RU2821224C1 - Method of testing binding materials for cold-hardening mixtures for heat resistance - Google Patents
Method of testing binding materials for cold-hardening mixtures for heat resistance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2821224C1 RU2821224C1 RU2023114713A RU2023114713A RU2821224C1 RU 2821224 C1 RU2821224 C1 RU 2821224C1 RU 2023114713 A RU2023114713 A RU 2023114713A RU 2023114713 A RU2023114713 A RU 2023114713A RU 2821224 C1 RU2821224 C1 RU 2821224C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cold
- heat resistance
- standard cylindrical
- testing
- hardening
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 238000010998 test method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 44
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 25
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 claims description 6
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 6
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 6
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 4
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 4
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001228 polyisocyanate Polymers 0.000 claims description 4
- 239000005056 polyisocyanate Substances 0.000 claims description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 3
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 238000011158 quantitative evaluation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 26
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000003110 molding sand Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области литейного производства, и может быть использовано для получения количественной оценки термостойкости связующих материалов для холоднотвердеющих смесей различных марок.The claimed invention relates to the field of foundry production, and can be used to obtain a quantitative assessment of the heat resistance of binders for cold-hardening mixtures of various brands.
Проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является то, что применяемые в настоящее время литейные стержни для получения отливок изготавливаются из холоднотвердеющих смесей по cold-box-amin-процессу, где в качестве связующих материалов применяются синтетические смолы, при этом соблюдение одного из требований к связующим материалам, а именно термостойкость, не подлежит исследованию. При производстве стальных отливок одним из требований к связующим материалам является повышенная термостойкость, которая обеспечивает получение отливок без распространенных поверхностных дефектов (засоров, пригаров). При входном и производственном контроле определяется качество связующих материалов по таким физическим свойствам как внешний вид, плотность и вязкость условная, которые не позволяют оценить их влияние на возникновение литейных дефектов, которые возникают под воздействием высоких температур в период заливки.The problem to which the claimed invention is aimed is that currently used casting cores for producing castings are made from cold-hardening mixtures using the cold-box-amin process, where synthetic resins are used as binders, while complying with one of the requirements for binding materials, namely heat resistance, is not subject to research. In the production of steel castings, one of the requirements for binding materials is increased heat resistance, which ensures the production of castings without common surface defects (clogs, burns). During incoming and production control, the quality of binding materials is determined by such physical properties as appearance, density and conditional viscosity, which do not allow assessing their impact on the occurrence of casting defects that arise under the influence of high temperatures during the pouring period.
Целью заявляемого изобретения является разработка доступного способа испытания связующих материалов для холоднотвердеющих смесей (на примере cold-box-amin-процесса) на термостойкость с получением количественной оценки. The purpose of the claimed invention is to develop an accessible method for testing binders for cold-hardening mixtures (using the cold-box-amin process as an example) for heat resistance with obtaining a quantitative assessment.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение количественной оценки термостойкости связующих материалов для холоднотвердеющих смесей, позволяющей производить поиск и выбор подходящих связующих материалов для холоднотвердеющих смесей.The problem to be solved by the claimed invention is to obtain a quantitative assessment of the heat resistance of binding materials for cold-hardening mixtures, which allows the search and selection of suitable binding materials for cold-hardening mixtures.
Технический результат заключается в снижении поверхностных дефектов отливок за счет выбора качественных связующих материалов для холоднотвердеющих смесей на стадии лабораторных испытаний.The technical result consists in reducing surface defects of castings due to the selection of high-quality binding materials for cold-hardening mixtures at the stage of laboratory testing.
В серийном и массовом производстве примерно 95 % литейных стержней изготавливается из холоднотвердеющих смесей с применением связующих материалов. Более 80 % среди процессов производства литейных стержней занимает cold-box-amin. Поэтому для исследования был выбран данный процесс. На фиг. 1 приведена технологическая схема cold-box-amin-процесса.In serial and mass production, approximately 95% of foundry cores are made from cold-hardening mixtures using binders. Cold-box-amin accounts for more than 80% of the core production processes. Therefore, this process was chosen for the study. In fig. Figure 1 shows a flow diagram of the cold-box-amin process.
