Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
1. Definicja osnowy i lepiszcza
Osnowa – główny, sypki składnik masy formierskiej. Jest to przeważnie materiał o określonym składzie mineralogicznym, chemicznym i ziarnowym (np. piasek kwarcowy). Niekiedy jest stosowana mieszanina różnych materiałów, np. piasków: chromitowego i cyrkonowego. Jeżeli ten główny składnik ma ziarna większe od 0,02mm, określa się go nazwą: OSNOWA PIASKOWA.
Lepiszcze – naturalny materiał wiążący, stanowiący składnik piasków 5K-7K, czyli tak zwanych piasków naturalnych. Górna granica wielkości ziaren lepiszcza wynosi 0,02mm. Składnikami wiążącymi w lepiszczu piasków naturalnych są minerały ilaste, zwykle grupy kaolinitu.
Zasada oznaczania lepiszcza – opis, prawo Stokesa
Metoda oznaczania – zasada pomiaru polega na odmyciu lepiszcza z powierzchni ziaren osnowy i następnym jego oddzieleniu z wykorzystanie wzoru Stokesa na prędkość ruchu cząstek w cieczy. Oddzielanie odbywa się drogą dekantacji lepiszcza znad ziaren osnowy piaskowej. Ze średniej próbki laboratoryjnej odważa się 120-130g materiału i suszy w temperaturze 105-110 st. C do stałej masy. Z wysuszonego materiału odważa się 50g, wsypuje do szklanego słoja i zalewa 475cm3 wody oraz 25cm3 3 %-ego roztworu NaOH. Słój ustawia się w aparaturze LSz i dociska pokrywa z mieszadłem. Proces mieszania trwa 5 minut, po tym czasie należy dokładnie spłukać mieszadło. Następnie dopełnia się słój wodą do poziomu 150mm od dna (górna kreska) i odstawia na 10 minut. Po upływie tego czasu wkłada się delikatnie lewar sięgający do poziomu 25mm od dna i oddziela zawiesinę lepiszcza w wodzie. Po dekantacji słój ponownie napełnia się wodą wodociągową do górnej kreski silnym strumieniem. Po drugim odstaniu przez 10 minut zawartość dekantuje się, dopełnia słój do górnej kreski i odstawia na 5 minut. Dopełnianie, odstawianie na 5 minut i dekantację należy powtarzać do uzyskania klarownej cieczy. Pozostałą w słoju po oddzieleniu lepiszcza osnowę piaskową przenosi się ostrożnie na sączek za pomocą tryskawki. Następnie sączek z osnową piaskową suszy się w temperaturze105-110st. Celsjusza do stałej masy. Po ostudzeniu w eksykatorze wykrusza się ziarna na papier i waży z dokładnością do 0,1g. Procentową zawartość lepiszcza wylicza się za pomocą wzoru , gdzie: B – odważka próbki, b- masa osnowy po oddzieleniu lepiszcza. Za wynik przyjmuje się średnią arytmetyczną dwóch równoległych oznaczeń.Prawo Stokesa –Z prawa Stokesa możemy obliczyć prędkość cząstki (kuli) w ośrodku lepkim – cieczy (dla ruchu laminarnego): , gdzie:V – prędkość ruchu cząstkiF - siłą przyłożona do cząstkiR - promień cząstki- lepkość dynamiczna cieczy
Gatunki piasku:
· 1K – zawartość lepiszcza: <0,2%
· 2K - <0,5%
· 3K - <1,0%
· 4K - <2,0%
· 5K – 2-8%
· 6K – 8-15%
· 7K – 15-35%
Podział piasków według wielkości (wymiarów), jednorodności i kształtu ziaren oraz symbol (oznaczenie) piasku
-kwarcowy SiO2
-piasek cyrkonowy
-chromitowy
-oliwinowy
-magnezytowy i magnezytowo-chromitowy
-korundowy
-glinokrzeminowe
-węglowe
Metody oznaczania wielkości (wymiarów) ziaren osnowy piaskowej i znaczenie technologiczne wielkości ziaren
· Liczba ziarnistości L – wielkość oczka równa się średnicy drutu siatki co jest w przybliżeniu zgodne tylko przy sitach o mniejszych prześwitach. Liczba ziarnistości to numer AFS (najczęściej fikcyjny, czyli różny od numerów sit zestawu znormalizowanego), przez które przeszłyby wszystkie ziarna, gdyby nie zmieniając ich ogólnej liczby i masy sprowadzić je do przeciętnej wielkości.
