Важнейшим показателем качества глин является их долговечность, т. е. сохранение глиной ее свойств (связующей способности, пластичности и т. д.) при многократном использовании, что особенно важно для бентонитовых глин при изготовлении отливок на автоматических линиях.

Ускоренное определение «активной» глины в формовочных смесях. Для этого можно использовать титрование метиленовым голубым в присутствии серной кислоты [53]. Предварительно строят тарировочную кривую зависимости объема поглощенного красителя (метиленового голубого) от процентного содержания глины А (рис. 1.9).

При построении градуировочных кривых следует учитывать добавки и примеси в формовочной смеси (вода, шамот, каменноугольная пыль, декстрин и др.), которые снижают чувствительность метода определения активности глины.

Существует определенный предел содержания «активной» глины в формовочных смесях, при котором данная смесь сохраняет оптимальные физико-механические свойства. Этот предел неодинаков для различных случаев.

Температура потери монтмориллонитом адсорбированной межпакетной воды определяется целым комплексом физико-химических свойств бентонита: вид обменных катионов, емкость обмена, дефекты кристаллической решетки и т. д., которые играют решающую роль в формировании прочности формовочной смеси.

Глинистая составляющая оборотных формовочных смесей состоит из не подвергшейся термическому разложению так называемой «активной» глины и подвергшейся разложению под действием теплоты залитого в форму металла неактивной шамотизированной (мертвой) глины.

В литейном производстве СНГ в настоящее время потребляется около 15% всего используемого бентонита. Остальная часть находит применение в буровой технике, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, черной металлургии   (изготовление железорудных окатышей)   и   строительной промышленности [83].

Поэтому на поверхности зерен они распределяются равномерно, образуя однородную глинистую пленку.  Большая дисперсность глин обусловливает высокую степень поглощения массовой доли воды этими глинами. Гидратированные   глинистые частицы   начинают скользить относительно   друг друга.

Массовая доля воды, оптимальная для получения максимальной прочности во влажном состоянии, не является оптимальной для получения максимальной прочности смеси в сухом состоянии. Прочность смеси в сухом состоянии с 15% глины меньше, чем смеси с 10% глины.

Улучшение качества формовочных глин может быть достигнуто путем ввода диспергаторов при перемешивании в виде 20%-го водного раствора Na4P207 или Na5P20i5- Для получения глинистой суспензии с плотностью 1,7—1,8 г/см3 достаточно 0,4—1,8% Na4P207 или 0,2—0,9 Na5P2Oi5. Содержание глины в таких суспензиях 60—70%.

В ЧССР почти исчерпаны запасы высококачественных бентонитов, а применение для единых формовочных смесей низкокачественных бентонитов влияет на качество поверхности отливок. Для повышения свойств низкосортных бентонитов их обрабатывают магнитным полем.

Поскольку активаторы имеют щелочную реакцию, представляется целесообразным контролировать количество вводимого в смесь активатора по значениям рН. При этом необ-ходимо учитывать значения рН и других материалов, вводимых в смесь: кварцевого песка и  водопроводной воды и т.д.

Связь высокой «мокрой» прочности с получением отливок без ужимин предположительно объясняется повышенной термической стойкостью бентонита. С увеличением концентрации катиона Na^~ в обменном комплексе наблюдаются увеличение «мокрой» прочности, повышение набухающей способности бентонита и падение водочувствительности смесей.

Связанность системы глина-вода многими исследователями объясняется возникновением на поверхности глинистых частиц тонких оболочек из закрепленных диполей воды.

Одновременно происходящая диссоциация молекул адсорбированной воды дополнительно увеличивает заряд поверхности кристаллов. Вокруг каждой заряженной частицы глинистого минерала образуется так называемый диффузный слой, т.е. слой адсорбированной воды с отщепленными катионами и катионами, притянутыми частицей из окружающей водной среды (раствора).

Натриевый бентонит не нуждается в активации, обладает хорошими связующими свойствами и обеспечивает высокую прочность во влажном, сухом и горячем состояниях Это позволяет вводить в смесь меньшее количество его и воды и тем самым уменьшать влажность смеси.

Ионообменный состав формовочных глин характеризуется емкостью обменных катионов, их качественным и количественным составом. В настоящее время катионный обмен изучен лучше, чем анионный.

Образование сольватных оболочек на поверхности частиц глинистых минералов происходит с такой силой, что молекулы воды, втягиваясь между пакетами, раздвигают их. Поэтому при поглощении воды, как правило, наблюдается некоторое увеличение объема глин — набухание.