В процессе производства качество холоднотвердеющих смесей по cold-box-amin-процессу определяют по пределу прочности при растяжении образцов типа «восьмерка» сразу после продувки, через 1 час и через 24 часа в соответствии с ГОСТ 23409.7-78, факультативно проверяется газотворность по ГОСТ 23409.12-78 и потери массы при прокаливании по методу, указанному в ГОСТ 29234.13-91. Однако, как показывает опыт применения различных связующих материалов и проведенные исследования, более высокие прочности при растяжении образцов сразу после продувки, а также после их прокалки, не гарантируют высокой термостойкости и отсутствия поверхностных дефектов отливок.During the production process, the quality of cold-hardening mixtures using the cold-box-amin process is determined by the tensile strength of figure-eight samples immediately after blowing, after 1 hour and after 24 hours in accordance with GOST 23409.7-78, optionally, gas content is checked in accordance with GOST 23409.12 -78 and weight loss upon ignition according to the method specified in GOST 29234.13-91. However, as experience in the use of various binding materials and research has shown, higher tensile strengths of samples immediately after blowing, as well as after calcination, do not guarantee high heat resistance and the absence of surface defects in castings.
Важные для практики испытания холоднотвердеющих смесей при повышенных температурах не получили должного распространения в лабораториях. Воздействие высоких температур сказывается прежде всего на поверхностных слоях формы и стержней, именно эти слои в период заливки испытывают и наибольшие механические воздействия.Testing of cold-hardening mixtures at elevated temperatures, which is important for practice, has not received proper distribution in laboratories. The impact of high temperatures affects primarily the surface layers of the mold and cores; it is these layers that experience the greatest mechanical stress during the pouring period.
Из предшествующего уровня техники (ГОСТ 28177-89 «Глины формовочные бентонитовые. Общие технические условия») известен метод определения термической устойчивости минеральных связующих - формовочных глин, который основан на потере прочности при сжатии исходной глины во влажном состоянии, прокаленной при температуре 550 °С в течение одного часа. Однако он не применим к связующим материалам для холоднотвердеющих смесей из-за отличий химического состава связующих материалов, а также процессов термодеструкции при заливке жидким металлом.From the previous level of technology (GOST 28177-89 “Bentonite molding clays. General technical conditions”), a method is known for determining the thermal stability of mineral binders - molding clays, which is based on the loss of compressive strength of the original clay in a wet state, calcined at a temperature of 550 ° C in within one hour. However, it is not applicable to binding materials for cold-hardening mixtures due to differences in the chemical composition of binding materials, as well as thermal destruction processes when pouring with liquid metal.
Также из предшествующего уровня техники (ГОСТ 7875-2018 «Изделия огнеупорные. Общие требования к методам определения термической стойкости») известен метод определения термической стойкости огнеупорных изделий, приведенный, осуществляемый следующим образом: перед испытанием образцы высушивают при температуре от 110 °С до 300 °С до постоянной массы. Термостойкость огнеупоров определяют последовательным нагреванием и охлаждением образцов в воде или воздухом. Рабочее пространство муфельной печи рассчитано на одновременное испытание 3-6 образцов. Термостойкость выражают числом теплосмен до разрушения образца. Однако данный метод не применим к связующим материалам для холоднотвердеющих смесей из-за отличий химического состава связующих материалов, а также отсутствия возможности количественной оценки термостойкости.Also from the previous level of technology (GOST 7875-2018 “Fire-resistant products. General requirements for methods for determining thermal resistance”), a method for determining the thermal resistance of fire-resistant products is known, given, carried out as follows: before testing, the samples are dried at a temperature from 110 ° C to 300 ° C to constant mass. The heat resistance of refractories is determined by sequential heating and cooling of samples in water or air. The working space of the muffle furnace is designed for simultaneous testing of 3-6 samples. Thermal resistance is expressed by the number of heat cycles until the sample fails. However, this method is not applicable to binders for cold-hardening mixtures due to differences in the chemical composition of binders, as well as the inability to quantify heat resistance.
Также из предшествующего уровня техники (авторское свидетельство на изобретение SU 1161848, МПК G01N 3/60, опубл. 15.06.85, бюл. №22) известен способ испытания материалов на термостойкость, заключающийся в том, что используют две партии одинаковых образцов, на одной из которых предварительно определяют разрушающую нагрузку при комнатной температуре, а на второй партии ведут непосредственно испытания путем приложения при различных температурах нагрузки меньше разрушающей. При испытании второй партии образцов используют нагружатель с запасом упругой энергии, превышающим энергию разрушения, нагрузку выбирают в пределах разрушающей нагрузки, а в пpoцecce нагружения создают на образцах изменяющийся во времени градиент температур, по величине которого в момент появления с трещины судят о термостойкости материала.Also from the previous level of technology (author's certificate for the invention SU 1161848, IPC G01N 3/60, publ. 06.15.85, bulletin No. 22) there is a known method for testing materials for heat resistance, which consists in using two batches of identical samples, on one of which the breaking load at room temperature is preliminarily determined, and on the second batch they are directly tested by applying a load less than the breaking load at different temperatures. When testing the second batch of samples, a loader with a reserve of elastic energy exceeding the fracture energy is used, the load is selected within the limits of the fracture load, and during the loading process a time-varying temperature gradient is created on the samples, the value of which at the moment of crack emergence is used to judge the thermal resistance of the material.
