Материаловед

В качестве огнеупорной основы наибольшее распространение получили кварцевые пески. По происхождению они относятся к осадочным горным породам, которые получаются в результате разрушения изверженных или первичных горных пород (гранита, диабаза, базальта и др.). Важнейшей их характеристикой является время отложения и кратность переноса. Наиболее округлые и равные по величине зерна имеют пески, которые в течение длительного времени подвергались многократным переносам и повторным отложениям. Основой кварцевых песков является кремзем или диоксид кремния SiО₂. Минерал кварц имеет плотность 2,65 г/см³, твердость 7 (по шкале Mooca), температуру плавления 1713 °С.

При заливке металла в форму зерна кварцевого песка нагреваются до различной температуры и претерпевают объемные изменения. В результате зерна частично растрескиваются и разрушаются.

Плавленый кварц (кварцевое стекло) является аморфным материалом. При нагревании он не претерпевает аллотропических превращений, а в интервале от 20 до 1000 °С имеет очень низкий коэффициент линейного расширения. После размола его применяют для изготовления керамических форм, чтобы предупредить их растрескивание, например при литье по выплавляемым моделям.

Формовочный песок состоит из зерновой части и глинистой составляющей. В соответствии с ГОСТ 2138—91 к зерновой части относятся зерна размером более 22 мкм, к глинистой составляющей – менее 22 мкм.

В формовочных песках помимо кварца присутствуют и другие минералы: полевые шпаты, слюды, гидраты оксидов железа и т. д. К числу основных требований, предъявляемых к литейной форме, особенно к формам для крупных стальных отливок, относятся высокая газопроницаемость и минимальное химическое взаимодействие с жидким металлом. Эти требования соблюдаются, если огнеупорная основа (кварцевый песок) содержит минимальное количество пылевидной фракции и минеральных примесей, которые при взаимодействии с расплавом могут образовывать легкоплавкие соединения. В целях повышения качества формовочных песков их обогащают путем водной обработки, потоки воды удаляют пылевидную фракцию, инородные оксиды. Классифицируются формовочные пески по составу в соответствии с ГОСТ 1238—91. Наиболее качественными являются обогащенные пески.

Металлургический магнезит МgО имеет плотность 3 г/см³. Температура плавления 2800 °С. Твердость 5,56 по шкале Мооса. Металлургический магнезит получают путем обжига природного магнезита МnСОз при температуре 15001600 °С. Его применяют для изготовления крупных отливок из титановых сплавов преимущественно при стационарной заливке.

Безводный оксид алюминия существует в нескольких модификациях. В природе встречается только α-фаза в виде корунда, сапфира, рубина. Плотность корунда составляет от 3,98÷4,01 г/см³ в зависимости от наличия примесей. Температура плавления α-корунда 2050 °С. Твердость 9 по шкале Мооса. Электрокорунд широко применяют при литье титановых сплавов по выплавляемым моделям.

Технический диоксид циркония содержит не менее 97,5 % ZrО₂. Его плотность равна 5,7 г/см³. Температура плавления 2700°С. Твердость 6,5 по шкале Мооса. Диоксид циркония применяют для изготовления отливок из титановых сплавов по выплавляемым моделям.

Хромомагнезит состоит из МgО (42 %) и Сг2Оз (15 %). Он имеет плотность 3,9 г/см³ и огнеупорность 2000 °С. Его часто применяют при изготовлении противопригарных паст и красок при производстве массивных отливок из легированных сталей.

Хромит (хромистый железняк) FeO•Сr₂Оз имеет плотность 4,0 г/см³. Температура плавления 2180 °С. Твердость по шкале Мооса 5,5. Хромит используют в качестве наполнителя облицовочных смесей, а также паст и красок при изготовлении крупных стальных отливок.

Циркон (силикат циркония) состоит из ZrO₂ (63%) и SiO₂ (32 %). Это природный минерал плотностью 4,6 г/см³. Температура плавления 2600 °С. Твердость по шкале Мооса 7,5. Циркон используют в качестве наполнителя облицовочных смесей и противопригарных красок при изготовлении отливок из стали и чугуна.

Дистен-силлиманит состоит из природных алюмосиликатных материалов Аl₂Оз (57 %) и SiО₂ (39 %). Плотность 3,5 г/см³. Огнеупорность 1830 °С. Его применяют главным образом при литье по выплавляемым моделям, а также в качестве наполнителя облицовочных смесей и противопригарных красок при изготовлении особо сложных стальных отливок при литье в песчаные формы.

Графит является одним из наиболее термостойких материалов. Его прочностные свойства увеличиваются при повышении температуры. Плотность 2,26 г/см³. Искусственный графит изготавливают из продуктов нефтяной и каменноугольной промышленности. Теплопроводность графитных форм соизмерима с теплопроводностью металлов, она значительно выше теплопроводности оксидных огнеупорных материалов. Коэффициент температуропроводности графита 0,172 м²/с, сухой песчано-глинистой формы 0,0006 м²/с. Графит применяют при изготовлении отливок из титана.