Способ изготовления оболочковых форм,получаемых по выплавляемым моделям

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПО ВЬШЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ, включаклций нанесение на модельный блок многослойного покрытия , причем третий слой наносят .погружением блока в суспензию, которую предварительно вспенивают инертным газом или сухим воздухом, обсьшку огнеупорным материалом, сушку оболочки, выплавление из нее моделей и прокаливание оболочки, отличающийся feM, что, с целью стабилизации прочности и газопроницаемости форм, а также снижения расхода связующего, суспензию вспенивают инертным тазом при нанесе ши ее для формирований второго и последующих после третьего слоев оболочки.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) SU (и) 4(51) В 22 С 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ, И ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ (21) 3607964/22-02 (22) 17.06.83 (46), 15.02.85. Бюл. Ф 6 (72) И.E. Писарев, В.М. Рогожкин и О.И. Писарев (71) Волгоградский инженерно-строительный институт (53) 621.74.045(088.8) (56) 1. Литье по выплавляемым моделям. Инженерная монография под ред. Шкленника Л.И. и Озерова В.Ф.

М,, "Машиностроение", 19/1, с. 250.

2, Патент США У 3455280, кл. 164-26, опублик. -1969.

3, Авторское свидетельство СССР

9 948530, кл. Б 22 С 8/04, 1982 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧ

КОВЫХ ФОРМ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПО ВЫПЛАВЛЯЕ- .

MbIN МОДЕЛЯМ, включающий нанесение на модельный блок многослойного покрытия, причем третий слой наносят .погружением блока в суспензию, которую предварительно вспенивают инертным газом или сухим воздухом, обсыпку огнеупорным материалом, сушку оболочки, выплавление из нее моделей и прокаливание оболочки, о т л и— ч а ю шийся Фем, что, с целью стабилизации прочности и газопроницаемости форм, а также снижения расхода связующего, суспензию вспенивают, инертным газом при нанесении ее для е

Ф формирования второго и последующих после третьего слоев оболочки.

1139560

Изобретение относит.ся к литью по выплавляемым моделям, в частности к формированию оболочковых форм при послойном нанесении покрытий.

Известны способы изготовления 5 оболачковых форм, получаемых по выплавляемым моделям, включающие операции послойного нанесения покрытий на модельный блок, чередование опе.раций ввода модельного блока .в суспензию, извлечения его из последней и обсыпки блока со слоем суспензии огнеупорным материалом. При этом для уменьшения трещин в оболочке и повышения .ее газопроницаемасти в 15 суспензию или в оболочный материал вводят добавки (1)и12).

Однако известными способами не обеспечивается получение достаточной газопроницаемости оболочковой формы, 20 что препятствует наиболее эффективному удалению воздуха из оболочки в процессе заливки расплавом.

Оболочки склонны к образованию трещин, а их прочность при изгибе не 25 превышает 9 5 МПа, что недостаточно для восприятия силовых и температурных нагрузок, действующих на оболочку. Кроме того, из-за неоднородности суспензии по высоте ванны и, З0 как следствие, оболочки имеет место высокий процент брака па разрушению оболочки, что является причиной повышенного расхода связующего.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ изготовления оболочковых форм, получаемых по выплавляемым моделям, включающий нанесение на модельный блок много- 40 слойного покрытия, причем третий слой наносят погружением блока в суспензию, которую предварительно вспенивают инертным газом или сухим воздухом, обсыпку огнеупорным материалом, 45 сушку оболочки, выплавление из нее моделей и прокаливание оболочки )3) .

Однако нанесение на блок вспененной суспензии только для третьего слоя незначительно улучшает проч- 50 ность формы. При этом нет ее стабильности, а газопроницаемость оболочки практически не повышается.