Недостатком данного способа является то, что он не применим к исследованию исходно трещиноватых и структурно неоднородных материалов, к которым, в частности, относятся огнеупорные материалы, холоднотвердеющие смеси, а также отсутствия возможности количественной оценки термостойкости.The disadvantage of this method is that it is not applicable to the study of initially cracked and structurally inhomogeneous materials, which, in particular, include refractory materials, cold-hardening mixtures, and the lack of ability to quantify heat resistance.
Кроме того, из предшествующего уровня техники (патент РФ № 2568423, МПК G01N 3/60, G01N 25/72, опубл. 26.12.2014) известен способ испытания полых изделий на термическую стойкость, заключающийся в нагреве изделия изнутри и охлаждении снаружи. Внутрь изделия помещают нагреватель из теплоемкого материала, а изделие с нагревателем помещают в заполненную инертным газом (например, гелием) капсулу из жаростойкого материала. Капсулу с изделием герметизируют, после чего полученную сборку нагревают до температуры не более допустимой температуры капсулы и осуществляют выдержку при указанной температуре до состояния выравнивания температуры всех составляющих изделия. Затем сборку охлаждают до заданной температуры с заданной скоростью, изделие извлекают из капсулы. О термостойкости изделия судят по наличию в нем дефектов сверх допустимых величин. In addition, from the prior art (RF patent No. 2568423, IPC G01N 3/60, G01N 25/72, publ. December 26, 2014) there is a known method for testing hollow products for thermal resistance, which consists of heating the product from the inside and cooling it from the outside. A heater made of heat-intensive material is placed inside the product, and the product with the heater is placed in a capsule made of heat-resistant material filled with an inert gas (for example, helium). The capsule with the product is sealed, after which the resulting assembly is heated to a temperature not exceeding the permissible temperature of the capsule and held at the specified temperature until the temperature of all components of the product is equalized. Then the assembly is cooled to a given temperature at a given speed, and the product is removed from the capsule. The heat resistance of a product is judged by the presence of defects in it beyond the permissible values.
Недостатком данного способа является то, что данный способ может быть применен только к полым образцам. Кроме того, в данном способе не предусмотрена количественная оценка определения термостойкости, термостойкость оценивают только визуально до появления трещин в испытуемых образцах.The disadvantage of this method is that this method can only be applied to hollow samples. In addition, this method does not provide for a quantitative assessment of the determination of heat resistance; heat resistance is assessed only visually until cracks appear in the test samples.
Кроме того, из предшествующего уровня техники (патент РФ № 2117274, МПК G01N 3/60, G01N 3/56, опубл. 10.08.1998), известен способ испытания материалов на термостойкость заключающийся в том, что поверхность испытываемого образца материала подвергают циклическому тепловому воздействию, включающему нагрев поверхности и последующее охлаждение, производя при этом контроль поверхности испытываемого образца материала. О термостойкости образца судят по количеству теплосмен до появления трещин в испытываемом образце материала, периодически снимая шлифовальной головкой слой материала толщиной, соответствующей интенсивности изнашивания материала в процессе эксплуатации.In addition, from the prior art (RF patent No. 2117274, IPC G01N 3/60, G01N 3/56, publ. 08/10/1998), a known method for testing materials for heat resistance consists in subjecting the surface of the test material sample to cyclic thermal exposure , which includes heating the surface and subsequent cooling, while monitoring the surface of the test sample of material. The heat resistance of a sample is judged by the number of thermal cycles before cracks appear in the test sample of material, periodically removing a layer of material with a grinding head with a thickness corresponding to the intensity of wear of the material during operation.
Данный способ является ближайшим аналогом (прототипом) заявленного способа.This method is the closest analogue (prototype) of the claimed method.
