Ćwiczenie nr 1 Badanie właściwości piasków formierskich 1. Wstęp Piaski kwarcowe (tabl. 3.2), zawierające krzemionkę SiO 2 w ilości większej od 96 %, małą ilość zanieczyszczeń alkalicznych ( 1,0 %), Fe 2 O 3 ( 1,5 %), odznaczające się wysoką temperaturą spiekania (>1350 C), odpowiednią ziarnistością i wskaźnikiem jednorodności > 65 %. Podstawą klasyfikacji piasków formierskich wg PN-85/H-11001 jest zawartość lepiszcza i wielkość ziaren osnowy. Tablica 3.2. Klasyfikacja piasków formierskich wg PN-85/H-11001 w zależności od zawartości lepiszcza Gatunek piasku Zawartość lepiszcza SiO 2 Zawartość Fe 2 O 3 węglanów Temperatura spiekania Wskaźnik jednorodności min % C % 1K 0,2 98 0,5 0,3 1400 80 2K 0,5 96 1,0 0,5 1400 75 3K 1,0 96 1,0 0,5 1350 70 4K 2,0-1,5 1,0 1350 65 5K 2,01 8,0 - - 1,0-60 6K 8,01 15,0 - - 1,0-60 7K 15,01 35,0 - - 1,0-50 Lepiszcze piasku formierskiego stanowią wszystkie minerały wiążące i niewiążące po nawilżeniu, posiadające wielkość ziaren mniejszą od 0,02 mm. Zawartość lepiszcza oznacza się grawimetrycznie wg PN-73/H-11076 po oddzieleniu go od osnowy ziarnowej. Ziarnistość osnowy określa się wg PN-83/H- 11077, przez rozfrakcjonowanie oddzielonej od lepiszcza próbki piasku na znormalizowanym zestawie sit i zważeniu pozostałości na każdym sicie. Ziarnistość osnowy przedstawia się w postaci frakcji głównej, tzn. numerów trzech kolejnych sit, na których zebrała się największa ilość ziarn osnowy. Suma pozostałości ziarn na trzech sąsiednich sitach wyrażona w [%], stanowi wskaźnik jednorodności. Symbol piasku 2K-0,40/0,32/0,20 wg PN-85/H-11001 oznacza piasek o zawartości lepiszcza 0,5 %, którego frakcja główna zebrała się na sitach o prześwicie oczek 0,40, 0,32 i 0,20 mm i stanowi ona 75 % masy osnowy. Z innych wskaźników charakteryzujących cechy osnowy piasku formierskiego należy wymienić: średnią wielkość ziaren (D 50 ), liczbę ziarnistości (L), powierzchnię właściwą (S w ), powierzchnię teoretyczną (S t ), wskaźnik kształtu (W k ), oraz teoretyczną liczbę ziaren (Z t ).
Analiza zawartości lepiszcza i ziarnistości piasków formierskich Praktycznie lepiszcze usuwa się metodą sedymentacji (osadzania w wodzie). Aby w wyniku osadzania wytrącić cząstki piasku większe od przyjętej granicy 20µm, należy proces prowadzić przez 300s, dla wysokości słupa zawiesiny 125 mm w temp. 16 C 1. Przebieg ćwiczenia, ze względu na ograniczenia czasowe, odbiega od algorytmu zawartego we wspomnianej (wycofanej) normie PN-73/H-11076. 2. Wykonanie ćwiczenia Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie metod badania właściwości piasków formierskich. Wyposażenie stanowiska Urządzenia i aparatura Przesiewacz laboratoryjny LM (rys. 1), Rys. 1: Przesiewacz laboratoryjny LM: 1 sprężyny, 2 przyssawki, 3 taśma spinająca, 4 zestaw sit (10szt), 5 zwora elektromagnesu, 6 stół wibrujący, 7 elektromagnes, 8 włącznik czasowy, 1 Dane wynikają z prawo Stokesa. Wyprowadzenie w [1]
