Виготовлення ливарної гіпсодинасової форми, АРТконсервація
Після виготовлення модельних блоків розпочинають виготовлення ливарної форми. Для лиття ювелірних виробів та виробів з мідно-нікелевих сплавів з температурою заливки не більше 1200-1250°С широкого поширення набули суміші з гіпсом як сполучний.
Використання «чистого» гіпсу неприпустимо в основному через низьку вогнетривкість, схильність до утворення тріщин при сушінні і прожарюванні, щодо високої міцності після заливання форми металом. Причини цього полягають у наступному. Гіпс (грец. gypos - крейда, гіпс) - мінерал класу сульфатів Ca[SO4] • 2 Н2О. Кристалічна структура його типово шарувата: аніонні групи [SO4] 2- пов'язані іонами Са 2+ утворюють шари, між якими розміщуються молекули Н2О. Площина спайності гіпсу проходить між шарами води, що визначає його відносно низьку міцність у вихідному стані. Гіпс частково розчиняється у воді; найбільший рівень його розчинності при 38°С; вище 107 ° С розчинність гіпсу у воді зменшується. Слід зазначити, що за 80—90°З гіпсу виділяється кілька води; при 140°С він частково переходить у напівгідрат Ca[SO4] • 0,5 Н2О, а при 140-220° повністю втрачає воду - утворюється ангідрит (ан - не, без, і гідро - вода), тобто в на відміну від гіпсу, немає води. Процес перетворення гіпсу в ангідрит супроводжується зменшенням обсягу матеріалу на 30%, у результаті у формі з'являються тріщини. При 450 ° С утворюється "мертвий гіпс", який втратив здатність оборотно твердіти під впливом води. При температурі більше 750 ° С утворюється естріх-гіпс, який і дав найменування естрих-процесу - лиття в гіпсодіасові форми.
Таким чином, вихідною сировиною для гіпсових форм є напівводний сульфат кальцію Ca[SO4] • 0,5Н2О - алебастр 21 . Його отримують при гідротермальній обробці гіпсового каменю насиченою водяною парою в автоклавах (високоміцний гіпс, а-напівгідрат) та у відкритих судинах (будівельний гіпс, β-напівгідрат).
При змішуванні напівгідрату, практично також званого гіпсом, з водою протікає реакція
з'являються кристали гіпсу голкоподібної форми. Вони зростаються і утворюють тверду масу, що приймає контури тієї форми, в якій знаходилася суспензія сульфату напівводного кальцію.
Міцність гіпсу визначається ступенем зчеплення кристалів, їх формою та розмірами. Так, гіпс а-модифікації має сплутано-волокнисту структуру, щільну упаковку з незначною кількістю пор та капілярів. Саме тому а-модифікація напівводного сульфату кальцію вимагає меншої кількості (34-45%) води при приготуванні суспензії при однаковій з β-модифікацією пластичністю. У той же час, β-модифікація гіпсу має сильно розвинену поверхню, що перешкоджає повному перетворенню напівводної β-модифікації на дигідрат (гіпс). Міцність суспензії поступово збільшується з кристалізації, досягаючи максимального значення приблизно через добу від початку приготування. Саме тому гіпсові форми не можна відразу після затвердіння піддавати тепловій (як і будь-якій іншій) сушінню і прожарюванню, так як це призведе до зменшення міцності і пластичності форми.
Недоліки форми, приготованої на основі одного гіпсу, можна компенсувати, наприклад, добавкою кварцу. Кварц (SiO2) при нагріванні зазнає ряду поліморфних перетворень. Діаграма стійкості різних модифікацій SiO2 наведено на рис. 243. Тридиміт (грецьк. тридимос — потрійний, оскільки зустрічається у вигляді будовених кристалів) має дві модифікації — β та γ; кристобаліт (по місцевості Сан-Крістобальв Мексиці) - модифікації а та β. Зазначені на діаграмі перетворення (при нагріванні) супроводжуються збільшенням обсягу. Щоб компенсувати усадку гіпсу при втраті води, необхідно на одну його частину додати приблизно чотири частини меленого кварцу (кварцове борошно, маршаліт). Однак більшого поширення набула добавка динасу - подрібненого обпаленого кварцу (60-70% тридиміту, 20-30% кристобаліту і 3-6% кварцу). Найбільший позитивний вплив має кристобаліт, який при 80-300 ° С компенсує усадку гіпсу.