Недостатком данного способа является то, что он не применим к исследованию исходно трещиноватых и значительно структурно неоднородных материалов, к которым, в частности, относятся огнеупорные материалы, холоднотвердеющие смеси. Кроме того, в данном способе не предусмотрена количественная оценка определения термостойкости, термостойкость оценивают только визуально до появления трещин в испытуемых образцах.The disadvantage of this method is that it is not applicable to the study of initially fractured and significantly structurally inhomogeneous materials, which, in particular, include refractory materials and cold-hardening mixtures. In addition, this method does not provide for a quantitative assessment of the determination of heat resistance; heat resistance is assessed only visually until cracks appear in the test samples.
Указанный технический результат достигается тем, что заявленный способ испытания связующих материалов для холоднотвердеющих смесей на термостойкость с получением количественной оценки, включающий изготовление холоднотвердеющей смеси, для чего загружают 100 массовых частей песка (в частном варианте сухого формовочного кварцевого песка с глинистой составляющей до 0,2 % или хромитового песка), добавляют 0,5 массовых частей изоцианатного компонента (в частном варианте полиизоцианата) и перемешивают от 0 до 120 секунд, затем добавляют 0,5 массовых частей фенольного компонента (в частном варианте фенолоформальдегидной смолы) и перемешивают от 15 до 120 секунд (в частных вариантах осуществления способа перемешивание осуществляют в смесителе периодического действия стержневого автомата, или в смесителе непрерывного действия стержневого автомата, либо в вихревом смесителе, либо в планетарном миксере), далее из приготовленной холоднотвердеющей смеси изготавливают от 5 до 15 штук стандартных цилиндрических образцов диаметром от 50±5 мм и высотой 50±5 мм, предварительно уплотнив ее в стержневом ящике и продув в стержневом автомате катализатором в виде газа в смеси с воздухом под определенным давлением (в частном варианте продуктом на основе третичного амина в виде газа в смеси с воздухом), затем отвержденные образцы выдерживают в течение 20÷24 часов при температуре окружающей среды помещения, после чего первый предварительно взвешенный стандартный цилиндрический образец на металлической пластине (в частном варианте стальной пластине) помещают в нагретую до температуры (940±60)°С муфельную печь (в частном варианте электропечь сопротивления камерную), производят выдержку при этой температуре, начиная с 60 до 100 секунд, затем извлекают стандартный цилиндрический образец из муфельной печи (в частном варианте из электропечи сопротивления камерной) и охлаждают при температуре окружающей среды помещения в течение 3÷24 часов, последующие предварительно взвешенные стандартные цилиндрические образцы по одному на металлической пластине (в частном варианте на стальной пластине) помещают в муфельную печь (в частном варианте в электропечь сопротивления камерную) и производят выдержку после 60÷100 секунд с шагом 5÷15 секунд каждый, далее извлеченные, прокаленные стандартные цилиндрические образцы охлаждают при температуре окружающей среды помещения в течение 3÷24 часов, после охлаждения стандартных цилиндрических образцов определяют их осыпаемость, для этого каждый охлажденный стандартный цилиндрический образец помещают в центральную часть сетчатого барабана прибора для определения осыпаемости, который вращается в течение 30÷120 секунд, после чего каждый стандартный цилиндрический образец извлекают и взвешивают, производят вычисление значения осыпаемости каждого стандартного цилиндрического образца в процентах, далее по каждой композиции связующих материалов строят график, на котором по оси ординат откладывают значение осыпаемости каждого стандартного цилиндрического образца в процентах, а по оси абсцисс - длительность выдержки стандартных цилиндрических образцов в муфельной печи (в частном варианте в электропечи сопротивления камерной), по построенному графику определяют термостойкость в секундах, равную длительности выдержки стандартных цилиндрических образцов, при которой значение осыпаемости составляет 50 %, после этого делают вывод, что те связующие материалы, у которых длительность выдержки больше, являются наиболее термостойкими. The specified technical result is achieved by the fact that the claimed method of testing binding materials for cold-hardening mixtures for heat resistance with obtaining a quantitative assessment, including the production of a cold-hardening mixture, for which 100 mass parts of sand are loaded (in a particular version, dry molding quartz sand with a clay component of up to 0.2% or chromite sand), add 0.5 parts by weight of an isocyanate component (in a particular version, polyisocyanate) and mix from 0 to 120 seconds, then add 0.5 parts by weight of a phenolic component (in a particular version, phenol-formaldehyde resin) and mix from 15 to 120 seconds (in particular embodiments of the method, mixing is carried out in a periodic mixer of a rod automatic machine, or in a continuous mixer of a rod automatic machine, or in a vortex mixer, or in a planetary mixer), then from