· Średnia geometryczna dg
· Średnia arytmetyczna da
· Średnia harmoniczna dh
· Średnia wielkość ziarna d50– oparte na rachunku prawdopodobieństwa przy przyjęciu wielkości ziarna jako zmienna losowa
· Mediana dM– jak dla średniej D50
· Numery sit, na których zebrała się frakcja główna – w metodzie tej wskaźnikiem wielkości ziarna są numery sit, na których zebrała się frakcja główna. Podaje się albo numery dwóch skrajnych sit, albo numery wszystkich 3 sit ułożone w kolejności malejącej.
Wielkość ziaren osnowy piaskowej wpływa tak na właściwości technologiczne mas, jak i na przebieg zjawisk zachodzących na powierzchni wnęki formy lub rdzenia po zetknięciu się z ciekłym stopem odlewniczym. Wpływ wielkości uwidacznia się przede wszystkim w przypadku przepuszczalności masy.
2. Metody oznaczania jednorodności i kształtu ziaren osnowy piaskowej i znaczenie technologiczne tych parametrów
Charakterystykę osnowy piaskowej pod względem jednorodności ziaren można ustalić na podstawie:
· Wartość frakcji głównej – frakcja główna jest to suma odsiewów przeliczonych (w procentach) z trzech sąsiednich sit znormalizowanego zestawu, na których zebrała się największa ilość osnowy piaskowej.
· Współczynnik rozdziału oraz wskaźnik odchylenia – wartość współczynnika rozdziału wyznacza się na podstawie wykresu krzywej sum sporządzonego metodą AFS. Odczytuje się wartość prześwitów oczek P25 i P75 w mikrometrach odpowiadające przecięciu się krzywej sum z poziomymi odpowiadającymi 25 i 75% sumy odsiewów przeliczonych.
· Stopień jednorodności (GG) – różnica wartości sum odsiewów przeliczonych odpowiadającym prześwitom oczek dla 4/3 d50 i 2/3 d50. Wartości te wyznacza się korzystając z wykresu krzywej sum sporządzonej metodą DIN. Im większa wartość GG, tym bardziej jednorodna jest osnowa piaskowa.
· Wskaźnik jednorodności – log W. – w metodzie tej wykorzystano zależność między entropią układu i termodynamicznym prawdopodobieństwem jego stanu. Im wartość log W będzie bliższa zeru, tym więcej ziaren osnowy jest skoncentrowanych wokół jednej frakcji, czyli tym bardziej jednorodna jest osnowa.
Charakterystykę osnowy piaskowej pod względem kształtu ziaren można ustalić za pomocą dwóch rodzajów metod: ilościowej i jakościowej.
Metoda jakościowa jest oparta na wzrokowej ocenie kształtu ziaren poszczególnych odsiewów lub nierozsortowanej osnowy piaskowej, przy powiększeniu przeważnie w granicach 30-60 razy. Ocenę kształtu ziaren przeprowadza się drogą porównania kształtu badanej osnowy z odpowiednimi wzorcami.
Metody ilościowe – w tych metodach podstawę stanowi wartość powierzchni właściwej Sw osnowy piaskowej. Największe zastosowanie znalazła metoda, w której miarą kształtu ziaren jest wskaźnik kształtu Wkbędący stosunkiem powierzchni właściwej Swdo teoretycznej powierzchni właściwej St.
Jednorodność osnowy wpływa nie tylko na właściwości technologiczne, lecz także na zachowanie się masy pod wpływem wysokiej temperatury. Masy z osnową o większej jednorodności mają większą przepuszczalność, przy równoczesnej nieco mniejszej wytrzymałości.
I.
II.
III.
IV.
V. Badanie wpływu wilgotności na wytrzymałość
1. Lepiszcze i gliny formierskie – definicja, budowa, rodzaje minerałów (montmorillonit, kaolinit, illit) ich właściwości, aktywacja bentonitu
Glina formierska – jest odpowiednio przerobioną kopaliną zawierającą powyżej 50% lepiszcza. Jest ona tym lepsza, im większa jest w niej zawartość lepiszcza i im w tym lepiszczu jest więcej minerałów ilastych.
Lepiszcza i gliny formierskie dodawane do osnowy piaskowej tylko ze względu na wymaganą wytrzymałość masy, pogarszają niestety nieomal wszystkie pozostałe właściwości technologiczne masy.
Aktywacja bentonitu – proces polegający na zastąpieniu na pozycjach kationów Ca+2 lub Mg+2 kationami Na+, przeprowadzany najczęściej podczas przeróbki kopaliny na bentonit.