На свойства глин большое влияние оказывает содержание коллоидной составляющей, которая определяется способом набухания или измерением высоты столба устойчивой суспензии.

Для литейной практики важнейшим свойством глин и бентонитов является их связующая способность, прямо связанная с величиной удельной поверхности.

Пипетку с закрытым краем опускают так, чтобы отверстие ее оказалось на глубине 10 см. Засасывание суспензии   производят   при открытии   крана  и   разрежении 5883,99 Па,   полученного с помощью   водоструйного   насоса или двух сообщающихся сосудов, находящихся на различных уровнях.

Дисперсность формовочных глин характеризуется размером частиц, их удельной поверхностью, коллоидальностью и связанными с ними набуханием и усадкой, тиксотропностью и тепловыми эффектами.
Размер частиц. Глинистые породы полидисперсны, но отличаются преобладанием тонкодисперсных частиц.

Если в обменном комплексе преобладают одновалентные катионы щелочных металлов Na+ и К+, то такой бентонит называется натриевым. Если же в обменном комплексе преобладают двухвалентные катионы щелочно-земельных металлов Са 2+и Mg2+ , то такой бентонит называется кальциевым. По связующим свойствам лучшим из них является натриевый бентонит.

В связи с этим вода или другие полярные жидкости могут легко проникать в пространство между пакетами, в результате чего происходит расширение кристаллической решетки. При удалении поглощенной воды пакеты сжимаются. Содержание поглощенной воды может доходить до 30%.

Монтмориллонит является основным породообразующим минералом бентонитовых глин (бентонитов). Он имеет химическую формулу Al203-4Si02-mH20. По своей кристаллической структуре монтмориллонит относится к высокодисперсным минералам с разбухающей решеткой, которые способны поглощать влагу.

К качественным характеристикам формовочных глин относятся состав и строение основного породообразующего минерала (химико-минералогическая характеристика), дисперсность (физическая характеристика) и ионообменный состав (химическая характеристика).

Нормы требований по пределу прочности при сжатии во влажном и сухом состояниях и содержанию вредных примесей для бентонитовых глин приведены в табл. 1.9, каолиновых и каолиногидрослюдистых— в табл.1.10 и полиминеральных — в табл. 1.11.

По пределу прочности при сжатии во влажном состоянии формовочные глины делятся на группы, указанные в табл. 1.5. По ГОСТ 3226-77 требования к связующей способности бентонитов исходят из необходимости обеспечить прочность при сжатии смесей для автоматических линий 140—180 кПа, для линий безопочной формовки — 200—220 кПа.

К минеральным связующим материалам сырых формовочных смесей относятся формовочные глины. Они представляют собой осадочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов, способных образовывать с водой пластичный материал, который вместе с зернами кварцевого песка   придает формовочным   смесям   необходимые свойства.

Структура уплотненной смеси при высоких температурах более пористая, испарение происходит быстро. Давление паров в горячей смеси ниже, и испарение происходит более быстро. Вода, имеющая пониженную вязкость, в меньшей степени связана с глиной. В результате происходит более быстрое высыхание поверхности формы.

Под оборотной смесью понимается переработанная, выбитая из опок смесь. В процессе переработки, называемой частичной регенерацией, смесь освобождается от комьев, метал-лических включений и пыли. Кроме того, она подвергается охлаждению.

С учетом содержания вредных примесей, понижающих огнеупорность и противопригарную способность смесей, рекомендуется применять пески следующих классов: для крупного стального литья—1 К, для среднего и мелкого стального, а также для крупного и среднего чугунного литья — 2К, для среднего и мелкого чугунного литья, а также для всего цветного литья — ЗК, для мелкого несложного чугунного и всего цветного литья — 4К.

Повышение требований к качеству отливок требует применения высококачественных песков с низким содержанием глинистой составляющей и вредных примесей. В связи с этим по ГОСТ 2138-74 предусмотрено использование обогащенных песков марок 061 К, 062К, О6ЗК.

Основой широко применяемых в литейном производстве формовочных смесей является кварцевый песок, названный так по главному породообразующему минералу — кварцу. Кварц — соединение кремния с кислородом (Si02), имеющее плотность 2,65 т/м3, температуру плавления 1983 К, твердость по шкале Мооса 5,5—7,0.

С внедрением новых технологических процессов получения отливок из черных и цветных металлов в ряде отраслей машиностроения резко выросла потребность в связующих материалах и смесях, обладающих высокой прочностью, термостойкостью, низкой себестоимостью, недефицитностыо, обеспечивающих хорошие санитарно-гигиенические условия труда и охрану окружающей среды.