжения сдвига системы при нагревании или до-
статочно длительной выдержке и нагретом состоянии
может происходить не только за счет удаления части связ-
ки, но и за счет структурных преобразований связки.
Таким образом, при построении температурного режима
однократного обжига с учетом соблюдения вышеупомяну-
тых основных условий следует:
а) нагреть отливку до t\ = tKV—(5ч-10° С), при которой
вязкость и предельное напряжение сдвига системы будут
больше цкр и <ткр;
б) дать выдержку при этой температуре в течение вре-
мени ATi, необходимого и достаточного для повышения вяз-
21* 323
кости и предельного напряжения сдвига системы на вели-
чину Дц. или Да;
в) повысить температуру нагрева отливки на величи-
ну Д/i; при этом вязкость и предельное напряжение сдвига
должны измениться на 'величину не более чем Др и Да;
г) дать выдержку при этой новой повышенной темпера-
туре Л + Д/ и течение времени &Т2, необходимого и доста-
точного для нового изменения свойств системы на величи-
ны Др, Да и т. д. до уда-
ления примерно 40—50%
связки. После этого об-
жиг может производить-
ся без риска деформации
изделия, так как систе-
ма теряет способность
переходить в жидкое со-
стояние.
Описанный принцип
построения температур-
ного режима однократно-
го обжига графически
представлен на рис. 4-12.
Практически на основе
указанного принципа по-
строения режима нагре-
Рис. 4-12 Принципиальная схема по-
строения режима однократного обжига.
1— изменение вязкости в процессе обжига;
2 — изменение температуры во времени.
вание при однократном
обжиге следует производить непрерывно, повышая темпе-
ратуру с определенной (различной в разных стадиях) ско-
ростью.
Для практической разработки температурного режима
однократного обжига на основе приведенной кривой при-
менительно к конкретной литейной системе и обжигаемому
изделию необходимо знать и учитывать зависимость
свойств системы от 'количества и состава связки, режима
термической обработки, а также зависимость значений кри-
тических вязкости и предельного напряжения сдвига от
свойств системы и размеров отливки.
Основные факторы, влияющие на процесс
однократного обжига
а) Влияние состава технологической
связки. Изменение состава связки с целью получения
литейных систем, обладающих необходимым комплексом
свойств, для осуществления процесса однократного обжига
324
является одним из возможных и экспериментально прове-
ренных путей.
Исследование свойств литейных систем, изготовленных
с введением добавок канифоли в состав связок, показало
возможность использования явления старения литей-
ной системы для осуществления однократного обжига.
Методика экспериментальной работы заключалась
в следующем. Из тонкоизмельченного керамического мате-
риала Б-17, условная дисперсность которого составляла
3—4% остатка на сите № 0045, приготавливались шликеры
с концентрацией связки 11, 12 и 13% (состав связки: пара-
фина—91,6%. воска пчелиного—5,8%, олеиновой кисло-
ты— 2,6%). Затем в расплавленный шликер вводилось не-
обходимое количество (в % к весу шликера) расплавлен-
ной канифоли, и шликер перемешивался.
У приготовленных таким образом шликеров определя-
лась' вязкость в зависимости от количества связки, кон-
центрации канифоли, времени выдержки и температуры.
В табл. 4-6 приведены экспериментальные данные зави-
симости начальной вязкости литейных систем (шликеров)
от количества связки и концентрации канифоли при 70° С.
Таблица 4-6
Концентрация канифоли. % (по весу) Вязкость и пз, количество связки, % (по весу)
и 12 13
0 54,4 33,4 17,1
0,2 134 45,4 28,1
0,4 147 48,6 37,6
0,6 208 98,0 79,6
0,8 602 163,0 78,5
1,0 510 210,0 99.6
Приведенные на рис. 4-13 данные характеризуют зави-
симость начальной вязкости шликеров, содержащих И, 12
и 13% технологической связки, от концентрации в них ка-
нифоли. Как видно из графика, с увеличением концентра-
ции канифоли у всех шликеров наблюдается повышение
вязкости. Наиболее резко изменяется вязкость у шликера
с меньшим содержанием связки.
Экспериментальные данные зависимости вязкости при
70° С от времени хранения приведены в табл. 4-7.
Исследование проводилось со шликерами, содержащи-
ми различное количество связки, но имеющими при этом
325
’Таблица 4-i
Время, ч ВяЗКОСТо |Л, пз
Количество связки 11%, ко- личество канифоли 0,6% (ио весу) Количество связки 12%, ко- личество канифоли 1% (по весу)
1 218 210
4 234 .—
17 234 228
24 248 270
48 389 323
одинаковую начальную вязкость (200 пз) и литейную спо-
собность (50-60).
Как видно из таблицы, вязкость шликеров возрастает
с течением времени. При этом изменение вязкости у шли-
кера с меньшим количеством связки протекает более интен-
сивно. Более интенсивное повышение вязкости у шликера
Рис. 4-13. Зависимость вязкости шликера от
концентрации канифоли.
1 —при 11% связки (но весу); 2 —при 12% связки (по
весу); 3 — при 13% связки (по весу).
с пониженным количеством связки наблюдается, несмотря
на то, что в этом шликере меньшая концентрация канифо-
ли. Следовательно, влияние количества связки на измене-
ние вязкости является превалирующим.
Указанное иллюстрируется рис. 4-14, где приведена за-
висимость вязкости шликеров, содержащих канифоль, от
количества технологической связки.
326
Зависимость вязкости от температуры для шликера
с 11% связки, содержащего 0,6%’ канифоли, после выдерж-
ки его в течение 48 ч, представленная ниже, имеет обычный
для литейных шликеров характер: с повышением темпера-
туры вязкость уменьшается:
Температура, °C......... 60 70 80 90 100
Вязкость р., пз .......... 615 389 205 129 83,6
литье деталей на обычных ли-
Рис. 1-14. Зависимость вязкости шли-
кера из клиноэнстатитового материала
Б-17 от количества связки.
/—без канифоли; 2 —при содержании 0,4%
канифоли (по весу); 3 — при содержании
0 6% канифоли (по вес>); 4 —при содержа-
нии 1,0% канифоли (по весу).
маловязких
равна 60—•
Как видно из приведенной зависимости, шликер, имею-
щий в своем составе 11% связки и 0,6% канифоли, обла-
дает довольно большой скоростью изменения вязкости во
времени: за 48 ч вязкость его возрастает почти вдвое. При
этом начальная вязкость шликера относительно невелика,
что позволяет производить
тейных аппаратах ври
температуре шликера,
равной 80—90°С, и дав-
лении 4—5 ати.
Критическая темпера-
тура для малогабарит-
ных деталей (высотой до
50 мм), изготовленных из
обычных
шликеров,
70° С. При «этих темпера-
турах удаление связки
из отливки происходит
очень слабо.
У шликера с добав-
ками канифоли, вязкость
которого после выдержки
в течение 48 ч даже при
100° С в 1,5—2 раза пре-
вышает вязкость обычно-
го шликера, критическая
температура близка к 100° С. При этой температуре уже
начинается довольно интенсивное удаление связки из шли-
кера, что позволяет осуществлять процесс однократного
обжига с построением температурного режима по описан-
ному выше принципу.
В зависимости от количества связки изменяются вяз-
кость системы, характер зависимости вязкости от темпера-
туры и соответственно значение критической температуры
при однократном обжиге.
327
Зависимость -вязкости системы от количества связки!
приведенная на рис. 4-14, характерна для любых шликероЛ
и показывает, что увеличение количества связки при про*
чих равных условиях приводит к уменьшению вязкости си,
стемы. Эта закономерность сохраняется и для систем с 'noj
вышенной вязкостью, предназначенных для осуществления
и
процесса однократпогоИ
обжига.
Как видно из приве-И
денных данных, наиболееи
резко выраженная зави-Я
симость вязкости от ко-Я
личества связки наблю-Я
дается при повышенных»
вязкостях. Я
Наряду с изменением
номинального значения»
вязкости системы в зави-Я
симости от количества я
связки существенно изме-J
няется также кривая за-Я
висимости вязкости от»
температуры.
На рис. 4-15 приведе-и
ны экспериментальные!
кривые, показывающие, I
что с уменьшением коли-
чества связки в системе
зависимость вязкости от а
температуры становится!
более резко выраженной. 1
Это обстоятельство 1
является весьма важным 1
для процесса однократ- 1
ного обжига, так как определяет рациональный выбор па- |
раметров шликера. 1
Большая вязкость системы является нежелательной, так 1
как обычно снижает литейную способность шликера и за- 1
трудняет процесс литья; с другой стороны, большая вяз- ,1
кость (и обычно сопутствующее ей большое предельное |
напряжение сдвига) является желательной, так как обес- ;
печивает повышенную температуроустойчивость отливки
при однократном обжиге.
Учитывая резкое изменение вязкости в зависимости от
328
из
аоо
700
600
500
400
300
200
100
О
50 60 70 30 SO 700 "С
Рис. 4-15. Зависимость вязкости шли-
кера от температуры.
1 — шликер из материала Б-17 с 8,5% связки
(по весу); 2 — шлякер из Б-17 с 11% связки
(по весу) и 0.6% канифоли; 3 — шликер из
Б-17 с 11,5% связки (по весу); 4—шликер
яз Б-17 с 13% связки (по весу); 5— шликер
из материала ТК.-20 с Ь% связки (по весу);
6—шликер из ТК-20 с 11,5% связки (по весу).
II
температуры у высоковязких шликеров и эффективность
проведения ‘процесса удаления связки в жидком состоянии
при температурах 80—120° С, представляется целесообраз-
ным при выборе параметров литейных шликеров ограни-
чивать вязкость шликеров относительно небольшим значе-
нием. При этом предельное напряжение сдвига <тс.о должно
быть достаточным для обеспечения устойчивости отливки
заданных размеров против деформации при нагревании.
Опыт показал, что оптимальными как с точки зрения
удобства при литье, так и для процесса однократного об-
жига являются системы с вязкостью в диапазоне 40—
100 пз при 60° С (для изготовления малогабаритных дета-
лей) .
б) Дисперсность порошка в системе. Как
выше было показано, в зависимости от дисперсности по-
рошка при постоянном количестве связки меняется вяз-
кость системы. Для получения систем одинаковой вязкости
при различной дисперсности порошка необходимо изменять
количество или состав вводимой в систему технологической
связки. Это характеризует изменение свойств системы при
изменении дисперсности порошка и влияние дисперсности
порошка на процесс однократного обжига.
Наряду с этим дисперсность порошка оказывает само-
стоятельное специфическое влияние на процесс однократ-
ного обжига, не связанное с изменением количества или
состава связки и вязкости системы.
Причиной этого влияния является, как выше упомина-
лось, увеличение числа связей между частицами твердой
фазы при повышении дисперсности.
Экспериментально установлено, что изменение дисперс-
ности порошка приводит к изменению величины критиче-
ской температуры. В табл. 4-8 и на рис. 4-16 приведены
данные, показывающие, что повышение дисперсности по-
рошка увеличивает температуроустойчивость отливки при
постоянной вязкости системы даже при увеличении коли-
чества связки в системе (количество связки изменялось
для обеспечения постоянной вязкости системы).
Зависимость критической температуры от дисперсности
порошка в системе определялась следующим путем: изго-
товлялись цилиндрические отливки диаметром 15 и высо-
той 30, 40, 50 мм. Отливки устанавливались на пористую
(шамотную) подставку и помещались в нагретый до темпе-
ратуры 60, 80, 100 и 120° С термостат, где выдерживались
в течение 1 ч. Температура, при которой деформировались
329
Т аблица 4-
Параметры шликера Высота отливки h, мм Критическая температура, °C
Условная дисперс- ность порошка, % (на сите 0045) Количество связки, % (по весу) Пязкость И, пз
G 9,9 224 30 Больше 120
40 100
50 100
3 И,5 234 30 Больше 120
40 120
50 120
1 13,3 230 30 Больше 120
40 Больше 120
50 Больше 120
отливки той или иной высоты, принимались за критическую
температуру (см. табл. 4-8).
в) Температура и время термообработки.
Для выполнения основного условия, обеспечивающего воз-
можность однократного обжига, вязкость шликера и пре-
дельное напряжение сдвига в отливке в течение всего про-
цесса нагрева должны быть больше критических, а, следо-
Рис- 4-16. Зависимость критической темпе-
ратуры от дисперсности порошка.
вателыно, температура нагрева ниже критической темпе-
ратуры.
Время выдержки при каждой данной температуре
должно обеспечивать удаление некоторого количества связ- ’
ки и соответственно возможность дальнейшего повышения
температуры нагрева.
Для обеспечения возможности построения такого режи-
ма необходимо знать:
а) зависимость скорости удаления связки из шликера
от температуры и времени нагрева;
330
Время термообработки, ч
Рис. 4-17. Зависимость количества
испарившейся связки от времени
нагревания.
б) зависимость свойств шликера от температуры и вре-
мени нагрева.
Опыты определения зависимости скорости удаления
технологической связки из шликера от температуры и вре-
мени термической 'Обработки производились двумя спосо-
бами:
1. Определенное количество расплавленного шликера
наливалось в алюминиевые ча-шки диаметром 50 мм, кото-
рые помещались в термостат, нагретый до определенной
температуры (60 — 80 —
100—120° С) и выдержива-
лись в нем в течение опре-
деленного времени (от 1 до
8 ч). Количество испарив-
шейся из шликера связки
определялось взвешиванием
чашки со шликером.
2. Отлитая из шликера
цилиндрическая деталь диа-
метром 30 мм и высотой
35 мм устанавливалась на
огнеупорную пористую пла-
стинку и подвергалась тер-
мической обработке при 80,
120 и 160° С. Количество
удаленной из отливки связ-
ки определялось раздель-
ным взвешиванием отливки,
и пористой подставки.
В результате проведения опытов нагрева шликера
в алюминиевых чашках до 60, 80 и 100° С с выдержкой его
при этих температурах в течение 8 ч не удалось обнару-
жить испарения связки из шликера по изменению его веса.
Зависимость количества испарившейся из нагретого до
120° С шликера от времени выдержки его при этой темпе-
ратуре приведена па рис. 4-17.
Условия экспериментов (первый способ) были таковы:
Условная дисперсность порошка 5,7% (по остатку на сите
0045), количество связки 11,2% (по весу), температура
термообработки 120° С; при этом получены следующие ре-
зультаты:
Время термообработки, 23 4 5 6 7 8
Количество испарившейся связки, %
(к исходному весу связки) . . .0,24 0,11 —0,34 0,45 0,40 0,59 0,50
.331
Таблица 4-i
Темпера- тура, °C Время выдержки, ч ().5щее количе- ство удаленной связки, % (к исходному весу связки) Количество свяа- ки, адсорбирован- ной пористой под- ставкой, % (к исходному весу связки) Количество ис- парившейся связки, % (к исходному весу связки)
80 2 3,05 3,01
80 4 3,71 3,74 —
80 6 4,40 4,42 —
80 8 9,21 9,06 —
120 2 8,11 7,8 0,31
120 4 9,3 8,8 0,50
120 6 9,4 8,45 0,95
120 8 и,о 10,3 0,71
160 2 6,8 2,85 3,95
160 4 7,4 3,27 4,13
160 6 13,2 4,38 8,84
160 8 15,5 3,77 11,8
Результаты термообработки отливок (по второму спо-
собу) приведены в габл. 4-9 и па ,рис. 4-18; в опытах был
использован шликер с 8,3%
Рис. 4-18. Зависимость количе-
ства удаленной из отливки связ-
ки от температуры термообра-
ботки (при выдержке 8 ч).
1—общее количество удаленной связ-
ки, %(по весу); 2 —количество связки,
мигрировавшей в пористую подстав-
ку, % (по весу); Я—количество испа-
рившейся связки, % (по весу).
связки (по весу) при условной
дисперсности порошка 5,7%
(на сите 0045).
При нагреве цилиндриче-
ской отливки, установленной
на пористую подставку, удале-
ние связки протекает гораздо
более интенсивно, чем при ис-
парении из чашки.
Как видно из приведенных
данных, удаление связки осу-
ществляется двумя путями:
миграцией связки в жидком
состоянии (в пористую под-
ставку) и испарением связки.
Миграция связки в подставку
протекает достаточно интен-
сивно даже при 80° С. Иопаре-
ние связки начинается при
120° С и идет крайне медленно.
При повышении температуры
скорость удаления связки воз-
растает. Увеличение времени
выдержки при данной темпе-
332
ратуре Приводит к увеличению количества удаленной
связки.
Основное количество связки из отливки удаляется через
пористую 'подставку при нагреве до 150° С; от 150° и 'выше
основным становится процесс испарения связки.
