Titlu

Curs 5_ Materii prime i materiale de formare utilizate la prepararea amestecurilor de formare

2.4. Materii prime i materiale de formare utilizate la prepararea amestecurilor de formare

Formele temporare se compun dintr-un material granular, cu refractaritate ridicat, ca material de baz, cruia i se adaug diferii liani i materiale de adaos. Produsul obinut prin dozarea i omogenizarea acestor materiale n proporia dorit, se numete amestec de formare.2.4.1. Nisipuri pentru turntorie

Cel mai folosit material granular n turntorie este nisipul pe baz de cuar (SiO2).

Nisipul de turntorie este un produs de dezagregare a rocilor eruptive. Prin aciunea apei i a dioxidului de carbon asupra feldspatului de calciu a rezultat caolinul, conform reaciei:

.

Caolinul este un material refractar i, din acest motiv, se folosete n turntorie ca i liant. Despre caolin se mai poate spune c impurificat cu alte materiale, formeaz argila.

STAS 5609-73 prevede patru criterii de clasificare a nisipurilor de turntorie. Astfel:

dup coninutul de pri levigabile (P.L.), nisipurile se clasific n 8 clase:

cuaros SI, la care P.L. < 0,1%;

cuaros SII, la care P.L. = 0,10,2%;

cuaros I, la care P.L. = 0,20,3%;

cuaros II, la care P.L. = 0,30,5%;

cuaros III, la care P.L. = 0,51,5%;

slab, la care P.L. = 1,5010%;

semigras, la care P.L. = 1020%;

gras, la care P.L. = 2030%.

dup granulaia medie (Gm), nisipurile se mpart n 7 grupe:

foarte mare, la care Gm = 1,00,61 mm;

mare, la care Gm = 0,600,41 mm;

semimijlocie, la care Gm = 0,400,31 mm;

mijlocie, la care Gm = 0,300,21 mm;

semifin, la care Gm = 0,200,16 mm;

fin, la care Gm = 0,150,11 mm;

foarte fin, la care Gm = 0,100,06 mm.

dup gradul de uniformitate al granulelor (G.U.), nisipurile se mpart n 5 grupe:

foarte uniform, la care G.U. > 70%;

cu uniformitate mare, la care G.U. = 7060%;

uniform, la care G.U. = 6050%;

cu uniformitate redus, la care G.U. = 5040%;

neuniform, la care G.U. < 40%.

dup forma granulei, nisipurile pot fi (figura 1):

cu granul rotund (fig.a);

cu muchii i coluri rotunjite (fig.b);

cu muchii i coluri ascuite (fig.c);

achioas (fig.d).

Figura 1. Forma granulelor de nisip.

n categoria nisipurilor de turntorie indigene intr:

a). nisipuri cuaroase - acestea nu se extrag direct din zcmnt, ci se obin prin preparare ulterioar. Din categoria acestora fac parte:

nisipul de Aghire (P.L. = 0,20,3%) - este principalul nisip utilizat n turntorie, deoarece exist rezerve foarte mari n zcmnt i este foarte ieftin, deoarece principalul produs al ntreprinderii este caolinul i nu nisipul. Acest nisip se obine prin dulba splare a a nisipului de Corneti, care are 1015% caolin n zcmnt. Nisipul splat conine 9798% cuar. Ca aspect exterior, granulele de nisip Aghire au form coluroas.

nisipul de Vlenii de Munte - conine 9597% SiO2; este fin i uniform ca mrime i se folosete, n special, pentru forme cu rini sintetice;

nisipul de Caraoman (jud. Tulcea) - conine 9697% SiO2; granulele au forma rotund i suprafee foarte netede, ceea ce implic faptul c este indicat a fi utilizat la executarea formelor cu rini sintetice i pentru formare la presiune nalt. Ca mrime, granulele sunt uniforme, dar acest nisip prezint un inconvenient, respectiv faptul c acest nisip conine 710% cochilii de scoici i feldspai, ceea ce necesit o preparare atent nainte de folosire.

b). nisipuri slabe, semigrase i grase - se folosesc n stare natural sau cu mici adaosuri de argil (cazul celor slabe). Nisipurile slabe se folosesc la turnarea pieselor din oel, iar cele semigrase la turnarea pieselor din font sau chiar din oel. Nisipurile grase i foarte grase se folosesc n cantitate mic (ca adaos) la turnarea pieselor din oel, din font i aliaje neferoase.

Aceste nisipuri se extrag din carierele de la Araci i Basarabi.

