Способ изготовления керамических форм по постоянным моделям и суспензия для изготовления керамических форм по постоянным моделям

 

1. Способ изготовления керамических форм по постоянным моделям, включающий приготовление гидролизованного раствора этилсиликата, введение в него наполнителя на основе окиси кремния, ввдение в суспензию аминного гелеобразователя, перемешиванию суспензии и заливку ее в мо- , дельную оснастку, отверждение суспензии , удаление из формы летучих веществ путем обработки ее в горячей йоде, последующую прокалку форм, отличающийся тем, что. С целью снижения короблениякерамичёскнх форм и повышения качества отливок за счет улучшения их чистоты поверхиости и точности, после приготовления гидролизованного раствора этилсиликата в него вводят водорастворимую смолу пиролиза древесины оксизан - упаренный концентрат, пoлy Ieнньй при экстракции древесной смолы, а удаление из формы летучих веществ осуществляют в горячей подкисленной до рН 2-4 воде в течение 2-6 ч 2. Суспензия для изготовления керамических фop по постоянным моделям, включающая гидрализованный раствор этилсиликата., аминньш гелеобразователь , техиологическую добавку в виде водорастворимой смолы и огнеупорный наполнитель на основе окиси кремния, отличающаяся )i9ES9Udi тем, что, с целью снижения коробле-. ния караьшческих форм п повьш1ения качества отлнвок за счет повьшгения газопроницаемости форм, в качестве водорастворимой смолы суспензия 00 О9 содеришт смолу пиролиза древесины Оксизан - упаренный концентрат, полученный при экстракции древесной смолы, при следующем соотношении ин-гредиентов , мас.%: Гидролизованньш раст-, вор этилсиликата 14,0-19,0 Аминный гелеобразователь1 ,66-2,5 Указанная смола 5,0-10,0 Огнеупорный наполнитель на основе окиси кремния Остапьное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) В 22 C 9 Oli

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕП=ИИЯ

Н ABTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1, 66-2, 5

5,0-10,0

Остальное окиси кремния

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3474471/22-02 (22) 22.07.82 (46) 15.06.84. Бюл. II - 22 (72) Б.И. Уваров, Н.А. Кашуба, Г.А. Аиисович и Т.А. Уварова (71) Могилевское отделение Физикотехнического института AH БССР и

Минский тракторный завод (53) 621.744.3:621.742.4(088.8) (56) 1. Иванов В.Н., Зарецкая Г,N.

Литье в керамические формы по постоянным моделям. М., "Машиностроение", 1975, с. 6-9, 68-81.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 282608, кл. В 22 С 9/04, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 692667, кл. В 22 С 9/04, 1977.

4. Авторское свидетельство СССР

В 876255, кл. В 22 С 1/20, 1980.

5. Иванов В.Н., Зарецкая Г.М.

Литье в керамические формы по постоянным моделям. N., Машиностроение", 1975 с. 58-69. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ ПО ПОСТОЯННЦИ МОДЕЛЯМ И

СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМНЧЕСКИХ ФОРМ ПО ПОСТОЯННЫМ МОДЕЛЯМ, (57) 1. Способ изготовления керамических форм по постоянным моделям, включающий приготовление гидролизованного раствора этилсиликата, введение в него наполнителя на основе окиси кремния, ввдение в суспензию аминного гелеобразователя, перемешиванию суспензии и заливку ее в модельную оснастку, отверждение суспенэии, удаление из формы летучих веществ путем обработки ее в горячей воде, последующую прокалку форм, отличающийся тем, что, „„SU„„>МЛЗЗ с целью снижения коробления керамических форм и повышения качества отливок за счет улучшения их чистоты поверхности и точности, после приго- товления гидролизованного раствора этилсиликата в Лего вводят водорастворимую смолу пиролиза древесины

"оксизан" — упаренный концентрат, полученный при зкстракции древесной смолы, а удаление из формы летучих веществ осуществляют в горячей подкисленной до рН 2-4 воде в течение

2-6 ч.. 2, Суспензия для изготовления керамических форм по постоянным моделям, включающая гидролизованный раствор этилсиликата, аминный гелеобразователь, технологическую добавку С® в виде водорастворимой смолы и огнеупорный наполнитель на основе окиси кремния, отличающаяся МЙ тем, что, с целью снижения коробле-, ния керамических форм и повьш ения качества отливок за счет повышения газопроницаемостп форм, в каче- . р стве водорастворимой смолы суспензия © содержит смолу пиролиза древесины Оксизан" — упаренный концентрат, полученный при экстракции древесной смолы, при следующем соотношении ин-.. гредиентов, мас.Е:

Гидролизованный раствор этилсиликата 14,0-19,0

Аминный гелеобразователь

Указанная смола

Огнеупорный наполнитель на основе

1697433

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам

„изготовления керамических форм по постоянным моделям.

