Теория и технология литейного производства: Учебное пособие, страница 22

Тепловая обработка формовочной смеси со связующим мо­жет существенно изменить величину сил адгезии и когезии. Так испарение растворителя из связующего, а также твердение свя­зующего с изменением объема вызывает появление в нем трещин и может изменить поверхность контакта с твердой фазой. В ре­зультате снижаются прочностные свойства смеси. Повышение скорости испарения растворителя, скорости процесса гелеобразо- вания или полимеризации, увеличение исходной толщины плен­ки связующего, затвердевающего с уменьшением объема, способ­ствуют возникновению внутренних напряжений в пленке связующего и появлению в ней трещин, что снижает величину сил адгезии.

Оптимальная толщина пленки связующего, затвердевающе­го с уменьшением объема, зависит от его физико-механических свойств. Для связующих, применяемых в литейном производстве, она составляет 10-50 мкм.

Если физико-химические свойства связующего не изменя­ются с течением времени или при затвердевании связующего не нарушается сплошность пленки, то величина адгезии практиче­ски не зависит от толщины пленки. Предел прочности смеси с повышением содержания связующего до определенного предела будет возрастать за счет увеличения площади контактов между частицами смеси в единице объема.

Прочность контактов также определяется строением обо­лочки связующего на поверхности зерен наполнителя, т.е. струк­турой пленок связующего. Согласно классификации [5], пленки связующих материалов могут быть представлены 5 типами: сплошная однородная ровная пленка, не имеющая зернистости и признаков трещин (пленки льняного масла, олифы, П); сплошная пленка, имеющая разобщенные пузыри (пленки МФ-17.М); сплошная пленка, имеющая складки (жидкое стекло, подвергну­тое тепловой обработке); сплошная пленка, имеющая зернистую структуру (пленки ГТФ); пленка, имеющая трещины (древесный пек, 4ГУ, ЛСТ).

Наибольшей прочностью обладают связующие, образующие сплошные однородные пленки. Наименьшей — связующие, обра­зующие пленки с трещинами. Промежуточные значения прочно­сти характерны для связующих, имеющих зернистую структуру пленки. Понижение вязкости ряда связующих материалов замет­но улучшает структуру пленок и, соответственно, повышает прочность смесей, так как при этом происходит более полное об­волакивание связующим зерен наполнителя.

Размер и конфигурация манжеты определяются толщиной пленки, которая зависит от содержания в смеси связующего и от удельной поверхности наполнителя. При уменьшении толщины пленки связующих материалов работа адгезии значительно возрас­тает. При достижении некоторого максимума наблюдается ее сни­жение. Максимальная величина адгезии соответствует оптималь­ной толщине пленки связующего. При дальнейшем увеличении толщины пленки связующего в ней значительно повышаются объ­емные напряжения, что приводит к резкому снижению адгезии.

По характеру разрушения смеси условно разделяются на три типа: сырые песчано-глинистые с когезионным механизмом разрушения, смоляные — с адгезионным и жидкостекольные — со смешанным механизмом разрушения. Прочность смеси зависит от конфигурации частиц наполнителя, их взаимного расположе­ния (упаковки зерен), толщины пленки и равномерности распре­деления связующего на поверхности зерен, от внешнего воздейст­вия (давления, температуры), адгезионных и когезионных свойств пленки и многих других факторов.

Для оценки влияния внешних факторов и характеристик формовочной смеси на ее прочность [5] были приняты следующие допущения:

преодоление сил адгезии происходит по поверхности зерен песка, а сил когезии — путем разрыва пленки связующего по наименьшему сечению;

все частицы смеси шарообразной формы, с идеально глад­кой поверхностью и одинаковыми размерами.

Частицы смеси могут занять различное положение друг от­носительно друга. Число их контактов зависит от степени уплот­нения и гранулометрических параметров наполнителя. Наиболее плотной упаковке соответствует координационное число К=12, наименее плотной упаковке — К=6. Координационное число ре­альных уплотненных формовочных смесей 6<К<12. Максималь­ная прочность при растяжении реальной смеси находится в пре­делах ай < аког < аь .