На міцність гипсодинасовой суміші значно впливає водомасове співвідношення (В/М), тобто. кількість води на 1 кг сухої суміші (л/кг). Вплив В/М на пенетрацію, газопроникність та обсипаність наведено на рис. 244-246.
Мал. 243. Діаграма стійкості різних модифікацій SiO2
Тривалість затвердіння та в'язкість суспензії регулюється величиною її рН. Наприклад, в момент тх, за даними роботи [2], в'язкість суспензії
де рН - поточна основність (рН 7) або кислотність (рН 3 ), розраховують кількість формувальної маси і води. При змішуванні масу додають у воду (не навпаки!). У разі використання вітчизняної формувальної маси воду підкислюють ортофосфорною, соляною кислотами, бурою або борною кислотою (для регулювання тривалості затвердіння). Після перемішування (1 - 2 хв) суспензію необхідно піддати вакуумуванню протягом 2-3 хв при залишковому тиску 2-5 кПа, далі залити суспензію в опоку, не допускаючи замішування повітря. Після цього форму вакуумують з вібрацією по двох-трьох напрямках при залишковому тиску 5-10 кПа протягом 3-5 хв. Рівень суспензії при вакуумуванні піднімається (під дією газів, що виділяються) і утримується від виливання нарощеною частиною опоки. Якщо під часзаливки суспензії вакуумування йде через бічні отвори опоки, пластикова плівка оберігає суспензію від витікання через вентиляційні отвори.
Мал. 244. Залежність максимального навантаження при вдавлюванні конуса в кристобалітно-гіпсових сумішах від водомасового співвідношення В/М: 1 - суміш К-90; 2 - суміш "SUPER CAST"; 3 - суміш "SATIN CAST" (усі виробництва США)
Мал. 245. Залежність відносної газопроникності До кристобалітно-гіпсових сумішей від В/М після прожарювання при 800°С (позначення на рис. 244)
Мал. 246. Залежність обсипаності від водомасового співвідношення прожарених при 800°З зразків (позначення на рис. 244)
Мал. 247. Залежність коефіцієнта в'язкості µ кремнеземисто-гіпсових сумішей від рН суспензії: 1 - суміш К-90, рН = 2,6 ÷ 2,8; 2 - суміш «SUPER CAST», рН = 6,65 ÷ 6,85; 3 - суміш "SATIN CAST", рН = 0,4 ÷ 5,6
Визначити плинність суспензії можна способом Суттарда. Для цього циліндр з внутрішнім діаметром 50 мм і висотою 100 мм ставлять на рівну горизонтальну пластину розмірами не менше 250x250 мм. У нього заливають суспензію і через 240 с (після введення гіпсодинасової суміші у воду) циліндр різко піднімають. Суспензія розтікається пластиною. Якщо діаметр «коржика», що утворився, більше 120 мм, то суспензія за плинністю вважається придатною до роботи. Далі продовжують стежити за поведінкою «коржика». За часом зникнення водної плівки (помутніння поверхні) від початку приготування суспензії (зачинення гіпсу) визначають поріг затвердіння (він має становити 10— 30 хв). Усадку та тріщиноутворення перевіряють за наявності зазору між опокою і формою та утворення тріщин в останній після добового вив'ялення при 18-22°С. Після затвердіння формувальна маса має бути витримана 12-16 год(залежно від її марки) на повітрі при 20-25 ° С і вологості 40-60%.
21 Насправді алебастром називають технічний полугидрат сульфату кальцію, тобто. ангідрит із підвищеною кількістю домішок.