2.4.2. Liani folosii n turntorieLianii sunt materiale care se adaug n amestecurile de formare su scopul de a lega granulele de nisip i de a mbunti unele proprieti fizico-mecanice ale amestecurilor de formare. Pentru a-i putea ndeplini rolul, lianii trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:

s aib o rezisten mecanic ct mai mic pn la ndesarea amestecului de formare n forme, pentru ca ndesarea s se realizeze cu un consum sczut de lucru mecanic;

s aib o rezisten mecanic ct mai ridicat dup ndesarea n forme, pentru obinerea dimensiunilor precise;

s asigure o rezisten ct mai mic a formei imediat dup solidificarea aliajului, pentru a permite contracia liber a piesei, precum i pentru a se realiza o dezbatere uoar;

s degaje o cantitate ct mai mic de gaze la contactul cu metalul lichid, pentru a nu produce sufluri n piese;

s permit dezbaterea uoar a formei dup turnare.

Cea mai just apreciere a lianilor este dup rezistena specific la rupere (Rs), care reprezint rezistena la traciune a amestecului de formare, raportat la procentul de liant din amestec.

Dup natura lor, lianii pot fi clasificai astfel:

anorganici

organici

organosilicici (silicatul de etil - SiO4((C2H5)4)

reziduuri din industrie (gudron, smoal, melas, leie sulfitic)

alii (dextrina, clei pectinic etc.).

2.4.2.1. Liani anorganici folosii n turntorie

Lianii anorganici folosii n turntorie pot fi:

naturali:

argila

bentonita

sintetici:

cimentul

sticla solubil

silicatul de etil

produse pentru nlocuirea sticlei solubile

a). Argila - este un liant anorganic natural, care s-a format n natur prin aciunea apei i CO2-lui asupra feldspatului de calciu, rezultnd silicatul de aluminiu hidratat (). n stare pur poart denumirea de caolin i este un material plastic i refractar (impurificat cu alte materiale se livreaz n turntorii sub denumirea de argil).

Argila curat are refractaritatea cuprins ntre 17501780oC.

Dup stabilitatea termic, argilele pot fi cuprinse n:

grupa 1 - argile cu stabilitate termic ridicat - au punctul de vitrificare, Tv=1350oC; aceste argile conin max.2% impuriti sub form de CaO i MgO;

grupa 2 - argile cu stabilitate termic medie - au Tv = 12501350oC; aceste argile conin 3% impuriti;

grupa 2 - argile cu stabilitate termic joas - au Tv < 1250oC.

Cea mai folosit argil n turntoriile noastre este argila de Medgidia, care conine:

SiO2 = 5964%

Al2O3 = 19,524,3%

Fe2O3 = 2,55,0%

CaO = 0,350,7%

MgO = 0,91,6%

Na2O = 0,20,34%

K2O = 2,02,5%.

Proprietatea argilei de a lega granulele de nisip este o consecin a faptului c este un material foarte fin care mbrac granulele de nisip cu un strat subire de liant, apoi absoarbe ap, se umfl i devine lipicioas, asigurnd astfel rezistena mecanic i plasticitatea amestecului de formare.

n funcie de proprietile de liere, argilele din fiecare grup de stabilitate termic, se mpart n 3 clase:

slab liant (s), cu rezistena la compresiune de 1,53,0 N/cm2, n stare crud (Rccrud) i min. 10N/cm2, n stare uscat (Rcuscat);

mediu liant (m), cu Rccrud = 35N/cm2 i Rcuscat = min.15N/cm2;

puternic liant (p), cu Rccrud = min.5N/cm2 i Rcuscat = min.20N/cm2.

Argilele se noteaz cu simbolul A, urmat de un numr (1,2 sau 3), care reprezint grupa de stabilitate termic, i o liter (s, m sau p), care reprezint puterea de liere (exp.: A2s - argil cu stabilitate termic medie (min.1250oC) i slab liant).

Temperatura de uscare a formelor cu argil este de:

300350oC - pentru piese din font;

400550oC - pentru piese din oel.

b). Bentonita - este o varietate de argil, care s-a format prin alterarea cenuilor vulcanice bazice, care s-au depus n bazinele marine. Constituentul mineralogic principal al bentonitei este montmorillonitul (). Bentonitele au un coninut de montmorillonit mai mare de 75%, iar argilele sub 40% (dac procentul este cuprins ntre 40 i 75, se discut despre argil bentonitic).Bentonita este format din particule foarte fine, n cea mai mare parte coloidale (sub 0,1(m), de aceea are o capacitate de liere de 23 ori mai mare dect argilele plastice obinuite; este mai puin refractar dect argila, dar acest lucru nu influeneaz refractaritatea amestecurilor de formare, deoarece se adaug n cantitate mic.