the prepared cold-hardening mixture, from 5 to 15 pieces of standard cylindrical samples with a diameter of 50±5 mm and a height of 50±5 mm, having previously compacted it in a core box and blown it through a core machine with a catalyst in the form of a gas mixed with air under a certain pressure (in a particular version, a product based on a tertiary amine in the form of a gas mixed with air) , then the cured samples are kept for 20÷24 hours at room ambient temperature, after which the first pre-weighed standard cylindrical sample on a metal plate (in a particular version, a steel plate) is placed in a muffle furnace heated to a temperature of (940±60)°C ( in a private version, a chamber resistance electric furnace), hold at this temperature, starting from 60 to 100 seconds, then remove a standard cylindrical sample from the muffle furnace (in a private version, from a chamber resistance electric furnace) and cool at room ambient temperature for 3÷24 hours, subsequent pre-weighed standard cylindrical samples, one on a metal plate (in a particular version, on a steel plate) are placed in a muffle furnace (in a private version, in a chamber resistance electric furnace) and held after 60÷100 seconds in increments of 5÷15 seconds each, then the extracted, calcined standard cylindrical samples are cooled at room ambient temperature for 3÷24 hours, after cooling the standard cylindrical samples their crumbling ability is determined, for this purpose each cooled standard cylindrical sample is placed in the central part of the mesh drum of the device for determining crumbling, which rotates in for 30÷120 seconds, after which each standard cylindrical sample is removed and weighed, the crumbling value of each standard cylindrical sample is calculated as a percentage, then a graph is constructed for each composition of binding materials, on which the crumbling value of each standard cylindrical sample in percentage is plotted along the ordinate axis , and on the x-axis is the exposure time of standard cylindrical samples in a muffle furnace (in a particular version in a chamber resistance electric furnace), according to the constructed graph, determine the heat resistance in seconds equal to the exposure time of standard cylindrical samples, at which the shedding value is 50%, after which the conclusion is that those binders with longer curing times are the most heat-resistant.
Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами:The essence of the claimed invention is illustrated by graphic materials:
Фиг.1 Технологическая схема cold-box-amin-процесса.Fig.1 Technological diagram of the cold-box-amin process.
Фиг. 2 Стандартный цилиндрический образец для испытаний.Fig. 2 Standard cylindrical test piece.
Фиг. 3 Схема нагрева стандартного цилиндрического образца в муфельной печи.Fig. 3 Scheme of heating a standard cylindrical sample in a muffle furnace.
Фиг. 4 Стандартный цилиндрический образец после выдержки в муфельной печи.Fig. 4 Standard cylindrical sample after exposure in a muffle furnace.
Фиг. 5 Стандартный цилиндрический образец после выдержки и определения осыпаемости.Fig. 5 Standard cylindrical sample after exposure and determination of crumbling.
Фиг. 6 Пример построения графика для определения термостойкости.Fig. 6 An example of plotting a graph to determine heat resistance.
Фиг. 7 График определения термостойкости связующих материалов. Fig. 7 Graph for determining the heat resistance of binding materials.
Способ испытаний связующих материалов для холоднотвердеющих смесей на термостойкость осуществляют следующим образом.The method of testing binders for cold-hardening mixtures for heat resistance is carried out as follows.
Холоднотвердеющие смеси изготавливают по стандартной технологии перемешиванием (в частном варианте реализации способа перемешивание осуществляют в смесителе периодического действия стержневого автомата, или в смесителе непрерывного действия стержневого автомата, либо в вихревом смесителе, либо в планетарном миксере), в следующем порядке: загружают песок (в частном варианте сухой формовочный кварцевый песок с глинистой составляющей до 0,2 % или хромитовый песок), добавляют изоцианатный компонент (в частном варианте полиизоцианат) и перемешивают от 0 до 120 секунд, затем добавляют фенольный компонент (в частном варианте фенолоформальдегидную смолу) и перемешивают от 15 до 120 секунд. Состав холоднотвердеющей смеси должен соответствовать указанному в таблице 1.Cold-hardening mixtures are produced using standard mixing technology (in a particular embodiment of the method, mixing is carried out in a batch mixer of a rod automatic machine, or in a continuous mixer of a rod automatic machine, or in a vortex mixer, or in a planetary mixer), in the following order: sand is loaded (in particular option, dry molding quartz sand with a clay component of up to 0.2% or chromite sand), add an isocyanate component (in a particular version, polyisocyanate) and mix from 0 to 120 seconds, then add a phenolic component (in a particular version, phenol-formaldehyde resin) and mix from 15 up to 120 seconds. The composition of the cold-hardening mixture must correspond to that indicated in Table 1.
