Curs Complet la TF (TPF)

Capitolul 1

MATERIALE DE FORMARE

1.1 Nisipuri de turnatorie

Nisipul de turnatorie reprezinta componenta de baza a amestecurilor de formare (85-97%).Celelalte substante  materialele de liere si materialele de adaos  reprezinta componentele auxiliare.

Nisipurile de turnatorie se prezinta sub forma de granule cu dimensiuni cuprinse între 0,02 si 2,00 mm.

Dupa modul de provenienta, nisipurile de turnatorie se pot clasifica în:

 nisipuri naturale;

 nisipuri sintetice.

Nisipuri naturale. S-au format în urma unui proces de dezagregare a rocilor eruptive într-o perioada geologica de timp, sub actiunea apei si a bioxidului de carbon din atmosfera. În timpul dezagregarii rocile eruptive îsi schimba compozitia mineralogica. Astfel cuartul, un mineral mai rezistent la actiunea apei si a bioxidului de carbon nu este atacat de acestea fiind transportat de apele curgatoare la distante mai mari sau mai mici, formând zacaminte naturale de nisip. Mineralele mai putin rezistente se dezvolta treptat în apa ori se combina chimic cu apa, cu bioxidul de carbon sau cu alti compusi chimici. Din aceasta cauza în zacamintele naturale de nisip se gasesc întotdeauna si alti compusi chimici care influenteaza calitatea nisipurilor.

Cel mai utilizat nisip de turnatorie este nisipul cuartos. Utilizarea lui este dictata atât din considerente economice (se gaseste ca atare în natura), cât si din considerente tehnologice, (bioxidul de siliciu  cuartul  are temperatura ridicata de topire  1986 K).

Nisipuri sintetice. Se obtin prin sfarâmarea mecanica a bucatilor de roca sau a unor materiale refractare (caramizi) în întreprinderi specializate. Din grupa nisipurilor sintetice pot fi enumerate nisipurile cromitice, cromomagnezitice, de samota.

1.1.1 Proprietatile nisipurilor de turnatorie

Pentru a putea fi utilizate la executarea formelor de turnare, nisipurile de turnatorie trebuie sa posede urmatoarele proprietati:

" refractaritatea Este proprietatea nisipului de a rezista la temperatura de turnare a aliajului lichid fara a se topi sau vitrifica si fara sa reactioneze chimic cu aliajul sau cu oxizii acestuia;

" granulozitatea. Este cantitatea de granule de diferite dimensiuni, dintr-un nisip, exprimata în procente;

" durabilitatea. Este proprietatea nisipului de a-si pastra caracteristicile fizice la turnari repetate;

" starea suprafetei granulelor. Este gradul de rugozitate al suprafetelor granulelor de nisip.

Factorii care influenteaza proprietatile nisipurilor sunt:

" compozitia chimica si mineralogica a diferitelor componente ale nisipului;

" forma, aspectul, dimensiunea si starea fizica a granulelor de nisip;

" pH-ul nisipului.

Refractaritatea nisipului de turnatorie depinde numai de compozitia chimica si mineralogica a componentelor sale.

Componenta refractara de baza a nisipului, cuartul (cu temperatura de topire 1986 K), are caracter chimic acid, prezenta unor combinatii chimice bazice îi micsoreaza foarte mult refractaritatea. Cea mai daunatoare influenta o au oxizii metalelor alcaline (Na2O si K2O) a caror temperatura de topire este de cca. 1073 K, asa cum rezulta din figura 1.1. Din acest motiv, continutul total al oxizilor alcalini este limitat la mai putin de 0,5  1,0%.

Fig. 1.1 Diagrama de echilibru Na2C-SiO2

Influenta daunatoare au si oxizii de fier, Fe2O3, care pe lânga faptul ca au temperatura scazuta de topire - 1838 K, reactioneaza si chimic cu SiO2.

Oxizii de calciu si magneziu cu toate ca luati individual au temperatura ridicata de topire (2503 K si respectiv 3050 K) sunt daunatori pentru nisip deoarece fiind bazici reactioneaza chimic cu SiO2 acid.

Carbonatii disociaza în contact cu aliajul lichid conform reactiei:

(1.1)

iar bioxidul de carbon rezultat din reactie poate ramâne inclus în piesa sub forma de sulfuri.

Continutul de Fe2O3 în nisip se admite a fi maximum 3  4%, iar continutul total al componentelor daunatoare (Na2O + K2O + MgO + CaO + Fe2O3 + CO2) este limitat în functie de destinatia nisipului astfel:

- pentru piese turnate din otel 1,5-2,0%

- pentru piese mari din fonta 5,0%

- pentru piese din aliaje neferose si piese mici din fonta 7,0%

Prin urmare refractaritatea pe care trebuie sa o aiba nisipul este impusa de natura aliajului turnat. Deoarece în contact cu aliajul lichid nisipul nu are timp sa se topeasca, importanta practica are temperatura de vitrificare a carei valoare este mai mica decât cea de topire.

Prin temperatura de vitrificare se întelege temperatura la care granulele de nisip se topesc partial în cantitate suficienta pentru a umple golurile dintre particule facând masa atât de compacta încât porozitatea sa fie mai mica decât 1%.

În practica, în functie de destinatia nisipului, se recomanda urmatoarele temperaturi minime de vitrificare:

- pentru piese turnate din otel 1623 K;

- pentru piese turnate din fonta 1523 K;

- pentru piese turnate din aliaje de cupru 1273 K;

- pentru piese turnate din aliaje de aluminiu 973 K;