Исследование механизма формирования прочности жидкостекольных смесей и разработка состава жидкостекольной смеси улучшенной выбиваемости

• Автор: Алиев, Денис Олегович
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

1. Литературный обзор и задачи исследований

1.1.Жидкое стекло как связующее в литейном производстве, его состав и структура

1.2.Обзор современных представлений о механизме формирования

структуры и прочности жидкостекольных смесей

1.3.Методики исследования поведения жидкостекольных смесей при нагреве

1.4.Влияние различных факторов на выбиваемость жидкостекольных смесей

1.5.Основные направления улучшения выбиваемости жидкостекольных

смесей

2. Методика проведения исследований

2.1. Физикохимические методы исследования
2.1.1. Хроматомассспектрометрический метод исследования
2.1.2. Дифференциальнотермический и термогравимстрический анализ
2.1.3. Рентгеноструктурный анализ
2.1.4. Петрографическое исследование
2.2. Определение технологических свойств жидкостекольных смесей
2.3. Исследование смачиваемости кварцевого песка жидким стеклом
2.4. Исследование процессов протекающих при нагреве жидкостекольных смесей
2.5. Исследование температуры плавления жидкостекольного связующего
2.6. Исследование температуры прогрева жидкостекольных стержней
при различной толщине стенки отливки
3. Исследование состава, структуры и свойств сажссмоляной пульпы и кальцийборфосфата и их влияния на жидкостекольную смесь
3.1. Выбор материалов, используемых в качестве добавок для жидкостекольной смеси
3.2. Исследование состава и структуры сажесмоляной пульпы и кальцийборфосфата
3.3. Исследование влияния сажесмоляной пульпы и кальцийборфосфата на структуру жидкостекольной смеси
4. Исследование механизма разупрочнения жидкостекольной смеси, содержащей в качестве добавок сажесмоляную пульпу и кальцийборфосфат
4.1. Выбор исследуемых материалов
4.2. Исследование температуры плавления жидкостекольного связующего
4.3. Влияние кальцийборфосфата на изменение структуры жидкого стекла в результате температурного воздействия
4.4. Исследование разупрочнения жидкостекольной смеси, с добавками
сажесмоляной пульпы и кальцийборфосфата, в процессе нагрева
5. Разработка и испытание жидкостекольной смеси, содержащей в качестве добавок сажесмоляную пульпу и кальцийборфосфат
5.1. Выбор компонентов жидкостекольной смеси
5.2. Лабораторные испытания разработанной жидкостекольной смсси
6. Промышленные испытания разработанной жидкостекольной смеси
6.1. Ожидаемая экономическая эффективность от внедрения
предложенного состава жидкостекольной смсси
Общие выводы
Список использованной литературы


Наиболее полно данным требованиям удовлетворяет жидкое стекло. Жидкое стекло содержит три компонента: кремнезем , окись натрия N0 и воду Н. Изменяя соотношения между этими тремя компонентами, можно получать ряд материалов, обладающих совершенно различными физическими свойствами. Эти материалы могут быть однородными или неоднородными. Варианты химических составов представлены на диафамме в виде отдельных точек, лежащих внутри треугольника (рис. Заштрихованная площадь на диаграмме показывает диапазон составов жидкого стекла, применяемых в литейном производстве. Как видно из диаграммы они занимают в треугольнике очень небольшой участок []. Рис. Т‘очный состав жидкого стекла, который определяет основные свойства последнего, может быть выражен суммарным содержанием веществ, то есть содержанием кремнезема, окиси натрия и воды. Ыа • т? Ю2, приходящихся на одну молекулу Ка; п - число молекул Н, приходящихся на одну молекулу Ыа. Основными показателями жидкого стекла являются его модуль и плотность. М =1^. Ыа и БЮг. Величина модуля жидкого стекла имеет решающее влияние на прочность смеси, ее живучесть и пластичность []. Модуль связан с величинами плотности и вязкости, цветом и прозрачностью раствора. Вязкость растворов щелочных силикатов возрастает с увеличением концентраций твердых веществ - оксидов кремния, то есть жидкое стекло ведет себя как раствор полимеров, содержащих крсмнийкислородныс анионы []. Обычно в растворах силикатов с М<2 присутствуют мономерные и димерные анионы, а с увеличением модуля (М>2) их сменяют более высокомолекулярные смеси []. По мнению Р. К. Айлера при рН>,6 в разбавленном силикатном растворе метасиликат ион 8Ю- соответствует мономеру, в интервале рН=,6-,9 основным является дисиликатный ион 8Ю~ , а при рН<9 кремнезем существует в виде коллоидных частиц. В зависимости от величины модуля раствор силиката натрия будет состоять из ионов БЮз2- и Н8Ю3 (при М=1-2), а в растворах с модулем М=2-4 кремнезем будет способствовать образованию небольших трехмерных силикатных полимерных ионов или заряженных частиц []. Эти частицы находятся в состоянии равновесия с растворимым мономерным кремнеземом (1)4. Последний, в свою очередь, состоит в равновесии с мономерными силикатными ионами. Этой же теории строения жидкого стекла придерживаются, на основании проведенных исследований оптических свойств жидких пленок растворов силикатов натрия, авторы работы [ ]. Анализ литературных данных показывает, что вопрос о строении жидкого стекла не имеет однозначного ответа, поэтому исследования в данной области продолжаются. Вместе с тем, применение жидкою стекла в литейном производстве позволяет значительно ускорить производственные процессы, повысить производительность труда и сократить производственный цикл. Благодаря интенсификации процесса упрочнения форм и стержней возрастает удельный объем продукции, вдвое сокращаются энергетические затраты на сушку форм и стержней, улучшаются условия труда рабочих, полностью устраняются токсичные газовыделения [5, ]. Из анализа литературных данных можно сделать вывод о целесообразности использования жидкого стекла в качестве связующего в литейном производстве. Однако, недостатки жидкостекольных смесей, особенно затрудненная выбиваемость, сдерживают их широкое применение. Поэтому проблема разработки жидкостекольных смесей разупрочняющихся после нагрева весьма актуальна и является важной для производства. В течение последних десятилетий в работах отечественных и зарубежных ученых большое внимание уделяется совершенствованию свойств жидкостекольных смесей, повышению качества форм и стержней. Дальнейшее развитие литейного производства и предъявляемые требования к качеству отливок ставят новые задачи по повышению свойств жидкостекольных смесей и облегчения их выбиваемости. Сложность процессов, протекающих между компонентами смесей в процессе изготовления отливок, требует комплексных теоретических и практических исследований по изучению механизма формирования структуры и прочности жидкостекольных смесей.