Таблица 1 Table 1
Затем из приготовленной холоднотвердеющей смеси изготавливают стандартные цилиндрические образцы диаметром 50±5 мм и высотой 50±5 мм (фиг.2) по технологической схеме cold-box-amin-процесса, предварительно уплотнив ее в стержневом ящике и продув в стержневом автомате катализатором в виде газа в смеси с воздухом под определенным давлением (в частном варианте продуктом на основе третичного амина в виде газа в смеси с воздухом), затем отвержденные образцы выдерживаются в течение 20÷24 часов при температуре окружающей среды помещения, после чего первый предварительно взвешенный стандартный цилиндрический образец на металлической пластине (в частном варианте на стальной пластине) помещают в нагретую до температуры (940±60)°С муфельную печь (в частном варианте электропечь сопротивления камерную), производят выдержку при этой температуре, начиная с 60 до 100 секунд, при этом происходит термодеструкция (разрушение связей). Нагрев в муфельной печи (в частном варианте в электропечи сопротивления камерной) имитирует нагрев холоднотвердеющей смеси при заливке литейной формы жидким металлом. Затем извлекают стандартный цилиндрический образец из муфельной печи (в частном варианте из электропечи сопротивления камерной) и охлаждают при температуре окружающей среды помещения в течение 3÷24 часов, последующие предварительно взвешенные стандартные цилиндрические образцы по одному на металлической пластине (в частном варианте на стальной пластине) помещают в муфельную печь (в частном варианте в электропечь сопротивления камерную) и производят выдержку после 60÷100 секунд с шагом 5÷15 секунд каждый, далее извлеченные, прокаленные стандартные цилиндрические образцы охлаждают при температуре окружающей среды помещения в течение 3÷24 часов.Then, from the prepared cold-hardening mixture, standard cylindrical samples with a diameter of 50 ± 5 mm and a height of 50 ± 5 mm are made according to the technological scheme of the cold-box-amin process, having previously compacted it in a core box and blown in a core machine with a catalyst in the form gas mixed with air under a certain pressure (in a particular version, a product based on a tertiary amine in the form of a gas mixed with air), then the cured samples are kept for 20÷24 hours at room ambient temperature, after which the first pre-weighed standard cylindrical sample on a metal plate (in a particular version, on a steel plate) is placed in a muffle furnace heated to a temperature of (940±60)°C (in a particular version, a resistance chamber electric furnace), held at this temperature, starting from 60 to 100 seconds, and thermal destruction (destruction of bonds). Heating in a muffle furnace (in a particular version, in a chamber resistance electric furnace) simulates the heating of a cold-hardening mixture when pouring liquid metal into a casting mold. Then a standard cylindrical sample is removed from the muffle furnace (in a private version from a chamber resistance electric furnace) and cooled at room ambient temperature for 3÷24 hours, followed by pre-weighed standard cylindrical samples one at a time on a metal plate (in a private version on a steel plate) placed in a muffle furnace (in a particular version, in a chamber resistance electric furnace) and held after 60÷100 seconds in increments of 5÷15 seconds each, then the extracted, calcined standard cylindrical samples are cooled at room ambient temperature for 3÷24 hours.