Montmorillonit – minerał ilasty należący do grupy smektytu.Uwodniony hydrokrzemianglinu (zawierać może związki żelaza lub magnezu), krystalizuje w układzie jednoskośnym, w formie zbitych, drobnołuseczkowych skupień. Może posiadać barwę białą, żółtą, zieloną popielatoszarą lub czerwonobrunatną w zależności od domieszki Fe. Posiada bardzo dobre właściwości adsorpcyjne
Kaolinit – bardzo pospolity i szeroko rozpowszechniony minerał z gromady krzemianów, zaliczany do minerałów ilastych (grupa kaolinitu). Tworzy małe kryształy o pokroju tabliczkowym, blaszkowym - blaszki heksagonalne; zrosty robakowate. Przeważnie występuje w skupieniach ziemistych; zbitych i skrytokrystalicznych. Jego monomineralne nagromadzenia tworzą skałę zwaną kaolinem.
Illit – minerał z gromady krzemianów, zaliczany do minerałów ilastych. Jest minerałem bardzo pospolitym i wyjątkowo szeroko rozpowszechnionym na całym świecie. Tworzy bardzo drobne kryształy o pokroju łuseczkowym, rzadko widoczne „gołym” okiem. Jest miękki, przezroczysty, o charakterystycznym srebrzystym połysku. Niemal zawsze zawiera domieszki żelaza. Wykazuje własności zbliżone do muskowitu, od którego jest makroskopowo nieodróżnialny. Powstaje wskutek degradacji muskowitu.
2. Teoretyczne podstawy wiązania mas – wykres wiązań powierzchniowych i mostkowych, zasada wiązania
Masy generacji I są to masy, w których materiałem wiążącym jest lepiszcze. Zaletą tych mas jest przede wszystkim dostępność i taniość surowców, duża trwałość i praktycznie nieograniczona żywotność mas, zaś wadą mała płynność oraz stosunkowo mała wytrzymałość w stanie wilgotnym. Mechanizm wiązania masy klasycznej, zawierającej osnowę piaskową i substancję wiążącą, będącą mieszaniną gliny i wody nie został dotychczas w sposób jednoznaczny wyjaśniony, dlatego skupiono się na zasadach wiązania mas, w których osnowę stanowią ziarna kwarcu. Zauważono, że powierzchniowa warstwa ziaren kwarcu może zawierać tylko 70% SiO2, podczas gdy zawartość SiO2 w całej masie osnowy stanowi ok 97%. Zasadnicze znaczenie na wiązanie mas ma adsorbowanie dipoli wody, jako cieczy polarnej, na ziarnach kwarcu na wolnych grupach OH i na atomach krzemu lub tlenu. W miarę zwiększania zawartości wody jest ona coraz słabiej związana z powierzchnią cząstek stałych, a przede wszystkim ziaren kwarcu, co powoduje zmniejszanie się spoistości (a co za tym idzie spadek wytrzymałości masy).
3. Klasyczne masy naturalne, półsyntetyczne, syntetyczne i gliniaste – skład, sposób sporządzania, właściwości, zastosowanie
Głównymi składnikami mas naturalnych są piaski naturalne (o osnowie kwarcowej), czyli te gatunki piasków formierskich, które w stanie naturalnym zawierają dostateczną ilość lepiszcza, zapewniającą masie wymaganą wytrzymałość. Masy naturalne są stosowane głównie do sporządzania form suszonych, a w mniejszym stopniu form wilgotnych, przeznaczonych do wykonywania odlewów o różnej masie i z różnych stopów. Ze względu na zmienność podstawowych właściwości piasków naturalnych oraz wyczerpujące się zasoby tych surowców zastosowanie mas naturalnych jest małe.
Masy półsyntetyczne – stanowią kompozycje pośrednie pomiędzy masami naturalnymi i syntetycznymi. Zazwyczaj są to masy naturalne, do których – w celu otrzymania kompozycji o założonych właściwościach – dodaje się piasku kwarcowego lub gliny formierskiej, a niekiedy również obydwu tych składników. Piasek kwarcowy wprowadza się w przypadku zbyt dużej wytrzymałości mas sporządzonych z piasków naturalnych, natomiast glinę formierską – dla zwiększenia wytrzymałości. Masy te stosuje się do sporządzania form wilgotnych i suszonych, przeznaczonych do odlewania różnych stopów. Zastosowanie tych mas, podobnie jak mas naturalnych, wyraźnie zmniejsza się – tak ze względu na mniejszą niż w przypadku mas syntetycznych możliwość stabilizacji właściwości mas, jak i zmniejszające się wydobycie dobrych piasków naturalnych.