Известен способ изготовления керамических форм по постоянным моделям, включаощий приготовление суспенэии на гидролиэованном растворе этилсиликата с огнеупорным наполнителем, введение гелеобразователя, заливку суспензии в модельную оснастку, от.верждение суспензии, выем из оснастки отвержденной формы, выжигание летучих составля1ощих и последующую прокалку формы при температуре

900оС P3) .

Недостатками известного способа являются коробление форм при выжи. гании из нее:летучих составляющих, что снижает чистоту поверхности и точность отливок. Кроме, того, известный способ позволяет получать керамические формы с газопроницаемостью не более 32 ед., но преимущественно 3,3-6,8 ед., и невысокую прочность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изоб1эетепию. является способ, включающий приготовление связующего на гндролизованном этилсиликате, введение в него Огнеупорного наполнителя на основе окиси кремния, затем гелеобраэователя, перемешивание суспензин, заливку ее в модельную

Оснастку, Отверждение формы, съем с модели, удаление летучих составляющих формы пугем обработки (выпаривания) форм в горячей воде при температуре не ниже 95 С и последующую

-о прокалку форм (21.

Этим достигается снижение склонности керамических форм к грубому растрескиванию, коробпению, но не исключение этих недостатков. Кроме того, данный способ не обеспечивает пОлучепне форм с достатОчнОй технО логической прочностью и газопроннцаемостью, Целью изобретения является снижение коробления керамических форм и повьш ение качества отливок за счет улучшения их чистоты поверхности и точности.

Поставленная цель достигается т M> что с<эгласно спОсобу изготовления керамических форм по постоянным моделям, включающему приготоп5

f6

Щ ление гидролиэованного раствора этилсиликата, введение в него наполнителя па основе окиси кремния, введение в суспензию аминного гелеобразователя, перемешивание суспензии и заливку ее в модельную оснаст" ку, отверждение суспенэии, съем формы с модельной оснастки, удаление из формы летучих веществ путем обработки ее в горячей воде и прокалку форм, после приготовления гидролизованного раствора этилсиликата в него. вводят водорастворимую смолу пиролиза древесины "оксизан" упаренный концентрат, полученный при зкстракции древесной смолы в энергохимических установках, а удаление из формы летучих веществ осуществляют в горячей подкисленной до рН 2 4 воде в течение 2 6 ч. Известна огнеупорная суспензия для изготовления форм на этилсиликатном связующем, содержащая органическую выгорающую порошкообраэную добавку на основе парафина и синтетического церезина в количе- стве 0,08-2,8У., повьш ающую гаэопроннцаемость керамики после выжигания летучих составляющих и прокаливачия формы (3) .

Формы из известной суспензии изготавливаются по известному, способу 1) с вьвкиганием летучих составляющих нз отвержденной формы.

Однако повышение газопроницаемости форм эа счет введения выгорающих органических добавок, входящих в состав суспензии, приводит к повьпкенному трещннообраэованию форм, так как в результате выгорании органических добавок образуются большие обbBh9>1 газов, E070I)bIE! p8cH5IpHHcb при нагревании, образуют значительные внутренние напряжения, приводящие к образованию и росту трещин, снижению прочности форм, Иэ-за неравномерного выгорания и разложения технологических добавок, повышающих газопроницаемость, в результате неравномерного доступа воздуха к поверхности формы, особенно при наличии глубоких полостей,образуются раэнонапряженные участки, не выдер>хивающие деформаций, и в результате этого происходит растрескивание и коробление керамических форм ц потеря их геометрической точности.

