Sand-Sodium-Silicate Mixtures Structured in Steam-Microwave Environment Effective Values of Thermo-Physical Properties

Abstract

Purpose. Sand-sodium-silicate mixtures, structured by steam-microwave solidifi cation, thermo-physical properties integraleff ective values during Al-Mg alloy and graphite cast iron pouring determination. Sand-sodium-silicate mixture apparent density changing according to quartz sand, cladded with sodium silicate solute, fractional composition and its infl uence on BrA9Zh3L bronze microstructure establishment. Methodology. Quartz sand with 0.23 mm average particle size, sodium silicate solute, aluminum alloy with 8.5 % Mg, fl ake graphite cast iron SCh200 (DSTU 8833:2019), bronze BrA9Zh3L (GOST 493-79) were used. Mixtures structuring was carried out in 700 W magnetron power microwave furnace. Sand-sodium-silicate mixture thermo-physical properties integral-eff ective values were calculated by G. A. Anisovich method, using castings results and molds thermography. Structured mixtures apparent density was determined on samples 50 120 mm dimension. Metallographic studies were realized using Neophot-21 optical microscope. Findings. It was found that with sodium silicate solute, used for sand cladding, amount increasing from 0.5 to 3 % mold material apparent density decreases and thermal activity lowers. This leads to castings grains size increasing. Mixture sodium silicate solute content was recommended limiting 1.5 % for fi ne-grained microstructure castings obtaining and cladded sand using, which particles pass through mesh side less 0.315 mm sieve. Sands with sodium silicate solute content more than 1.5 %, which don’t pass through sieve 0.4 mm mesh side, were recommended as casting molds heat-insulating material using. Originality. For the fi rst time, when aluminum-magnesium alloy and graphite cast iron pouring, quartz sand cladded with sodium silicate solute in amount from 0.5 to 3.0 % (weight, over 100 % quartz sand), steam-microwave radiation structured, thermo-physical properties integral-eff ective values were determined. Practical value. Data obtained using will improve castings solidifi cation time and rate analytical calculations accuracy, forecast level and residual stresses sign in them, shrinkage defects locations. This will reduce casting technology developing time and costs and castings manufacturability.

Мета. Визначити інтегрально-ефективні значення теплофізичних властивостей піщано-рідкоскляних сумішей, структурованих способом паро-мікрохвильового затвердіння, при заливці в них сплаву Аl-Мg і сірого чавуну. Встановити закономірність зміни уявної щільності піщано-рідкоскляної суміші від фракційного складу кварцового піску, плакованого рідким склом, і його вплив на мікроструктуру бронзи БрА9Ж3Л. Методика. У дослідженнях використовували кварцовий пісок із середнім розміром частинок 0,23 мм; натрієве рідке скло; сплав алюмінію з 8,5 % Mg, сірий чавун СЧ 200 (ДСТУ 8833:2019), бронзу БрА9Ж3Л (ГОСТ 493-79). Структурування сумішей проводили в мікрохвильовій печі з потужністю магнетрона 700 Вт. Інтегрально-ефективні значення теплофізичних властивостей піщано-рідкоскляної суміші розраховували за методикою Г. А. Анісовича, використовуючи результати термографування виливків і їх ливарних форм. Уявну щільність структурованих сумішей визначали на зразках 50  120 мм. Металографічні дослідження проводили на оптичному мікроскопі Nеорhоt-21. Результати. Встановлено, що збільшення кількості рідкого скла від 0,5 до 3 % (за масою, понад 100 % піску), що використовують для плакування кварцового піску, знижує уявну щільність матеріалу форми та зменшує її теплову активність, що, відповідно, призводить до збільшення розміру мікрозерен у виливку. Рекомендовано для отримання виливків із дрібнозернистою мікроструктурою вміст рідкого скла в суміші обмежити 1,5 % (за масою, понад 100 % піску) і при цьому використовувати плакований пісок, частинки якого проходять через сито зі стороною осередки до 0,315 мм. Піски із вмістом рідкого скла більше 1,5 % (за масою, понад 100 % піску), що не проходять через сито зі стороною осередки 0,4 мм, рекомендовано використовувати в якості теплоізоляційного матеріалу ливарних форм. Наукова новизна. Вперше при заливці алюмінієвомагнієвого сплаву й сірого чавуну визначені інтегральноефективні значення теплофізичних властивостей кварцового піску, плакованого рідким склом у кількості від 0,5 до 3,0 % (за масою, понад 100 % піску) і структурованого в паро-мікрохвильовому середовищі. Практична значимість. Використання отриманих даних дозволить підвищити точність аналітичних розрахунків часу та швидкості затвердіння виливків, прогнозу рівня й знака в них залишкових напружень, місць розташування усадкових дефектів, що скоротить час і витрати на відпрацювання технології лиття та технологічності виливків.