Masy gliniaste – masy o zwiększonej zawartości lepiszcza. Sporządza się je z piasków naturalnych zawierających dużo lepiszcza (7 K), a stosuje do formowania wzornikowego. Zwiększona zawartość lepiszcza, przy odpowiedniej zawartości wilgoci, zapewnia masie dobrą plastyczność, co ma duże znaczenie przy formowaniu wzornikowym. Równocześnie masa ma małą podatność i przepuszczalność. Dlatego też sporządza się ją ze znacznym dodatkiem trocin lub pyłu koksowego. W przypadku masy gliniastej, istotny element technologii jej sporządzania stanowi odstawianie, które powinno trwać nawet kilka dni. Dłuższy czas odstawiania powoduje równomierne nawilżenie oraz polepsza plastyczność masy. Masy te są rzadko stosowane, przede wszystkim do produkcji jednostkowej dużych odlewów – głównie żeliwnych – w formach suszonych.
Masy syntetyczne – kompozycje, których głównymi składnikami są: osnowa piaskowa i glina formierska. Spośród mas klasycznych mają one największe zastosowanie w praktyce odlewniczej. Zastosowanie to jest uzasadnione przede wszystkim możliwością kierowania składem, a zatem i właściwościami technologicznymi tych mas. Używana do sporządzania mas syntetycznych osnowa piaskowa jest uprzednio uszlachetniana i charakteryzuje się określonym składem ziarnowym i mieszczącą się w ściśle oznaczonych granicach zawartością lepiszcza. Materiałem o określonych i ustabilizowanych właściwościach jest także drugi zasadniczy składnik mas syntetycznych, a mianowicie glina formierska. Umożliwia to dobór odpowiedniego pod względem ilościowym i jakościowym składu masy, a zatem i uzyskanie mas o założonych właściwościach technologicznych.
4. Przepuszczalność – definicja,
Przepuszczalność – zdolność masy do odprowadzania gazów. Wzór na współczynnik przepuszczalności ma postać:
, gdzie:
V – objętość powietrza przepływającego przez kształtkę walcową w m3
l – wysokość kształtki walcowej w m
F – powierzchnia poprzecznego przekroju kształtki walcowej w m2
- czas, w jakim V m3 powietrza przepłynie przez kształtkę walcową w sekundach (minutach)
P – ciśnienie powietrza pod kształtką w N/m2
Na przepuszczalność wpływają: wielkość ziarna osnowy piaskowej, jednorodność osnowy pod względem wielkości ziarna, kształt ziaren osnowy, wilgotność masy, ilość i jakość lepiszcza oraz stopień zagęszczenia.
W masie wilgotnej następuje parowanie wody i tworzenie się strefy przewilżonej, co zmienia w bardzo poważnym stopniu stan ośrodka porowatego, a zatem i warunki przepływu gazów. Oddziaływanie temperatury, powodujące znaczny wzrost ilości gazów oraz tworzenie się strefy przewilżonej zmniejsza efektywną przepuszczalność masy wilgotnej.
5. Gęstość i gęstość pozorna masy – definicje, oznaczenie, przebieg zmian w zależności od wilgotności masy
Gęstość – masa właściwa. Dla masy o danym składzie gęstość ma wartość stałą. Zmienia się zależnie od rodzaju i ilości użytych składników.
Gęstość pozorna – zmienia się w zależności od stanu zagęszczenia (lub spulchnienia) masy. Szczególnie duże zmiany gęstości pozornej występują w przypadku wilgotnych mas klasycznych. Gęstość pozorna jest stosunkiem masy do objętości zajmowanej przez materiał ziarnisty. Gęstość pozorna ze względu na znajdujące się pomiędzy ziarnami pory jest zawsze mniejsza od gęstości i zmienia się wraz z zagęszczeniem materiału. Im bardziej zagęszczony materiał tym większa gęstość pozorna.
6. Wytrzymałość na ściskanie – definicja, przebieg zmian w zależności od wilgotności masy z wyjaśnieniem w oparciu o zasadę wiązania masy.
Wytrzymałość na ściskanie Rc – stosunek siły ściskającej, która spowodowała zniszczenie kształtki, do powierzchni początkowego przekroju poprzecznego kształtki – oznacza się na znormalizowanych kształtkach walcowych. Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie wykonuje się za pomocą odpowiednich aparatów. Kształtkę umieszcza się pionowo lub poziomo między szczęk...