Faptul c particolele de bentonit au dimensiuni foarte mici, confer acesteia o suprafa specific foarte mare (330470 m2/g), fa de argilele de turntorie, care au o suprafa specific de cca. 180 m2/g, sau fa de nisipul cuaros (0,025 m2/g).

Refractaritatea bentonitelor este mai redus dect a argilei, ns aceasta nu constituie un impediment, datorit adaosului mic de bentonit n amestec.

Clasificarea bentonitelor n sodice i calcice se face dup coninutul procentual de Na2O + K2O i CaO.

Dintre cele dou tipuri de bentonite, superioare din punctul de vedere al caracteristicilor imprimate amestecului, sunt cele sodice (dar nu se gsesc n Romnia).

Un inconvenient al utilizrii bentonitelor este faptul c sunt foarte sensibile la temperaturi ridicate. Uscarea formelor care folosesc bentonite se face la 150300oC, i cu foarte mult atenie.

n condiiile de temperatur din halele turntoriilor, amestecul de formare se usuc la colurile formei, pierzndu-i parial caracteristicile mecanice i conducnd la apariia incluziunilor de nisip n piesa turnat. Pentru diminuarea acestui neajuns, ns cu meninerea proprietilor ridicate de permeabilitate, la formele crude se fac adaosuri mici de argil, care conduc la scderea proprietilor de plasticitate ale amestecurilor de formare.

c). Cimentul este un material care se folosete de mult timp n turntorii (denumirea comercial este ciment Portland). Amestecul de formare se compune din nisip cuaros cu 1012% ciment ca liant i 610% ap. Formele cu ciment se pot folosi la turnarea pieselor din font i oel, deoarece asigur obinerea de piese turnate cu precizie dimensional mare.

Inconvenientul utilizrii cimentului este acela c este necesar un timp lung de priz, pentru amestecul de formare cu 10% ciment. Cele mai folosite metode pentru scurtarea timpului de priz sunt:

realizarea unei compoziii chimice corespunztoare (cel mai scurt timp de priz l are aluminatul tricalcic: 3 CaOAl2O3, numit celit, care reacioneaz cu apa i d hidroaluminatul de calciu: );

mcinarea foarte fin a cimentului Portland (astfel nct va avea o suprafa specific foarte mare);

amestecarea cu 3040% ciment cu particule sub 10 (m, cu ciment obinuit;

suflarea cu CO2 a formei sau miezurilor;

adugarea unor acceleratori de priz (cloruri de calciu sau de aluminiu);

adugarea de 48% bentonit sau ghips, dextrin, melas, leie sulfitic.

d). Ghipsul - este un sulfat de calciu hidratat cu dou molecule de ap (); se folosete pentru confecionarea formelor false, a modelelor sau pentru forme folosite la turnarea aliajelor neferoase.

Creterea durabilitii formelor din ghips se realizeaz prin prepararea acestuia cu rini solubile n ap sau n ulei.

Uscarea formelor de ghips se face cu un curent de aer cald.

e). Silicatul de sodiu (sticla solubil): - se folosete ca soluie apoas. La pierderea apei de constituie, silicea din silicat formeaz un gel care nvelete granulele de nisip iar, prin uscare, se ntrete i asigur rezistena mecanic necesar amestecului de formare. Procesele de disociere natural ale silicatului de sodiu i de uscare decurg lent, de aceea este necesar acclerarea disocierii i uscrii prin:

nclzirea formelor sau a miezurilor la 200260oC;

suflarea formelor sau a miezurilor cu CO2;

ntrirea chimic cu cluorur de amoniu (rezult SiO2 care leag granulele de cuar ntre ele);

ntrirea chimic cu esteri lichizi (are la baz reacia de hidroliz a esterilor n mediu bazic); reacia esterificrii este:

Reacia complet a hidrolizei silicatului de sodiu cu un ester este:

O caracteristic important a silicatului de sodiu pentru turntorie este modulul i trebuie s fie cuprins ntre 2,73,0.

f). covasil - este un liant lichid, vscos, de culoare verde care, folosit mpreun cu produsul covalit, asigur fabricarea de forme i miezuri care se dezbat foarte uor dup turnare, asigur posibilitatea refolosirii i regenerrii amestecului de formare, micoreaz consumul de silicat de sodiu, elimin pericolul mbolnvirii de silicoz.