После разрушения связей стандартные цилиндрические образцы потеряют прочность в верхних слоях, наполнитель (песок) начнет осыпаться, поэтому после охлаждения стандартных цилиндрических образцов определяют их осыпаемость. Для оценки степени разрушения связей, необходимо применить "имитатор износа". В данном случае наиболее приемлемым и доступным будет сетчатый барабан прибора для определения осыпаемости, выполненный из проволочной сетки полотняного переплетения с квадратными ячейками, который вращается со стандартным цилиндрическим образцом в течение 30÷120 секунд. Для этого каждый охлажденный стандартный цилиндрический образец помещают в центральную часть сетчатого барабана прибора для определения осыпаемости. При трении о стенки сетчатого барабана стандартный цилиндрический образец потеряет массу холоднотвердеющей смеси без остаточной прочности. После этого каждый стандартный цилиндрический образец извлекают и взвешивают, производят вычисление значения осыпаемости каждого стандартного цилиндрического образца в процентах. Так как при установленной температуре связующие материалы должны выгорать полностью, определяют скорость термодеструкции. За результат термостойкости в данном способе принимают длительность выдержки образцов, при которой значение осыпаемости составляет 50 %, то есть потери образцом половины массы. Для этого, по каждой композиции связующих материалов строят график, на котором по оси ординат откладывают значение осыпаемости каждого стандартного цилиндрического образца в процентах, а по оси абсцисс - длительность выдержки стандартных цилиндрических образцов в муфельной печи (в частном варианте в электропечи сопротивления камерной), по построенному графику определяют термостойкость в секундах, равную длительности выдержки стандартных цилиндрических образцов, при которой значение осыпаемости составляет 50 %, после этого делают вывод, что те связующие материалы, у которых длительность выдержки больше, являются наиболее термостойкими. After the bonds are destroyed, standard cylindrical samples will lose strength in the upper layers, the filler (sand) will begin to crumble, therefore, after cooling the standard cylindrical samples, their crumbling ability is determined. To assess the degree of destruction of bonds, it is necessary to use a “wear simulator”. In this case, the most acceptable and affordable would be the mesh drum of the device for determining shedding, made of plain weave wire mesh with square cells, which rotates with a standard cylindrical sample for 30÷120 seconds. To do this, each cooled standard cylindrical sample is placed in the central part of the mesh drum of the crumbling device. When friction against the walls of a mesh drum, a standard cylindrical sample will lose the mass of the cold-hardening mixture without residual strength. After this, each standard cylindrical sample is removed and weighed, and the crumbling value of each standard cylindrical sample is calculated as a percentage. Since at a set temperature the binding materials must burn out completely, the rate of thermal destruction is determined. In this method, the result of heat resistance is taken to be the sample exposure time at which the crumbling value is 50%, that is, the sample loses half its weight. To do this, for each composition of binding materials, a graph is constructed on which the crumbling value of each standard cylindrical sample in percent is plotted along the ordinate axis, and the duration of exposure of standard cylindrical samples in a muffle furnace (in a particular version, in a chamber resistance electric furnace) is plotted on the abscissa axis. Based on the constructed graph, the heat resistance is determined in seconds, equal to the exposure time of standard cylindrical samples, at which the crumbling value is 50%, after which it is concluded that those binders with a longer exposure time are the most heat-resistant.
ПримерExample
1. Для проведения испытаний изготовлены стандартные цилиндрические образцы из холоднотвердеющей смеси по сold-box-amin процессу в стержневом ящике в количестве 11 штук для каждой композиции связующих материалов. Состав холоднотвердеющей смеси приведен в таблице 2.1. For testing, standard cylindrical samples were made from a cold-hardening mixture using the cold-box-amin process in a core box in the amount of 11 pieces for each composition of binding materials. The composition of the cold-hardening mixture is given in Table 2.
Таблица 2table 2
составляющихName
components
2. Взвешенные, изготовленные стандартные цилиндрические образцы, выдержанные в течение 24 часов при температуре окружающей среды помещения, поочередно помещались в предварительно нагретую до температуры 970°С электропечь сопротивления камерную и выдерживались с шагом 10 секунд, то есть 60 секунд, 70 секунд, 80 секунд, 90 секунд, 100 секунд, 110 секунд, 120 секунд, 130 секунд, 140 секунд, 150 секунд, 160 секунд.2. Weighed, manufactured standard cylindrical samples, kept for 24 hours at room ambient temperature, were alternately placed in a chamber resistance electric furnace preheated to a temperature of 970°C and held in increments of 10 seconds, that is, 60 seconds, 70 seconds, 80 seconds , 90 seconds, 100 seconds, 110 seconds, 120 seconds, 130 seconds, 140 seconds, 150 seconds, 160 seconds.
3. После охлаждения стандартных цилиндрических образцов при температуре окружающего воздуха помещения в течение 3 часов, определена их осыпаемость после вращения каждого охлажденного стандартного цилиндрического образца в сетчатом барабане прибора для определения осыпаемости, который вращается в течение 60 секунд. Результаты приведены в таблице 3.3. After cooling the standard cylindrical samples at ambient room temperature for 3 hours, their crumbling was determined after rotating each cooled standard cylindrical sample in the mesh drum of the crumbling device, which rotates for 60 seconds. The results are shown in Table 3.
4. По полученным результатам в таблице 3 построен график (фиг. 7), по которому определена термостойкость связующих материалов, равная длительности выдержки образцов, при которой значение осыпаемости (потери массы при трении) составляет 50 %.4. Based on the results obtained in Table 3, a graph was constructed (Fig. 7), according to which the thermal resistance of the binding materials was determined, equal to the exposure time of the samples, at which the value of crumbling (mass loss due to friction) is 50%.
