Свойства стержневой смеси:

1) Текучесть стержневой смеси отличная.

2) Прочностные характеристики являются функцией весовой доли смолы по отношению к массе песка, а также отношению перемешивания смолы с полиизоцианатом. Классические смеси с 0,4 0.6 % смолы при отношении смолы : полиизоцианату = 1:1 имеют прочность при сжатии от 3 до 5 МПа., причём прочность при огибании (0 ч) не менее 1.5 МПа.

3) Газотворная способность - во время заполнения формы расплавом возможно выделение фенола, бензоля и свободного формальдегида.

4) Живучесть стержневой смеси (в закрытом состоянии) - несколько дней.

5) Выбиваемость:

- для отливок из железных сплавов – отличная;

- для отливок из алюминиевых сплавов – проблематичная.

6) Значительное влагопоглощение приводит к разупрочнению и повышенной осыпаемости.

Влияние стержневой смеси на качество и металлическую структуру отливки:

1) Возможно образование НСN в поверхностных участках стальных отливок;

2) Возможно образование блестящего углерода;

3) Возможно образование ужимин.

Регенерация смеси - термическая или механическая.

Возможно применение разных песков - промытого и сухого хромистого, циркониевого или кварцевого песка с содержанием основных окислов не более чем 1%. Увеличение основности контактной поверхности песчаного зерна приводит к резкому уменьшению прочности стержневой смеси. Возможно применение противопригарных красок на водяной или алкогольной основе, причём режим окрашивания имеет важное значение.

Состав смеси:

1) 100% песок;

2) 0,4 .0,6% полиуретановая смола (жидкое состояние);

3) 0,4 .0,6% полиизоцианат (жидкое состояние);

4) 0,05 .0,2% амин (газообразное состояние).

Экология процесса

Разрешённая максимальная рабочая концентрация (МРК) для аминов в Германии очень низкая - 0.0010 .0.0025%. Поэтому амино-воздушную смесь в участке машины собирают и отводят в скруббер с подходящей мощностью на очистку. Из скруббера в атмосферу отводят очищенный воздух.

Особенности формирования структуры связующего способа амин-процесс изготовления стержней.

Данные, полученные в ходе исследований по определению физико-механических характеристик полиуретанового покрытия, подтверждают теорию формирования прочности стержней системы Колд-бокс-амин, строящейся на исследовании структуры полиуретанового связующего.

При исследовании с помощью растрового электронного микроскопа структуры отверждённого связующего было определено, что образуемое при производстве стержней по методу Колд-бокс-амин полиуретановое связующее состоит из беспорядочного склеенных друг с другом или сросшихся шарооб­разных частиц полиуретана. Плотность образуемых глобул варьируется в до­вольно широком диапазоне и определяется скоростью отверждения связующего и содержанием в связующем растворителя. Диаметр глобул практически не за­висит от плотности их срастания и составляет примерно от 0,1 до 0,2 мкм.

При рассмотрении поверхности излома образца, характеризуемого когезионным типом разрыва, ребристые или ломанные куски шарообразных частиц полиуретана, указывающих на трансгранулярный разрыв, не обнаружены. Мос­тики связующего разрушаются путем отделения глобул друг от друга. Т. о., когезионная прочность связующего способа Колд-бокс-амин определяется проч­ностью склеивания (срастания) глобул полиуретана.

При изготовлении стержней в результате очень быстрого образования по­лиуретана за счет продувки газообразным катализатором растворитель к моменту разделения фаз твердая-жидкая в полиуретане находится в тонкодиспергированном виде. Высокая плотность шариков наблюдается там, где растворитель может быстро отводиться (или испаряться) во время отверждения. При протекании реакции отверждения плотные слои шариков полиуретана оказываются окружены слоями растворителя. Данный слой растворителя действует как разделительный слой и предопределяет места будущих разрывов мостиков связующего. Такие гладкие, как бы «выровненные» слоем растворителя слои глобул, т.н. «покровные слои», типичные только для связующего системы Колд-бокс-амин, могут легко отделяться друг от друга и являться причиной резкого снижения прочности.

Разрыв связующего по покровным слоям (т.н. «субпокровный разрыв») имеет большое значение в теории формирования прочности стержней, изготав­ливаемых по методу Колд-бокс-амин. При исследовании мест разрывов свежеизготовленных стержней чисто адгезионных разрывов обнаружено не было. Даже при кажущемся полном отделении связующего от зерна песка при более сильном увеличении этой зоны были обнаружены очень тонкие, плотноупакованные слои шарообразного полиуретана. Предположительно, открытые по­верхности зерен песка представляют хорошие условия для экзогенного образо­вания полиуретана, на поверхности раздела связующее - наполнитель преиму­щественно начинается реакция отверждения и этим обуславливается плотная, прочная шаровая сетка полиуретана на поверхности зерна песка. Непосредст­венно соседний слой связующего обеднён смолой и изоцианатом и характери­зуется высоким содержанием растворителя. Между покровным слоем, выра­щенным на поверхности песчаных частиц, и внутренней, возникшей вследствие эндогенного образования центров кристаллизации глобулярной структурой, не­избежно будут иметься локальные слои из не содержащего связующего раство­рителя. Наличием таких покровных слоев объясняют многие ранее не вполне объяснимые явления, характерные для способа Колд-бокс-амин изготовления стержней, а именно - высокая гигроскопичность стержней, явление значитель­ного набора прочности стержня при его хранении (подсушки) и сильное влия­ние количества растворителя связующей системы на прочность стержней.

Мгновенная прочность стержней Колд-бокс-амин-процесса сильно зави­сит от содержания растворителя в исходных связующих материалах. С увели­чением содержания растворителя в связующем доля субпокровного разрыва в общем разрыве возрастает и преимущественно определяет низкую прочность мостиков связующего. Окончательная прочность стержней, изготовленных с повышенным содержанием растворителя в связующем, также будет уступать прочности стержней с нормальным содержанием растворителя, т.к. возникают крупноячеистые шаровые структуры, и поэтому разрыв мостиков связующего происходит когезионно через крупноячеистую глобулярную структуру.

Как для мгновенной прочности исключительно важным является доля субпокровного разрыва, так и для окончательной прочности крайне важны плотность и степень сшивки глобулярной структуры, также определенным об­разом зависящие от содержания в связующем растворителя.

При длительном хранении стержней происходит испарение растворителя из зон его локальной концентрации и происходит упрочнение стержней за счет дополнительной сшивки (срастания) глобул полиуретана покровной зоны с внутренней основой мостика связующего. Результаты исследования с помощью растрового микроскопа показывают, что субпокровный тип разрыва присущ только свежеизготовленным стержням. Здесь необходимо отметить, что не смотря на преобладание субпокровного разрыва, характеризуемого крайне низ­кой когезионной прочностью между «выровненными» слоями связующего, свежеизготовленные стержни системы Колд-бокс-амин характеризуются до­вольно высокими значениями абсолютной прочности. Изучение мест разрывов таких стержней позволяет утверждать, что прочность стержней поддерживается за счет местных срастаний между покровным слоем и эндогенно образованным глобулярным скелетом. Местные срастания являются причиной того, что суб­покровные разрывы часто встречаются вместе со смешанными разрывами.