Порошковая формомасса

В последние 50 лет базовая композиция порошка для формомассы для литья в выплавляемые восковые модели оставалась практически неизменной и создала точку отсчета, от которой стартовали все другие сегодня используемые формомассы.

Рисунок 1

Связующий материал, который предназначен для удерживания порошка образован из гипса, который изготавливается из минерального гипса. Гипс образует осадочные породы значительного геологического возраста и кристаллизуется в виде призматической структуры, располагающейся слоями и удерживающиеся вместе молекулами воды. До использования в виде связующего материала минеральный гипс должен быть преобразован в полугидрат при помощи термической обработки.Полугидрат нестабилен и впитывает воду, снова образуя бигидрат, которым он являлся изначально, имеющий большую стабильность. Когда порошок добавляется в воду при подготовке жидкой смеси постепенно появляются переплетенные друг с другом кристаллы гипса и это и есть механизм сцепки, который удерживает застывшую массу. При отверждении на сопротивление и характеристики массы влияет наличие небольших добавок модификаторов, которые изменяют длину и форму кристаллических игл, которые образуют зародыши кристаллизации.

Рисунок 2 – Типичный состав порошкового огнеупора

Производители формомассы могут контролировать скорость роста кристаллических зерен, добавляя замедлители, которые мешают росту кристаллов, либо ускорители, которые могут увеличить скорость, с которой полугидрат переходит в раствор, либо увеличить скорость образования бигидрата.Конечный пользователь может влиять на скорость схватывания и конечную твердость, изменяя отношение порошок/вода, температуру жидкого замеса, технику замеса или используя загрязненную воду или аппаратуру.

Когда затвердевшая формомасса нагревается, в тот момент, когда удаляется вода, связующий гипс значительно сжимается.Это сжатие особенно сильно при температурах от 300°C до 450°C, когда полугидрат преобразуется в ангидрит. Если бы для литья использовался бы только гипс, во время использования формы легко бы растрескивались и становились бы намного меньше, чем оригинальная модель. Для компенсации сжатии гипса и регулировки термического сжатия формы используется кремний.

Кремний существует во многих кристаллических формах, используемых для приготовления формомассы.Наиболее легкодоступной является кварц, и его переход из одной фазы в другую, происходящий при 570°C сопровождается увеличением объема. Кристобалит – это другой основной компонент формомассы и этот вид кремния также значительно увеличивается в объеме при 270°C, переходя из одной кристаллической структуры в другую. Эти две аллотропические формы кремния используются для компенсации сжатия связующего гипса. Изучение температурного расширения типичной ювелирной формомассы показывает, что до 300°C кристобалит вызывает ее расширение, а затем в интервале температур до 570°C преобладает сжатие, вызываемое гипсом. Наконец, трансформация кварца снова компенсирует тепловое сжатие огнеупора.

Рисунок 3 – Тепловое расширение формомассы Gold Star

Необходимо помнить, что во время охлаждения формомасса снова проходит через фазу трансформации кремния, которая вызывает сжатие, равное и противоположное предыдущему расширению, а сжатие гипса остается постоянным.Эта кривая охлаждения может быть использована для расчета конечного размера литья. После литья и при охлаждении связующий гипс становится очень хрупким и совместно с трещинами, вызванными сжатием из-за трансформации кремния во время охлаждения, позволяет легко удалить формомассу.

Производители порошковой формомассы стараются сделать внешне простую смесь все более удовлетворяющей требованиям литейщиков, изменяя сырье в небольших количествах, пропорции, размеры частиц и регулирующие добавки, задавая таким образом большой выбор формомасс.В очень общем виде описание порошковых формомасс и различия их характеристик могут быть изложены следующим образом:

Таблица 1

Применение	Чистота материала	Размер частиц	Механическое сопротивление	Проницаемость
Высокотемпературные сплавы	Очень высокая	Мелкий	Среднее	Высокая
Качественное золотое литье	Высокая	Мелкий	Среднее	Высокая
Крупносерийное золотое и серебряное литье	Среднее	Средний	Среднее/низкое	Высокая
Крупносерийное латунное литье	Среднее	Средний/крупный	Среднее	Средняя
Литье статуй	Среднее	Средний/крупный	Высокое	Средняя
Литье с камнями	Высокая	Средний	Высокая	Средняя
Промышленное литье	Средняя	Крупный	Очень высокое	Средняя
Литье стекла	Средняя	Средний	Среднее	Низкая

Рисунок 4 — Промышленная формомасса

Некоторые виды формомасс очень подходят для определенных видов литья, другие не могут быть с легкостью классифицированы.Формомассы для литья стекла должны быть в состоянии долго выдерживать намного более высокие температуры, чем формомассы для ювелиров. Вследствие этого они делаются из специальных материалов, которые не разрушаются в таких услових. Формомассы для литья с уже установленными камнями подвержены более низким температурам, но должны защищать камни и поэтому содержат специальные добавки. Формомассы используются для промышленного литья алюминия и латуни и очень прочны, так как специально разработаны для охлаждения до очень низкой температуры литья, не разрушаясь.

Для сырья и готовой продукции производители еще пользуются традиционными методами испытаний.Однако рост требований к качеству и его постоянству привел к возникновению новых методов. Основные производители формомасс сегодня используют высокотехнологичную аппаратуру для оценки небольших отклонений в сырье и пользуются такой техникой, как рентгеновская. Если у заказчика появляются проблемы с партией порошка, сегодня можно проверить небольшой образец и определить точный химический и кристаллографический состав до следов отдельных элементов.

Рисунок 5 — Формомасса для ювелиров

Эта забота о мелочах порождает в заказчике уверенность в качестве формомассы, которую они используют.

Для контроля производства считается необходимой техника, представленная в стандарте ISO 9000, некоторые предприятия работают, используя QS 9000 (моторостроительный стандарт), с Передовым Планированием Качества и PFMA (анализ возможных аварий и их последствий), при помощи которых непрерывно выявляются возможные проблемы, которые устраняются до их появления.

Рисунок 6 - Лаборатория с ренгенвским контролем, Hoben

В заключение, наибольшее влияние на качество литья оказывает способ, используемый при подготовке формомассы и литья.Естественно, литейщики не всегда корректируют свою работу, чтобы приспособиться к другой формомассе. Поэтому лучшие формомассы сделаны так, чтобы обладать достаточной гибкостью и сглаживать любые ошибки. Однако невозможно изменить законы природы и они задают допуск, с которым можно работать с формомассой. Для обеспечения лучших результатов полезно изучить то, что называется оптимальной практикой. Следующие далее рекомендации и технология могут быть применены ко всем лучшим порошковым формомассам.