Смесь для изготовления легкоудаляемых стержней

Авторы патента:

B22C1/18 - Изготовление литейных форм (формовка огнеупорных материалов вообще B28B)

СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОУДАЖЕМЫХ СТЕРЖНЕЙ, используемых преимущественно при литье цветных металлов и сплавов, включающая огнеупорный наполнитель на основе окиси магния, сульфат магния, связующее, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества стержней за счет повьшения газопроницаемости смеси, она дополнительно содержит коллоидальный графит и азотнокислый I Изобретение относится к отрасли лит.ейного производства, а именно к составам смесей, используемых для из готовления легкоудаляемых стержней развесом от 0,005-10 кг, которые при4 меняются при литье цветных металлов и их сплавово Известна смесь для изготовления водорастворимых стержней, содержащая .дегидратированный сульфат магния Стержни получают заливкой суспензии в формы для стержней типа пластины , где они самопроизвольно тверда ют в течение 10 мин Полученные ни-сырцы подвергают тепловой обработке в интервале температур 100-200 С до полного удаления влаги в течение 5 ч. Смесь позволяет получать термо:стойкие легкоудэляемые стержни с хокальций , в качестве связующего - насыщенный водный раствор хлористого кальция и в качестве огнеупорного наполнителя на основе окиси магния смесь содержит магнезит плавленный при следумцем соотношении ингредиентов , масо%: 5,0-23,0 Сульфат магния Насыщенньй водный раствор хло5 ,0-12,0 ристого кальция Коллоидальный 1,0-6,0 графит Азотнокислый 6,0-45,0 кальций Магнезит плавс $ ленный Остальное (/ С рошим качеством поверхности и ста- ; бильной размерной точностью Применение таких стержней обеспечивает чистоту поверхности полости отливоК соответствующую 5-6 классу шероховаСАЭ :тости (ГОСТ 2783-73)о Од Недостатком водорастворимых стержней , изготовленных из известной смеси является их невысокая механическая прочность после сушки, что затрудняет постановку стержней в оснастку , особенно со сложной геометрией полостей. Известна смесь для изготовления легкоудаляемых стержней, содержащая дегидратированный сульфат магния.и насьщенный водный раствор хлористого кальция в качестве связующего Стержни получают заливкой суспензии в формы для стержней, где они

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

51)5 В 22 С 1/18, 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1,0-6,0

Остальное

ГООУДАРСТВЕННЬ1Й НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ CHHT СССР (21) 356?319/22-02 (22) 11.03.83 (46) 23.11.90. Бвп. У 43 (72) В.Г.Арсеньев, Ф,N.Ванышев и N.È.Âîðoáüåâ (53) 621.712.4:74.045(088.8) (54)(57) СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОУДАЛЯЕМЫХ СТЕРЖНЕЙ, используемых преимущественно при литье цветных металлов и сплавов, включающая огнеупорный наполнитель на основе окиси магния, сульфат магния, связующее, отличающаяся тем что, с целью улучшения качества стержней за счет повышения газопроницаемости смеси, она дополнительно содержит коллоидальный графит и азотнокислый

Изобретение относится к отрасли литейного производства, а именно к составам смесей, используемых для из готовления легкоудаляемых стержней развесом от 0,005-10 кг, которые при меняются при литье цветных металлов и их сплавов.

Известна смесь для изготовления водорастворимых стержней, содержащая .дегидратированный сульфат магния.

Стержни получают заливкой суспензии в формы для стержней типа пластины, где они самопроизвольно твердеют в течение 10 мин, Полученные стержни-сырцы подвергают тепловой обработ с ке в интервале температур 100-200 С до полного удаления влаги в течейие

5 ч °

Смесь позволяет получать термо;стойкие легкоудаляемые стержни с хо„.Я0„„щ 961 A 1

2 кальций, в качестве связующего вЂ” насьпценный водный раствор хлористого кальция и в качестве огнеупорного наполнителя на основе окиси магния смесь содержит магнезит плавленный при следующем соотношении ингредиенTOB ° MBC А

Сульфат магния 5, 0-23,0

Насыщенный водный раствор хлористого кальция 5,0-12,0

Коллоидальный графит

Азотнокислый кальций 6,0-45,0

Магнезит .плавленный рошим качеством поверхности и стабильной размерной точностью. Приме- р нение таких стержней обеспечивает чис- тоту поверхности полости отливок, соответствующую S-б классу шерохова.тости (ГОСТ 2783-73)

Недостатком водорастворимых стержней, изготовленных из известной смеси является йх невысокая механическая прочность после сушки, что затрудняет постановку стержней в оснастку, особенно со сложной геометрией полостей.

Известна смесь для изготовления 3 легкоудаляемых стержней, содержащая Й дегидратированный сульфат магния и насьпценный водный раствор хлористого кальция в качестве связующего.

Стержни получают заливкой суспензии в формы для стержней, где они

11139

50 самопроизвольно затвердевают в течение 10 мин, после чего стержни-сырцы подвергают тепловой обработке в течение 5 ч при 100-300 С до полного б

5 удаления влаги.