3 1097433 4

Известна суспензия на этилсили- не будут иметь места если техноло1

> у катном связующем, в которой исполь- гическая добавка, повышающая газозуется добавка водонерастворимой проницаемость керамических форм, смолы древесной хододного отвержде- будет удаляться из форлаi или стерж-, ния (СДХО) в количестве 7-8Х, бла- 5 ня плавно, не образуя внутренних годаря чему достигается значительное напряжений в объеме формы. Такого упрочнение форм (4) . удаления технологической добавки

Однако недостатком извесгнай нельзя достичь вьпкиганием летучих суспензии является низкая газопрони- составляющих, а возможно лишь цаемость и коробление форм при выжи- t0 путем медленного их растворения в гании летучих составляющих. определенном растворителе, при отНаиболее близкой к предлагаемой сутствип активного взаимодействия является суспензия на.этилснликатном технологической добавки с растворисвязующем на основе кварцевого на- телем, приводящего к изменению полнителя с добавкой водорастворимой 15 объема форм. органической смолы 11Ф-17 в количест- Дня проведения испытаний готовиве 0,75-3,0Х. (5j . Эта добавка вводит- . ли суспеизии с содержанием технолося в типовые этилсиликатные связующие гической добавки "оксизан" повышаюУ с гелеобразователем для получения щей прочность и газопроницаемость крупных отливок с целью повьппения 2О керамических форм,в количестве прочности и газопроницаемости кера- 2,5; 5; 7,5; 10; 12,5 мас.X. В камических форм. честве растворителя, в котором обра"

Однако известная суспензия не батывалась отверждепная форма исЭ .обеспечивает получение керамических пользовали горячую воду. Установлено, форм без коробления, что снижает 25 что при повьппении температуры воды качество отливок (чистоту и геомет- . более 60 С процесс удаления растворирию} . мой технологической добавки из кеЦелью изобретения является сниже- рамической формы заметно ускорялся. ние коробления керамических форм и Ускорение процесса удаления "оксиповышение качества отливок за счет щб зана" достигалась прфу использовании повьппеиия газопроницаемости форм. подкисленной воды с величиной водоУказанная цель достигается тем, растворимого показателя рН 2-4. При что суспензия для изготовления кера- неремешивании растворителя в котоУ мических форм по постоянным моделям, ром находится форма, процесс еще включающая гидролизованный раствор более активизируется так как при

S этилсиликата, аминный гелеобразова- этом увеличивается коэффициент дифтель, технологическую добавку в виде фузнп технологической добавки из водорастворимой,органической смолы форлы в растворитель в результате и огнеупорный наполнитель на основе увеличения разности концентраций окиси кремния, в качестве водораст- 4О на границе форма — растворитель. воримой смолы содержит смолу пиролиsa древесины "оксизан — упаренный концентрат, полученный при экстракной л1ешалкп вливается связующее — . ции древесной смолы, при следующем гидролизаванный аство эти сил— соотношении и редиентов, мас.Z» ката и всдорастворимая техиологичесГидролизованный раствор

45 хая добавка — связующее "оксизан" илсиликата 14 0»19 0 Р с е ньиве количес вах. ПРи вве. дении технологической добавки она частично замещает гидролизованный

Упомянутая смо а л 5 0- 10 0

Э Э

50 во жидкой фазы в суспензии остается постоянным при введении любого нитель на основе окиси кремния

B табл. 1 представлены физико-механические показатели смолы "оксиз н" за н

55 пылевидный кварц ПК-2 непрокалеиный в соотношении 1:2, Отношение

Вышеуказанные недостатки извест- жидкой составляющей суспензии к ного способа и иэвестиои суспензии

1097433 наполнения) равно 1:3. Дпя приготовления связующего использовался этилсиликат 32 (IA>75 6-02-415-61) .

После введения всех компонентов суспенэии вводят гелеобразователь 5

40 -ный раствор триэтаноламина (ТУ 6-09-2442-72), сусиензию перемешивают 30 с и выливают в приготовленную модельную ° оснастку. Через 3-5 мин происходит отверждение 10 сусиензии.

Формы или образцы удаляют иэ оснастки и погружают в горячую воду, в которой происходит удаление летучих составляющих форм. При этом реак- 15 ция гидролиза зтилсипиката протекает более полно с образованием кремниевой кислоты, которая вследствие высокой дисперсности реагирует с введенной в суслензию водораствори- 20 мой смолОЙ Оксиэан

Одновременно происходит процесс растворения в горячей воде остаточной части смолы "оксизан", не вступившей в химическую реакцию с этил- 25 силикатом. Растворение смолы можно наблюдать ло изменению цвета воды с прозрачного на коричневый. Процесс растворения смолы "оксизаH зависит от толщины стенки формы, степени щ наполнения суспенэии огнеупорными составляющими, количества самой добавки, температуры и рН воды и составляет 2-6 ч.

