Связующее для изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям и способ его приготовления

 

1. Связующее для изготовления литейных керамических форм по вьшлавляемым моделям, включающее жидкое стекло с показателем плотности

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) 3(51) В 22 С 1/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3564782/22-02 (22) 11.03.83 (46) 15.08.84. Бюл. Ф 30 (72) Ю.П. Васин, Е.Ф. Аверьянов, В.А. Лонзингер и В.В. Маркин (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.742.4(088.8) (56) 1. Литье по выплавляемым моделям. Под ред. Шкленника Я.И. и Озерова В.А. Л., Машгиз, 1961, с. 227264.

2. Першин П.С. Технология точного литья. M., Машгиз, 1955, с. 2050.

3. Перевозкин Ю.Л. Неорганические связующие материалы керамических литейных фбрм. M., НИИИМ, 1974, с. 10-20.

4. Авторское свидетельство СССР

У 599910, кл. В 22 С 9/04, 1978.

5. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3523755/22-02, кл. В 22 С 1/18, 1982. (54) СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ И СПОСОБ ЕГО

ПРИГОТОВЛЕНИЯ. (57) 1. Связующее для изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям, включающее жидкое стекло с показателем плотности (1,4 + 0,02) 10 кг/м, воду и ортофосфорную кислоту, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества форм за счет повышения их прочности в процессе прокаливания и после прокаливания и стабилизации свойств связующего, оно дополнительно содержит щелочь при следующем соотношении ингредиентов, мас. Ж:

Жидкое стекло с показателем плотности (1,4 + 0,02)"

10 кг/мЗ 52-60

Щелочь 11-21

Ортофосфорная кислота 18-20

Вода 8,0-10,7

2. Связующее по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качестве щелочи оно содержит гидроокись калия.

3. Связующее по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что в качестве щелочи оно содержит гидроокись натрия.

4. Способ приготовления связующего для изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям, включающий разбавление жидкого стекла водой с последующей нейтрализацией его водным раствором ортофосфорной кислоты при перемешивании, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества форм за счет повышения их прочности в процессе прокаливания и после прокаливания и стабилизации свойств связующего, в разбавленное водой жидкое стекло вводят предварительно приготовленный водный раствор щелочи, а нейтрализацию водным раствором ортофосфорной кислоты прово.дят путем перемешивания с ней со скоростью 35-40 рад/с в течение

240-300 с с последующим водяным охлаждением при перемешивании до температуры связующего 293-298 К.

Модуль исходного жидкого стекла

Концентрация водного раствора щелочи, моль /л

2,4

21,8

22,3

1,64

1,66

1,58

1,59

2,5

22,8

23,3

1,60

1,61

1,68

1,70

2,6

2,7

1 62

1,63

23,8

24,3

1,72

1,74

22

2,8

2,9

1,64

3,0

24.1, 76

24,8 з 1 ортофосфорную кислоту, дополнитель( но содержит щелочь при следующем соотношении ингредиентов, мас. 7:

Жидкое стекло с показателем плотности (1,4 + 0,02)> 10 кг/м 52-60

Щелоч ь 11-21

Ортофосфорная кислота 18-20

Вода 8,0-10,,7

В качестве щелочи связующее по изобретению содержит гидроокись калия.

В качестве щелочи связующее содержит гидроокись натрия .

Для достижения поставленной цели служит также способ приготовления связующего для изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям, включающий разбавление жидкого стекла водой с последующей нейтрализацией его водным раствором . ортофосфорной кислоты при перемешивании, согласно которому в разбавленное жидкое стекло вводят предварительно приготовленный водный раствор щелочи, а нейтрализацию водным раствором ортофосфорной кислоты проводят путем перемешивания с ней со скоростью 35-40 рад/с в течение

240-300 с с последующим водяным ох- лаждением при перемешивании до температуры связующего 293-298 К.

В процессе описанной подготовки связующего по изобретению в его составе образуется большое количество фосфатов натрия или калия, часть которых уже при комнатной темпера107948 4 туре образуют прочные связи с при- месями жидкого стекла. На этапе закрепления связующего выделяется гель кремниевой кислоты в виде капиллярно-пористого тела ° При прокалке происходит дегидратация геля с выделением аморфного кремнезема, который при температурах прокалки (1073-1273 К) вступает во взаимо10 действие с фосфатами натрия или калия, запертыми в порах формы. В результате образуются водородные связи между фосфатами и поверхностью кремнезема. Это приводит к полуtS чению весьма прочного силикофосфатного связующего.

Предварительным ощелачиванием кидкого стекла создается возможность увеличения количества ортофосфорной кислоты, вводимой в жидкое стекло. Это способствует увеличению содержания фосфатов в оболочке и появлению более развитой армирующей сетки силикофосфатов.

Введение щелочи в жидкое стекло приводит к разрушению кремнекислородных связей. Это стабилизирует вязкость суспензий, изготовленных на его основе, так как последующая частичная полимеризация при действии ортофосфорной кислоты протекает практически при одинаковых условиях.

Связующее изготавливают следующим образом. В исходное жидкое стек35 ло плотностью (1,38-1,42) 10 кгlм

3 вводят водный раствор щелочи. В зависимости от силикатного модуля стекла выбираются концентрация и плотность раствора щелочи (табл. I)

Таблица 1

Плотность раствора щелочи, "10 кг/м

1 107948

Независимо от модуля жидкого стекла содержание воды в щелочном растворе должно быть 0,15 кг на

1 кг жидкого стекла. После этого при интенсивном перемешивании со скоростью 35-40 рад/с связующее частично нейтрализуют ортофосфорной кислотой плотностью (1,45-1,48) » 10 кг/м в течение 240-300 с. Интенсивное перемешивание необходимо производить для предотвращения выпадания комков геля кремнекислоты. Время нейтрализации обуславливается кинетикой выпадания геля. Количество ортофосфорной кислоты, вводимой в раствор, всегда должно быть равно 0,35 кг на 1 кг жидкого стекла.