Стержни, изготовленные из этой смеси, обладают высокой прочностью, Шероховатость поверхности внутренних каналов отливок, полученных при использовании стержней из известной смеси соответствовали 5-6 классу (ГОСТ 2989-73).

Недостатком легкоудаляемых стержней, изготовленных из известной смеси является то, что после сушки стержней диаметром свыше 20 мм их поверхность покрывается сеткой микро- и макро-трещин, что ухудшает качество рабочей поверхности стержня. 20

Известна смесь для изготовления водорастворимых стержней, используемых преимущественно для литья чугуна и сплавов на медной основе. Эта смесь содержит окись алюминия, окись тита- 25 на, стеарин, парафин, алюминат натрия о

Эта смесь, хотя и имеет прочность на сжатие 70 кг/см, но не обеспечивает стабильность геометрических размеров стержней, так как окончательное отверждение стержней производится после операций выжигания пластификатора и высокотемпературного спекания, следствием чего является огневая усадка (2s55i).

Кроме того, для отверждения смеси требуется ее спекание при 1100-1200 С .и стержни из этой смеси не могут быть применены для сплавов на основе 4р алюминия и других легких сплавов, так как при растворении алюмината натрия в воде получается раствор с сильнощелочной реакцией, что обусловливает щелочную коррозию алюминия и дру- 45 гих легких сплавов.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смесь для изготовления растворимых стержней, основой которой является сульфат магния, а огнеупорным наполнителем является вещество на основе окиси магния. Смесь содержит связующее (органическое).

Стержни из этой смеси изготавливают путем прессования, Минимальная веЯ личина давления прессования 145 кг/см .

Прессованные стержни снекают в

4 печи при 500-600 С. Причем, темпераб туру печи повышают постепенно до тех пор, пока органическое связующее не испарится, а затем быстро повышают до температуры-спекания.

Газопроницаемость стержней обеспечивается за счет выгорания органического связующего, а их механические свойства зависят от давления прессования и температуры спекания.

Основным недостатком растворимых стержней, изготовленных из известной смеси, является то, что для достижения необходимых механических свойств стержней необходимо в процессе их изготовления строго соблюдать технологический режим, особенно температурный режим процесса спекания, Нарушение его приводит к высокой степени усадки стержней, а следовательно, искажению размерной точности стержней и получаемых отливок, уменьшению га зопроницаемости стержней, снижению их механической прочности и скорости вымывания из отливки, а также к образованию в составе стержня нерастворимого остатка, который может оставаться в полости отливки после удаления стержня.

Таким образом, известная смесь не позволяет изготовлять стержни с высокой газопроницаемостью при ñîõðàнении их технологических свойств.

Кроме того, получение стержней из известной смеси требует повышенных энергозатрат в связи с необходимостью длительного постепенного повышения температуры спекания для выжигания органического связующего, входящего в состав смеси.

Целью изобретения является улучшение качества стержней за счет повышения газопроницаемости смеси.

Цель достигается тем, что смесь для изготовления легкоудаляеиих стержней, используемых преимущественно при литье цветных металлов и сплавов, включающая огнеупорный наполнитель на основе окиси магния, сульфат магния, связующее, согласно изобретению, дополнительно содержит коллоидальный графит и азотнокислый кальций, в ка- честве связующего вЂ” насыщенный водный раствор хлористого кальция и в качестве огнеупорного наполнителя на основе окиси магния смесь содержит магнезит плавленный при следующем со,отношении ингредиентов, мас.Х:

11139ь1.Сульфат магния 5,0 вЂ” 23,0

Насыщенный водный раствор хлористого кальция 5,0-12,0

Коллоидальный графит 1,0-6,0

Азотнокислый кальций 6,0-45,0

Магнезит плавленный Остальное

Используемый в смеси плавленный магнезит ТУ 14-8-149-75 имеет температуру плавления 2800 С; сульфат магния (порошок белого цвета) имеет температуру плавления 1130 С; насыщенный раствор хлористого кальциявЂ” (при 20 С концентрация составляет

44 мас.Х) температура плавления 772 С; коллоидальный графит вЂ” порошок темносеребристого цвета с размером частиц

2 2-,2,7 мкм, температуру сублимации

38004С (OCT 6-08-429-74); азотнокислый кальций вЂ” порошок белого цвета, температуру плавления 561 С.

В данном составе стержневой смеси огнеупорный наполнитель является основным компонентом обеспечивающим термостойкость стержней, сульфат магния в указанных количествах является добавкой, стабилизирующей степень деформации стержней в сыром состоянии; насыщенный водный раствор хлористого кальция обеспечивает прочность стержней;.,коллоидальный графит является добавкой, обеспечивающей повьппение газопроницаемости изготавливаемых стержней;,азотнокислый кальций является окислителем.

Благодаря дополнительному химическому взаимодействию между твердой и жидкой фазой смеси, происходит: упрочнение стержней

8804 + СаС1 вЂ » MgCl<+ Са80

В результате этой обменной реакции выделяется гипс, который упрочняет стержень.

