Odlewy, ze względu na funkcje, które pełnią, muszą być wykonane z niezwykłą precyzją. Tym, co wpływa na ich kształt i wykonanie pojedynczych elementów są specjalne formy, wykonane z mas formierskich. Jednymi z najpowszechniej wykorzystywanych mas są masy bentonitowe, których cechy i zastosowanie omówimy w poniższym tekście.
W przeszłości pisaliśmy dla Państwa między innymi o masach furanowych (furfulowych) stosowanych w odlewnictwie, będących inną dynamicznie rozwijającą się gałęzią rynku odlewniczego.
Masy formierskie to materiały służące do wytwarzania form i rdzeni odlewniczych. Stały się podstawowym materiałem wyjściowym w odlewnictwie, pozwalającym na usystematyzowanie, przyśpieszenie i zwiększenie jakości procesów produkcji.
Zasadniczymi materiałami formierskimi są piasek i glina o odpowiedniej zawartości wody oraz inne dodatki formierskie, dobrane w odpowiednich proporcjach i przerobione, w celu uzyskania właściwości niezbędnych do wykonania w warunkach produkcyjnych określonych form i odlewów
W odlewnictwie stosuje się kilka rodzajów mas na formy i rdzenie odlewnicze. Są to między innymi:
W wysoce uprzemysłowionych krajach 60 - 85% odlewów ze stopów żelaza wytwarza się w masach formierskich wiązanych bentonitem. Jednym z rodzajów glin formierskich, będących spoiwami osnowy (czyli formierskiego piasku kwarcowego 1K➗4K), są gliny montmorylonitowe, a więc bentonity. To właśnie te gliny mają szerokie zastosowanie w wykonaniu mas formierskich na drobne i średnie odlewy, szczególnie kiedy mowa o odlewniach zmechanizowanych i zautomatyzowanych.
Bentonity cieszą się popularnością ze względu na swoje właściwości, pozwalające na ich szerokie zastosowanie. Do cech bentonitów należą między innymi:
Dzięki temu masy bentonitowe są:
Można spotkać się z poglądem jakoby masy bentonitowe nie były ekologiczne. Jest to jednak pogląd niezupełnie zgodny z rzeczywistością. Dlaczego?
Do stworzenia mas formierskich, poza osnową (piaskiem kwarcowym) i substancją wiążącą (czyli np. bentonitami), wykorzystuje się dodatki specjalne. Przez długi czas powszechnie stosowanym dodatkiem był pył węglowy, z którego pod wpływem temperatury wydziela się węgiel pirolityczny. Ten z kolei tworzy na ziarnach osnowy warstwę niezwilżalną przez ciekły metal. Pozwala to uzyskać mniejsza chropowatość powierzchni oraz zapobiec przypaleniu masy. W tym procesie dochodzi jednak do emisji substancji szkodliwych. Te z kolei pochodzą z rozkładu pyłu węglowego, a ich skład zależy od temperatury stopu odlewniczego.
Dowiedziono jednak, że gdyby całkowicie wyeliminować dodatek pyłu węglowego z mas z bentonitem, stałyby się one najbardziej ekologicznymi w branży odlewniczej. W końcu świetnie nadają się do odświeżania i wykorzystywania w kolejnych obiegach. Co więcej, dzięki ich wydajności zostaje wyeliminowana potrzeba stosowania zbiorników magazynujących masę. Co więcej, zużyta masa formierska z bentonitem jest łatwa do zagospodarowania poza odlewnictwem.
Z tego powodu obecnie zamiast pyłu węglowego stosowane są często zamienniki, jak masa bentonitowa zawierająca nośniki węgla.
Interesujący wydatek opracowały naukowczynie i naukowcy z Centrum Transferu Technologii AGH w Krakowie. Jak mówią:
Przedmiotem wynalazku jest masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym w postaci szungitu, przeznaczona do stosowania w przemyśle odlewniczym, do wytwarzania form i rdzeni, wykorzystywanych następnie do produkcji pełnojakościowych odlewów żeliwnych. Istotą innowacyjności otrzymanej masy jest spełnienie pożądanych przez odlewnie właściwości: otrzymanie pełnowartościowego odlewu, a przy tym cały proces technologiczny, w tym wysokotemperaturowy proces wykonywania odlewu jest przyjazny dla środowiska.
Wg. dr. hab. inż. Artura Bobrowskiego te odkrycie wpływa pozytywnie nie tylko na środowisko i bezpieczeństwo pracy, ale także na ciągłość produkcji odlewów, eliminację wad, ograniczenie nakładów energetycznych na obróbkę wykończeniową i minimalizację strat.
Wadę mas bentonitowych z pewnością stanowi fakt, że temperatura wlewana do wnęki formy ciekłego stopu odlewniczego prowadzi do dezaktywacji bentonitu. Zmniejsza to jej zdolność wiązania i zwiększa osypliwość masy. Bentonit ma stosunkowo niską odporność termiczną, co oznacza, że może ulec rozkładowi w wysokich temperaturach. W przypadku odlewania metali o wysokiej temperaturze, takich jak stal czy żeliwo, może to prowadzić do powstawania wad w odlewach.
W przypadku mas z pyłem węglowym dochodzi również do wspomnianego wcześniej uwalniania zanieczyszczeń, w postaci WWA (wielopierścieniowych wodorów aromatycznych), do atmosfery.
Co więcej, masy bentonitowe cechują się wysoką zawartością wilgoci. Bentonit jest materiałem higroskopijnym, co oznacza, że łatwo absorbuje wilgoć z powietrza. Wysoka zawartość wilgoci w masie bentonitowej może prowadzić do powstawania wad powierzchniowych na odlewach, takich jak pęcherze czy wytrącenia.
Warto też pamiętać, że masy bentonitowe mają niską wytrzymałość mechaniczną, co oznacza, że mogą ulec odkształceniom podczas procesu formowania odlewu.
Masy bentonitowe nie bez powodu są jednymi z najczęściej stosowanych w odlewnictwie żeliwa mas formierskich. W końcu są wydajne i ekonomiczne, a wykonane z ich wykorzystaniem formy precyzyjne i solidne. Chociaż aspekt ekologiczny zdecydowanie pozostawiał przez długi czas wiele do życzenia, obecnie dąży się do całkowitej neutralizacji skutków ubocznych wykorzystywania tych mas formierskich.