Aparat do odmulania LAp-3b z lewarem Rys. 2: Aparat do odmulania LAp-3b: 1 głowica z napędem, 2 prostownice (3 szt), 3 mieszadło, 4 naczynie, 5 podstawa 6 zatrzask 7 kolumna waga laboratoryjna elektroniczna WPE 600 o dokładności 0,01g, płyta grzewcza z regulacją temperatury 5.2.2. Pomoce Naczynie metalowe φ100 z kreską na wys. 150 mm, wewnątrz Płaskie naczynie wagowe (metalowe) Tryskawka (gruszka gumowa) 5.2.3. Materiały piasek formierski wodorotlenek sodu, woda destylowana alkohol etylowy Przebieg ćwiczenia Ćwiczenie polega na odważeniu próbki piasku, 3-4 krotnym odmuleniu, wysuszeniu, ostudzeniu, zważeniu i wykonaniu oznaczenia składu ziarnowego piasku. Podczas ćwiczenia studenci pod nadzorem pracownika dydaktycznego wykonują wszystkie oznaczenia wskaźników. Oznaczenie zawartości lepiszcza Z wysuszonego piasku formierskiego odważamy 50 g próbkę; Próbkę piasku przenosimy do metalowego naczynia, do którego wprowadzamy 0,08% roztwór NaOH, do wysokości 150 mm
Naczynie umieszczamy na podstawie aparatu do odmulania, opuszczamy mieszadło i prowadzimy proses mieszania przez 2 min. Po upływie 5 min od przerwania procesu, przy pomocy lewara hydraulicznego, ściągamy płyn znad osadu, Rys. 3: Lewarowanie cieczy znad piasku. Wodę zasysamy tryskawką. Uzupełniamy naczynie wodą, miksujemy zawiesinę przez 1 min, a po upływie kolejnych 5 min lewarujemy. Proces powtarzamy 2-3 razy, do uzyskania klarowności cieczy nad piaskiem. Do ostatniej operacji używamy wody destylowanej Przenosimy odmulony piasek do naczynia wagowego, przy pomocy strumienia wody destylowanej z tryskawki Zlewamy delikatnie wodę znad piasku i umieszczamy naczynie na płycie grzewczej o temp. 170 C. Po wyschnięciu piasku, studzimy próbkę na metalowej płycie, do 50 C i ważymy. Zawartość lepiszcza, to stosunek różnicy kolejnych pomiarów, odniesiony do wagi poczatkowej (50g), wyrażony w procentach. Oznaczanie ziarnistości piasku Zważoną próbkę piasku wprowadzamy na górne sito (oczyszczonego w C 2 H 5 OH) przesiewacza laboratoryjnego LM. Włączamy wibracje na 15 min Zdejmujemy zestaw sit z przesiewacza i po kolei: a) przenosimy frakcje piasku z sita na mocny ciemny papier, przez wysypanie (lekko uderzając o stół krawędzią odwróconego sita)
b) przesypujemy próbkę na szalkę wagi i dokładnie ważymy Wyniki oznaczamy w formie tabelarycznej, za 100% przyjmując sumę odważek Nr sita Wielkość ziarna [mm] 1 1.6 2 0.80 3 0.63 4 0.40 5 0.32 6 0.20 7 0.16 8 0.10 9 0.071 10 0.056 denko - masa frakcji [g] udział [%] suma 100 5.4. Opracowanie wyników i sprawozdania Na podstawie otrzymanych wyników, klasyfikujemy badany piasek formierski, podając jego oznaczenie zgodnie z PN-85/H-11001 Sprawozdanie powinno zawierać: uproszczone schematy aparatury i krótki opis zasady oznaczania właściwości technologicznych mas, wyniki z badań, analizę wyników i porównanie ich z odpowiednimi danymi literaturowymi, 6. Literatura 1. Kowalski J.St.: Oznaczanie lepiszcza. Mat.dydaktyczne, Kraków 1998 2. 2. Kowalski J.St.: Materiały formierskie Analiza sitowa, Kraków 1995 3 3. Lewandowski L.: Masy formierskie i rdzeniowe. PWN, Warszawa 1991. 4. Lewandowski L.: Materiały formierskie. Badania. Cz. II. Wyd. AGH, Kraków 1992, skrypt nr 1223. 5. Katalog aparatury kontrolno - pomiarowej dla przemysłu odlewniczego. Wyd. WADAP - Instytut Odlewnictwa Centrozap. 6. Normy związane: PN-85/H-11001, PN-73/H-11076 i PN-83/H-11077 Autorzy: Gut H., Szala M. 2 http://iim.mech.pk.edu.pl/ktm/dydaktyka/odlewnictwo/analiza_zaw_lepiszcza.doc 3 http://iim.mech.pk.edu.pl/ktm/dydaktyka/odlewnictwo/analiza_sitowa.doc