CO2-sodyum silikat bağlı kum sistemlerine etki eden parametrelerin incelenip maça ve kalıp özelliklerinin geliştirilmesi

Abstract

- I' - ÖZET Fizik, kimya, metalürji ve seramik bilimlerinin döküm prob lemlerine uygulanmasıyla döküm endüstrisinde meydana gelen hızlı ilerlemeden payını alan CO 2-sodyum silikat yöntemine etki eden parametreler incelenerek `basma mukavemeti, yüksek sıcaklık ve bek letme` özellikleri geliştirilmiştir. Ekonomik olarak daha verimli çalışmak amacıyla 2,0-3,0 ara lığında her modül için yapılabilir en yüksek özgül ağırlıktaki o ( Be') cam sularının farklı oranları ile 4 8 AF S tane nolu silis kumundan yapılan karışımlardan standart numuneler hazırlanmış ve hesaplanan teorik gaz verme sürelerinin katları kadar sürelerde 10 lt/dak. gaz verme debisi ile CO gazı verilmiştir. CO -sodyum silikat yönteminin özelliklerinin belirlenmesi için, basma ve kuru basma mukavemetleri, sıcak mukavemet, kalı cı mukavemet, termal genleşme ve bekletme deneyleri yapılmıştır. Yöntemin sorunu olan kalıcı mukavemetin yüksekliği, bağlayıcı miktarının optimum seçilmesi ve uygun katkı malzemeleri ile dü şürülmüştür. CO -sodyum silikat sisteminde sertleşme, kum taneleri ara sında silikajel `SiO JCHpO` meydana gelmesiyle oluşmaktadır. Sert leşme mekanizmasını fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar meydana getirir. Kimyasal reaksiyon orta derecede ekzo termiktir, halbuki fiziksel reaksiyon az derecede endotermiktir. (42).Yüksek dere cede bazik olan kum-sodyum silikat karışımları gaz verme sıra - smda kuru CO- tarafından dehidratlaştırılır. Dehidrasyonla bi*~ likte sodyum silikat filminin vizkozitesi artar, aşırı gaz vet * - diğinde sodyum bikarbonat meydana gelmesiyle, taneler arasındaki bağ köprüsü asidikleşir ve bağlanmayı oluşturan dehidrasyon aza lır, mukavemet düşer, kırılganlık artar.- II - Düşük modüllü (SiO 2/Na20=2,0) cam suyunun miktarı % 3 den 6 'ya arttıkça küm tanelerini saran cam suyu film kalınlaşması sonucu, 15 dak.gibi kısa bir sürede sertleşme reaksiyonu tamamla namadığından basma mukavemetinin düştüğü gösterilmiştir.Cam su- 2 yu modülü 2,0 den 2,8 'e arttığında basma mukavemeti 28 N/cm 'den 2 66 N/cm arttığı belirlenmiştir. Kum tanelerini saran cam suyu filminin reaksiyona girmesi için yeterli süre ve sıcaklık sağlandığında, cam suyu oranı arttıkça kuru basma mukavemetinin arttığı gözlenmiştir. Bilhas sa bu etkinin daha belirgin olduğu düşük (2.0) modüllü cam suyu kullanıldığında cam suyu oranı % 3 den % 6 ya arttığında kuru 