Необходимо дополнительно отметить существенное
влияние начальной температуры нагрева на скорость уда-
ления связки. Опыты показали, что нагревание отливок
с выдержкой при низких температурах (50—80° С) снижает
интенсивность удаления связки; например, при нагревании
отливки в течение 1,5 ч при 160° С было удалено 35% связ-
ки (по весу), а при предварительном нагревании такой же
отливки при 60° С в течение 1 ч с последующим нагревом
в течение тех же 4,5 ч при 160°С было удалено всего 20%
связки. В случае постепенного нагрева по режиму:
60° — 1 ч, 80° — 1 ч, 100° — 1 ч и 160° — 1 ч, за все 4 ч было
удалено 25% связки, т. е. опять-таки меньше, чем при на-
греве до 160° С сразу. Вместе с тем форсированный нагрев
при 200° С 'в течение 1 ч привел к удалению 80% связки.
Указанное, по-видимому, объясняется структурными изме-
нениями, претерпеваемыми связкой при низких температу-
рах нагревания, и должно учитываться при выборе темпе-
ратурного режима удаления связки.
Определение зависимости вязкости шликера от темпе-
ратуры и времени нагрева производилось путем нагревания
(в алюминиевых чашках) шликеров, имеющих различные
параметры, до разных температур (ниже 160° С) с вы-
держкой при конечной температуре от 2 до 8 ч и последую-
щим определением вязкости.
Результаты опытов, выполненных при постоянной вы-
держке 8 ч, приведены в табл. 4-10.
Таблица 4-10
Параметры шликера Вязкость шликера, /?.?, измеренная при 8Э° С, после термообработки в течение 8 ч при температурах, °C
Условная дисперс- ность, % (остаток на сите 0045) Количество связки, % (по весу)
60 83 100 120 110 1 GO
5,7 9,5 338 321 412 45G 483 662
5,7 11,5 30 28 35 43 184 —
5,7 13,0 15 26 37 38 56 72
15 И,5 37 47 55 132 146 —.
30 11,5 62 85 88 17 158 165
333
Опыты при различных выдержках были выполнены со
шликером, содержащим 11% связки (повесу) при услов-
ной дисперсности порошка 5,7% (остаток на сите 0045).
В результате нагревания при 120°С вязкость шликера, из-
меренная при 80° С, составила:
время выдержки, к........... 1 2 3 4 5 6 7 8
вязкость р., пз............ 33 38 42 45 62 62 67 87
Из таблицы видно, что вязкость шликеров возрастает
при повышении температуры термообработки и при уве-
личении времени выдержки.
Наиболее существенные изменения вязкости наблю-
даются при термообработке, начиная от 120° С и выше.
Последнее может быть объяснено началом испарения связ-
ки при температуре 120° С и соответствующим повышением
вязкости за счет уменьшения количества связки.
Кроме того, следует отметить, что для шликеров с оди-
наковым количеством связки и разной дисперсностью по-
рошка наибольшее относительное изменение вязкости
соответствует шликеру с наибольшей дисперсностью по-
рошка. Для шликеров с одинаковой дисперсностью порош-
ка и разным количеством связки большее относительное
изменение вязкости соответствует большему количеству
связки.
г) Свойства и размеры огнеупорной под-
ставки. Наряду с другими факторами на эффективность
процесса удаления связки существенное влияние оказы-
вают свойства и размеры огнеупорной подставки.
При удалении связки в засыпке количество удаляющей-
ся в равных условиях связки зависит от материала и дис-
персности засыпки. Это различие объясняется адсорбцион-
ными свойствами порошков.
Поэтому можно было ожидать, что при удалении связки
через подставку адсорбционные свойства материала под-
ставки и пористость подставки будут влиять на скорость
удаления связки.
Экспериментальное исследование влияния пористости и
состава материала подставки на процесс удаления связки
подтвердило это.
Исследование проводилось путем использования
обожженных на разные температуры подставок из разных
материалов при разной пористости (табл. 4-11).
334
Таблица 4-11
Ма тс риал подставки Пори- стость подставки % Темпера- тура обжи- га подстав- ки, Температура термообработ- ки отливки Общее коли- чество удален- ной связки, % (к исходному весу связки) Количество связки, адсор- бированной подставкой, % (к исходному весу связки)
Глинозем 60 1 320 60 17,40 17,04
80 16,75 15,92
100 24,70 23,98
59,5 1 380 60 16,65 15,63
80 16,70 16,08
100 19,70 18,94
34.4 1 400 60 14,60 14,05
80 16,15 15,85
100 15,95 14,28
Тальк 50,3 1 200 60 16,27 15,89
80 16,00 15,25
100 17,25 16,59
32,0 1 300 60 16,63 16,63
80 15,70 15,29
100 14,30 13,59
24,5 1 320 60 15,25 14,86
80 15,35 14,94
100 13,37 12,78
Магнезия 55,4 1 200 60 17,47 16,29
(с добавкой 80 17,80 11,96
2у0 глино- 100 19,63 18.96
зема) 38,8 1 300 60 16,17 16,16
80 15,10 14,83
100 17,2 15/87
35,9 1 320 60 16 15,91
80 14,75 14,18
100 14,85 14,30
Для изготовления подставок были выбраны материалы,
проверенные в технологии горячего литья в качестве засы-
пок: глинозем, тальк, магнезия.
Опыты удаления связки производились при температу-
рах 60, 80, 100° С в термостате с выдержкой 6 ч. Количе-
ство удалившейся связки контролировалось путем взвеши-
вания до и после термообработки отливок и подставок на
аналитических весах.
Отливки представляли собой образцы цилиндрической
формы диаметром 10 и высотой 50 мм, изготовленные из
литейного шликера СК-1, содержащего 15% по весу техно-
335
логической связки следующего состава: парафин 91,6%, 1
воск 5,8%, олеиновая кислота 2,6%. 1
Результаты опытов, приведенные в табл. 4-11, под-
тверждают, что удаление связки три температурах 60— '
100° С происходит практически только через подставку,
причем в зависимости от пористости и состава материала
подставки'—с различной интенсивностью.
При низких температурах (60—80° С) интенсивность
удаления связки из отливки мало зависит от пористости и
материала подставки и, по-видимому, определяется пара-
метрами отливки.
При температуре 100° С наблюдается явно выражен-
ная зависимость интенсивности удаления связки от пори-
стости подставки, с повышением пористости увеличивается
количество удаленной связки.
С повышением температуры до 100° С начинают сказы-
ваться также адсорбционные свойства материала под-
ставки.
Из таблицы видно, что наилучшими адсорбционными
свойствами обладают подставки из глинозема.
Анализ результатов исследования, кроме того, показал,
что наряду с влиянием пористости и адсорбционных
свойств подставки на процесс удаления связки существен-
ное значение имеют также ее геометрические размеры.
Из табл. 4-11 и ранее приведенных данных видно, что
при температурах до 100—120° С удаление связки происхо-
дит через подставку. Следовательно, удаляющаяся из от-
ливки часть связки заполняет поры подставки. В зависимо-
сти от объема пор П'Одста®ки и параметров обжигаемой от-
ливки (геометрические размеры, количество связки в шли-
кере и др.) удаляющаяся из отливки часть связки либо
имеет место для свободного размещения в порах подставки,
либо объем удаляющейся связки превышает объем пор
подставки. В последнем случае количество удаленной связ-
ки ограничивается суммарным объемом пор в подставке.
Объем пор в подставке определяется ее пористостью и гео-
метрическими размерами (объемом).
Так как удаление связки из отливки в подставку проис-
ходит в плоскости контакта отливки с подставкой, тов пер-
вую очередь представляет интерес определение объема пор
у части подставки Vn, находящейся непосредственно под
отливкой (образцом), который равен произведению пло-
щади основания отливки So на высоту подставки /in и от-
336
крытую пористость подставки и>п (в % от объема подстав-
ки):
Уп = 5оА-дап-10’2 (4‘1)
В табл. 4-12 приведены результаты подсчета суммарно-
го объема пор части подставки, 'находящейся под отлив-
кой, и объема удаленной связки (по данным исследований,
приведенных в табл. 4-11).
Таблица 4-12
Материал подставки Темпера^ тура на- грева, °C Пори- стость, % Высота подставки Лп см Объем удаленной связки, см2 Объем пор в под- ставке под образ- цом, см9 Объем подставки, занимае- мый связ- кой, см9
Тальк 60 50,3 0,65 0,503 0,514 1,0
32 0,53 0,476 0,266 1,49
24,5 0,54 0,535 0,209 2,18
80 50,3 0,62 0,475 0,489 0,94
32 0,55 0,479 0,276 1,49
24,5 0,61 0,468 0,236 1,91
100 50,3 0,64 0,507 0,400 1,01
32 0,49 0,425 0,244 1,33
24,5 0,64 0,390 0,246 1,59
Магнезия 60 55,4 0,42 0,528 0,366 0,95
38,8 0,40 0,509 0,240 1,31
35,9 0,27 0,423 0,149 1,12
80 55,4 0,42 0,517 0,363 0,93
38,8 0,35 0,443 0,213 1,14
39,9 0,35 0,407 0,197 1,13
100 55,4 0,4 0,597 0,352 1,08
38,8 0,28 0,514 0,169 1,32
35,9 0,36 0,430 ' 0,203 1,20
Глинозем 60 60 0,63 0,515 0,591 0,86
59,4 0,47 0,502 0,439 0,85
34,4 0,43 0,441 0,332 1,28
80 60 0,80 0,504 0,753 0,84
59,4 0,44 0,506 0,407 0,85
34,4 0,61 0 456 0,328 1,32
100 60 0,51 0,350 0,531 1,42
59,4 0,50 0,597 0,470 1,01
34,4 0,46 0,457 0,247 1,38
Из табл. 4-12 видно, что в большинстве случаев объем
Удаленной связки превышает объем пор в части подставки,
находящейся под отливкой, особенно при пониженной по-
ристости подставки.
22 И. О. Грибовский. 337
Следовательно, удаляющаяся связка .мигрирует в под-
ставку в плоскости контакта отливки с подставкой, а за-
тем перемещается в смежные элементы объема. Исходя из
знания объема удаляющейся связки и пористости подстав-
ки, можно определить объем .подставки, необходимый для
удаления связки, и, следовательно, ее размеры.
Габаритные размеры подставки (ее ширина А и дли-
на Б) определяются конструкцией печи и габаритами об-
жигаемых деталей.
Высота подставки ha, обеспечивающая нормальные
условия для удаления связки в жидком состоянии (при
температурах до 1'00—120° С), может быть определена пу-
тем ориентировочного расчета.
Исходя из экспериментальных данных, можно считать,
что в подставку мигрирует максимум 25—30%' связки, со-
держащейся в полуфабрикате. Примем для расчета с не-
которым запасом величину 40%.
Тогда высота подставки может быть подсчитана по фор-
муле
, 0,4-р -х
'г„:~-----1—г-б- [см],
11 wu-dc-A-B L J
(4-2)
где /гп — высота подставки, см;
Р" — вес отливок (полуфабрикатов), устанавливаемых на
подставку;
х—количество связки в отливке, °/0 (по весу);
wn — пористость подставки, %;
%. — удельный вес связки, г[см3;
А — ширина подставки, см;
В — длина подставки, см.
Пример. Подсчитаем, какая необходима высота подставки для об-
жига изделий из клиноэнстатитового материала СК-1, имеющих высоту
до 50 мм. Исходные данные: /1 = 15 см, В =~ 25 см, x=10/o, ®п =
= 50/о, dc ~ 0,9 г/см1.
Максимальный вес отливок, плотно установленных на подставку, при
высоте их 5 см составит Р = 3 000 г.
Тогда
3000.10-0,4 _
h» = 50-0,9.15.25-0’z 1 см-
д) Форма и размеры' отливки. В зависимости
от формы и размеров отливки изменяется ее устойчивость
против деформации при нагревании в процессе однократ-
ного обжига.
338
Это понятно, так как, чем больше высота детали, тем
больше давление на основание детали и, следовательно,
при прочих равных условиях (вязкости, дисперсности
п т. д.) тем значительнее возрастают деформирующие де-
таль силы.
Кроме того, при постоянной величине площади контак-
та детали с огнеупорной пористой подставкой и увеличении
высоты или объема детали уменьшается относительное ко-
личество удаляемой в единицу времени связки. Соответст-
венно изменяется устойчивость отливки во времени.
Ниже приведены экспериментальные данные зависимо-
сти количества удаленной связки от высоты отливки при
постоянной площади контакта отливки с подставкой:
Высота отливки, мм . ... . 10 20 30 40 50
Количество удаленной связки, %
(по весу).............. 7,64 6,01 5,06 4,4 4,1
В результате роста усилий деформирующих деталей
с увеличением ее высоты, а также уменьшения скорости
удаления связки снижается критическая температура на-
грева отливки при однократном обжиге.
Приведем экспериментальные данные определения кри-
тических температур для отливок различной высоты, под-
тверждающие вышеуказанное (опыты проведены со шли-
кером вязкостью 211 пз, содержащим 11% связки при
условной дисперсности порошка — 5,7%' по остатку на си-
те 0Э45);
Высота отливки, мм ...... . 30 40 50
Критическая температура, °C ... . Более 120 120 80
е) Метод нагревания отливки. Нагревание от-
ливки при однократном обжиге может осуществляться:
а) объемным нагревом, при котором нагревание отливки
происходит, начиная со всей поверхности, за исключением
поверхности контакта отливки с подставкой; б) направлен-
ным нагревом (снизу вверх), при /сотором сначала нагре-
вается подставка, а затем отливка, начиная с поверхности
ее контакта с подставкой.
Обычно нагрев отливок при удалении связки и обжиге
производится в камерных или туннельных печах, нагре-
вающих обжигаемую отливку со всех сторон (т. е. мето-
дом объемного нагрева).
В целях ускорения процесса однократного обжига отли-
вок (полуфабрикатов) без применения засыпки порошком
нагревание отливки целесообразно производить направ-
22* 339
Рис. 4-19. Схема печи
для направленного (одно-
стороннего) нагревания от-
ливки.
1 — корпус печи; 2 — термоизо-
ляция; 3 — нагревательные
элементы; 4 — пористая под-
ставка; 5 — отливки (полуфаб-
рикаты).
Леино, односторонне. Для этого огнеупорные плитки (под^
ставки), па которые уложены отливки для обжига, уста-'
навливаются в печь, обеспечивающую нагрев отливок пре-
имущественно со стороны подставки (рис. 4-19) до темпе-:
ратуры 300—500° С. Дальнейшее нагревание до температур
ры спекания может производиться как обычно (со всех;
сторон).
Механизм процесса удаления связки в зависимости от;
метода нагревания отливок схематически представлен на:
рис. 4-20,
При объемном нагревании от-
ливки, установленной на подставку,
температура повышается в первую
очередь в поверхностных слоях и
верхней части отливки (рис. 4-20,а),;
Со временем повышение темпера-;
туры распространяется от перифе-i
рии к центру. В последнюю очередь’
температура повысится от началь-:
ной to до заданной /н в центральной'
части отливки и в плоскости кон- ,
такта отливки с подставкой. '
При разогреве поверхностного’
слоя отливки в результате наличия
структурного скелета из твердых'
частиц, обусловленного силами вза- '
имодействия (структурирования)
между частицами твердой фазы системы (отливки), плавле-
ние и объемное расширение связки, находящейся в си-
стеме, приводит к ее вытеснению на поверхность отливки.
Поверхность отливки становится как бы «мокрой», бле-
стящей.
Связка из расплавленного поверхностного слоя отлив-
ки начинает мигрировать через площадь контакта °—
icD2. „ .
—в пористую подставку. При этом образуются поры
между частицами твердой фазы. По мере появления пор
в слоях отливки, прилегающих к пористой подставке, из
вышележащих разогретых слоев отливки связка начинает
перемещаться в освобождающиеся от связки поры отлив-
ки, а затем — также в подставку. Таким путем обеспечи-
вается перемещение связки из центра к периферии и свер-
ху вниз из всего объема отливки в пористую подставку.
340
В ‘начальной .стадии нагревания при повышении темпе-
ратуры с tQ до ti в поверхностном слое Д отливки удаление
связки происходит с очень небольшой интенсивностью, так
как в большей части площади контакта отливки с пористой
Рис. 4-20. Схема процесса нагревания отливки.
и -при нагревании со в:сх сторон; б — при напразленноя (одностороннем) нагревании.
подставкой температура равна ta, а площадь, через кото-
I г. \
рую может удаляться связка, мала = ------------д~ •
По мере прогрева отливки и подставки в плоскости кон-
такта увеличивается площадь, через которую может уда-
п°о nDi о nDo
литься связка от S! = —--------до 52=
Соответственно будет возрастать скорость удаления
связки. Следовательно, для обеспечения достаточно интен-
сивного удаления связки необходимо прогреть всю отливку
до температуры /н, для чего требуется значительное время
на разогрев. При этом температура нагрева tu должна
быть ниже критической температуры во избежание дефор-
мации отливки.
341
------Ф22 --------'
р Ф 17,92 .|
Экспериментальная проверка распределения связки в от-
ливке после термической обработки объемным натреваиием
производилась на цилиндрических отливках диаметром
22 лыг и высотой 40 мм. Отливки изготовляли из шликера,
содержащего 11,2% связки и 88,8% порошка (материала
СК-1) с условной дисперсностью (остаток на сите 0045)
7%; состав связки: олеиновая кислота 3%', парафин 97%’.
