Пассивные краски
Наиболее популярны высыхающие краски — теплоизолирующие и снижающие шероховатость поверхности отливок. Уровень качества этих покрытий определяется следующими особенностями: прочностью сцепления с поверхностью кокиля; эрозионной и термической стойкостью; огнеупорностью; теплопроводностью; газотворностью.
Рис. 1. Прочность на срез кокильных красок с разным содержанием неорганических связующих: 1 — шамот; 2 — пылевидный кварц; 3 — тальк; 4 — асбест
Прочность сцепления с поверхностью кокиля. Краска обязана прочно сцепляться с поверхностью кокиля и выдерживать вероятно большее число заливок без разрушения. Это свойство краски определяется природой связующего и наполнителя.
Любой наполнитель избирательно относится к связующим и лишь с одним из них получает большую прочность.
К. П. Фадеевой изучены в качестве наполнителей красок пылевидный кварц, шамот, асбест и тальк в сочетании с неорганическими связующими: жидким стеклом, борной кислотой и бурой. Изучениям подвергали краски, складывающиеся из 25% наполнителя, 75% воды и разных количеств связующего сверх 100% по массе. Результаты опробований красок на срез приведены на рис. 1.
К. П. Фадеевой детально изучено кроме этого влияние активизирующих добавок на прочность кокильных красок. Изучали влияние присадок марганцевокислого калия, буры, борной кислоты и кремнефтористого натрия числом 0,1—0,8% на
прочность сцепления красок с поверхностью кокиля. Краски складывались из 25% наполнителя, 75% воды и 7% (сверх 100%) жидкого стекла плотностью 1,50 г/см3 с модулем 2,62. В качестве наполнителей употреблялись шамот, прокаленный при 900— 1000 °С, пылевидный кварц, асбест и тальк.
Прочность сцепления красок с поверхностью кокиля оценивали по величине предела прочности на срез аср. Влияние упомянутых актнвизаторов на прочность сцепления красок приведено на рис. 2.
Широкие изучения прочности теплоизолирующих красок для кокилей приведены А. А. Тимофеевым. В работе сравнивали свойства покрытий на базе глины и пылевидного кварца в разных комбинациях, а также с добавкой асбеста. Связующим служило жидкое стекло плотностью 1,48 г/см3, а в качестве активизатора — марганцевокислый калий. За критерий прочности сцепления красок с материалом кокиля принята работа среза, определяемая на намерено сконструированном приборе.
Опытами подтверждено самоё прочное сцепление с кокилем покрытия из пылевидного кварца с жидким стеклом. Глина отрицательно воздействует на прочность кварцевых покрытий, и покрытий, содержащих пылевидный кварц с добавками асбеста.
Рис. 2. Влияние активизаторов (марганцевокислого калия, буры, борной кислоты, кремнефтористого натрия) на прочность сцепления красок с поверхностью кокиля: 1 — шамотная краска; 2 — на пылевидном кварце; 3 — тальковая; 4 — асбестовая
Добавка асбеста в краски, которые содержат пылевидный кварц, мало изменяет их прочность и может рекомендоваться для уменьшения теплопроводности.
Ответственные изучения совершены кроме этого по определению свойства защитных покрытий сохранять прочность при повторных нагревах до температуры 850° С. Установлено, что краски на пылевидном кварце сохраняют собственную прочность сцепления в течение 6—7 прокаливаний, асбестовые 2—3 прокаливаний, а прочность глинистых красок быстро падает уже по окончании первого прокаливания.
Прочность сцепления покрытия зависит кроме этого от качества очистки поверхности кокиля от следов и загрязнений ветхой краски.
Эрозионная стойкость. Защитные покрытия должны быть стойкими и не размываться жидким металлом. Размывание покрытий есть источником засоров и ухудшает чистоту литой поверхности. Помимо этого, в местах, где очень сильно размыто покрытие, в следствии местного перегрева кокиля появляются ситовидные газовые раковины. Эрозионная стойкость красок зависит по большей части от термостойкости и количества используемого связующего.
Недостаточное количество связующего приводит к осыпанию краски и интенсивную эрозию потоками металла, а низкая термостойкость связующего ведет к стремительному разрушению покрытия время от времени еще до заполнения формы.