Смола образует на зернах огнеупорного наполнителя тонкую пленку связующего, которая после растворения в горячей иокислеиной воде образует равномерно распределенные

ПОры и каналы что привОдит к ИОВЫ щ шению газопроницаемости.

В табл. 2 представлены составы испытанных суспенэий.

Физико-механические свойства ке,рамики, полученной с использованием испытанных суспенэий, представлены в табл, 3 °

Испытания прочности проводили на разрывной машине PM-30. Оптимальное количество смолы "оксиэан" БО в суспензии при изготовлении керамических форм находится в пределах

5-10 мас. (составы 9 2,3,4). Введение "оксиэана" менее 5 мас.й даже при длительности обработки формы 55 более 24 ч не дает воэможности получить гаэопроницаемость выше 5-7 ед.

Введение добавки "Оксиэан" более

10 мас. приводит к значительному снижению прочности формы после обработки в горячей подкисленной воде.

Определение гаэопроницаемости проводилось на аппарате для испытания гаэопроницаемости формовочных смесей с показывающим сильфонным манометром производства ПНР типа

LPIR.

Из результатов экспериментов (табл. 3) следует, что показатели суспенэии У 2-4 по изобретению превосходят показатели известного техФ нического решения по прочности цо и после проведения процесса Обработки.

Формы, полученные по известному способу при оптимальных параметрах режима обработки и иэ известной суспенэии, имеют невысокую прочность и низкую гаэопроницаемость до и после обработки, а также после прока.пивания. Невысокая прочность известной суспенэии объясняется малой степенью наполнения суслензии огнеупорной составляющей, ограниченной высокой вязкостью смолы МФ-17, повышенным содержанием связующего и, как следствие, большой толщиной пленки связующего на зернах наполнителя, которая приводит к значительной усадке форм и образцов, короблелию их и растрескиваHHI0

Резкое падение прочности керамики во время прокаливания объясняется разрывом полимерных связей смолы

ИФ-17 вследствие термодеструкции и обраэонанием тончайших углеродных пленок на зернах огнеупорного наполнителя, препятствующих дальнейшему спеканию связующего и налолнителя.

Использование смолы МФ-17 позволяет получить газолроницаемость после обработки 10 ед., после прокапинания 32 ед., что в 2-3 раза шже, чем у способа по изобретению.

Удаление смолы МФ-17 иэ керамической формы путем обработки в горячей воде затруднительно вследствие высокого содержания соединений с большим молекулярным весом, снижающих растворимость смолы н ноде, а также высокой вязкости смолы, не позволяющей ей проникать через тончайшие капилляры формы, Вязкость связующего "оксиэан" ло ВЗ-4 20 с, а смолы ИФ-17 110 с.

109 7433

Норма

Внешний вид

i 270-1,300

9,0

8,0

Состав суспензии и 5, хотя и имеет газопроницаемость выше составов суспензий У 1-4, не вошел в предлагаемый диапазон вследствне снижения качества поверхности формы, 5 так как повьппается ее шероховатость из-за наличия заметных пор и канаIl 1Е лов, по которым связующее оксизан удаляется из формы в процессе обработки.

Состав суспензии Ф 1 также не вошел в предлагаемый диапазон, так как керамика имеет газопроницаемость ниже газопроницаемости в известном техническом решении. 5

Снижение уровня прочности при повышении газопроницаемости объясняется повышением количества удаляемой во время обработки водорастворимой смолы "оксиэан".

Смола "оксизан" содержит до 30% фенолов, 55% водорастворимых веществ, 10,7% водорастворимых кислот, остальное — нейтральные вещества.

Повышенная кислотность смеси опре- 5 деляет высокую живучесть связующего с его добавкой, практически равной около 3 суток.

Низкое содержание .летучих веществ (менее 7%) в "оксиэане" говорит о ЗО предпочтительном его применении по сравнению с мочевиноформальдегидными и фенолоформальдегидными смолами с точки зрения гигиены труда и происанитарии. 35

В табл. 4 представлена зависимость физико-механических свойств ке рамических форм от параметров режимов их обработки.