Отливки устанавливали на
пористую подставку и поме-
щали в предварительно разо-
гретый до заданной темпера-
туры термостат. После вы-
держки в термостате в течение
2 ч отливки охлаждались до
комнатной температуры и под-
вергались механической обра-
ботке по зонам А,В,С,Д,Е,Д
с целью определения количе-
ства удалившейся связки
из отдельных зон отливки
(рис. 4-21).
График распределения
связки, оставшейся в отливке
после термообработки при тем-
пературах 60 и 140° С, при-
веден па рис. 4-22. Как видно
из графика, в центре отливки
остается меньше связки, чем
на периферии. После термооб-
работки при температуре 60° С
эта закономерность прояв-
ляется более резко, чем после
термообработки при 140°С,
что может быть объяснено бо-
лее полным завершением
в жидком состоянии (путем ее
миграции в подставку) и началом ее испарения при 140° С.
Полученная картина распределения связки, остающейся
в отливке после термообработки, может рассматриваться
как экспериментальное подтверждение правильности пред-
ставлений о механизме процесса удаления связки при
объемном нагревании отливки.
Механизм процесса удаления связки при направлен-
ном нагревании отливки со стороны подставки (рис. 4-20,6)
342
Рис. 4-21. Схема расположения
зон отливки для определения
количества связки после термо-
обработки.
процесса удаления связки
может быть представлен следующим образом. В первую
очередь нагревается нижний слой отливки, т. е. поверх-
ность ее контакта с подставкой. При этом немедленно на-
чинается 'миграция связки в подставку через всю площадь
S2= 40 контакта, т. е. процесс идет с максимальной ин-
тенсивностью. Удаление связки из слоя приводит к повы-
шению его прочности и, следовательно, к возможности
дальнейшего повышения температуры, не ожидая прогре-
ва всей отливки.
Рис. 4-22. Распределение связки в отливке
после термообработки при объемном нагре-
вании.
/, 2, .? — зоны Е, D, N, температура термообработки
69° С; 4,5,6— зоны D, Е, N, температура термооб-
работки 149 °C.
При этом уменьшается опасность деформации отливки,
так как максимальное давление, создаваемое силами тя-
жести, приходится на нижние слои отливки, находящиеся
в наиболее благоприятных условиях с точки зрения интен-
сивности удаления связки.
Температура нагрева /н при направленном нагревании
может быть значительно выше, чем в первом случае, так
как большая скорость удаления связки из нагреваемого
слоя обеспечивает быстрое повышение его структурной
прочности и противодействия деформирующим силам.
Таким образом, при одностороннем направлении (сни-
зу вверх) нагревания отливки с применением огнеупорных
343
подставок высокой пористости (30—60%) или подставок
в [виде противней с утрамбованным в них порошком обес-
печивается возможность повышения скорости подъема
температуры и сокращения цикла однократного обжига.
Экспериментальная проверка показала, что применение
направленного нагрева повышает температуроустойчи-
вость отливок в обжиге, а также обеспечивает возможность
однократного обжига деталей, отлитых из шликеров с от-
носительно невысокой вязкостью (25—30 пз). Так, напри-
мер, внедрение в производство однократного обжига для
массового выпуска литых керамических конденсаторов ти-
Рис. 4-23. Схема установки термометров.
Слева —без защитного экрана, справа — с защитным экраном. 1 — термометры; 2 —
спираль нагревателя; 3 — теплоизоляционный экран; 4—кладка.
па КЛГ [Л. 69], имеющих сложную конфигурацию и весьма
тонкие стенки (до 150 мк), осуществлено с использованием
метода направленного нагрева.
При направленном нагревании отливок вопрос регули-
рования температуры по высоте может решаться путем при-
менения защитных экранов и соответствующей системы
воздушных каналов (рис. 4-23).
Экспериментально выявленное распределение темпера-
туры по высоте в воздухе при направленном нагревании
без защитного экрана и при наличии защитного экрана
приведено на рис. 4-23 и 4-24 и в отливке на рис. 4-25.
344
График распределения -связки, остающейся в отливке
после термообработки при направленном нагревании, при-
веден на рис. 4-26 (методика изготовления образцов отли-
вок сохранялась такой же, как при экспериментах с объ-
е м н ым нагревом).
Рис. 4-24. Распределение температур воздуха по
высоте при направленном нагреве.
Пунктир —с защитным экраном (сверху вниз в порядке арабских
цифр на рис. 4»23);'сплошпые линии —без защитного экрана (сверху
вниз в порядке арабских цифр на рис. 4-23).
ж) Технологический процесс однократно-
го обжига. Технологический процесс изготовления из-
делий горячим литьем с применением однократного обжи-
га может быть представлен в виде следующих двух ва-
риантов:
I вариант
Для глазурованных изделий
1. Приготовление шликера с за-
данной вязкостью
2. Литье полуфабриката
3. Покрытие полуфабриката гла-
зурной суспензией
4. Сушка слоя глазури
5. Однократный политой обжиг
с направленным нагревом
Приготовление глазурной
порошка глазури
II вариант
Для неглазурованпых изделий
1. Приготовление шликера с за-
данной вязкостью
2. Литье полуфабриката
3. Однократный обжиг с направ-
ленным нагревом
суспензии производится из
(фриттованной или нефриттованной), по-
345
добранной по коэффициенту термического расширения,
температуре -плавления и т. д. для данного керамического
материала.
В качестве дисперсионной среды следует применять
жидкости, обладающие достаточной адгезионной способ-
ностью к поверхности отливки. К таким жидкостям отно-
сятся ряд органических веществ (например, -керосин ит. п.)
и водные растворы щелочей и мыл. Повышение адгезии
может достигаться также за счет введения добавок по-
верхностно-активных веществ, например олеиновой кисло-
ты, стеариновой кислоты и т. п.
Рис. 4-25. Распределение температур в отливке по высоте (без
защитного экрана).
Покрытие полуфабриката глазурной суспензией может
осуществляться любым способом, приемлемым для дан-
ного конкретного случая: окунанием, пульверизацией,
кистью и т. д.
Изготовление пористых огнеупорных подставок должно
производиться из материалов, обеспечивающих отсутствие
реакции при обжиге с материалом изделия. Так, напри-
мер, для обжига муллитовых, корундовых и других вы-со-
котлиноземи’стых изделий подставки следует изготовлять
из чистой окиси алюминия (глинозем, корракс), для об-
жига изделий из клиноэнстатитовых, форстеритовых и то-
му подобных материалов подставки надо изготовлять из
магнезита; для изделий из разных титанатов — из двуоки-
си циркония и ее композиций и т. п.
346
Обжиг подставок желательно производить при темпера-
туре на 100—2'0'0° С выше температуры обжига изделий,
для которых они предназначены.
Применение специальных подставок для изделий из раз-
ных материалов не всегда обязательно. В ряде случаев для
изделий из разных материалов могут применяться подстав-
ки из одного и того же .материала (например, окиси алю-
миния), но при этом для устранения реакции между обжи-
гаемым изделием и подставкой на подставку насыпается
Рис. 4-26. Распределение связям в отливке (по зонам D, N, Е) после
термообработки при направленном нагревании (при температуре 123°С).
тонкий слой порошка материала, инертного по отношению
к подставке и обжигаемому изделию. Выбор материала
подставки или подсыпки, инертного по отношению к ма-
териалу обжигаемого изделия, является весьма сложным
вопросом. Он усложняется при однократном обжиге еще
тем обстоятельством, что применение грубодиспероного по-
рошка для подсыпки неприемлемо для первой стадии про-
цесса, так как частицы порошка вдавливаются в размяг-
ченную при нагреве отливку. Применение тонкодисперсного
порошка для подсыпки также не всегда приемлемо, по-
скольку вызывает повышение его реакционной способно-
сти при высоких температурах спекания и прилипание коб-
жигаемому изделию.
347
Рис. 4-27. Схема установки изде-
лия на комбинированную подсыпку.
Целесообразным путем решения этого вопроса являет-
ся использование при однократном обжиге комбинирован-
ной подсыпки из грубодиюперсного порошка, не реагирую-
щего с материалом изделия, и тонко1дисперспого органиче-
ского .порошка (например, декстрина и т. п.). Схема уста-
новки изделий на такую
подсыпку приведена на
рис. 4-27. Сначала на пори-
стую подставку 1 насыпает-
ся тонкий слой грубодис-
персного порошка инертно-
го материала 2, а затем
слой тонкодисперсного ор-
ганического порошка 3.
В этом случае в начальной
стадии .процесса при раз-
мягчении отливки и мигра-
ции связки в жидком со-
стоянии «работает» слой
тонкодисперсного органического порошка (до температу-
ры 180—200° С); затем органический порошок разлагается
и сгорает, а упрочненная отливка опирается на оставшийся
слой инертного грубодиоперсного порошка.
Для осуществления направленного нагревания отливки
на первой стадии процесса однократного обжига возни-
Рис. 4-28. Общий вид простейшей печи для направленного нагревания
отливк и..
кает необходимость применения печей специальной кон-
струкции.
Простейший вариант конструкции печи для удаления
связки, обеспечивающей направленное нагревание изделий,
представлен на рис. 4-28. С х е м а конструкции авто-
матической печи непрерывного действия,
предназначенной для однократного обжига литых деталей
348
в условиях серийного и массового произволе рва, приведе-
на на рис. 4-29.
Печь состоит из каркаса, внутри которого имеется
огнеупорная теплоизоляционная
проходит вертикальный канал,
обогреваемый силитовыми
стержнями. В вертикальном
канале происходят окончатель-
ное удаление связки, обжиг
(спекание) и охлаждение ке-
рамических изделий. В ниж-
ней части каркаса под ка-
налом расположен механизм
выгрузки. В верхней ча-
сти каркаса расположен коль-
цевой нагреватель, предназна-
ченный для разогрева кера-
мических изделий и частично-
го удаления связки. Над коль-
цевым нагревателем располо-
жен транспортер, служащий
для перемещения изделий
вдоль нагревателя и установ-
кладка. В центре кладки
Рис. 4-29. Схема конструкции
вертикальной печи непрерывного
действия для однократного об-
жига литых деталей.
ки их в канал «а окончатель-
ный обжиг. Рядом с клад-
кой печи параллельно верти-
кальному каналу располагает-
ся загрузочный бункер.
Для осуществления обжига
литые керамические детали
загружают в специальные
огнеупорные капсели, которые
устанавливают в бункер. От-
сюда они поступают на транс-
портирующий круг, постепенно
проходят через все темпера-
турные зоны кольцевого на-
гревателя (при этом происхо-
дят разогрев деталей и уда-
ление связки), передвигаются
в канал печи, где происходят окончательное удаление связ-
ки, обжиг и охлаждение, и выгружаются из печи (см. цик-
лограмму рис. 4-30).
Работает печь следующим образом (при рассмотрении
349
Перемещение, мм
время, сек
Рис. 4-30. Циклограмма работы вертикальной печи непрерывного дей-
ствия для однократного обжига литых изделий.
работы печи Считаем, что вся она заполнена капселями).
Под действием мембранного подъемника 1 (рис. 4-29)
транспортирующий круг поднимается вверх (рис. 4-30,/).
приподнимая за буртики все капсели 2, стоящие на коль-
цевом нагревателе 3. Затем поршень цилиндра 4 повора-
чивает круг с капселями на один шаг (рис. 4-30,2), после
чего круг опускается (рис. 4-30,3). При этом все капсели
встают на новые места на кольцевом нагревателе.
Крайний .капсель устанавливается над каналом печи и
остается висеть на транспортирующем круге. При этом од-
но из расширений кольцевого выреза транспортирующего
круга совпадает со столбом капселей в бункере.
Под действием соответствующих механизмов столбы
капселей в бункере и в канале печи поднимаются
(рис. 4-30,4—5). При этом капсель, расположенный над
каналом печи, встает на соответствующий столб и припо-
днимается над транспортером, а верхний капсель столба
бункера проходит через расширение кольцевого выреза
транспортера, и его буртик оказывается немного выше
верхней плоскости транспортирующего круга, после чего
круг поворотом возвращается в исходное положение
(рис. 4-30,6). Теперь уже другое расширение кольцевого
выреза круга устанавливается над каналом печи, что дает
возможность капселю, установленному транспортером на
столб, находящийся в канале печи, беспрепятственно опу-
ститься вниз при опускании всего столба (рис. 4-30,7—8).
Расширение кольцевого выреза, находившееся над бунке-
ром, ушло в сторону.
По команде КЭП столбы в канале печи и в бункере
опускаются. При этом верхний капсель столба бункера
остается висеть буртиком на транспортирующем круге и
при последующем цикле будет поставлен на кольцевой на-
греватель.
Капсель, установленный на столб канала печи,
вместе со столбом опускается вниз, а нижний капсель это-
го столба выгружается из печи механизмом выгрузки.
В конструкции печи предусмотрена возможность изме-
нения и поддержания температуры отдельных электрона-
гревательных элементов кольцевого нагревателя. Заданная
температурная кривая в канале печи обеспечивается сили-
товыми стержнями и регулируемыми воздушными канала-
ми. Замер и поддержание температуры производятся при
помощи термопар и электронных потенциометров.
Все рабочие движения бункера, механизма выгрузки и
351
транспортера осуществляются пневмогидравлическими
приводами, работой которых управляет командный элек-
тропневматический прибор (КЭП).
Пневмогидравлические приводы выбраны
из тех соображений, что необходимо обеспечить плавность
рабочих ходов механизмов. Это проще всего достигается
при помощи гидравлики. Однако гидравлические приводы
требуют применения специальных насосов с электродвига-
телями, что усложняет их конструкцию. Пневматические
приводы отличаются простотой и питаются непосредствен-
но от сети сжатого воздуха, но не обеспечивают необходи-
мой плавности хода. Поэтому в пневмогидравлическом при-
воде энергоносителем является сжатый воздух, а для пе-
Рис. 4-31. Схема пневмогидравлического
привода.
редачи движения применено маслос повышенной вязкостью.
Схема пневмогидравлического привода представлена на
рис. 4-31.
Воздух под давлением 1,5 ати поступает из КЭП в мем-
бранный прижим 1, шток которого открывает шариковый
клапан 2. Через открытый шариковый клапан сжатый воз-
дух из сети поступает в масляный бачок 3 и вытесняет из
него масло, приводя тем самым в движение исполнитель-
ный механизм. Скорость движения масла, а следователь-
но, и исполнительного механизма устанавливается регуля-
тором скорости 4.
Бункер печи (рис. 4-32) предназначен для загрузки
партии капселей с деталями и подачи их по одному на
транспортер. Бункер имеет цилиндр с поршнем 6, две не-
подвижные храповые колонки 5; две подвижные храповые
колонки 2, закрепленные на траверсе, жестко связанной со
штоком поршня; столик 1 с удерживающими 4 и транспор-
352
тирующими 3 собачками и две направляющие, одна из ко-
торых выполнена в виде дверцы 7. Шаг зубьев на колон-
ках равен высоте капселя. Ход поршня на 10 мм превышает
шаг зубьев на колонках.
Работа бункера осуществляется следующим образом
Капсели, выполненные в виде чашек с буртиком по верх
нему краю, устанавливаются один на другом на столике 1
Край верхнего капселя
при этом будет на 13—
15 мм ниже транспорте-
ра. Затем дверца 7 за-
крывается, и бункер го-
тов к работе. При подаче
масла в цилиндр пор-
шень 6 идет вверх и пе-
ремещает подвижные
стойки 2. Вместе с ними
перемещается связанный
с ними собачками 3 сто-
лик 7, на котором уста-
новлен столб капселей.
Удерживающие собачки 4
при этом свободно сколь-
зят по зубьям храповых
колонок 5. После захвата
верхнего капселя транс-
портером поршень воз-
вращается вниз. При
этом удерживающие со-
бачки 4 зацепляются за
зубья колонок 5 и удер-
живают столик с дета-
лями от перемещения
вниз, а траверса с по-
движными колонками 2
возвращается в исходное
положение. Теперь уже
собачки 3 скользят по
зубьям колонок 2.
Рис. 4-32. Бункер печи.
При каждом цикле столик поднимается на один шаг,
пока не перегрузит все капсели на транспортер. В верхнем
положении столик нажимает на кнопку звонка, извещая,
что весь запас капселей в бункере использован. Тогда для
загрузки в бункер новой партии капселей с деталями со-
23 П. О. Грибовский.
353
бачки 3 и 4 отжимают от зубьев колонок и опускают сто-
лик вниз.
Механизм выгрузки (рис. 4-33) имеет подъем-
ник 2, выполненный в виде цилиндра на неподвижном
поршне; две вилки 3 с противовесами 5, полозки 8 и толка-
тель 7.
Работает механизм следующим образом. Нижний кап-
сель столба, находящегося в канале печи, своим буртиком
опирается на верхнюю планку вилок 3. При ходе подъем-
ника 2 вверх он приподнимает столб капселей, и вилки под
действием противовесов 5 расходятся в стороны. При ходе
подъемника со столбом капселей вниз, когда буртик ниж-
него капселя окажется ниже уровня верхних горизонталь-
ных пластин вилок, ролики 1, нажимая на клинья 6, смы-
кают вилки, и второй снизу капсель садится буртиком на
вилки. Нижний капсель опускается с подъемником вниз и
становится на полозки 8. Подъемник, продолжая опускать-
ся, нажимает винтами 9 на рычаг толкателя 7 и толкатель
сдвигает капсель по полозкам в сторону.