2 2 basma mukavemetinin 300 N/cm den 810 N/cm ye arttığı gözlen miştir. `SiO /Nao0` oranı 2,0 den 2,8 'e arttıkça aşırı dehidras- 2 2 yon sebebiyle kuru basma mukavemetleri 810 N/cm den 282 N/cm ye düştüğü ve aşırı gaz vermeden dolayı NaHCO- oluşması sebebi ile kuru basma mukavemetinin azaldığı gözlenmiştir. Aynı miktar bağ oluşturacak şekilde optimum cam suyu. o- ranları ile çalışılarak hazırlanmış standart numunelerin, sı cak basma mukavemetleri 700 C den 1100 C'ye kadar farklı sı caklık ve tutma sürelerinde sistematik olarak ilk defa ince - lenmiştir. Optimum cam suyu kullanılarak hazırlanan numunelerin ka lıcı mukavemetlerinin, sıcaklığın 700 C den 1100 C ye artması 2 2 ile 73 N/cm den 110 N/cm ye arttığı ve cam suyu modülü 2 2 2^0 den 2,8 'e arttıkça kalıcı mukavemetin 110 N/cm den 35 N/cm ye düştüğü gözlenmiştir. Sıcaklık 700°C den 1100°C ye yükseldikçe % 1,12 den % 3,02 ye artan termal genleşmenin, cam suyu modülü 2,0 den 2,8' e arttıkça % 3,02 den % 0798'e düştüğü^ tespit edilmiştir.- ııı - Sıcak yırtılmaya yol açan termal genleşmeyi azaltmak için `dekstrin çözeltisi+zift` ilavesinin etkisi sistematik olarak incelenmiştir, 2,0 modüllü Gam suyu ile hazırlanan numunelerin 1100 C deki termal genleşmeleri `%1 dekstrin çözeltisii-%1 zift` ilavesi ile % 3,02 den % 1,02 ye düşürülmüştür. Bekletme süreleri arttıkça sertleşme reaksiyonları tamam landığından basma mukavemetlerinin önce arttığı, daha sonra aşırı dehidrasyon sebebiyle azaldığı gözlenmiştir. Cam suyu modülü 2,0 den 2,8'e arttıkça ağırlık kaybı % 0,24 ten % 0.9'a 2 arttığından bekletme sonu basma mukavemeti 140 N/cm den 2 25 N/cm 'e düştüğü ölçülmüştür. Bekletme özelliklerine dekstrin ilavesinin etkisi sistematik olarak incelenmiş, % 1 dekstrin çözeltisi ilavesine kadar, numunelerin nem kaybı azaldığından 2 basma mukavemetlerinin 200 N/cm ye arttığı, daha fazla dekstrin ilavesinde nem kaybı arttığından basma mukavemetinin azaldığı bulunmuştur. Dağılabilirliği arttırmak için dekstrin ve zift ilavele rinin kalıcı mukavemete etkisi yine sistematik olarak ince - lenmiş, `%0,5 zifti%0,5 dekstrin çözeltisi` ilavesi ile kalı- 2 2 cı mukavemetin 295 N/cm den 55 N/cm ye azaltılması sağlan mıştır. Kalıcı mukavemete inorganik ilavelerin etkileri ince- 2 lenmiş %1 AI?0 ilavesi ile kalıcı mukavemetin 65 N/cm 'ye kadar düşürülmesi sağlanmıştır. Farklı modüllü cam sularının kullanıldığı ` kum ^ cam suyu` sistemlerinde işlem parametreleri detaylı olarak incelenmiş ve optimum çalışma şartları tesbit edilmiştir.