Влияние параметров режима обработ-411 ки форм на физико-механические хараНаименование показателей

Плотность при 20 С, г/см о

Массовая доля нерастворимой смолы, % не более

Массовая доля сухих веществ, %, не менее

Предел прочности при растяжении высушенных образцов, кг/см ктеристики керамики представлен1,1 в табл. 4, Оптимальным является режим обраО,, ботки керамических форм при 60-100 < в течение 2-6 ч в горячей подкисленной воде с рН 2 — 4.

Сннже температуры обработки о форм ниже 60 С 11ринодит к уменьшению газопроницаемости после прокалки ниже показателей прототипа, так же как и повьппение величины водородного показателя рН более 4. Снижение величины водородного показателя рН менее 2 приводит к падению нрочности форм после обработки вследствие

11 1Ф более полного удаления оксизана и разрушевия полимерных свлзей этилсиликатного связующего.

Время обработки менее 2 ч даже о при температуре воды 100 С и pEI 2 является недостаточным для получения газопрош.цаеиости в1ш1е 30 ед., позволяющей снизить температуру прокалКИ, Режим, обработки при температуре о., воды 80 С, рН 3 н времени обработки

7 ч не нашел в предлагаемый диапазон, так как увеличение времени обработки ныые предлагаемого диапазона (более 6 ч) не приводит к увеличению гаэoliрof11гцаемocти форм, B то же время сн1ппается прочность керамики.

Релизация изобретения позволит получить экономический эффект

83,3 т ° р, благодаря повьппе1нип качества отливок за счет снижения коробленпя керамических форм, повышения их прочности и газопроницаемости и сш1жения брака отливок..

Т а б л и ц а 1

Жидкость темного красновато-корич" невого цвета

l0,1097433

Таблица 2

Состав смеси, мас.X

Ингредиенты

2 3 . 4

Гидролизованный раствор этилсиликата

16,5 14

2,14 2ю5

7,5 1О

11,5 21,5

2,8 2,5

12,5

7,5

21,5

Гелеобразователь

1,42

Смола "оксизан"

Смола ИФ-17

Огнеупорный наполнитель на основе окиси кремния 74,58

73,86 73,5

74,34

73,2 68,5

9 6 — состав смеси идентичный предлагаемому, но с добавкой смолы ИФ-17.

Т а 6 л и ц а 3

Состав

Показатель свойства

) г

Предел прочности на изгиб, мПа до обработки после обработки прокалки

1i2 1,4

1,42 1,31

1,24 1,08

1,8

2,0 2,2

1, 16 1, 10

1,12

1,23

1, 15

1,05

0,95 0,72

О, 18

Вязкость по В3-10i при 20ОС

23

24 24

О

О О

55 76

70 85

33

Качество поверхности керамики

П р и м е ч а н и е; Обработка образцов керамики производилась при следующих значениях параметров: Т .92,5 С; время обработки 4 ч; рН = 13.

Газопроницаемость, ед до обработки после обработки после прокалки

Ровная без коробления и ви- Шероховатая димых трещин из-за наличия заметных пор

Значительное коробление,глубокие протяженные трещины шириной

0,5-1,5 мм

;1097433

Таблица 4

Параметры

Физико-механические свойства керамики

Предел прочности на изгиб, азопроницаемость, ед.

ИПа после обработки после прокал в горячей воде ки осле обра после проотки в ro калки ячей воде

3 80

1,6

1,0

2 6

1,45

1, 14

1,06.О, 92

40

41

1,31

60

96

0,85

0,9

1,08

2 100

12

65

4 60

Н р и м е ч а н и е. Испытания проводились для оптимального состава керамической суспензни Ф 3

Составитель Г. Зарецкая

ТехРедМ.Пароцай КоРРектоР А.Обручар

Редактор А.Маковская

Заказ 3069 Тираж 775 Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений H открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиаи ППП "Патент",.r. Ужгород, ул. Проектная, 4 рН Темп рат вод С

1 . 80

2 3 родолжительость браотки, ч

1,25

1 2

0,3

1,41

0 78

1,51

1,35

0,93

1,07

1, 12

1,1

0,38

0,76

1,03

1,01