Механизм транспортера состоит из транспорти-
рующего круга, мембранного подъемника и цилиндра
с поршнем. Транспортирующий круг имеет кольцевой
вырез, ширина которого соответствует диаметру кап-
селя ниже буртика. В двух местах вырез имеет расши-
рения, соответствующие диаметру буртика капселя. Рас-
ширения расположены таким образом, что при одном край-
нем положении транспортера (до транспортировки) одно
из расширений совпадает со столбом капселей ,в печи, а при
другом крайнем положении (после транспортировки), дру-
гое расширение совпадает со столбом капселей в бункере.
Работает механизм следующим образом. Вначале дав-
ление подается в мембранный подъемник. При этом транс-
портер поднимается, приподнимая над кольцевым нагрева-
телем капсели с деталями. Затем давление подается в ци-
линдр и транспортер поворачивается, перемещая йапсели
на один шаг. После этого давление сбрасывается, а транс-
портер опускается и возвращается в исходное положение.
При этом капсели остаются стоять на новых местах на
кольцевом нагревателе.
4-4. СВОЙСТВА ГОТОВЫХ (ОБОЖЖЕННЫХ) ИЗДЕЛИЙ
В зависимости от назначения и условий эксплуатации
готовых изделий к ним предъявляются самые разнообраз-
ные требования.
23* 355
К числу основных параметров, характеризующих свой-
ства широкой гаммы изделий, можно отнести следующие:
диэлектрическую проницаемость е; магнитную проницае-
мость ц; диэлектрические потери tg S; пьезомодуль d3), d33;
механическую прочность <уизг, ораз, осж; температуру плав-
ления /пл; теплопроводность X и др.
Свойства готовых изделий предопределяются прежде
всего свойствами материала, из 'которого они изготовлены.
Наряду с этим существенное влияние на свойства готовых
изделий оказывает ряд технологических факторов, опреде-
ляющих качество полуфабриката и процесс спекания,
К&/ММ
100 102 1:0k 106 108 1J0 1,12
Рис. 4-34. Зависимость элек-
трической прочности от не-
равномерности структуры по-
луфабриката.
1 — клиноэнстатитовый материал;
муллитовый материал.
шликера, конструкции
а также последующие опера-
ции.
Зависимость качества полу-
фабриката от основных техноло-
гических факторов показана
в предыдущих главах. Следует
лишь отметить, что проведенны-
ми исследованиями [Л. 43 и др.],
направленными на изучение
влияния технологических методов
оформления полуфабриката на
свойства готовых изделий, уста-
новлено, что при использовании
технологии горячего литья под
давлением с соблюдением необ-
ходимых условий (правильный
выбор режима литья, состава
формы и т. д.) обеспечиваются
у готовых изделий наивысшие показатели свойств, прису-
щие данному материалу.
Примером влияния качества полуфабриката на свой-
ства готового изделия являются приведенные на рис. 4-34
кривые зависимости электрической прочности от коэффици-
ента неравномерности структуры полуфабриката. Электри-
ческая прочность наиболее ярко отражает влияние дефек-
тов структуры полуфабриката на свойства изделий и, как
видно из графика, резко падает с увеличением неравно-
мерности структуры.
Другим примером является существенная роль дисперс-
ности порошка. На рис. 4-35 показана зависимость меха-
нической и электрической прочности изделия от дисперсно-
сти порошка, образующего полуфабрикат.
В табл. 4-13 приведены данные, характеризующие влия-
356
Таблица 4-13
Наименование материала Марка Кристалли- ческая основа Температура обжига, °C Плотность упаковки полуфабриката, *уп Свойства готовых изделий
Предел прочности при изгибе кг'!см? Электриче- ские прочно- сти. Кв/ММ
Клиноэнстатито- СК-1 MgO-SiO2 1 180 0,719 1 400 29,2
вый 0,714 1 300 27,7
0,702 1 150 26,3
Рутиловый Т-80 тю2 1 340 0,781 1 475 н,з
0,779 1 360 10,4
0,769 1 050 9,6
Фарфор электро- М-23 3Al2O3-2SiO2 1 280 0,723 880 26,7
технический 0,717 850 25,3
0,717 815 22,7
ние коэффициента упаковки полуфабриката (отливки) на
некоторые свойства изделий.
Приведенные данные характеризуют весьма большое
значение качества полуфабриката с точки зрения получе-
ния высококачественных керамических изделий.
Изменение коэффициента упаковки полуфабриката яв-
лялось результатом применения различных режимов литья
(давления, температуры шликера, температуры формы).
Рис. 4-35. Зависимость механической и электри-
ческой прочности от дисперсности порошка.
357
Как .видно из табл. 4-13, уменьшение коэффициента упа-
ковки приводит к существенному снижению механической
и электрической прочности изделий.
Следует отметить, что изменение свойств является ре-
зультатом не только уменьшения средней плотности упа-
ковки полуфабриката (в табл. 4-13 приведены средние
значения Ауп для всего объема полуфабриката), но и уве-
личением неравномерности упаковки.
Весьма существенным критерием качества готовых из-
делий является точность их геометрической формы и раз-
меров.
Размеры и геометрическая форма готовых изделий опре-
деляются размерами и формой полуфабриката (отливки)
и величиной его объемных (линейных) изменений в ре-
зультате обжига.
Размеры полуфабриката и их точность зависят от раз-
меров литейной формы (см. гл. 3) и режима литья (тем-
пературы шликера, температуры формы и давления).
Величина и стабильность объемных изменений полуфаб-
риката при обжиге (спекании) зависят главным образом
от плотности kya и равномерности R упаковки частиц по-
рошка в полуфабрикате, а также от дисперсности и грану-
лометрического состава порошка, режима обжига и мето-
да установки изделий для обжига.
Исследование влияния точности размеров полуфабри-
ката на точность размеров готовых изделий показало, что
одним из определяющих размеры готовых изделий фак-
торов является точность размеров литейной формы. Режи-
мы литья, оказывая определенное влияние на изменение
размеров полуфабриката по сравнению с размерами ли-
тейной формы, не приводят, однако, к существенному из-
менению точности размеров готового изделия.
Из приведенных в табл. 4-14 данных видно, что пони-
жение температуры шликера, температуры формы и умень-
шение давления приводят к увеличению разницы' в разме-
рах отливки по сравнению с размерами формы. Повышение
температуры шликера, температуры форм и давления при-
ближает размеры отливки к размерам формы. Однако пос-
ле обжига эти изменения размеров полуфабриката (отлив-
ки) компенсируются различной величиной объемных
изменений полуфабриката при обжиге. Таким образом, ве-
личина объемных изменений, происходящих в обжиге (ог-
невая усадка) при расчете усадки от размеров литейной
358
Таблица 4-14
Режим литья Объемная наружная усадка отливки, % Объемная огневая усадка, %
Температура шликера, °C Темпера- тура фор- I мы, 6С Давление, ати к объему отливкн к объему ли- тейной формы
80 20 1 1,99
80 20 2,5 1,62 — —
80 20 5 1,48 23,95 24,63
80 20 10 1,28 — —
80 20 15 1,09 — ——
80 0 5 1,73 — —
80 40 5 1,41 — —
60 20 5 1,57 — —
70 20 5 1,52 — —
90 20 5 1,23 — —
100 20 5 ] 23 — —
60 40 1 223 22,92 24,62
60 40 15 1’47 — —
100 п 1 — —
100 0 15 2,0 1 1,3 23,89 24,59
формы к размерам готового изделия, практически не за-
висит от режима литья.
Объемные изменения полуфабриката (огневая усадка)
при обжиге являются результатом спекания частиц по-
рошка в монолитный материал.
В зависимости от состава и структуры материала
(порошка) при спекании могут протекать различные фи-
зико-химические процессы и имеет место различный ме-
ханизм процесса спекания.
С точки зрения объемных изменений, получающихся
при спекании, эти физико-химические процессы имеют
значение в том случае, если они приводят к изменению
удельного веса частиц порошка.
Так как в технологии горячего литья одним из основ-
ных принципов является применение готовых синтезиро-
ванных керамических материалов, практически не изме-
няющих своих свойств при повторных нагревах, объем-
ные изменения при спекании зависят главным образом
от коэффициента упаковки полуфабриката.
Расчетную величину объемной усадки в результате
спекания в зависимости от коэффициента упаковки
можно выразить соотношением (1-6); это соотношение
справедливо только при условии полного отсутствия пор
в спекшемся образце. Так как в спекшемся образце закры-
359
тые 'поры всегда имеются, фактическая величина объемной
усадки оказывается меньше (объем закрытых пор должен
вычитаться).
Однако можно считать, что точность размеров готовых
изделий находится в прямой зависимости от постоянства
величины коэффициента упаковки полуфабриката.
Наряду с зависимостью от коэффициента упаковки ве-
личина объемных изменений при спекании в определенной
мере зависит также от дисперсности и гранулометрическо-
го состава порошка и режима обжига. Эти факторы при-
водят к изменению объема закрытых пор, остающихся
в изделии после спекания. Увеличение размеров частиц
порошка (грубодисперсные порошки) или чрезмерно боль-
шая скорость подъема температуры приводят к увеличению
объема закрытых пор в спекшемся изделии. При этом со-
ответственно уменьшается объемная усадка изделия. Одна-
ко колебания величины объема закрытых пор не очень зна-
чительны.
Исследование влияния дисперсности порошка на ве-
личину усадки при спекании {Л. 61] показало, что измене-
ние дисперсности в довольно широких пределах приводит
к изменению усадки всего на 1—2%.
Регламентирование технологического процесса, при ко-
тором обеспечивается некоторая стабильность дисперсно-
сти порошка и режима обжига, обеспечивает постоянство
величины закрытой пористости и, следовательно, сохране-
нение объемной огневой усадки в результате спекания
с точностью ±0,3%. Такие колебания величины объемных
изменений в результате спекания обеспечивают возмож-
ность (при соблюдении постоянства значений feyn) полу-
чения изделий с высокой точностью размеров.
Весьма существенное влияние на точность размеров
и геометрическую форму изделий оказывает правильность
установки изделий на обжиг.
Установленные на огнеупорную подставку изделия
в процессе спекания и протекающих при этом объемных
изменениях испытывают сопротивление прохождению
усадки из-за трения между опорной площадью изделия
и подставкой.
Различные участки изделия находятся в разных усло-
виях. В верхней части изделия усадки протекают беспре-
пятственно; в нижней части, соприкасающейся с подстав-
кой, имеет место противодействие, торможение усадки.
В результате наблюдаются деформации изделия.
360
Кроме того, за счет различных условий нагревания
и теплоотвода в изделии имеет место неравномерное тем-
пературное поле. В плоскости контакта изделия с подстав-
кой температуры обычно ниже, чем в верхней части.
В результате этого усадки начинают протекать в верх-
ней части изделия раньше, чем в нижней. Это влечет за
собой дополнительную деформацию изделия.
На рис. 4-36 показаны схемы отклонений ют геометри-
ческой формы простейших образцов, вызываемые указан-
ными выше причинами.
Применение простейших технологических приемов (спе-
циальные подставки «бомзы» и т. п.) установки на обжиг
и рациональный выбор температурного режима обжига
Рис. 4-36. Схема деформации образцов вслед-
ствие неравномерного нагрева при спекании
(пунктир).
1— огнеупорная подставка; 2 — обжигаемое изделие.
обеспечивают достаточно равномерный нагрев изделий.
Исследование точности размеров изделий, изготовлен-
ных горячим литьем под давлением и намораживанием,
при соблюдении основных технологических режимов
и применении форм, изготовленных по II—III классам
точности, показало, что колебания размеров изделий на-
ходятся в пределах допустимых отклонений по IV — V
классам точности ГОСТ на допуски и посадки в машино-
строении.
Дальнейшее повышение точности размеров изделий
(без их механической обработки после обжига) требует
решения вопросов увеличения чистоты поверхности (ми-
крогеометрии поверхности) и более строгой регламента-
ции основных технологических параметров. Повышение
точности размеров крупногабаритных изделий связано
в первую очередь с правильной установкой в обжиг
и режимом нагрева.
361
ГЛАВА ПЯТАЯ
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ГОРЯЧЕГО ЛИТЬЯ
5-1. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ВОЗМОЖНОСТИ
tes' ТЕХНОЛОГИИ ГОРЯЧЕГО ЛИТЬЯ
' Одной из самых замечательных особенностей техноло-
гии горячего литья, по-видимому, следует считать ее уни-
версальность. Технология горячего литья обеспечивает
возможность изготовления изделий практически из любых
твердых материалов: минералов, окислов, карбидов, ме-
таллов, стекол и т. д.
Наряду с этим технология горячего литья обеспечивает
возможность изготовления изделий самых различных
конфигураций и габаритов.
Эти два обстоятельства дают основание считать тех-
нологию горячего литья весьма эффективной для массово-
го производства различных изделий. .
Возможность изготовления разнообразных изделий из
любых твердых материалов создает реальные предпосыл-
ки для разработки и практического применения новых
синтетических 'материалов и изделий из них.
Расширяются возможности использования дополни-
тельных сырьевых ресурсов, причем может быть исполь-
зовано сырье, которое обычно в керамической технологии
либо мало применялось, либо вообще не использовалось.
Создается возможность изготовления изделий из мате-
риалов, обладающих высокими эксплуатационными свой-
ствами (твердостью, 'механической прочностью и т. п.), но
вызывающих большие затруднения при изготовлении из-
делий обычными технологическими методами (например,
чистые окислы, некоторые твердые металлы, карбиды,
керметы и металлокерамика и др.).
Наконец, появляется возможность изготовления изде-
лий, обладающих различными свойствами в различных
элементах объема (поликерамических изделий). Понятие
о поликерамике является новым и требует некоторых
пояснений [Л. 54].
Поликерамическое изделие изготовляется из двух-трех
и более различных по составу и свойствам материалов
путем последовательной заливки формы шликерами из
этих материалов. В результате получается полуфабрикат
.362
(отливка) изделия, отдельные элементы которого изгото-
влены из разных шликеров.
Полуфабрикат подвергается термической обработке,
в результате которой происходит спекание и образуется
поликерамическое изделие, обладающее различными свой-
ствами, которые необходимо сочетать в одной детали. На-
пример, так могут быть изготовлены платы для печатного
монтажа радиоблоков, электрические конденсаторы с за-
данным или переменным значением ТКЕ и т. д.
При этом возникает необходимость рационального вы-
бора сочетающихся материалов. Подбор материалов
(и литейных шликеров из них) должен производиться на-
ряду с обеспечением необходимой совокупности электро-
физических свойств на основе соблюдения следующих
условий:
1) плотность упаковки частиц порошка /?уп в литейных
шликерах из различных материалов, применяемых для
изготовления поликерамического изделия, должна быть
одинаковой;
2) при отливке изделия в местах сопряжения различ-
ных материалов должно обеспечиваться надежное спла-
вление шликеров за счет выбора соответствующих техно-
логических режимов;
3) сочетающиеся материалы должны иметь одинако-
вую температуру спекания;
4) коэффициенты термического расширения сочетаю-
щихся материалов должны быть близкими или равными
друг другу;
5) химическое взаимодействие сочетающихся материа-
лов при температурах спекания должно быть ограничен-
ным во избежание образования легкоплавких соединений
и разрушения изделия.
Первые опыты [Л. 54] получения поли- и бикерамики
с учетом изложенных выше положений были проведены на
серии материалов с изготовлением образцов в виде бикера-
мических трубочек и пластин (рис. 5-1).
При проведении опытов использовались материалы,
перечень и свойства которых приведены в табл. 5-1.
В результате проведения опытов сочетания различных
пар из числа приведенных в таблице материалов удалось
получить ряд образцов бикерамических трубок и пластин
(рис. 5-2) на основе использования материалов, близких
друг другу по химическому составу (например, ЦК-8
363
и ЦК-10) и с различным химическим составом (например,
СЦ-1 и ЦБ-35). Наиболее надежные результаты и каче-
ственные бикерамические образцы получаются при ис-
пользовании родственных по химическому составу мате-
риалов (ЦК-8 и ЦК-Ю и т. п.). Из полученных образцов
были изготовлены макеты конденсаторов, обеспечивших
получение заданных ТКЕ (на рис. 5-1 пунктиром показа-
Рис. 5-1. Бикерамические образцы
(пунктиром отмечены металлизирован-
ные поверхности).
а — пластинка со стыковым соединением; б —
пластинка с „замком"; в — трубка с соедине-
нием в стык; г—трубка с „замком’.
лий и разработки, новых
ций.
ны металлизированные
поверхности).
Предварительные опы-
ты дают основание счи-
тать, что получение поли-
керамики на основе ис-
пользования технологии
горячего литья является
реальной и перспектив-
ной задачей, но требует
дальнейшей более широ-
кой исследовательской
работы по созданию и
выбору материалов, об-
ладающих комплексом
необходимых электрофи-
зических свойств и при-
емлемых для сочетания
в поликерамических из-
делиях.