Огнеупорность. В условиях кокильного литья, в то время, когда скорость охлаждения отливки повышенная если сравнивать с литьем в песчаные формы, а время нахождения отливки в форме исчисляется секундами, требуемая огнеупорность защитных покрытий обеспечивается особенностями известных огнеупорных материалов, в основном окислов металлов. В данных условиях эксплуатации защитных покрытий громадное значение имеют их термическая стойкость, коэффициент и теплопроводность линейного расширения.
Термическая стойкость. На протяжении просушки и заливки защитные покрытия не должны растрескиваться и осыпаться. Этим условиям удовлетворяют покрытия, в состав которых входят огнеупорные материалы, коэффициент линейного расширения которых близок коэффициенту линейного расширения материала кокиля, и не имеющие фазовых превращений в рабочем промежутке температур.
При отсутствии этих условий покрытие должно быть достаточно пластичным, дабы деформироваться без разрушения.
Теплопроводность характеризует свойство покрытий уменьшать интенсивность теплового действия отливки на кокиль. Для регулирования скорости охлаждения разных частей отливки с целыо создания направленного затвердевания время от времени используют покрытия с различной теплопроводностью. Прибыльные части отливок покрывают красками и облицовками с вероятно более низкой теплопроводностью, а охлаждение тонкостенных участков замедляют, окрашивая в этих местах кокили покрытиями с низкой теплопроводностью, затвердевание же утолщенных частей отливки ускоряют, используя для них относительно теплопроводные краски.
Для тонкостенных чугунных отливок используют покрытия с пониженной теплопроводностью чтобы не было отбела поверхности.
Фундаментальные работы по изучению теплопроводности кокильных покрытий совершены А. И. Вейником. Коэффициенты теплопроводности типовых кокильных красок (табл. 43) находятся в пределах 0,17—0,43 ккал/(м-ч-°С). Громаднейшей теплоизолирующей свойством отличаются краски, которые содержат мел, тальк и асбест.
Добавки окиси цинка, двуокиси титана и особенно графита быстро снижают их теплоизолирующие особенности.
Коэффициенты теплопроводности красок разных составов смогут быть использованы при определении толщины покрытия для получения заданной структуры отливки по методике, созданной А. И. Вейником.
Газотворность используемых защитных красок колеблется в широких пределах. Для литья фасонных изделий в сложные кокили с затрудненным отводом газов высокая газотворность покрытий недопустима. В этих условиях литья она может мешать заполнению формы и содействовать образованию газовых раковин.
Для литья же чугунных изделий несложной конфигурации в состав покрытий намерено вводят газотворные добавки. При сгорании последних между кокилем и отливкой образуется газовая прослойка, которая усиливает уровень качества поверхности отливки и предохраняет кокиль от износа.
Для литья металлических слитков и заготовок из бронзовых сплавов используют покрытия с высокой газотворностью. Тут газотворность применяют чтобы создать в форме восстановительную воздух и предохранить поверхность отливок от неметаллических включений. При соприкосновении металла с окрашенной поверхностью кокиля (изложницы) газотворное покрытие энергично горит и мешает прилипанию неметаллических включений, плавающих в зеркале металла, к стенкам формы.
Газотворные краски используют и для получения чугунных отливок с чистой отбеленной поверхностью, не подвергающейся механической обработке (колеса, катки и пр.). Принципиально важно, дабы газотворные покрытия сгорали на уровне мениска поднимающегося металла. Для этого скорость подъема металла в форме должна быть согласована со скоростью полного сгорания газотворных составляющих защитного покрытия. Газотворные покрытия наносят на вертикальные стены форм.
Газотворность покрытий определяют способом сжигания навески.
Выбор компонентов для того чтобы. Централизованное производство защитных кокильных красок в Советском Альянсе еще не организовано, исходя из этого каждое предприятие, производящее кокильное литье, разрабатывает краски применительно к собственной номенклатуре, технологии литья и применяет дешёвые исходные материалы. Ниже изложены кое-какие советы’ по приготовлению и выбору материалов кокильных красок.
