Подробное руководство по методам испытания песка в литейном производстве

ИСПЫТАНИЕ ПЕСКА (SAND TESTING): рассматриваем основные методы, критически важные для литейного производства.

В передовых литейных цехах признают: формовочный песок заслуживает столько же внимания, сколько литейный металл. Песок может составлять до трети стоимости готовой заготовки. В современном массовом производстве песок — главное формовочное материалы, поэтому его состав и свойства необходимо контролировать периодически. Испытания бывают химическими и механическими. Химические — только для выявления вредных примесей; в основном применяют механические. Таблица 11.7 показывает средние требования к формовочным пескам.

Число зернистости (Grain-Fineness Number)

Размер зерен обозначается числом — «числом зернистости», показывающим средний размер и пропорцию мелких/крупных зерен. Данному числу соответствует стандартное сито Ø280 мм с идентичным числом ячеек. Определение: просеивание песка через комплект стандартных сит, отсортированных и пронумерованных по точности ячеек. Для большинства литейных практик удобен банк сит со следующими ячейками (таблица ниже).

Основные механические испытания: зернистость, влажность, глинистость, газопроницаемость, предел прочности на сжатие, твердость формы. Число зернистости рассчитывают: процентное содержание на каждом сите умножают на постоянный множитель (для каждого сита свой), суммируют произведения. Формула:

Число зернистости = (Сумма произведений) / (Суммарный % песка, оставшегося на ситах)

Методы испытания песка

Определение влажности (Moisture Content Test)

Сушат 50 г влажного песка до постоянной массы при 105–1100°C в термостате, охлаждают в десикаторе, взвешивают. Разница масс (мокрого и сухого) в граммах, деленная на 50 г, дает % влажности.

В современных литейных цехах широко используют влагомер (moisture teller): горячий воздух продувает тонкий слой песка (50 г) на сито 500 ячеек/дюйм² ~3 мин. Точные весы фиксируют потерю массы.

Портативный moistmeter дает мгновенный результат: два электрода вносят в песок в емкости, малый ток от сухого элемента в рукоятке проходит через влажный песок. Чем влажнее, тем легче ток — стрелка показывает влажность.

Определение глинистости (Clay-content Test)

Метод: песок агитируют в воде для отделения глины от кварцевых зерен, затем удаляют глину, остающуюся в взвешенном состоянии. Материал, не осевший за 5 мин в дистиллированной воде при комнатной температуре, считается глинистым.

Оборудование: сушильный шкаф, весы, пескомойка. Малая порция сухого песка (из 50 г пробы) помещают в флакон, добавляют 47 мл дистиллированной воды и 25 мл 3% раствора едкого натра. Перемешивают 5 мин (быстрая пескомойка) или 1 ч (вращательная). Оставляют на 5 мин для оседания крупных зерен. Сбрасывают верхний раствор с глиной. Повторяют до прозрачности воды после 5-минутного оседания. Сушат остаток, взвешивают. % глины = (начальная масса – конечная масса) / начальная масса × 100%.

Испытание на газопроницаемость (Permeability Test)

Газопроницаемость — объем воздуха, проходящий через стандартный образец (Ø5,08 см × 5,08 см высотой) за заданное время под заданным давлением.

Прибор: цилиндрический бак с водой, в котором плавает перевернутый колпак (воздухораспределитель). Трехходовой кран подает воздух под колпак, он проходит через образец песка. Ртуть у основания обеспечивает герметичность. Давление измеряют водяным манометром и шкалой — около 10 см вод. ст. (10 г/см²).

Число проницаемости — объем воздуха (см³), проходящий в минуту под давлением 1 г/см² через образец площадью 1 см² и высотой 1 см. Формула:

Permeability number = (v × h) / (p × a × t)

где v = 2000 см³ (объем воздуха), h = 5,08 см (высота образца), p = 10 г/см² (давление), a = 20,268 см² (площадь сечения), t = время прохождения 2000 см³ (сек).

Так как v, h, p, a постоянны: Permeability = 3007,2 / время (сек).

Испытание на прочность на сжатие (Compression-Strength Test)

Проверяют связующую способность добавок в сыром и сухом песке. Сжатие — самый частый метод (также растяжение, сдвиг, изгиб).

Предел прочности на сжатие в сыром состоянии (kgf/cm²) — макс. напряжение, которое смесь способна воспринять во влажном виде. Образец (5,08 см × 5,08 см) выталкивают из трубки и устанавливают на универсальной машине для испытания прочности песка (верхняя губка — та, что была верхней при забивке). Нагрузка нарастает непрерывно (~2 кгф/см²/сек) до разрушения. Показания сносят со шкалы «зеленое сжатие».

Испытание твердости формы и сердечника (Mould and Core Hardness Test)

Проводится твердомером форм (размер с карманные часы) за несколько секунд. Принцип как у Бринелля: шарик вдавляется в поверхность формы, глубина вдавления показывается на циферблате (сотые доли мм). Также есть шкала в кгф/см².

Заключение

Рассмотрены все основные методы испытания песка. Для каждого применяется специализированное оборудование. Надеемся, статья была полезна. Оставляйте отзывы в комментариях!