Возможность изготов-
ления изделий практиче-
ски любой конфигурации,
обеспечиваемая техноло-
гией горячего литья, со-
здает предпосылки для
ее использования при из-
готовлении очень широ-
кого ассортимента изде-
перспективных конструк-
В отличие от большинства способов при использова-
нии технологии горячего литья усложнение конфигурации
керамического изделия обычно не вызывает серьезных
затруднений, снижения производительности труда и необ-
ходимости использования высококвалифицированных ра-
бочих. Усложнение конфигурации изделия вызывает лишь
364
Таблица 5-1
Индекс материала Кристаллическая основа Температуры спекания, °C Основные свойства
& tgb‘101 ТКЕ-10"
СЦ-1 Цельзиан 1 420—1 450 7,5 2 +50
ЦС-24 То же 1 370 7,0 8 +60
ЦБ-1 Цирконат бария 1 340—1 450 33 3 —530
ЦБС-25 То же 1 370 18 5 —67
ЦБ-35 Цельзиан и цирконат бария 1 410—1 430 13 4 — 100
ЦК-1 Цирконат кальция 1 430—1 450 28 8 +20
Ш-1 Шпинель 1 320—1 330 6,5 8 + 120
Т-150 Титанат кальция 1 320 140 3 — 1 500
Т-1 Рутил 1 430—1 450 100 4 —700
ТБ-1 Титанат бария 1 320—1 330 1 500 200
ЦК-8 Цирконат кальция Цирконат бария 1 410—1 430 27 10 +35
ЦК-10 То же 1 410—1 430 27 5 —20
усложнение и удорожание литейной формы, что незначи-
тельно отражается на себестоимости изделий.
В связи с этим при разработке новых конструкций из-
делий открывается возможность наиболее рационального
Рис. 5-2. Бикерамические образцы.
использования объема, уменьшения веса и т. п. за счет
некоторого усложнения конфигурации изделия, что ранее
представлялось нецелесообразным.
365
5-2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ГОРЯЧЕГО ЛИТЬЯ
Технология горячего литья успешно применена для из-
готовления изделий из большого ряда разнообразных ма-
териалов, обладающих различными свойствами.
Ниже приводится перечень материалов, применяемых
в технологии горячего литья:
Наименование материалов
Клиноэнстатитовые
Муллитовые и муллито-корундовые
Кордиеритовые
Форстеритовые
Цельзиановые
Шпинелевые
Корундовые
Титанаты кальция, магния, бария,
стронция и др.
Цирконаты кальция, бария, свин-
ца и др.
Из чистых окислов
Магнитные, магнитопроницаемые
Карбидные, полупроводниковые
Металлокерамические
Стекла и др.
Марки, специальные названия и пр.
СК-1, Б-17, С-61 и др.
Электрофарфор, радиофарфор- уль-
трафарфор, цирконовый фарфор,
ашаритовый фарфор и др.
КР-15 и др.
ЛФ-2 и др.
БАС-1, БАС-2, СЦ-1 и др.
Ш-1 и др.
Боркорунд, синоксаль-49, ЦМ-332
и до.
ТК-20, Т-80, Т-150, Ц-70, СМ-1,
Т-40, Т-900 и др.
ЦК-15, ЦБ-4 и др.
ВеО, ZrO2, ThO2, А12О3 и др.
Ферриты
Карборундовые и др.
Твердые сплавы и др.
№ 69, 74 и др.
; На основе использования перечисленного ассортимента
материалов горячее литье получило применение для изго-
товления:
1) электроизоляционных изделий;
2) электрических конденсаторов;
3) пьезокерамических изделий;
4) магнитной и магнитопроницаемой керамики (фер-
ритов) ;
5) огнеупорных и термостойких изделий;
6) машиностроительных деталей и инструментов;
7) химически стойких изделий;
8) металлокерамических изделий;
9) художственных и хозяйственно-бытовых изделий.
Наиболее широкое применение технология горячего
литья получила для изготовления электроизоляционных
^кзДелий (высоковольтных и высокочастотных)^)
Возможность изготовления высококачественных изделий
сложной конфигурации при достаточно высокой точности
размеров вызвала разработку новых более рациональ->
ных конструкций высокочастотных установочных деталей,
366
Кратко остановимся на описании примеров некоторых
решений в этом направлении.
В целях повышения качества, уменьшения веса и га-
баритов радиоаппаратуры были проведены работы [Л. 54]
по созданию малогабаритных подстроечных конденсаторов,
высокостабильных катушек, индуктивностей с внутренней
обмоткой, а также керамических оснований для печатного
монтажа.
На рис. 5-3 приведены образцы некоторых из этих уз-
лов и деталей.
Все приведенные керамические узлы и детали кон-
струировались в расчете на возможности технологии горя-
чего литья под давлением.
Особенностью конструкции малогабаритных керами-
ческих фильтров является то, что в одной сложной по кон-
фигурации керамической детали (основании фильтра) со-
средоточены функции нескольких деталей. Так, например,
колпаки являются одновременно конденсаторами и экра-
нами и т. д. (рис. 5-3,а).
Особенностью применения горячего литья для печат-
ного монтажа является то, что получение керамической пла-
стины со сложным ysopOiM токопроводящих линий осуще-
ствляется отливкой такой пластины с рельефом (высту-
пы или впадины), подвергающимся металлизации путем
прокатки валиком, смазанным серебряной пастой, что не
вызывает технологических затруднений. Простейшие литей-
ные формы для таких плат могут изготовляться методом,
травления медной или стальной пластины.
Некоторый интерес представляет работа {Л. 65] по со-
зданию катушки индуктивности с внутренней резьбой, на
которую наносится токопроводящий слой. Как показали
опыты, температурный коэффициент индуктивности у такой
катушки уменьшается. Технология изготовления оказы-
вается весьма несложной, так как нанесение витков (токо-
проводящего слоя) осуществляется простым гладким ва-
ликом.
На рис. 5-4 приведены фотографии некоторых разно-
видностей электроизоляционных высокочастотных деталей,
изготовленных горячим литьем под давлением из различ-
ных материалов.
Применение технологии горячего литья для изготов-
ления электрических керамических конденсаторов обеспе-
чивает возможность использования самых высококачест-
венных конденсаторных .материалов и создания новых
367
оригинальных конструкций конденсаторов с. улучшенными
параметрами. Наиболее наглядным примером этого может
служить разработка малогабаритных конденсаторов КЛГ
Рис. 5-3. Образцы керамических радиодеталей и узлов.
а—электрический фильтр; б — подстроечный конденсатор.
(выпускаемых промышленностью под индексом КЛС), бо-
лее подробное описание которых будет приведено ниже.
На рис. 5-5 приведены конденсаторы, изготовленные из
различных материалов горячим литьем под давлением.
368
Весьма перспективной и Сравнительно новой областью
применения технологии горячего литья является пьезоке-
рамика. Здесь, как и в ряде других областей, широкие
Рис. 5-4. Фотография электроизоляционных деталей из разных керами-
ческих материалов.
возможности технологии горячего литья привели к созда-
нию новых оригинальных конструкций пьезокерамических
изделий. К числу заслуживающих особого внимания при-
меров можно отнести разработку цельнокерамических
Рис. 5-5. Керамические конденсаторы, изготовленные 'литьем'! ..под дав-
лением.
24 П. О. Грибовский.
369
электрических фильтров [Л. 72), краткое описание кото-
рых также приведено ниже.
Применение технологии горячего литья для изготовле-
ния магнитной и магнитопроницаемой керамики '(ферри-
тов), обеспечившей возможность эффективного изготовле-
ния ряда изделий сложной конфигурации и различных
габаритов, иллюстрируется рис. 5-6, на котором приведе-
ны некоторые детали.
Особо большое значение
имеет применение технологии
термо-
изготов-
окислов
различ-
устрой-
горячего литья в области
Рис. 5-6. Ферритовые детали, изго-
товленные литьем под давлением.
выоокоогнеупорных и
стойких изделий,
ляемых из чистых
и используемых в
ных специальных
ствах и, в частности, в об-
ласти атомной техники.
Изготовление изделий из
чистых окислов горячим
литьем под давлением обес-
печивает возможность со-
хранения чистоты и высоких
свойств исходных материа-
лов и получения из них из-
делий, которые вследствие
сложности конфигураций ни-
какими другими способами
изготовить не представля-
лось возможным.
На рис. 5-7 приведены
некоторые простейшие из-
делия, изготовленные из чи-
стых окислов алюминия, бе-
риллия, тория и др.
Совершенно самостоятельное значение приобретает
такая широкая область применения технологии горячего
литья, как машиностроительная керамика. Даже сравни-
тельно небольшой опыт применения керамики в качестве
деталей машин, режущего и измерительного инструментов
показал исключительную перспективность этой новой об-
ласти техники [Л. 109, 151].
Весьма эффективным является также применение тех-
нологии горячего литья для изготовления химически
стойких изделий и металлокерамических изделий раз-
личного назначения. Начато массовое производство ху-
370
Рис. 5-7. Изделия из чистых окислов металлов.
дожественных и хозяйственно-бытовых керамических
изделий (рис. 5-8) предприятиями Киевского совнар-
хоза
Даже краткое описание практических примеров приме-
нения технологии горячего литья во всех перечисленных
областях техники не укладывается в рамки и объем на-
стоящей монографии и должно явиться предметом спе-
1 Митин Н. Г., 3 у б а т о в а И. Н., Романовская 3. 3.,
К у д р и и а Т. И., Вишневский Б. И., Изготовление ..фарфоррвых
изделий горячим литьем под давлением, «Стекло и керамика», 1960,
№ 9, стр. 38—41.
24* 371
Рис. 5-8. Бытовая и художественная керамика, изготовленная горячим литьем под давлением.
циальных отдельных сообщений .по каждой области приме-
нения.
Тем не менее представляется целесообразным привести
описание отдельных наиболее наглядных примеров, пока-
зывающих, как велики возможности, открываемые техно-
логией горячего литья, в деле создания новых конструкций
изделий.
5-3. ПРИМЕРЫ РАЗРАБОТКИ НОВЫХ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИИ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГОРЯЧЕГО ЛИТЬЯ
а) Миниатюрные керамические конден-
саторы КЛГ. Конденсатор постоянной емкости является
одним из наиболее широко применяемых элементов схемы
в любом радиоэлектронном устройстве. Поэтому уменьше-
ние размеров и веса конденсаторов постоянной емкости
является одним из важнейших вопросов в деле уменьше-
ния веса и габаритов радиоаппаратуры. Выпускаемые про-
мышленностью [Л. 6, 105] малогабаритные конденсаторы
постоянной емкости не обеспечивают удовлетворения со-
временных требований как по габаритам, так и по основ-
ным параметрам и в первую очередь по температуростой-
кости. Недостатком керамических конденсаторов являют-
ся также их относительно большие габариты или, иными
словами, их малая удельная емкость (емкость в пикофа-
радах, приходящаяся на 1 см3 занимаемого конденсатором
в пространстве объема).
Небольшая удельная емкость керамических конденса-
торов является результатом нерациональной конструктив-
ной формы (трубка, диск) и значительной толщины ди-
электрика. Конструкция этих керамических конденсато-
ров разрабатывалась, исходя из возможностей принятой
в производстве керамической технологии (протяжка, прес-
сование, пленочное «холодное» литье).
Основываясь на использовании возможностей техноло-
гии горячего литья керамических изделий, в 1956 г. был
разработан новый тип конденсаторов — КЛГ [Л. 59, 69],
отличающийся от существующих высокоразвитой удель-
ной рабочей поверхностью и конструкцией, обеспечиваю-
щей рациональное использование объема и сохранение
достаточной механической прочности конденсатора при
любой толщине диэлектрика (даже менее 100 мк). Разви-
тие рабочей поверхности, уменьшение толщины диэлек-
трика и рациональное использование объема обеспечили
получение удельных емкостей у конденсаторов КЛГ,
373
в несколько раз превышающих удельные емкости сущест-
вующих конденсаторов. Конденсаторы КЛГ оказались ми-
ниатюрными (рис. 5-9) по сравнению с существующими.
Конструкция конденсаторов КЛГ видна из рис. 5-10,
на котором приведены три основных варианта конструк-
тивного оформления конденсаторов.
Конденсаторы КЛГ представляют собой керамические
призмы с тонкими прорезями, образующими решетку из
керамических перегородок (пластин), имеющих любую
заданную толщину до 0,1 мм и менее и образующих
Рис. 5-9. На миниатюрных металлизированных заготовках керами-
ческих конденсаторов КЛГ лежит трубчатый конденсатор типа КТК
емкостью 43 пф.
единое целое с жестким каркасом. У конденсаторов ма-
лой реактивности мощности ширина прорезей составляет
0,14-0,2 мм. Все поверхности перегородок и каркаса ме-
таллизированы, за исключением поверхностей А, В, С, D.
Благодаря наличию выводных каналов К обеспечивается
электрическое соединение обкладок металлизированных
перегородок по любой схеме: в один конденсаторный блок,
параллельно в несколько блоков и т. п.
Для усиления конструкции и обеспечения ее техноло-
гичности (с точки зрения механизма заполнения формы
при литье под давлением) в большинстве случаев приме-
няется второй вариант конструкции с ребром жесткости
М. Первый и второй варианты конструкции КЛГ имеют
сквозные прорези и, следовательно, межэлектродные рас-
стояния равны толщине диэлектрика (перегородки).
374
Рис. 5-10. Конструкция конденсатора КЛГ.
С целью увеличения межэлектродного расстояния конден-
саторы КЛГ, работающие при высоких напряжениях, вы-
полняются в третьем конструктивном варианте с глухими
прорезями, которые через одну располагаются на проти-
воположных гранях. В этом случае получается электри-
ческое соединение половины всех металлизированных пе-
регородок на грани Е и другой половины на грани F,
а расстояние между электродами равно h.
375
Конденсаторы КЛГ покрыты влагозащитной оболоч-
кой: слоем стекла (глазури, стеклоэмали), обычной кон-
денсаторной эмалью, компаундом Ч1 т. п. Конденсаторы
могут быть снабжены проволочными или ленточными вы-
водами или выполнены без выводов с открытыми метал-
лизированными торцами. При использовании КЛГ в пе-
чатном монтаже последний вариант выводов (облуженные
торцы) может сочетаться с удобным методом крепления
конденсатора в плате печатного монтажа за счет созда-
ния клина на боковых гранях [Л. 71].
Конденсаторы КЛГ могут изготовляться из различных
керамических материалов, что обеспечивает возможность
получения их с разнообразными наперед заданными элек-
трофизическими характеристиками.
Следует при этом отметить, что для конденсаторов,
предназначенных для работы в условиях повышенных тем-
ператур (выше 80° С), некоторые известные конденсатор-
ные материалы непригодны. В связи с этим наряду с соз-
данием новой конструкции конденсаторов проводилась
также разработка новых керамических материалов, отли-
чающихся высокой температуростойкостью. В табл. 5-2 при-
ведены характеристики некоторых конденсаторных кера-
мических материалов (в том числе и не отличающих-
ся высокой температуростойкостью), приемлемых для
изготовления конденсаторов КЛГ различного назна-
чения.
Приведенный в табл. 5-1 перечень материалов далеко
не исчерпывает всех материалов, пригодных для изготов-
ления конденсаторов КЛГ, так как практически по техно-
логии горячего литья под давлением они могут быть изго-
товлены из любого конденсаторного материала.
Принципиальная технологическая схема изготовления
конденсаторов КЛГ приведена на рис. 5-11. Приготовле-
ние материала осуществляется методом гранулирования
спека с последующим помолом гранул в вибромельницах
или шаровых мельницах. Приготовление литейного шлике-
ра производится по вышеописанной технологии с введе-
нием от 5 до 8% технологической связки (парафина 94%,
воска пчелиного 6%).
Литье полуфабриката осуществляется на малогабарит-
ных литейных аппаратах (типа ЛПГ-1л) в специальные
пластинчатые литейные формы, обеспечивающие получе-
ние законченной конфигурации конденсаторов без меха-
нической доработки.
376
Общий вид ручной литейной формы для литья КЛГ
приведен на рис. 5-12. Разработка конструкции формы
для литья и выбор режимов производились на основе ис-
следования процесса литья с применением скоростной ки-
носъемки. Термическая обработка отлитых конденсаторов
Приготовление
(синтез) материала
осуществляется методом
однократного обжига с
применением направлен-
ного нагрева (односто-
ронний нагрев). Для
этого отливки КЛГ уста-
навливаются на пори-
стые огнеупорные под-
ставки, которые нагре-
ваются (снизу) до тем-
пературы 400° С в тече-
ние 3—6 ч, после чего
подъем температуры про-
изводится за 6—40 ч до
температуры спекания
материала.
Приготовление
литейного шликера
Истытание
конденсаторов
Г Пайна "J
I выводов I
।-----т-------j
,-----Jl_________,
I Эмалирование I
I (орг. эмалью I
I или компаундами) I
Рис. 5-11. Технологическая схема изготовления
конденсаторов КЛГ.