Covalitul este un produs solid, pe baz de zahr i se prezint sub form de pulbere cenuie, coninnd min.57%zaharoz, max.43% substane insolubile n ap i max. 6% reziduuri la calcinare.

2.4.2.2. Liani organici

Lianii organici se pot clasifica astfel:

dup comportarea fa de ap:

hidrofili

hidrofobi

dup natura lor:

uleiuri vegetale

rini

reziduuri din industrie

alii.

Caracteristicile lianilor organici sunt:

se folosesc numai la miezuri complicate, de mrime mic i mijlocie;

au rezisten specific ridicat, deci rezistena mecanic necesar se poate obine la un adaos mic de liant (24%);

nu pot fi folosii la piese cu perei groi, deoarece liantul poate s ard nainte de solidificarea complet a piesei;

miezurile cu liani organici au rezisten foarte mic n stare crud;

lianii organici hidrofobi nu se dizolv n ap, deci miezurile executate cu aceti liani, nu sunt higroscopice, putnd fi pstrate timp ndelungat n turntorie fr a de degrada;

lianii organici hidrofili se dizolv n ap.a). Uleiuri vegetale (uleiul de in, de cnep i de floarea soarelui)

Uleiurile vegetale sunt materiale organice constituite din carbon i hidrogen, au proprietatea de a se dizolva (ca vopselele), producnd o pelicul rezistent, care leag granulele de nisip. Produsele de oxidare se numesc oxine. Dac oxidarea n contact cu aerul se face n timp scurt, uleiul se numete sicativ, uleiul care se oxideaz ncet se numete semisicativ, iar cel care se oxideaz foarte ncet sau nu se oxideaz, se numete nesicativ.

Capacitatea de oxidare a uleiurilor este dat de indicele de iod-I.I.- (cantitatea de iod care poate fi absorbit de 100 g ulei). Utiliznd acest parametru, uleiurile se pot clasifica astfel:

uleiuri sicative, la care I.I. > 150 i formeaz pelicule rezistente i elastice;

uleiuri semisicative, la care I.I. = 100150;

uleiuri nesicative, la care I.I. < 100 (acestea nu pot fi folosite ca liani n turntorie).

Uleiul de in are I.I. = min.170 (miezurile cu ulei de in au rezistena specific mai mare de 60N/cm2/1%liant).

Uleiul de cnep i de floarea soarelui au proprieti apropiate cu ale uleiului de in, dar sunt mai ieftine. Se folosesc numai ca sicativi.

Rezistena n stare crud a uleiurilor vegetale este mic (250350N/cm2), de aceea se adaug n amestec 13% dextrin sau 13% argil.

n stare uscat, miezurile au o permeabilitate ridicat i sunt higroscopice, iar temperatura de uscare a miezurilor este de 200240oC.

b). Rini

Rinile pot fi clasificate n:

naturale (colofoniul);

sintetice.

Cea mai utilizat rin natural este colofoniul.

Colofoniul este un reziduu care se obine la distilarea rinilor de conifere; se introduce n amestec sub form de praf cca. 4% cu 3% ap; temperatura de uscare a miezurilor este de 160180oC; rezistena specific a miezurilor este de peste 10 N/cm2/1% liant.

Colofoniul se utilizeaz numai la turnarea pieselor care prezint pericol de apariia a crpturilor la cald.

Rinile sintetice prezint urmtoarele avantaje:

amestecurile de formare au proprieti mecanice foarte ridicate i au o permeabilitate mare;

piesele turnate au precizie dimensional mare;

la turnare n forme cu rini sintetice se degaj o cantitate mic de gaz;

scade procentul de rebut;

se reduc adaosurile de prelucrare;

dezbaterea formelor i miezurilor se face uor.

Rinile, n general, pot fi clasificate dup urmtoarele criterii:

dup modul de ntrire:

rini cu ntrire la cald;

rini cu ntrire la rece;

dup compoziia chimic:

rini fenol-formaldehidice;

rini carbamidice;

rsini furanice;

rini celulozice;

rini poliuretanice.

Rinile fenol-formaldehidice se obin prin condensarea fenolului: cu aldehida formic , rezultnd:

rini termoreactive (condensarea are loc n mediu bazic) a cror capacitate de liere const n faptul c, sub influena cldurii, trec din stare solid n stare lichid. Produsul folosit n turntorie se numete rezol sau bachelit (este un produs solid, cu Ttop = 8090oC). Aceste rini se folosesc pentru obinerea miezurilor i formelor coji.

rini termoplastice (condensarea are loc n mediu acid) produsul folosit n turntorie se numete novolac (este un produs solid, cu Ttop=8090oC). Fiind un liant organic, acesta arde n timpul rcirii piesei.