Кроме того, при 500-600 С происхо". дит диссоциация азотнокислого"каль-, ция и окисление углерода по уравнению:

2Са(ИОз)+5С вЂ” э 20 + 5СО + 2СаО

В результате этой реакции окисленный углерод выделяется в виде углекислого газа,, порциальное давление которого больше атмосферного, за

I счет чего происходит самопроизвольное удаление его из объема стержня с образованием открытых микропор на поверхности стержня..

Соотношение компонентов в смеси является оптимальным. При содержании сульфата магния менее 5 мас.Х не обеспечивается прочность стержней-при

1ð изготовлении, а при содержании erb более 23 мас.Х затрудняется удаление стержней. При содержании насыщенного водного раствора хлористого кальция менее 5 мас.Х смесь малоподвижна,что затрудняет формообразование стержней, при содержании его более 12 мас.l снижается прочность стержней. При содержании коллоидального графита менее

1 мас.Х не обеспечивается высокая

20 газопроницаемость стержнеи, при содержании его более 6 мас.Х снижается прочность стержней. При содержании азотнокислого кальция менее 6 мас,Х не обеспечивается высокая газопрони25 цаемость стержней, при содержании его более 45 мас.Х газопроницаемость стержней резко снижается, в связи с образованием избытка расплавленного азотнокислого кальция, заполняющего

3Q.образование ранее микропоры.

Для получения смеси быпи подготовлены три варианта содержания компонентов 1, 2, 3, в которых в качест- . ве связующего используют насыщенный

35 раствор хлористого кальци, в качестве огнеупорного наполнителя вЂ” плавленный магнезит.

Составы смесей по изобретению (9 1-3) и известному решению приве-.

4р дены в табл.1 °

Стержни изготовляют следующим образом.

Порошкообразные материалы (плавленный магнезит, сульфат магния, кол45 лоидальный графит) в указанных количествах смешивают и добавляют предварительно подготовленный насыщенный водный раствор хлористого кальция смешанный с порошком азотнокислого

5Q кальция из расчета получения полусухой или пластичной массы. Полученную суспензию запрессовывают в подогретые до 70-80 С пресс-формы и выдерживают при этой температуре в течение

55 3-5 мнн» затем стержни-сырцы извлекают и сушат в слое силикагеля при

70-150 С в течение 3-6 ч, после чего о готовые стержни подвергают последующему нагреву до 500-600 С в течение

1113961

Таблица 1

Ингредиенты

3-7

80-90

5 .1

До 10Х

1-3

Остальное,1 ч. Последнюю операцию нагрева можно исключить при литье по выплавляемым моделям, так как данный процесс предусматривает высокотемпературный обжиг форм перед заливкой металла.

Были проведены испытания специальных образцов по определению газопроницаемости стержней, изготовленных из смеси согласно изобретению и известной смеси.

Оценку газопроницаемости производят прибором 042М. Фиксацию образцов в гильзе осуществляют с помощью пневматической резиновой диафрагмы.

Газопроницаемость определяют по формуле: (Ã

509 5

РТ где К вЂ” газопроницаемость;

P вЂ” давление по манометру в момент прохождения колоколом отметки "1000" (см. вод.ст.)

Т вЂ” время опускания колокола от момента прохождения отметки

"2000", мин.

Гигроскопичность определялась взвешиванием образцов после изготовления и после хранения в течение суток в эксикаторе над насыщенным раствором.

Огнеупорный наполнитель (магнезит)

Сульфат магния

Насыщенный раствор хлористого кальция

Коллоидальный графит

Азотнокислый кальций ,;иликат натрия или калия

Флюсующий материал (В Оэ)

Парафин (органическое связующее) Результаты испытаний составов смесей приведены в табл.2.

Из приведенных B табл.2 данных следует, что прочность стержней на сжатие, изготовленных из сопоставляемых смесей, и их чистота поверхности существенно не отличаются, в то время как газопроницаемость стержней, изготовленных из известной смеси, отсутствует. Последнее обстоятельство обусловливает снижение качества получаемых отливок, а именно: отливки .имеют дефекты в виде газовых пузырей.

15 Реализация изобретения позволит обеспечить высокое качество отливок за счет исключения газовых дефектов, что. обусловлено тем, что смесь имеет хорошую гаэопроницаемость при сохранении на требуемом уровне основных ее технологических свойств.

Кроме того, за счет того, что для, 25 отверждения смеси согласно изобрете3

О нию, достаточна температура 70-80 С с последующим обжигом 500-600 С, а при литье, получаемом по выплавляемым моделям, без обжига, то имеет место

30 и снижение энергозатрат на получаемые стержни.

Количественное содержание, мас.Ж

Г t" "

1113961

Таблица 2

Количественные показатели .свойств смесей

ГазоЛинейная Теплостойо усадка,Х кость, С

Чистота поверхности проницаемость стержней

0,3

1150 Р 40