Теория и технология литейного производства: Учебное пособие, страница 43

Итак, в системе глина — вода на поверхности частиц глины имеет место наличие активных центров, интегрированно выра­жаемых нескомпенсированностью заряда, численное значение ко­торого зависит от природы глины и характера дисперсионной среды (рН, температуры, состава растворенных веществ и др.).

Ионы, расположенные на внешних поверхностях пакетов глины, имеют менее прочные связи с основной решеткой кри­сталла, чем ионы внутренних слоев. Поэтому часть внешних ио­нов при соответствующих условиях может быть замещена други­ми ионами, находящимися в дисперсионной среде, без нарушения целостности кристаллической решетки. Это явление называют ионным обменом.

Ионный обмен схематически можно представить следую­щим образом:

X — глина + У"⁺¹ <-» У — глина + Х^п+.                                (2.39)

Смещение реакции вправо или влево зависит от природы и концентрации ионов X и У, а также от природы самой глины. Обменными ионами в глинах являются, главным образом, катио­ны натрия, калия, водорода, кальция и магния. Максимальное количество ионов, которое может быть замещено в глине, назы­вают суммой обменных катионов, которая колеблется в следую­щих пределах (мг-экв/100 г сухой глины): для каолиновых 10-35, гидрослюдистых — 10-25, монтмориллонитовых — 35-135. Уве­личение удельной поверхности приводит к увеличению суммы обменных катионов.

Ионный обмен в значительной степени изменяет химиче­ский состав глин. Так, при обмене ионы Si⁴⁺ замещаются ионами А1³⁺ и далее ионы А1³⁺ замещаются ионами Mg²⁺ или Са²⁺. По­следние, в свою очередь, могут быть замещены ионами К⁺ или

Na⁺. Ионы решетки глинистого минерала переходят в раствор, из которого в несбалансированные по электронам ячейки поступают другие, имеющиеся в нем ионы. Если пакеты заряжаются заря­дами одинаковых знаков, то они отталкиваются друг от друга, что ведет к самопроизвольному диспергированию глины. Такое явление наблюдается у бентонита.

При ионном обмене большое значение может иметь концен­трация активных ионов водорода в промышленной воде, рН кото­рой может изменяться от 5 до 7,5.

Для повышения эффективности использования глину необ­ходимо подвергать химической активации, заключающейся в за­мене ионов Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, А1³¹~диффузного слоя глинистой час­тицы на ион Na⁺. Это приводит к увеличению дисперсности глины и, как следствие, к повышению ее связующей способности.

Выбор глин как связующего материала обуславливается техническими и экономическими соображениями. Для формовоч­ной смеси при изготовлении форм по-сырому в индивидуальном и мелкосерийном производстве применяются каолинитовые и као- линитогидрослюдистые глины. Применение монтмориллонитовых глин из-за склонности к быстрому обсыханию поверхности форм затруднено. В массовом производстве, где применяются автома­тические формовочные машины с коротким циклом изготовления форм, в формовочной смеси используются бентонитовые глины, обладающие высокой связующей способностью. Для изготовления форм по-сухому применяются глины, обладающие меньшей набу- хаемостью. При выборе глин учитываются условия образования на отливках химического пригара, который в значительной мере зависит от содержания в глине Fe₂C>3.

2.4. ПРОТИВОПРИГАРНЫЕ ДОБАВКИ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ. ПРОТИВОПРИГАРНЫЕ ПОКРЫТИЯ И ИХ СВОЙСТВА

Пригар на отливках является одним из самых распростра­ненных дефектов, значительно увеличивающих трудоемкость обру­бочных и очистных работ. Он образуется в результате сложных процессов, происходящих на поверхности раздела металл — фор­ма. Различают три вида пригара: металлизированный или механи­ческий, термический и химический. Разделение пригара на разные виды является условным и в реальных отливках можно обнару­жить одновременное существование всех или, по крайней мере, двух видов пригара. Пригар может быть легко- или трудноотдели­мый. Образование пригара определяется многими факторами, за­висящими от свойств металла, от свойств формовочных смесей и технологических условий заливки. На образование пригара, с од­ной стороны, влияют химический состав металла, вязкость и жид- котекучесть, степень его раскисленности и его капиллярные свой­ства (поверхностное натяжение и способность смачивать стенки формы). С другой стороны, возникновение или отсутствие пригара определяется огнеупорностью, химическим и зерновым составом формовочных материалов, пористостью смесей, теплоаккумули- рующей способностью формы, активностью оксидов формовочных материалов к оксидам металла. На образование пригара и проч­ность его сцепления с отливкой также влияют: металлостатическое давление, характер атмосферы формы во время заливки, продол­жительность заливки, соотношение коэффициентов расширения и сжатия металла и формовочных материалов.