-IV - THE INVESTIGATION OF THE -PARAMETERS EFFECTING THE MOLD AND GORE MADE OF COo-SODIUM SILICATE BONDED SANDS FOR IMPROVING THE PROPERTIES Having applied the sciences of physics, chemistry, metallurgy and ceramics to the foundry problems, foundry industry has advanced further in the last decade. This progress has done the striking effect upon the technology of sodium-silicate foundry binders. The chemistry of the CO -sodium silicate process for bonding foundry sand was investigated with particular emphasis given to the composition of the sodium silicate, CO- utilization, additives and holding time and tempera-. ture. The materials used for investigation were commercial grades of sodium silicate solution which has chemical com position listed in Table 3.2, silica with screen distribu tion listed in Table 3.1. The equipments used are shown in Figure 3.1. The as gassed mechanical properties for mixtures composed of AF$ GFJN 48 sand bonded with 3% '- 6% sodium silicate and with various degrees of C02 gassing are shown- v - in Table 4.2 - 4.13. A CO flow rate of 10 lt/min was used throughout the work. When CO _ was passed through sand bonded with sodium silicate, it was found that both chemical and physical reactions occur concurrently. Low flow rates favor the che mical reaction while high flow rates dehydration reaction. CO 2 gassing helps to dehydrate the amorphous silicate hydrogel, binder bridges. The silica hydrogel consist of network of colloidal particles. The viscosity of the sodium silicate film is increased with dehydration and silicic acid is formed. If gassing continues a point where overgassing will occur with the formation of sodium bicarbonate is reached the bond becomes acidic and dehydrated to the point where the binding characteristics are diminished. The maximum compressive strength of a sand mixture, obtained by the C02 reaction was shown to be dependent on the factors which were the percentage and composition of Sodium silicate sand grain size distribution, loss of the moisture after mixing, gassing time» It was demonstrated that the compressive strength decreases, since the thickness of sodium silicate film surrounding around sand increases as the amount of sodium silicate increases from 3% to 6% within 15 minutes the hardening reaction attained the completion. It was found that as the SiO /Nao0 ratio increases from 2,0 to 2,8, 2 the compression strength increases from 28 N/cm to 2 ' 66 N/cm.- VI - When sand samples were dried for period of 30 minutes at the temperature of 110 C. The dry compressive strength has been found to be the composition and the percentage of the sodium silicate and the C02 gassing time. The dry compressive strength has been shown to decrease from 810 N/cm to 282 N/cm because of overdehydration and the formation of NaHC03 due to overgassing as Si02/Na20 ratio increase from 2,0 to 2,8. The hot compressive strengths of sodium silicate bonded sand for a range of temperatures has been determined, for various holding time, after having been attained the same bonding condition by using optimum sodium- silicate. The hot compressive strengths at 70O°C of the sand bonded with sodium silicate which have SiO /NaJ) ratio 2,0 have been 2 2 found to increase from 184 N/cm to 302 N/cm as holding time increases from 60 seconds to 120 seconds, then to decrease up 15 minutes. 2 decrease up to 17 N/cm as holding time increases up to The retained strength of the mixtures prepared by using optimum sodium silicate was found to increase from 2 2 73 N/cm to 110 N/cm as the `temperature increases from 700° C to 1100° C and decrease from 110 N/cm to 35 N/cm as the Si02/NaJO ratio increases from 2,0 to 2,8. The compressive strength of sodium silicate bonded sand that was allowed to air dry after gassing was found to be dependent on the percentage and composition of base silicate used and gassing time, mixing condition.- VII - It was shown that as the storage duration increases the physical reaction reaches the completion, in the beginning the compressive strength increases, then decreases due to overdehydration. It was found that the compressive 2 strength at the end of storage decrease from 140 N/cm to 2 25 N/cm as the SiO /NaJ) ratio increases from 2,0 to 2,8 because of the fact the weight loss increases from 0,24 % to 0,9 %. The effect of dextrin addition on the storage proper ties of the CO 2 sand has been systematically investigated. Since the moisture loss of the sample decreases up to 1% dextrin solution addition, the compressive strength 2 increases to 200 N/cm, as the addition of the dextrin increases the compression strength decreases due to in crease of the moisture loss* The thermal expansion has been determined to in crease from I, 12 % to 3,02 % as the temperature increases from 700° C to 1100° C and to decrease from 3,02 % to 0,98 % as Si02/NaJ), ratio increases from 2,0 to 2,8. In order to decrease the thermal expansion leading to hot tearing, the effect of the addition of dextrin and pitch was systematically investigated. Thermal expansion was shown to decrease to the value of 1,02 % by addition of 1 % dextrin solution and 1 % pitch.- vııı - The optimum working condition were determined having evaluated the effect of parameters in the sand-sodivm silicate systems.