Так как при нейтрализации температура связующего повышается до 323-.

333 К, его необходимо охладить во избежание образования трещин во время сушки покрытия и нарушения reoПр од олжительность нейтрализации, с

I !

Температура готового свяПродолжительность перемешивания, с зующего, К

239

1800

240

295

1800

250

2,5

295

1800

260

2,6

296

1800

270

297

1800

280

2,8

298

1800

290

2,9

298

1800

300

3,0

Составы связующих по изобретеСодержание ингредиентов, мас.Ж .в связующих"

Наименование ингредиентов

1 2 3 4 5

52,6 53,6

56,2

53,8

55,0

Гидроокись калия

Гидроокись натрия

15,0

21,0

19,0

17,0

16,0

Модуль исход- Скорость переного жидкого мешивания, стекла рад/с (Ммс.) Жидкое стекло плотностью (1,40 + 0,02) х 10 кг/м метрической точности отливок. Для этого осуществляют водяное о. ждение, продолжая перемешивание до тех пор, пока температура связую5 щего не достигнет 293 †2 К.

Плотность силикофосфатного связующего, готового к употреблению, должна быть (1,3 + 0,05) х 10 кг/м

Возможна корректировка плотности водопроводной водой.

Повышение содержания щелочи и ортофосфорной кислоты выше указанных пределов не приводит к дальнейшему росту прочности керамики, а при содержании ниже указанных пре-. делов они оказывают меньшее влияние на прочность.

Для испытаний приготавливали связующие на основе жидкого стекла

20 с различным исходным модулем (Мдс с) °

Параметры операции приготовления связующего показаны в табл. 2. ! Таблица 2 нию приведены в табл. 3.

{ Та блица 3

1107948

Продолжение табл. 3

Содержание ингредиентов, мас. Х в связующих

Наименование ингредиентов

1 2 3 4 5. г

Ортофосфорная кислота плотностью (1,46 + 0,01) ) 10 кг/м 19,6

19,6

18,8

18,4 (1,40 + 0,01) х 10 кг/м

19,7

8,8

9,2

8,4

Вода

8,0 10,7 Силикатный модуль жидких стекол в связукицих 1-5 соответственно равен:

2 4; 2 6, 2 8; 3 0; 3 О.

Таблица 4

Показатель прочности для связующих

Вид испытаний

3 ) 4 (5

Прочность на изгиб керамики, МПа: в "горячем" состоянии (1073 К) 8,6 .7,9

9,5 8,8

8,0 в прокаленном состоянии 9,1

9,7 9,2

Для сравнения изготавливали маршалитовые формы на основе предлагае мого связующего и связующего-прототипа.

Маршалитовые формы по выплавляемым моделям изготавливали по следующей технологии. На основе связующих по изобретению приготавливали огнеупорную суспензию с пылевидным кварцем КП-2 вязкостью 35с по В3-4.

На модулях из модельного состава

P-) формировали четыре слоя огнеупорного покрытия на основе указанВязкость суспензии на основе предлагаемого связующего практически не изменилась при использовании жидкого стекла различных партий, и при соотношении связукщего и маршалита соответственно 50:50 (мас.ч.) быпа в пределах 34-35с по В3-4 при ной суспензии с обсыпкой песком

К0315, оплакированным техническим нашатырем в количестве 0,03 кг на у5 1 кг песка. Сушка каждого слоя

2400 с.

Вытопку моделей производили в модельной массе. Прочность образцов на изгиб в сыром состоянии составила 3,5 MIIa.

Результаты прочностных испытаний формооболочек со связующими 1-5 приведены в табл. 4.

293 К. Вязкость суспензии на основе связующего по прототипу при том же соотношении с маршалитом колебалась от 25 до 40 с.

Следовательно, связующее по изобретению обеспечивает стабилизацию свойств получаемых суспензий. При

1107948

f0

5,5 MIa

20

Составитель С. Тепляков

Техред N. Tenep Корректор О. Тигор

Редактор М. Келемеш

Зака 5815/10 Тираж 775 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

:филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 испытаниях на прочность керамику изготавливали иэ суспензии с вязкостью 35с для всех вариантов.

При испытании керамики, полученной с использованием связующего по прототипу, были зафиксированы следующие усредненные показатели прочности на изгиб:

В "горячем" состоянии 5,0 МПа

В "прокаленном" состоянии

В сравнении со связующим-прототипом применение связующего по изобретению позволяет увеличить прочность керамики на 62-65 при стабильных свойствах связующего и формооболочек.

В качестве базового объекта рассматривали связующие этилсиликат и жидкое стекло, которые применяют для изготовления керамических форм на Челябинском инструментальном заводе. Замена базового связующего на связующее по изобретению (для чистоты IIoверхíîсти отливок один слой на основе этилсиликата остается), позволяет снизить общий брак отливок на 37-40 ликвидировать почти полностью уход керамики на стадии прокалки, в 2 раза увеличить производительность формообразования, в 3 раза уменьшить расход этилсиликата. Предполагаемая экономическая эффективность от применения связующего 50-60 тыс. руб. в год для одного литейного цеха с годовой прог,раммой 500 т точнолитых заготовок.