Металлизация обожженных керамических заготовок
проводится нанесением серебряной пасты с помощью
специально разработанной вакуумной установки (рис. 5-13)
с последующим вжиганием серебра в печах с окислитель-
ной атмосферой при температуре 800°С или химическим
меднением,
377
Индекс материала Кристаллическая основа Диэлектрическая | проницаемость s Диэлектрические по
-60 20 при тем 80
ТК-20 Титанат циркония 27 4 6 8
Т-80 Рутил (двуокись титана) 80 4 6 8
Т-150 Титанат кальция 150 6 3 4
Т-270 Титанат стронция 270 — 3 —--
ЦК-15* Цирконат кальция 27 5 6 8
ЦБ-4* Цирконат бария 33 3 3 4
ЦКТК-1* Цирконат кальция+титанат кальцин 54 4 6 7
СЦ-1* Цельзиан 7 2 2 2
СМ-1 Титанат бария 3 000 400 150 70
Т-900 Титанат стронция и титанат висмута 900 — 10 —
* Новые материалы, разработанные в 1955—1957 гг. [Л. 63, 64].
Отличительными особенностями метода серебрения
конденсаторов КЛГ являются его простота и высокая про-
изводительность. Для нанесения серебряной пасты не-
Рис- 5-12. Общий вид ручной
— поддон; 2— обойма; 3 — съемник;
формы для литья конденсаторов КЛГ.
4—пуансон; 5 —корпус; 6 — ручка; 7— камера.
сколько сотен или тысяч (в зависимости от размеров уст-
ройства для серебрения) конденсаторов загружается
в кольцевую корзину 1 устройства (рис. 5-13). После соз-
дания в камере устройства вакуума через штуцер 4 корзи-
378
'Габлицй 5-2
терн tg5-10‘, пературе °C ТКЕ.10"6, при температур °C Удельное объемное со- противление pv, ОМ'СМ, при t, °C
150 после увлажне- ния —00 до 20 30 до 70 20 до 150 20 150
12 6 —90 —60 —50 10’3 10U
12 6 —850 —700 —600 IO12 108
5 4 —2 000 — 1 500 — 1 350 IO12 2-10‘“
3 — — 1 300 — 10” .—
10 7 —20 0 20 IO'3 10”
5 3 — —350 —. 1013 —
9 7 —900 —700 —600 10’3 —
3 2 50 70 1013
30 150 Нелинейно — IO12 10’“
— — — —5 000 — —‘
па 1 с конденсаторами погружается в серебряную пасту
6, а камера сообщается с окружающей атмосферой или
источником сжатого воздуха через штуцер 4. Под влиянием
атмосферного давления или давления сжатого воздуха, по-
даваемого в камеру устройства, серебряная паста проникает
в прорези керамических заготовок конденсаторов, смачи-
вая все открытые поверхности. Затем кольцевая корзина
с конденсаторами поднимается вверх (выше уровня се-
ребряной пасты, находящейся в камере) и ей сообщается
вращательное движение. В результате этого происходит
сброс (центрифугирование) избытка серебряной пасты
с поверхностей конденсаторов и корзины, стекающей об-
ратно в камеру устройства. Одновременно происходит
подсушка конденсаторов. Весь цикл покрытия конденса-
торов пастой, включая' время центрифугирования и под-
сушки; продолжается 1,5 — 2 мин. Покрытые серебряной
пастой конденсаторы насыпают в огнеупорные чашки и
в таком виде (насыпью) подвергают нагреву до 800—
820° С для вжигания серебра. Для получения слоя се-
ребра необходимой толщины процесс повторяется 2—3 ра-
за. В настоящее время процесс серебрения по указанному
принципу механизирован и осуществляется па специаль-
ном полуавтомате.
379
Химическое меднение применяется для конденсаторов
с рабочей температурой только до 100° С, так как
слой меди не допускает длительных перегревов выше
100° С.
Шлифовка плоскостей конденсаторов производится на
шайбошлифовальных станках незакрепленным абразив-
ным зерном с помощью специального приспособления
(рис. 5-14), обеспечивающего равномерную шлифовку де-
талей [Л. 68] или на плоскошлифовалыных станках абра-
Рис. 5-13. Схема вакуумной
установки для металлизации
конденсаторов КЛГ.
/ — сетка для серебрения; 2 — чашка;
<3 —электрообогреватель; 4-двига-
тель; 5 —рычаг; 6 —серебряная паста;
7 —стойка.
покрытие
веществами
зивными кругами.
Для обеспечения влагоста-
бильности конденсаторов и
уменьшения краевого эффекта
конденсаторы покрываются за-
щитной оболочкой. На схеме
(рис. 5-11) приведены два ва-
рианта покрытия: герметиза-
ция стеклом и
органическими
(эмалью, компаундами и т. п.).
Герметизация конденсаторов
стеклом является новым спо-
собом, впервые примененным
на конденсаторах КЛГ. Сущ-
ность процесса заключается в
нанесении тонкой пленки стек-
ла на поверхности конденсато-
ра и заполнении прорезей сте-
клом. Стекло, применяемое
для конденсаторов КЛГ, дол-
жно удовлетворять следующим
требованиям:
1) температура оплавления
температуры вжигания серебра
стекла должна быть ниже
(не более 700—750°С);
2) коэффициент термического расширения стекла
(к. т. р.) должен быть близок к. т. р. керамического мате-
риала;
3) стекло должно хорошо смачивать поверхность кера-
мики и серебряного слоя;
4) стекло должно обладать высокими электрофизиче-
скими свойствами (малый tg6, малое значение ТКЕ, высо-
кая электрическая прочность, большое удельное объемное
сопротивление, влагостабильность и т. д.).
380
Рис. 5-14. Устройство для шлифовки конденсаторов КЛГ.
В результате проведенной экспериментальной работы
были выбраны стекла, обеспечившие получение поло-
жительных результатов.
В отличие от обычных методов глазурования керами-
ческих изделий покрытие конденсаторов КЛГ слоем стек-
ла осуществляется путем приготовления литейной систе-
мы (шликера) из порошка стекла и технологической связ-
ки и нанесения слоя этого шликера на конденсаторы с по-
мощью вакуумного устройства (аналогичного устройству
для серебрения) и специальных зажимов для крепления
конденсаторов. Для нанесения слоя стекольного шликера
Рис. 5-15. Форма для заливки под давлением конденсаторов
КЛГ стекольным шликером.
был разработан также метод заливки (литьем под давле-
нием). Заливка стекольным шликером под давлением осу-
ществляется с помощью специальной формы (рис. 5-15)
на литейном аппарате ЛПГ-1-л.
После нанесения слоя конденсаторы подвергаются на-
греву до температуры 730—780° С в вертикальной печи
Непрерывного действия, стекло оплавляется и образует
прочную защитную оболочку. Заполнение прорезей кон-
денсатора стеклам обеспечивает повышение его механиче-
ской прочности.
Второй вариант покрытия КДГ органической эмалью ме.
нее эффективен с точки зрения электрофизических свойств
готовых конденсаторов и может применяться в тех
382
случаях, когда требования к характеристике конденсато-
ра это позволяют. При покрытии конденсаторов органиче-
скими эмалями и компаундами все параметры конденса-
тора (влагостабильность, механическая прочность, ди-
электрические потери, стабильность свойств и т. д.) ниже,
чем у герметизированных стеклом.
Покрытие конденсаторов органическими эмалями и
компаундами производится вручную кистью или окунани-
ем их в эмаль с последующим 'Центрифугированием для
сброса излишков эмали и сушкой при соответствующей
температуре.
Облуживание электродов или пайка выводов произво-
дится припоем, содержащим серебро (например, ПСР10-90),
с температурой плавления 280—300° С. Облуживание
электродов конденсаторов, герметизированных стеклом,
может производиться окунанием в расплав припоя.
Испытание конденсаторов производится по обычной
для керамических конденсаторов методике [Л. 6], но в рас-
ширенном диапазоне температур: от — 60 до + 150°С.
Изготовление конденсаторов КЛГ по описанной техно-
логии обеспечивает возможность получения конденсато-
ров из различных керамических материалов и с широкой
гаммой номиналов емкостей.
Получение необходимых (заданных) номиналов емко-
стей у конденсаторов КЛГ достигается за счет изменения
и различного сочетания следующих факторов: габаритов
в плане (ширина, длина), высоты конденсатора, размеров
прорезей, толщины диэлектрика (перегородок), электриче-
ской схемы соединения, материала диэлектрика (е).
Основные параметры разработанной серии конденса-
торов КЛГ малой реактивной мощности приведены
в табл. 5-3.
Результаты испытаний конденсаторов, изготовленных
из различных материалов, показали, что конденсаторы
КЛГ по своим параметрам не уступают существующим
керамическим конденсаторам аналогичного назначения
и обеспечивают возможность расширения рабочего диапа-
зона температур до +155° С при использовании покрытия
стеклом. Малые габариты конденсаторов КЛГ и высокая
температуростойкость наряду с технологичностью конст-
рукции, обеспечивающей возможность организации массо-
вого производства, обусловливают их перспективность для
современной радиоаппаратуры. Технико-экономические
расчеты показывают, что при организации массового меха.
ё83
£g Основные параметры конденсаторов Таблица 5-3
Предельные рабочие клг 150 125 125 125 100
температуры, °C КЛГ э 100 100 100 100 100 85
ТКЕ-106 в интервале 30—70 °C —47+20 —75+30 —700+100 —1300+200 не норми- руется ие норми- руется
ТКЕ-106 в интервале температур, °C клг —60-1-150° —50+30 —100+40 —700 + 250 —1400+300 ненормир. не нормир.
клг э —60+100° —50+30 —100+40 —700+250 —1000+300 не нормир. не нормир.
tgS-lO4 в нормальных клг 10 10 10 10 50 200
условиях, не более tgfi-lO4 после воздей- клг э 12 12 12 12 50 200
клг 12 12 12 12 70 400
ствия влаги в течение 96 ч, не более клг э 14 14 14 14 70 400
tg+104 при повышен- ных температурах, не бо- лее клг клг э 18 18 18 18 170 —
Сопротивление изоля- при 100 °C 25 25 25 25 170 150
ции, ом (в нормальных условиях), не менее клг Юн 10U Юн ЮН 10” 10»
клг э юн юн юн ЮН 10” 10»
Сопротивление изоля- клг Ю'» 10” 10” 10” 10» 10»
ции, ом (после воздей- ствия влаги в течение 96 ч), не менее клг э 10» 10» 10» 10» 10» Ю7
Отличительный цвет клг Голубые Голубая и Красные Зеленые Желтая и Желтые
покрытия конденсатора (кодировка) ПОЛОСКИ красная полоски ПОЛОСКИ ПОЛОСКИ зеленая полоски ПОЛОСКИ
клг э Голубой Голубой с красной полоской Красный Зеленый Желтый с зеленой полоской Желтый
Примечания: I. Сопротивление изоляции в нормальных условиях для КЛГ'1 и КЛГ-2 гр. Д не менее JO10 ом.
2. Изменение емкостей при крайних температурах для групп: Н—не более —70%; А—не более ±30%.
•3. Габаритный размер в конденсаторов КЛГ-Згр. Н равен 4~МЛ1.
25 П. О. Грибовский.
Продолжение табл. 5-3
Тип Рабочее напряжение 1 постоянного тока, в Габаритные размеры, мм Вес конденсаторов । без выводов, г (не более) 1 _ Значение емкостей для различных групп ТКЕ, пф
«-О-8 6-1.2 в-1.2 М Л Д К А н
от ДО от до от До ОТ ДО от до от ДО
КЛГ-1 75 4 4 3,7 0,3 100 180 110 200 270 470 510 910 3 000 5 100 4 700 9 100
КЛГ-1 75 5 5 3,7 0,4 200 270 220 300 510 680 1 000 1 300 5 600 7 500 10 000 18 000
КЛГ-1 75 6 8 3,7 0,8 300 360 330 390 750 1 000 1 500 1 800 8 200 10 000 20 000 25 000
КЛГ-1 75 6 10 3,7 1,0 390 510 430 560 1 100 1 500 2 000 2 400 12 000 15 000 30 000 40 000
КЛГ-2 160 4 4 3,7 0,3 47 91 51 100 120 240 220 470 1 300 2 700 2 000 4 300
КЛГ-2 160 5 5 3,7 0,4 100 180 ПО 200 270 470 510 910 3 000 5 100 4 700 8 200
КЛГ-2 160 6 8 3,7 0,8 200 270 220 300 510 680 1 000 1 300 5 600 7 500 9 100 10 000
КЛГ-2 160 6 10 3,7 1,0 300 360 330 390 750 1 000 1 500 1 800 8 200 10 000 12 000 15 000
К л Г-3 250 4 4 3,7 0,4 20 43 22 47 56 110 100 200 620 1 200 820* 1 200*
клг-з 250 5 5 3,7 0,6 47 75 51 82 120 200 220 390 1 300 2 200 1 500* 2 700*
клг-з 250 6 8 3,7 1,2 82 91 91 100 220 240 430 510 2 400 2 700 3 000* 8 200*
клг-з 250 6 10 3,7 1,5 100 130 110 150 270 360 560 680 3 000 3 900 9 100* 10 000*
КЛГ-4 500 4 4 4 о,з 8 12 9 12 27 33 39 62 240 360
КЛГ-4 500 5 5 4 0,5 15 27 15 30 36 75 68 130 390 750
КЛГ-4 500 6 8 4 1,0 30 82 38 91 82 220 150 390 820 2 400
КЛГ-4 500 6 10 4 1,2 91 100 100 110 240 270 430 510 2 700 3 000 — —
визированного производства конденсаторов КЛГ их стои-
мость (отнесенная к единице емкости) будет ниже, чем
стоимость выпускаемых промышленностью керамических
конденсаторов типа КТК.
В промышленности с 1959 г. начат крупносерийный вы-
пуск конденсаторов КЛГ (под индексом КЛС) и заканчи-
вается проектирование поточно-механизированной линии
их производства.
Рис. 5-16. Общий вид литого цельнокерамического фильтра.
В настоящее время уже разработаны полуавтоматы
для литья КЛГ, конвейер сборки и др.
б) Цельно керамические фильтры. Вторым
весьма показательным примером разработки новых кон-
струкций изделий на основе использования возможностей
технологии горячего литья является создание цельноке-
рамических пьезоэлектрических фильтров [Л. 72].
Общеизвестные конструкции электрических, пьезоэлек-
трических (кварцевых) и электромеханических фильтров
имеют относительно большие габариты, состоят из боль-
шого числа деталей и трудоемки в изготовлении. При этом
наилучшими электрическими параметрами обладают пье-
ж
йбкварцевыё и электромеханические фильтры. На основе
сочетания принципа действия пьезоэлектрических и элек-
тромеханических фильтров и возможностей технологии
горячего литья были предложены конструкция и способ
изготовления целыюкерамических литых фильтров [Л. 72].
Цельнокерамические фильтры в десятки раз меньше по
объему и весу известных конструкций фильтров и пред-
ставляют собой одну керамическую деталь. Заложенный
в основу конструкции способ изготовления горячим литьем
под давлением обеспечивает возможность их массового
и дешевого изготовления.
Рассматриваемый фильтр представляет собой цельную
керамическую деталь (рис. 5-16), изготовленную из кера-
мического’ материала, обладающего пьезоэлектрическими
свойствами (соединения титаната бария с титанатами
свинца, кальция, стронция и т. п.; цирконата свинца с ти-
танатом свинца; ниобатов бария с ниобатами свинца
и т. д. и т. п.). Характеристики некоторых керамических
материалов приведены в табл. 5-4.
Эта керамическая деталь выполнена в виде ряда резо-
наторов (2, 3 и более); дисковых, кольцевых или другой
формы, соединенных друг с другом тонкими перемычками.
Диски или кольца выполняют функции пьезорезонаторов,
а перемычки объединяют их в систему, механически свя-
зывая друг с ’другом.
Поверхности керамической детали, отмеченные пунк-
тиром, покрыты тонкими слоями металла, являющимися
электродами пьезорезонаторов. Наряду с имеющейся ме-
ханической связью (перемычкой) резонаторы соединяются
между собой также электрически по любой схеме в зави-
симости от требований, предъявляемых к фильтру. Неко-
торые возможные принципиальные электрические схемы
соединения для получения полосовых фильтров показаны
на рис. 5-17. Отличительной особенностью некоторых из
этих схем (б и в) является то, что в одном звене (или
нескольких звеньях) фильтра электрическая схема разры-
вается (путем заземления) и сохраняется только механи-
ческая связь. Работает фильтр следующим образом:
поступающие на вход фильтра электрические колебания
возбуждают пьезорезонаторы; при совпадении частоты
сигнала с собственной (механической) резонансной ча-
стотой колебаний резонатора амплитуда колебаний послед-
него становится максимальной. Вследствие наличия меха-
нической или электрической связи при этом возбуждаются
25* 387
Марка материала Состав Температура обжига t, °C Плотность 7, г/см3
ТБА-1 99/о ВаТЮ3+1% А12О3 1 360 5,28
ТБС-5 95»/0 BaTi03+5J/o Pb J 1 350 5,27
ЦБ-5 95/о ВаТ1034-5»/о BaZrO3 1 420 5,42
Т (БСК) П 83,4°/о BaTiO3+8,6y0 СаТ103+8’/о РЬТ1О3 1 330 5,55
ТБ ЦК-1 99 у> ВаТЮ34-1у<> CaZrO3 1 300 5,70
Т (БСК) ПБе1 99,7“/о Т(БСК)П+0,Зуо ВеО 1 300 —
ТББе1 99,5yi ВаТЮ,+0,5»/о ВеО 1 350 5,25
ТБСБе! 94,5»/о BaTiO3+5y0 РЬО+0,5уо ВеО 1 280 5,96
о /
-°3
с2-Ч
Рис. 5-17. Схемы соединения цельнокерамических
фильтров.