Термостойкость применяемых в настоящее время связующих материалов составляет 128 секунд, а предлагаемых связующих материалов - 150 секунд. Следовательно, предлагаемые связующие материалы являются наиболее термостойкими.The heat resistance of currently used binders is 128 seconds, and the proposed binders are 150 seconds. Consequently, the proposed binding materials are the most heat-resistant.
На АО «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» заявляемое изобретение применяется в испытательных лабораториях при испытаниях связующих материалов для холоднотвердеющих смесей на термостойкость с получением количественной оценки и подтвердило свою технико-экономическую эффективность.At JSC "Research and Production Corporation "Uralvagonzavod" the claimed invention is used in testing laboratories when testing binders for cold-hardening mixtures for heat resistance with obtaining a quantitative assessment and has confirmed its technical and economic efficiency.
Claims (17)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2821224C1 true RU2821224C1 (en) | 2024-06-18 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU111469A1 (en) * | 1957-07-05 | 1957-11-30 | П.А. Борсук | Method for determining the crumbling of molding materials and apparatus for performing the method |
| RU2117274C1 (en) * | 1997-03-05 | 1998-08-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт асбестовых технических изделий - фирма ТИИР" | Process of test of materials for thermal stability |
| CN204389330U (en) * | 2015-02-11 | 2015-06-10 | 长安大学 | Laxity pick-up unit within the scope of a kind of asphalt total temperature |
| RU2568423C1 (en) * | 2014-12-26 | 2015-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method to test hollow articles for thermal resistance |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU111469A1 (en) * | 1957-07-05 | 1957-11-30 | П.А. Борсук | Method for determining the crumbling of molding materials and apparatus for performing the method |
| RU2117274C1 (en) * | 1997-03-05 | 1998-08-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт асбестовых технических изделий - фирма ТИИР" | Process of test of materials for thermal stability |
| RU2568423C1 (en) * | 2014-12-26 | 2015-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method to test hollow articles for thermal resistance |
| CN204389330U (en) * | 2015-02-11 | 2015-06-10 | 长安大学 | Laxity pick-up unit within the scope of a kind of asphalt total temperature |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mousavimehr et al. | Predicting post-fire behavior of crumb rubber aggregate concrete | |
| Chen et al. | Fracture behaviour of steel fibre reinforced recycled aggregate concrete after exposure to elevated temperatures | |
| NZ547756A (en) | Geopolymer concrete and method of preparation and casting | |
| Fan et al. | Compressive stress-strain relationship for fly ash concrete under thermal steady state | |
| RU2821224C1 (en) | Method of testing binding materials for cold-hardening mixtures for heat resistance | |
| GB2056643A (en) | Drying process | |
| Reis et al. | High-temperature compressive strength of steel fiber high-strength concrete | |
| JPS5850943B2 (en) | All information required | |
| Wan et al. | Research on testing method of resin sand high temperature compressive strength | |
| Poloju et al. | Strength studies on different grades of concrete considering fire exposure | |
| Ren et al. | Properties of fiber reinforced plaster molds for investment casting | |
| Budavári et al. | The Effect of Coremaking Parameters on the Thermal Distortion Behaviour of Resin-Coated Sand | |
| US3303036A (en) | Ceramic composition | |
| Acharya et al. | Evaluation of critical parameters for sand inclusion defect in FNB casting | |
| Puzio et al. | Effect of the type of inorganic binder on the properties of microwave-hardened moulding sands for ablation casting technology | |
| Toumi et al. | Influence of high temperatures on surface cracking of concrete studied by image scanning technique | |
| Li et al. | Effects of moisture content and heating temperature on the thermal expansion deformation of concrete | |
| Grabarczyk et al. | The influence of moulding sand type on mechanical and thermal deformation | |
| Guise | Use of colour image analysis for assessment of fire damaged concrete | |
| RU2800168C1 (en) | Composition of the heat-resistant composite material and the method of manufacturing products from this composition | |
| JP5180504B2 (en) | Method for manufacturing precast block for metal melting furnace ceiling and precast block for metal melting furnace ceiling | |
| Stachowicz et al. | Impact of density degree and grade of inorganic binder on behavior of molding sand at high temperature | |
| US3968827A (en) | Method of preparing ceramic casting moulds for pouring metal therein | |
| Holtzer et al. | Reclamation of material from used ceramic moulds applied in the investment casting technology | |
| Orangi et al. | New Observations in Creep Behaviour of Ramming Paste in Aluminium Electrolysis Cell |