В отличие от красок, используемых при изготовлении разовых форм, кокильные краски наносят на неподатливые железные стены формы. По данной причине их стойкость при больших температурах зависит от объемных трансформаций наполнителя при нагревании в основном, чем покрытий, накладываемых на податливые поверхности песчаных разовых форм. Вследствие этого таковой материал с высоким коэффициентом линейного расширения, как пылевидный кварц, применяют в сочетании с теплоизолирующими материалами, каковые частично компенсируют тепловое расширение кварца при нагреве, к примеру диатомитом, вспученным перлитом, асбестом и др.
Графит менее вторых материалов пригоден для изготовление защитных покрытий, поскольку он владеет высокой температуропроводностью, а следовательно, слабо предохраняет железную форму от термических ударов при заливке.
Учитывая, что любой огнеупорный наполнитель избирательно относится к связующим и лишь в сочетании с определенным связующим проявляет большие прочностные особенности, следует в шамотных покрытиях применять в качестве связующего буру либо жидкое стекло; пылевидный кварц и тальк использовать в сочетании с жидким стеклом, а асбестовые покрытия приготовлять с жженой бурой.
Формы, в которых покрытия скоро изнашиваются при удалении отливок, советуют окрашивать скользкими красками, в состав которых входят наполнители, имеющие чешуйчатое строение (тальк, пирофиллит).
В связи с низкой термостойкостью покрытий, содержащих органические связующие, и растрескиванием покрытий, включающих глину, направляться использовать жидкое стекло либо металлофосфатные связующие (см. табл. 37).
Составы кокильных красок. Ниже приведены составы кокильных красок разного назначения. Материал подобран на основании данных особой литературы, опыта заводов и патентных фондов.
Теплоизолирующие краски. Главным назначением теплоизолирующих красок есть защита кокиля от теплового действия жидкого металла, исходя из этого их приготовляют с наполнителями, владеющими повышенными теплоизолирующими особенностями. Теплоизолирующие краски наносят на облицовки либо конкретно на рабочую поверхность кокиля, в случае если облицовка кокиля не предусматривается разработкой.
Для литья стали используют большей частью однослойные покрытия, каковые выдерживают лишь одну заливку.
Добавка в краску борной кислоты либо марганцевокислого калия увеличивает стойкость краски до 5—6 заливок. В случае если на такую теплоизолирующую краску нанести второй слой в виде смазки из кузбасслака либо асфальтового лака, разбавленных уайт-спиритом для нанесения пульверизатором, то возможно повысить ее стойкость до 40 заливок.
В теплоизолирующих красках для чугунных отливок в качестве наполнителей наровне с пылевидным кварцем используют шамот, тальк либо прокаленный асбест. Связующим проходит службу в основном жидкое стекло. Для повышения прочности сцепления покрытия с кокилем советуют добавки марганцевокислого калия, буры, поваренной соли.
Для понижения теплопроводности красок в их состав вводят до 30% диатомита.
Высокие теплоизоляционные особенности в промежутке температур 300—1000 °С продемонстрировали краски на металлофосфатных связующих. При нагреве пористость красок на этих связующих возрастает и, следовательно, значительно уменьшается теплопроводность, тогда как пористость красок на жидком стекле в следствии спекания защитного слоя понижается и теплопроводность красок возрастает. На теплоизолирующие краски для литья чугуна довольно часто наносят углеродсодержащие краски.
Это усиливает чистоту поверхности отливок и повышает стойкость покрытия.
В случае если нужно взять отливки с очень чистой поверхностью, то используют краски с весьма дисперсными наполнителями и наносят их поверх теплоизолирующих.
Прибыли и питающие бобышки вместо нанесения теплоизолирующих красок довольно часто обкладывают листовым асбестом толщиной 1—3 мм. Асбестовые страницы смачивают жидким стеклом и накладывают на тёплую железную поверхность кокиля.. При литье алюминиевых тракторных поршней такая теплоизоляция питающих бобышек помогает до замены пара смен.
Теплоизолирующие краски для литья магниевых сплавов содержат не считая известных материалов борную кислоту,
предохраняющую расплавленный металл от окисления. Для получения этих красок порошкообразные материалы просеивают через сито с отверстиями 0,5—0,6 мм. Жидкое стекло используют плотностью 1,43—1,50 г/см3.
Борную кислоту растворяют в кипятке, а сухие компоненты замешивают на воде в отдельной посуде до состояния пасты. После этого пасту размешивают в растворе борной кислоты. Взятую суспензию охлаждают до 20—30 °С и вводят в нее жидкое стекло.