а— двухрезонаторный фильтр с чисто электрической связью;
б — то же с механической связью; в — трехрезоиаторный с ме-
ханической и электрической связью.
388
Таблица 3-4
Точка Кюри, ! вС Диэлектри- ческая прони- цаемость е при 20° С Диэлектри- ческие потери tgS-104 при 20° С Пьезомодуль 1 rf31-10a Коэффициент электромеха- нической связи Д', % Ориентировочное значение темпера- турного коэффици- ента частоты в диапазоне темпе- ратур 20—-90° С ТКЧ-106
но 1 600 200 1,1 15 + 1 490
—. 1 300 200 1,1 15 +740
88 1 600 160 1,1 20 +400
127 510 65 0,7 17 —200
— 1 350 120 1,7 28 —
— 504 90 1,1 25 —40
130 1 200 80 1,7 28 +890
— 1 400 85 2,1 38 +640
остальные резонаторы фильтра (настроенные в резонанс),
и сопротивление фильтра прохождению тока данной (ре-
зонансной) частоты становится минимальным. При часто-
тах, отличающихся от резонансной частоты резонаторов,
сопротивление фильтра очень велико и на выходе фильтра
напряжение близко к пулю.
Получение полосового фильтра с необходимой средней
частотой достигается путем изготовления резонаторов со-
ответствующего диаметра и толщины и использования
различных видов колебания резонаторов (по диаметру,
толщине, по длине окружности).
Зависимость (экспериментальная) резонансной частоты
дисковых и кольцевых резонаторов от их размеров при-
ведена на рис. 5-18.
Для получения малогабаритных фильтров на частоты
30—100 кгц и уменьшения габаритов фильтров на частоты
от 100 кгц и выше с использованием колебаний по длине
окружности резонаторы могут выполняться в виде колец.
При этом резонансная частота зависит от средней длины
окружности кольца. Дисковые резонаторы целесообразно
использовать для частот 120—600 кгц при колебаниях по
диаметру. Для более высоких частот используются коле-
бания по толщине вибраторов.
Технологический процесс изготовления цельнокерамиче-
ских фильтров заключается в следующем: горячим литьем
под давлением в металлическую форму обеспечивается
получение готовой конфигурации керамической заготовки
фильтра. После обжига (спекания) керамической детали
389
Поверхности, отмеченные на рис. 5-17 пунктиром, металли-
зируются вжигаиием серебряной пасты или другим мето-
дом (.химической металлизацией, вакуумным распылением
металлов и т. п.). Затем к местам соединения (к метал-
лизированным перемычкам) по электрической схеме при-
паиваются или привариваются проволочные выводы и ре-
Рис. 5-18. Зависимость резонансной частоты резонаторов
от диаметра.
а —дисковый резонатор; б — кольцевой резонатор.
зоиагоры подвергаются поляризации приложением посто-
янного тока. После поляризации выводы соединяются
между собой по заданной схеме и фильтр готов к работе.
В целях удобства при монтаже и эксплуатации готовый
фильтр может быть заключен в металлический, пластмас-
совый, керамический или стеклянный корпус.
Описанные пьезокерамические фильтры обладают вы-
сокими электрическими параметрами (небольшое затуха-
390
ние в полосе пропускания, высокий коэффициент прямо-
угольное™ и т. д.) при исключительно малых габаритах
и конструктивной простоте и дешевизне.
5-4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ ГОРЯЧЕГО ЛИТЬЯ
ПОД ДАВЛЕНИЕМ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕЕ РАЗВИТИЯ
Существующая общеизвестная технологическая схема
изготовления керамических изделий имеет ряд специфи-
ческих недостатков: большую продолжительность техно-
логического цикла; низкую механическую прочность полу-
фабриката; большой производственный брак в результате
деформации и трещин при сушке и обжиге; невысокую точ-
ность изделий; недостаточную стабильность свойств изде-
лий и т. д.
Горячее литье под давлением керамических изделий
обеспечивает почти полное устранение вышеуказанных
дефектов. Технологический цикл резко сокращается
(в несколько раз). Механическая прочность полуфабрика-
та повышается в 3—4 раза, что уменьшает брак по сколам
и поломке при транспортировке и хранении полуфабри-
ката.
Брак из-за трещин и деформации снижается до мини-
мума вследствие создания полуфабриката рациональной
структуры.
Точные цифровые данные экономического эффекта ог
применения способа горячего литья, несмотря на его
весьма значительную и явную экономичность и эффек-
тивность, привести представляется крайне затруднитель-
ным, так как наибольшее применение способ получил для
изготовления высококачественных, точных и сложных ке-
рамических изделий, которые по существующей обыч-
ной керамической технологии либо изготовить вообще нель-
зя, либо трудоемкость и стоимость изготовления изделий
и брак в производстве исключительно велики.
В связи с этим ниже приводится лишь перечень пока-
зателей, характеризующих эффективность способа литья
под давлением:
1. Производительность труда при оформлении изделий
литьем под давлением па простых аппаратах в 2—3 раза
выше по сравнению с одним из наиболее совершенных
методов существующей технологии—прессованием. При ра-
боте на автоматах для литья под давлением производи-
тельность труда еще выше, так как наряду с высокой
производительностью автомата один рабочий может об-
391
служить несколько автоматов. Производительность на
простых аппаратах составляет до 2 500 шт. в смену, а на
автомате достигает 50 000 шт. в смену.
2. Обеспечивается получение керамических изделий
с высокой точностью размеров (IV—V классы точности),
что в большинстве случаев исключает необходимость
в трудоемкой операции шлифовки изделий после обжига
и, следовательно, снижает трудоемкость, уменьшает рас-
ход энергии и не требует установки и использования
парка шлифовальных станков.
3. Обеспечивается получение изделий законченной кон-
фигурации независимо от ее сложности. Это дает боль-
шую экономию по труду и накладным расходам, так как
отпадает необходимость в операциях механической дора-
ботки изделия и в соответствующем парке станков.
4. Формы (оснастка) для осуществления способа литья
под давлением значительно проще по конструкции
и в 4—5 раз дешевле в изготовлении, чем пресс-формы для
прессования. Наряду с этим износостойкость форм для
горячего литья под давлениием в 10—15 раз выше, чем
пресс-форм для прессования. Это обусловливает боль-
шую экономию на расходах по изготовлению, ремонту
и эксплуатации форм.
5. Расход материала, идущего на изготовление изде-
лия, минимальный, так как при применении литья под
давлением практически нет отходов вследствие того, что
не требуется никаких припусков для последующей обра-
ботки полуфабриката. Незначительные обрезки материа-
ла, получающиеся при удалении литника, тотчас же пол-
ностью используются для литья других деталей без вся-
кой дополнительной переработки.
6. Для изготовления даже самых сложных деталей не
требуется высококвалифицированной рабочей силы, что
снижает себестоимость продукции.
7. Простота конструкции, дешевизна и малогабарит-
ность применяемого оборудования в сочетании с его вы-
сокой производительностью обеспечивают уменьшение
потребности в производственных площадях и незначитель-
ные расходы на эксплуатацию оборудования по сравнению
с оборудованием, применяемым в обычной технологии
(гидравлические прессы и т. п.).
8. Технология горячего литья не только обеспечивает
возможность изготовления сложных изделий из высоко-
качественных непластичных материалов, но наряду с этим
392
приводит к ряду дополнительных положительных мо-
ментов.
Так, например, полуфабрикат и исходный шликер мо-
гут неограниченно продолжительное время храниться
(никакой усушки, как в обычной технологии, не имеется).
Эта особенность шликера и полуфабриката открывает
совершенно новые перспективы развития керамической
промышленности подобно технологии металлов, так как
создается возможность раздельной подготовки различного
сортамента исходных материалов (литейные чушки, прут-
ковый материал, листовой и т. д.) в полуфабрикате на
отдельных специализированных заводах (типа металлур-
гических) с последующей их транспортировкой и исполь-
зованием для изготовления керамических изделий раз-
личных свойств и конфигураций на заводах, изготовляющих
керамические изделия или потребляющих их.
Несомненно, что такая специализация заводов керами-
ческой промышленности создает возможность быстрого
прогресса и широкого внедрения в технику дешевых ке-
рамических изделий из непластического сырья взамен до-
рогостоящих пластмасс, а в ряде случаев даже взамен
металлоизделий.
9. Эффект от применения технологии горячего литья
заключается в том, что она обеспечивает возможность
выпуска таких керамических изделий, которые не могут
быть изготовлены по обычной керамической технологии.
К такого рода керамическим изделиям относятся в первую
очередь изделия, применяющиеся в новейшей радиотехниче-
ской аппаратуре, в специальных приборах и г. п.
Опыт работы многих предприятий, применяющих тех-
нологию горячего литья, подтверждает сказанное. Так,
например, на одном из предприятий Челябинского СНХ
переход к горячему литью от прессования и протяжки
позволил увеличить в 3 раза съем продукции с квадрат-
ного метра производственной площади и поднять в 2 раза
производительность труда, а также сократить расход ма-
териалов в 2 раза.
На заводе имени Козицкого, где по технологии горячего
литья выпускаются изделия 282 наименований, годовая
экономия составила 300 000 пормо-часов. На другом за-
воде (Москва), где выпускается около 300 типоразмеров
литых керамических деталей, стоимость пресс-форм сни-
зилась при переходе к горячему литью в 3—4 раза, а вес
их уменьшился в 7—10 раз.
393
На Барановском фарфоровом заводе, выпускающем
ажурные тарелки и другие изделия по технологии горя-
чего литья в количестве до 200 тыс. шт. в год, годовая
экономия составила 100 000 руб. (в ценах 1960 г.), причем
производительность формообразования возросла в 10 раз
по сравнению с литьем в гипсовые формы.
Количество таких примеров может быть существенно
увеличено, так как в настоящее время технология горя-
чего литья в разных масштабах применяется на 150—200
заводах.
В заключение необходимо отметить, что современный
уровень технологии горячего литья является результатом
всего нескольких лет работы и, несомненно, может быть
серьезно повышен.
Достаточно больших результатов можно ожидать ог
широкого применения уже имеющихся решений по упро-
щению технологии, например способа изготовления литых
керамических изделий с однократным обжигом, т. е. без
предварительного удаления связки в засыпке, автоматов
для литья, полуавтоматических печей для обжига литых
изделий и т. д.
Наряду с этим принципиальная возможность сущест-
венного повышения свойств керамических материалов при
использовании технологии горячего литья обеспечивает
перспективу расширения области применения керамиче-
ских изделий в связи с повышением их свойств и точности
размеров наряду со снижением стоимости изготовления.
Реальная возможность полной механизации и автоматиза-
ции процесса производства при использовании технологии
горячего литья под давлением сулит еще более существен-
ное снижение себестоимости и повышение качества кера-
мических изделий самого различного .назначения. Несо-
мненно, что развитие работ по совершенствованию техноло-
гии горячего литья и ее автоматизации обеспечит в бли-
жайшие годы создание автоматических линий, а затем—
заводов-автоматов по производству керамических изделий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Акимова К. И., Усадочные явления в сплавах в зависимости
от состава, Сб. научных трудов, МИЦМиЗ, вып. 8, Металлургиздат,
1940.
2. Адам П. К., Физика и химия поверхностей, Гостехнздат, 1917.
3. Августин ик А. И., Физическая .химия силикатов, Госхим-
издат, 1947.
✓ 4. А в д е е в А. В. и Т а х е р Е. А., К вопросу об удалении связки
из керамического полуфабриката, изготовленного литьем из термо-
пластичных шликеров, Труды ГИЭК.И, вып. IV, Госэнсргоиздат, I960.
5. Абрамсон И. Д., Органические пластификаторы в технологии
зинтеркорупда, Труды ГИКИ, 1947, № 18.
6. Ар шанский М. Е., Керамические конденсаторы малой реак-
тивной мощности, Госэнергоиздат, 1953.
7. Апарин Г. А. и Городецкий И. Е., Допуски и техниче-
ские измерения, Машгиз, 1946.
8. Ар рисон В. Я., Допуски изделий из пластмасс и расчет ис-
полнительных размеров пресс-форм, Лонигомаш, кн. 21, Машгиз, 1951.
-9. Абрамсон И. Д., Органические пластификаторы в изготовле-
нии новых керамических материалов, ДАН СССР, 1946, т. 53, № 4.
10. Ап пен А. А., Расчет расширения силикатных стекол, глазурей
и эмалей, «Стекло и керамика», 1951, № 1.
11. Б у п д и н А. Т., Литье легких сплавов в копили, Оборопгиз,
1949.
12. Б о ч в а р А. А., О механизме уплотнений отливок при кристал-
лизации их под давлением, Сб. научных трудов МИЦМиЗ, вып. 8,
Металлургиздат, 1940.
13. Бочвар А. А., Об эффективности применения метода кристал-
лизации под давлением к различным сплавам, Сб. научных трудов
МИЦМиЗ, вып. 8, Металлургиздат, 1940.
14. Бережной А. С., О зависимости между давлением прессо-
вания и пористостью необожженных огнеупорных изделий, «Огнеупо-
ры», 1947, № 3.
15. Б е р е ж и о й А. С., К теории прессования огнеупорных изделий
из непластичных масс, «Огнеупоры», 1947, № 7.
16. Бочвар А. А. и др., Влияние повышенного давления при
кристаллизации медных сплавов на их свойства, Известия АН СССР,
ОТН, 1940, № 5.
17. Байков А. И., Центробежное литье алюминиевых сплавов и
их литейные свойства, Машгиз, 1950.
18. Будников П. П., Технология керамики и огнеупоров, Пром-
стройиздат, 1950.
Д9. Б а л ь ш и п М. Ю., Порошковое металловедение, Металлург-
издлг 1948.
W Барр Г., Вискозиметрия, ГОНТИ НКТП, 1944.
2^ Ботвинкин О. К. и др., Кинетика твердения стекла, Гиз-
легпром, 1941.
22. В г о w п L. a. Coffin L. В., Use of polyvinil alcohol in ce-
ramics, Ceramic Age, April 1945, v. 45, № 4.
23. Брон В. А. и Б а с ь я с И. П., Влияние гранулометрии на
свойства динаса из кристаллических кварцитов горы Караульной,
«Огнеупоры», 1946, № 1.
24. Ботвинкин О. К-, Кинетика твердения стекла, Гизлегпром,
1941.
395
25. Бережной А. С., О некоторых соотношениях между свой-
ствами керамических изделий, «Заводская лаборатория», 1946, № 11—42.
26. Бочкарев В. II. и др., Измерение активности источников
бета- и гамма-излучений, АН СССР, 1952.
27. Бронникова Е. Г. и Ставицкий П. М., Промышленные
пьезоэлектрики и их применения, «Радиотехническое производство»,
Информационный сборник, № 3, 1956.
28. Богородицкий Н. П. и Му л яр П. А., Современные
электроизолирующие материалы в радиотехнике, Первое Всесоюзное
совещание технологов, Ленинград, 1955.
29. Богородицкий Н. П. и Фридберг И. Д., Высокоча-
стотные неорганические диэлектрики, Изд. «Советское радио», 1948.
30. Бродский А. И., Физическая химия, Госхимиздат, 1948.
31. Булавин И. А. и Силенок С. Г., Оборудование для произ-
водства строительных материалов, ГНТИМЛ, 1954.
32. Богородицкий Н. П., Пасынков В. В., Т а р е е в Б. М.,
Электротехнические материалы, Госэнергоиздат, 1950.
33. Богородицкий Н. П. и Фридберг И. Д., Электрофи-
зические основы высокочастотной керамики, Госэнергоиздат, 1958.
34. Белянкин Д. С., Лапин В. В., Торопов Н. А., Физико-
химические системы силикатной технологии, Промстройиздат, 1954.
35. В е й и и к А. И., Теория особых видов литья, Машгиз, 1958. >
36. Вейник А. И., Тепловые основы теории литья, Машгиз, 1953./
37. Вейник А. И., Литье под давлением, Машгиз, 1954.
38. В о л а р о в и ч М. П., Вязкость смазочных масел при низких
температурах, АН СССР, 1944.
39. В о л а р о в и ч М. П., Исследование реологических свойств
дисперсных систем, «Коллоидный журнал», 1954, № 3, т. XVI.
