Совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей, формовочных красок, разделительных составов и припылов, называют формовочными материалами. Различают основные исходные и вспомогательные формовочные материалы. Исходными являются пески и глины, вспомогательными — связующие и добавки.

В природных условиях пески встречаются в сочетании с глинистой составляющей и другими минеральными частицами. Все такие частицы, в том числе и частицы кварца, с размерами 0,022 мм и меньше условно называют глинистой составляющей.



В зависимости от содержания глинистой составляющей формовочные пески (ГОСТ 2138—74) подразделяют на классы: кварцевые 1К, 2К, 3К и 4К (содержание глинистой составляющей до 2% и кремнезема соответственно по классам более 97, 96, 94 и 90%), кварцево-полевошпатные КП (содержание глинистой составляющей до 2% и кремнезема меньше 90%), глинистые Т — тощий, П — полужирный, Ж—жирный и ОЖ—очень жирный (содержание глинистой составляющей для Т — свыше 2 до 10%, П—свыше 10 до 20%, Ж—свыше 20 до 30% и ОЖ—свыше 30 до 50%).

По зерновому составу пески подразделяют на 8 групп: 063 — грубый, 04 — очень крупный, 0315 — крупный, 02 — средний, 016 — мелкий, 01 — очень мелкий, 0063 — тонкий и 005 — пылевидный. Зерновой состав песка определяют методом рассеивания его проб на лабораторном приборе через 11 последовательно установленных сит с размерами стороны ячейки от 2,5 до 0,050 мм. После просева остатки песка на каждом сите и поддоне прибора взвешивают. Группу песка определяют по наибольшему его остатку на сите прибора, по величине остатка на каждом из двух крайних сит — категории А и Б. К категории А относят пески с большим остатком на крайнем верхнем сите, к категории Б — пески с большим остатком на крайнем нижнем сите. Например, марка 2К02А означает: песок кварцевый класса 2К, группы 02, категории А (остаток песка на сите 0315 больше, чем на 016).

Пылевидный кварц

Пылевидный кварц применяют в качестве основного противопригарного материала для формовочных красок и припылов. Пылевидный кварц (ГОСТ 9077—59) поставляется трех марок: КП1, КП2 и КП3, имеет плотность 2,65 г/см2 и огнеупорность 1680—1710°С.

К глинам относятся осадочные горные породы с преобладающим размером частиц <0,01 мм. Формовочные глины (ГОСТ 3226—65) классифицируют по минералогическому составу на каолинитовые (К), монтмориллонитовые (М), гидрослюдистые (Г) и полиминеральные (П). В литейном производстве в основном применяют каолинитовые и монтмориллонитовые глины.

В зависимости от связующей способности глины делят на три сорта (I, II и III) и три класса (1, 2 и 3). Сорт глины определяют по пределу прочности при сжатии во влажном состоянии смеси, содержащей до 10 мас. ч. глины, 90 мас. ч. песка и 2,5—3,5% воды. При =>1,1 кгс/смглину относят к I сорту; при 0,8—1,1 кгс/см2 — к II сорту и при 0,5—0,8 кгс/см2—к III сорту.

Класс глины определяют по пределу прочности при сжатии высушенной смеси, содержащей 5 маc. ч. глины, 95 маc. ч. песка К02А или К02Б и 6,5—7,0% воды (до сушки). При >5,5 кгс/см2 глину относят к 1-му классу, при 3,5—5,5 кгс/см2 — к 2-му классу, при 3,5 кгс/см2 — к 3-му классу. Глины первого, второго и третьего класса (или сорта) соответственно называют прочносвязующими, среднесвязующими малосвязующими.

В зависимости от содержания вредных примесей (сульфидной серы, Fe2O3, Na2O + Ka2O, CaO + MgO) глины подразделяют на три группы: T1 — высокой, Т2—средней, Т3— низкий термохимической устойчивости.

В марке глины указывают вид, сорт, класс и группу. Например, марка КI/3Т2 означает, что глина каолинитовая (К), первого сорта (I), третьего класса (3), средней (Т2) термохимической устойчивости.

Марку глины для конкретных условий выбирают в зависимости от температуры заливаемого в форму расплава, массы и габаритных размеров отливок и способа изготовления форм. Например, при производстве отливок из легкоплавких сплавов используют глины с низкой, из чугуна— со средней и из стали —с высокой термохимической устойчивостью.

Связующие

Связующие в зависимости от природных свойств делят на три класса: А, Б. В. К классу А относят органические связующие, не растворимые или не смачиваемые водой; к классу Б — органические связующие, растворимые или смачиваемые водой; к классу В — неорганические связующие, растворимые или смачиваемые водой.

Связующие всех классов подразделяют в зависимости от прочности, сообщаемой ими высушенным смесям, на три группы: I — прочность >5 кгс/см2, II — 3—5 кгс/см2, III — <3 кгс/см2.

Величина прочности зависит от характера затвердевания (необратимое, обратимое, промежуточное) связующего.

Если при затвердевании протекают глубокие химические изменения (окисление, полимеризация и др.), то удельная прочность связующих >5 кгс/см2 (при 1% связующего). Например, химическое твердение смеси на основе жидкого стекла происходит за счет разложения его и образования геля кремниевой кислоты (селикагеля) в присутствии CO2. Продолжительность продувки такой смеси СO2 составляет 2—10 мин.

Если процесс затвердевания обратимый, то удельная прочность <3 кгс/см2. Обратимо твердеющие связующие в обычных условиях жидкие, при сушке смеси способствуют образованию геля и склеиванию зерен песка. К таким связующим относятся, например, сульфидно-спиртовая барда (ССБ), канифоль и др.

Некоторые связующие (различные смолы, пеки, битумы и др.) обладают способностью промежуточного затвердевания, т. е. в смеси на основе этих связующих протекают при сушке обратимые и необратимые процессы затвердевания.

Чтобы предотвратить пригар, уменьшить прилипаемость смеси к оснастке и ее сопротивление усадке отливки, облегчить выбивку форм, удаление стержней из отливок в формовочные и стержневые смеси вводят небольшое количество различных добавокв виде порошков и жидкостей. Например, для предотвращения образования пригара и повышения качества поверхности чугунных отливок в формовочную смесь добавляют каменноугольную пыль, а для уменьшения прилипаемости к оснастке иногда вводят до 0,5% мазута; в некоторых случаях для увеличения газопроницаемости и податливости стержневой смеси в нее добавляют древесные опилки, органические связующие и т. п.