Готовую краску процеживают через марлю в чистой посуде с крышкой.
Краски, снижающие шероховатость поверхности отливок, используют по большей части для лёгких сплавов и чугуна. Краски для кокильного литья чугуна содержат углеродистые добавки в виде сажи, молотого каменного угля либо кокса. Образующаяся при сгорании этих добавок газовая прослойка снижает шероховатость поверхности отливок и увеличивает стойкость теплоизолирующего слоя.
Краски, снижающие шероховатость поверхности отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, содержат более дисперсные наполнители, чем теплоизолирующие. Молотый асбест как относительно грубодисперсный материал в этих красках не используют, а скрытокристаллический графит заменяют коллоидальным. Предлагается 1 для того чтобы, снижающих шероховатость поверхности отливок, использовать наполнители с размером частиц не более 10 мкм.
В Соединенных Штатах компания «Fulton Metal Industries» при литье алюминиевых сплавов использует окраску кокилей суспензией, которая складывается из окиси железа и жидкого стекла. Такое покрытие, согласно данным компании, выдерживает 150— 170 заливок.
Газотворные краски — высыхающие суспензии, которые содержат газотворные наполнители. Последние энергично разлагаются при соприкосновении с жидким металлом и приводят к кипению металла у стенок кокиля, благодаря чему включения и окислы, плавающие на зеркале жидкого металла, не заворачиваются к стенкам формы, а всплывают в прибыли либо задерживаются на менее важных плоскостях отливок. В качестве газотворных наполнителей используют горючие углеродсодержащие вещества либо карбонаты.
Высыхающие газотворные краски используют в основном при литье металлических слитков.
Запатентован следующий состав краски для покрытия изложниц металлических слитков 1 (% по массе): 40—92 мелкодисперсного угля, 3,5—29 полимерного агента и 1 —10 (в основном 4—6) полисилоксана. В качестве углеродистой базы возможно использовать активированный древесный уголь, ацетиленовую сажу, угольную пыль. Полисилоксан применен в виде водной эмульсии (к примеру, 28%-ной) для распределения краски и улучшения смачиваемости по железной поверхности.
Для форм и окраски изложниц предлагается газотворная высыхающая краска \ в которой базой являются термически диссоциирующие карбонаты, предпочтительно СаС03 в виде дробленого природного известняка. При взаимодействии с жидкой сталью СаС03 диссоциирует с выделением громадного количества СО и С02, чем приводит к кипению металла у стенок изложницы.
Краски антифрикционные предназначены для покрытия железных стержней с целью усилия трения извлечения и уменьшения скольжения их из отливок. Краска является суспензиейколлоидального графита в воде (% по массе): 5—10 графита, другое вода. Перед установкой в форму тёплые стержни окунают в краску указанного состава.
Для уменьшения трения на поверхности раздела стержень — отливка никаких связующих в краску не вводят.
В соответствии с стехиометрическому расчету для полного течения реакции нужно, дабы соотношение между алюминием и окисью железа составляло 3:1. Выделяющаяся в следствии экзотермической реакции теплота замедляет охлаждение тонкостенных отливок, что содействует лучшему заполнению форм и ликвидирует отбел чугуна.
Газотворные невысыхающие краски представляют собой суспензии, в состав которых входят горючие и наполнители невысыхающие либо трудноиспаряющиеся жидкости. Эти краски, будучи нанесены на форму, ко времени заливки не высыхают. При соприкосновении с жидким металлом краски вызывают его кипение у вертикальных стенок кокиля, в следствии чего разрушаются пленки окислов и неметаллические включения, плавающие на зеркале металла, отгоняются от стенок кокиля.
Состав краски, толщина ее слоя и скорость подъема металла в форме должны быть фактически подобраны так, дабы краска сгорала на уровне жидкого металла. В случае если краска сгорает выше уровня поднимающегося металла, то желаемый эффект не достигается; сгорание же краски под уровнем металла может привести к образованию газовых оаковин.
Во всех невысыхающих красках недопустимо присутствие жидкости, поскольку окрашенные поверхности кокилей не просушивают и присутствие жидкости может привести к взрыву. Невысыхающие краски используют при литье чугунных подробностей с необрабатываемой отбеленной поверхностью.