Rinile carbamidice se obin prin condensarea ureei sau a melaminei cu aldehida formic. n prezena unor acisi slabi se ntresc la rece, de unde au primit i denumirea de rini cu ntrire la rece. n funcie de natura componenilor care intr n reacie, se obin dou tipuri de rini:

ureo-formaldehidice;

melamino-formaldehidice.

Rinile furanice se obin prin policondensarea sau polimerizarea alcoolului furfurilic n mediu acid. La temperatur ridicat sau n prezena unui catalizator acid, alcoolul furfurilic sufer transformri structurale rezultnd polimerizarea tridimensional. Materia prim de baz pentru fabricarea alcoolului furfurilic este furfurolul, un derivat al furanului.

Formulele chimice ale acestor substane sunt:

Lianii furanici se prezint sub forma unor uleiuri galben-brune, cu caracter chimic slab alcalin. Rinile furanice se pot folosi la obinerea miezurilor n cutii calde, sau pentru miezuri cu ntrire la rece.

Dintre rinile sintetice folosite, rinile furanice sunt cele mai rspndite, deoarece asigur precizie dimensional ridicat a pieselor, formare simplificat, demulare uoar, asamblare uoar etc.

Rinile poliuretanice se obin din reacia unui lichid organic (poliol) ce conine n molecula sa grupri hidroxilice cu un lichid brun nchis ce cuprinde n molecula sa grupri active n prezena vaporilor de trietilamin (catalizator al reaciei).

2.4.2.3. Ali liani folosii n turntorie

a). compui ai siliciului

Un liant mult folosit n turntorii este silicatul de etil: SiO4(C2H5)4 (ortosilicat de etil). Acesta este recomandat la obinerea formelor coji, la turnarea n modele fuzibile, este un lichid incolor, cu miros specific de eter, cu densitatea 0,933 kg/dm3, punctul de fierbere 160170oC, cu un coninut de 28,8%SiO2.

nainte de utilizare, silicatul de etil este hidrolizat prin tratare cu ap, n scopul obinerii SiO2 sub form de pelicul subire n jurul granulelor de nisip:

sau

b). reziduuri din industrie sunt foarte ieftine i acoper o gam larg de necesiti.

1. Gudroane sunt reziduuri obinute n industria crbunelui; datorit faptului c au n componen carbon, confer amestecurilor de formare refractaritate. Folosirea acestora conduce la obinerea unor suprafee netede la piesele turnate.

2. Melasa este un reziduu siropos, cu densitatea cuprins ntre 1,31,35kg/dm3, rezultat din fabricarea zahrului, n special din sfecl; are culoarea brun-negru i conine 50% zahr, 20% ap, 20% substane organice i 10% substane minerale.Asigur amestecului de miez o compresibilitate ridicat la contracia pieselor turnate, n timpul rcirii acestora. Dezavantajele acestui reziduu sunt: miezurile sunt higroscopice i fermenteaz.

3. Leia sulfitic este un liant organic hidrofil i se obine ca reziduu n procesul de fabricare a celulozei din lemn, prin degradarea i solubilizarea lemnului. Este un lichid galben-rocat, cu densitatea 1,05 kg/dm3 i conine 90% ap i 10% substane solide.

Se folosete pentru miezuri, n cantitate de 36% i, ntotdeauna cu argil (24%) sau bentonit (35%).

Temperatura de uscare a miezurilor care folosesc leie sulfitic este de 150oC, dar timpul de uscare este mare (cca. 3 ore).

Avantaje:

ntrirea miezului se poate face i la rece;

poate fi folosit n turntoriile cu mers discontinuu;

pulverizat pe suprafaa formelor, realizeaz o ntrire suplimentar a crustei.

4. Dextrina se obine din amidon i se prezint sub form de pulberi albe sau alb-glbui, care se dizolv foarte uor n ap, cu care d siropuri cu mare putere de liere i sunt aproape insolubile n alcool. Se folosete pentru miezurile crude, n adaos de 57%.

5. Cleiul pectinic este un liant sub form de praf, obinut prin hidroliza resturilor de esuturi vegetale; se adaug n cantitate de 2..3% n amestecurile pentru miez.

136

_1127316579.unknown

_1127317044.unknown

_1127318049.unknown

_1127318151.unknown

_1127317470.unknown

_1127316869.unknown

_1127307269.unknown

_1127308992.unknown

_913584094.unknown

_913592265.unknown

_1127300571.unknown

_913592169.unknown

_913584049.unknown