40. Волькенштейн М. В., Строение молекул, АН СССР, 1947.
41. Bahn R. u. Blechschmidt Н., Formung unplastischer
kerami.scher Werkstoffe nach dem Spritzgusverfahren, S11 ikatechnik,
1959, Bd 10, № 9.
42. Westman W., The packing of particles, J. of the Am. Cer.
Soc., 1930, № 10.
43. Грибовский П. О., Исследование процесса намораживания, ,
дисс. МХТИ им. Менделеева, 1946—1948.
44. Грибовский П. О., Горячее литье под давлением керамиче-
ских изделий, авт. свид. № 91236, 1948.
45. Г р и б о в с к и й П. О., К вопросу о структурообразовании ке-
рамического полуфабриката, Сб. трудов по стеклу, Промстройиздат,
1950.
46. Грибовский П. О. и Китайгородский И. И., Непре-
рывное литье керамических изделий, авт. свид. № 91404, 1949.
47. Грибовский П. О., Автомат для литья под давлением, авт.
свид. № 92042, 1950.
48. Грибовский П. О., Гольдштейн В. И. и др., Устройство
для горячего литья керамических изделий, авт. свид. № 96323, 1952.
49. Грибовский П. О., Гольдштейн В. И. и др., Способ
изготовления керамических изделий, авт. свид. № 96326, 1952.
50. Грибовский П. О., Воронков Г. Н. и Степанов Г. А.,
Современные методы оформления электроизоляционных изделий из
пепластичных материалов, «Вестник электропромышленности», 1947,
№ 6.
51. Грибовский П. О., Новый способ производства керамиче-
ских изделий — горячее литье под давлением, НИИ МРТП, 1954.
396
52 Грибовский П. О., Руководство по технологии горячего
литья под давлением, НИИ МРТП, 1955.
53 Г р и б о в с к и й П. О., Основы конструирования форм для го-
рячего литья керамических изделий, НИИ МРТП, 1956.
1 54 Грибовский П. О., Новое в технологии горячего литья ке-
рамических изделий, Труды НИИ, 1957, № 6 (25).
55. Грибовский П. О., Четвериков С. С. и Миш-
ки н д'С. И., Дереворежущий инструмент из керамики, «Деревообра-
батывающая промышленность», 1955, № 3.
56. Грибовский П. О., Горячее литье под давлением деталей
из керамики, Сб. по обмену передовым опытом МРТП, 1955, № 4.
57. Грибовский П. О., Горячее литье керамических изделий,
Госэнергоиздат, 1956.
58. Грибовский П. О., Гольдштейн В. И., Дави-
дян Й. Г., Миркин М. Л. и др., Радиокерамика, Обзор состояния
техники, ОНТИ НИИ, 1958.
59. Грибовский П. О., Миниатюрные керамические конденса-
торы КЛГ, Информация по радиоэлектронике, № 22, 1958.
60. Грибовский П. О. и Терентьева Т. И., Однократный
обжиг керамических изделий, изготовленных горячим литьем под дав-
лением, Сб. трудов НИИ МРТП, 1955, № 3 (14).
61. Грибовский П. О. и Чеса лов Д. С., О влиянии диспер-
сности минеральной части литейного шликера на линейную величину
огневой усадки и механическую прочность готовых керамических изде-
лий, изготовленных способом горячего литья под давлением, Сб. тру-
дов НИИ МРТП, 1955, № 3 (14).
62. Грибовский П. О., Гольдштейн В. И., Миро-
нов Л. К-, К вопросу применения вибропомола в технологии радио
керамики, Сб. трудов НИИ МРТП, 1955, № 3 (14).
63. Грибовский П. О. и Чесал о в Д. С., К вопросу о высо-
костабильной радиокерамике, ОНТИ, 1958, Научно-технический сбор-
ник, № 3 (28).
64, Грибовский П. О. и Гольдштейн В. И., Новые керами-
ческие материалы в технологии горячего литья под давлением, ОНТИ,
1958, Научно-технический сборник № 3 (28).
65, Грибовский П. О. и Турский Г. Р., К вопросу о выбо-
ре конструкции керамической однослойной катушки индуктивности с по-
вышенной стабильностью свойств, Научно-технический бюллетень НИИ
ГДР, 1955, № 16.
66. Грибовский П. О. и Смажевская Е.
усадках в технологии горячего литья керамических
НИИ, «Пьезотехника», 1959, № 1.
. 67. Грибовский П. О., Способ изготовления
дых материалов, авт. свид. № 109929, 1955.
68. Грибовский П. О., Способ шлифования
делии, авт. свид. № 110433, 1954.
кг Р й б 0 в с к и й РР О., Электрический конденсатор, авт. свид.
№ 118116, 1956.
70. Грибовский П. О., Авдеев А. В., С т р у с и н с к а я Н. Я.,
Устройство для вакуумного прессования изделий из порошков, авт.
свид. № 99607, 1952.
71. Грибовский П. О., Миниатюрные керамические конденса-
гсп1 ,П/?5'ГОхГИН5-)й емкости типа КЛГ, Информационный листок НИИ
1 КР, 1957, № 5.
P., К вопросу об
изделий, Труды
изделии из твер-
керамических Из-
397
25. Б
ствами ке
26. Б
бета- и га
27. Б
пьезоэлект
Информаг
28. Б
электроиз!
совещани!
29. Б
стотные 1
30. Е
31. Б
водетва с
32. Б
Электроте
33. Б
зические
34. Б
химическ!
35. В
36. В
37. В
38. В
температ}
39. Е
дисперсит
40. В
41. В
keramisch
1959, Bd
42. V
Soc., 193С
43. Г
дисс. MX'
44. Г
ских изде
45. Г
рамическс
1950.
46. Г
рывное л
47. Г
свид. № !
48. Г
для горя
49. Г
изготовле
50. Г
Совремеп
пепластш
№ 6.
51. Г
ских изд
396
72. Грибовский П. О., Электрические фильтры цельнокерами-
ческие, решение об авт. свид. № 564011, 1957.
73. Gort W. A., Binders, Cer. Ind., March 1944, v. 42, № 3.
74. Гехт Г., Керамика, ГОНТИ ПКТП, 1938.
75. Г а т ч е к Э., Вязкость жидкостей, М,—Л., 1935.
76. Гольде И., Жиры и масла, т. 1, Гостехиздат, 1931.
77. Гильдебранд Г., Растворимость неэлектролитов, ГОНТИ
ПКТП, 1938. ' 1
78. - - - -
79.
80.
81.
1959.
82-
техники, ОНТИ НКТП, 1935.
83. Дудеров Г. Н., Матвеев М. А., Сентюрин Г. Г., Об]
Щий курс технологии силикатов, Промстройиздат, 1942. 1
84. Дерягин Б. В, и Кротова И. А., Адгезия, АН СССР
1949.
85. Дворкин Технология сухого помола радиокерамича
ских масс в вибрап^Тйных мельницах, ЦБТИ, 1958. '
86. Егоров А. II., Терещенко Г. К-, Филинцев Г. П
Виды брака в фарфоро-фаянсовом производстве, НКМП, 1938.
87. Зауер вальд Ф., Усадка металлов и сплавов, перевод и
Die Gisserei, 1930, № 33.
88. 3 а у е р в а л ь д Ф и Н о в а к А., Об усадке металлов и сила
вов, «Физический журнал», 1927, № 9—10.
89. 3 а л ь м а н г Г., Физико-химические
стройиздат, 1959.
90. Ильин Б. В., Природа
91. Кунявский М. Н. и
ства, т. II, Машгиз, 1947. ,
92. Куколев Г. В., Химия
тов, Промстройиздат, 1951.
93. Клаус В.,
Die Gisserei, 1930, №
94. Кузнецов
техиздат, 1954.
95. Кузнецов
«Красное Знамя», 1944—1947.
96. Классен В. Н. и Мокроусов В. А., Введение в теори!
флотации, Металлург изд ат, 1953. i
97. Кор иц кий Ю. В. и Тареев Б. М., Справочник по эли
тротехническим материалам, т. I, ч. 1, Госэнергоиздат, 1958.
98. Ку саков М. М., Методы определения физико-химически
характеристик нефтепродуктов, ОНТИ, 1936.
«..99. Китайгородский И. И., Стеклоцементная керамика, ДА.
СССР, 1944, т. XII, № 9.
100. Китайгородский И. И. и Павлушкин Н. М., Сво'
ства корундового микролита, «Стекло и керамика», 1955, № II.
101. Креман Р. и Нестемер М., Зависимость между физ
ческими свойствами и химическим строением, ГОНТИ НКТП, 1939.
102. Китайгородский И. И., Стеклоцементпая фазовая кер
мика, Труды МХТИ им. Менделеева, 1948, вып. XIII.
'•ЮЗ. Китайгородский И. И. и Соломин Н. В.,
398
Стекло'цёмепТного связывания кристаллических тел, ДАН СССР, 1947,
т VI, -X- 6.
104. Китайгородский И. И., Технология стекла,
1939.
105. Казарновский Д. М, Ссгнстоксрамическне
ры, Госэнергоиздат, 1956.
106. Китайгородский И. И., Стекло и кристаллокерамика,
г „ , D « _ Изд. «Знание», 1953, серия III, № 60.
Гейзенберг В., Физика атомного ядра, Гостехиздат, 19471 107 Датышенков А. И. и Лобачев В. Г„ Гидравлика, Гос-
Ган Ф., Дисперсионный анализ, Госхимиздат, 1940. I .ч.г,ойиздат 1956
Глинка Н. Л., Общая химия, Госхимиздат, 1946. I с jpg Лебединский М. А., Электровакуумные материалы, Гос-
Греч косий А. Я., Малогабаритные радиодетали, ЛенДНТПЯ энергоиздат, 1956.
109. М и ш к и н д С. И., Исследование некоторых вопросов приме-
Лу.би н ин__М. _М, Физико-химические основы сорбционно if ; нения керамики в технологии машиностроения, дисс. МАМИ, 1957.
ПО. Мэзон У., Пьезоэлектрические кристаллы и их применение
в ультраакустике, 1952,
111. Мишкин д С. И., Вопросы развития машиностроительной
< керамики, МДНТП, 1957.
ПЭ. Me. Namara Е., a. Comeforo J., Classification of na-
tural organic binders, J. of the Am. Cer. Soc., January 1945, v. 28, № 1.
113. Несмеянов А. И. и др., Методы работы с радиоактивны-
ми элементами, Сб. «Радиохимия», МГУ, 1952.
114. Обер мюллер Т., Литье алюминия в кокиль, ОНТИ ПКТП,
с 1933.
115. Ол оф и некий Н. Ф., Электрические методы обогащения,
Металлургиздат, 1953.
116. Пляцкий В. М., Технология литья под давлением, Машгиз,
основы керамики, ГосИ • 1949.
< 117. П л я ц к и й В. М., Литейные процессы с применением высоких
адсорбционных сил, ГТТИ, 1952. I давлений, Машгиз, 1954. _ _ _
др., Технология литейного производя П8. Полянский
И нием, Оборонгиз, 1951.
кремния и физическая химия силикД 49- Пляцкий
™ 120. Пляцкий
нием, Машгиз, 1950.
121. Пуцыкин Г.
нием на машинах с холодной камерой прессования, дисс. 1951.
122. Перельман В. И., Краткий справочник химика, Госхим-
В. Д., Физика твердого тела, т. III—IV, ИзД ’Издат\,Ю54.
ЮЗ- Палацкий А., Техническая керамика, Госэнергоиздат, 1959.
1944^^ Перевалов В. И., Технология огнеупоров, Металлургиздат,
125. Пол у бояр и нов Д. Н., Влияние гранулометрического со-
става шамота на качество готовой продукции, Труды ВИОК, 1934,
вып. II.
126. Перов В. А. и Брандт В. Б., Измельчение руд, Метал-
лургиздат, 1950.
Попильский Р. Я. и Немец Л. М., К вопросу примене-
при прессовании изделий из глинозема, «Ог-
Усадка и
19.
В. Д., Поверхностная энергия твердых тел, Го<
усадочные раковины, перевод
Гизлегпром,
кондепсато-
А. П. и Москвин П. П., Литье под давле-
В.
В.
М., Литье под давлением, Оборонгиз, 1957.
М., Кристаллизация под поршневым давле-
Г., Исследование процесса литья под давле-
и Смоля А. В., О послойной плотно-
.ния парафиновых связок
псу поры», 1951, № 7.
128. Попильский Р. Я. и Смоля А. В., О послойной плотно-
,сти °1пнеУп°Рнь« масс при прессовании, «Огнеупоры», 1948, № 11.
ion' р Р 0 к 0 Ф ь е в В. И., Парафин, Азнефтеиздат, ОНТИ, 1935.
1Л). Рыжиков А. А., Теоретические основы литейного производ-
ства, Машгиз, 1954.
399
25. Б
ст в а ми ке
26. Б
бета- и га
27. Б
пьезоэлект
Информаг
28. Б
электроиз<
совещанш
29. Б
стотные '
30. Е
31. Б
водства с
32. Б
Электрот!
33. Е
зические
34. Е
химическ
35. Е
36. Е
37. Е
38. В
температ
39. ]
дисперсн
40. Е
41. Е
keramiscl
1959, Bd
42. А
Soc., 193
43. I
дисс. М?
44. I
ских изд
45. 1
рамичесг
1950.
46.
рывное
47.
свид. №
48. .
для гор
49.
изготов;
50.
Совреме
непласт!
№ 6.
51.
ских из
396
131. Е’ебинДер П. А. и др., Физико-химия флотационных прбцео.
сов, Металлургиздат, 1933. I
132. Раковский В. С., Введение в теорию порошкового метал-1
доведения, Оборопгиз, 1953. |
133. Rischkewitsch Е., Oxidkeramik der Einstoffsysteme vom
Standpunkt der physikalischen chemie, Springverlag, 1948.
134. Реннэ В. T., Электрические конденсаторы, Госэнергоиздат^
1952. 1
135. Ребиндер П. А..^Исследования в области поверхностных
явлений, ОНТИ, 1946.
136. Спасский А .'"Г., Основы литейного производства, Метал-
лургиздат, 1950. ।
137. Струе и нс кая Н. Я., Исследования свойств керамических
пресс-порошков и процесса прессования электроизоляционных изделий
вакууме, дисс. МХТИ им. Менделеева, 1955.
138. С п и ц ы н В. И., К о д о ч и г о в П. Н. и др., Методы работы
применением радиоактивных изотопов, АН СССР, 1955. ;-----
139. С к а н а в и Г. И., Диэлектрическая поляризация и потери
стеклах и керамических материалах с высокой диэлектрической про* ₽аница
в
с
в с
ницаемостью, Госэнергоиздат, 1952.
140. Ска на ви Г. И., Физика диэлектриков (область слабых п
лей), Гостехиздат, 1949.
141. Семенченко В. К., Поверхностные явления в металлах
сплавах, Гостехиздат, 1957.
142. Смажевская Е. Г., Исследование процесса горячего лит
под давлением керамических изделий, дисс. МХТИ им. Менделеев
1955.
143. Смоленский Г. А., Новые сегнетоэлектрики и антисегн
электрики кислородно-октаэдрического типа, Известия АН СССР, с(
физич., 1956, т. XX, № 2.
144. Тресвятский С. Г. и Черепанов А. М., Высокоогщ
упорные материалы и изделия из окислов, Металлургиздат, 1957.
145. Т г е is с h е 1 1 С. a. Emrich Е., Study of several grou
of organic binders under low-pressure extrusion, J. of the Am. C
Soc., May 1946, v. 29, № 5. ...
146. Товаров В. В., Измерение удельной поверхности порошк
образных материалов, «Заводская лаборатория», 1948, № 1.
147. White Н. Е., Walton S. F., Particle Packing and parti
shape, J. and cer. abstracts Am. Cer. Soc., May 1937, v. 20, № 5.
148. Фроммер Л., Литье под давлением, ОНТИ НКТП,
149. Ч е р но ж у к о в Н. П. и Обрядчиков С. Н., Химия
ти и нефтяных газов, Гостоптехиздат, 1946.
150. Ч е т в е р и к о в С. С., Керамика в машиностроении,
«Знание», 1958, серия IV, № 17.
151. Шмелев Л. А., Укладка зерен различных фракций и вли
ние гранулометрического состава па свойства черепка, ВНИИК, Г
легпром, 1934, вып. 45.
152, Шерман Я. И., Методы контроля в тонкой керамике, Про
стройиздат, 1948.
153. Юшкевич М. О., Технология керамики, Промстройиздат
1951.
154. Ярошевский А. В., Рационализация технологии производ-
ства глиняного кирпича, Б ГН МПСМ РСФСР, 1946.
Из
19
не
3
67
20
45
76
. О. Г
ОПЕЧАТКИ
Строка Напечатано Должно быть
17 сверху 2 сверху 9 снизу сверху 18>снизу паузах 1950 гг. связи арабских в табл. 5-1 пуазах 1960 гг. связки римских в табл. 5-2
рибовскнй. Горячее литье керамических изделий.