Цель изобретения — стабилизация прочности и газопроницаемости форм, 55. а также снижение расхода связующего.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления оболочковых форм, получаемых по выплавляемым моделям, включающему нанесение на модельный блок многослойного покрытия, причем третий слой наносят погружением блока в суспензию, которую предварительно вспенивают инертным газом или сухим воздухом, обсыпку огнеупорным материалом, . сушку оболочки, выплавление из нее моделей и прокаливание оболочки, суспенэию вспенивают инертным га1зом при нанесении ее,для формирования второго и последующих после третьего слоев оболочки.

Сущность .способа состоит в том, что для формирования второго и последующих после третьего слоев оболочки суспензию продувают инертными газами, Последняя барбатирует, что способствует предотвращению седиментационного разделения компонентов, повышению однородности и стабилизации свойств суспенэии. Кроме того, пузырьки инертных газов> поднимаясь, осаждаются на модельном блоке вместе са, слоем суснензии, несмотря на то, что при обсыпке блока и сушке слоя значительная часть газов из пор удаляется.

Увеличение пор хотя и .уменьшает числа контактов между зернами, од-: нако прочность оболочки в горячем состоянии не падает, так как увеличение количества пор препятствует развитию трещин в оболочке при ее црокаливании, что является существенным для повышения прочности при умень. шенин разброса значений прочности, т.е. увеличение количества пор приводит к стабилизированию прочностных свойств оболочки.

Кроме того, имеет место повьппение газопроницаемости за счет того, что не все поры оказываются закрытыми, а иэ осажденных пузырьков газов образуются в дальнейшем поры, часть из которых сообщается, благодаря чему и происходит повышение газопроницаемости при нанесении всех слоев, кроме первого, из вспененной суспенэии.

Повышение пористости оболочки способствует-созданию во время заливки наилучших условий массопереноса газа по сечению оболочковой формы, что в свою очередь, способствует эффек*тивному отводу газов от поверхности кристаллизующегося металла на грани55

3 1139 це с поверхностью формы и позволяет снизить газосодержание металла отливок.

Пористая структура оболочки при прочих равных условиях обеспечивает также повышение прочности оболочки за счет увеличения толщины слоя.

При этом сокращается, расход связующего за счет снижения брака по разрушению оболочки. Пористая струк- 10 тура оболочки повьппает ее трещиноустойчивость, поскольку в процессе распространения трещин поры вызывают интенсивное ветвление трещин и их последующую остановку.

Исследуют "войства суспензий и оболочек из нее с вспениванием суспензии п. д избыточным давлением

0,02-0, 2 МПа инертным газом при погружении модельного блока для формирования третьего слоя (прототип1 и для формирования второго и последующих после третьего слоев оболочки, Нижний предел ограничения избы- 25 точного давления (Oр02 NIIaI обусловлен возможностью создания избыточного давления инертного газа в объеме связующего и возможностью я седиментационного подъема пузырьков инертного газа в суспензии. Это значение является. минимальным, при котором возможно образование пузырьков. Оно лишь на незначительную величину превышает статическое давление.

Верхний предел ограничения давления (0,20 ИПа) обусловлен возможностями (с учетом техники безопасности) использования емкостей, содержа40 щих инертные газы — баллонов, имеющих .ограничения по давлению выпускаемого из них газа в условиях его транспортировки по шлангам от специально оборудованных мест к участкам нанесения покрытий.

Суспензию продувают инертньпки газами для формирования второго и последующих после третьего слоев оболочки, Изготавливают образцы и опытные оболочковые формы. Прочность при изгибе определяют на образцах — пластинках размером 65х 20 4 мм, а газопроницаемость — на круглых пластииаах II.á5õ4 мм, схрепляеммх с гильзой стандартного прибора с помощью модельного состава. Полученные ре560 4 зультаты газопроницаемости используют для оценки содержания газов (i%<0>.Í ) в металле. Стабилизацию свойств суспензии оцейивают по величине относительного интервала разброса значений одного из главных свойств оболочки — ее прочности при изгибе (см. таблицу). Расход связующего оценивают по проценту брака, по раэрулению и дефектности оболочковых форм, пренебрегая при этом естественным ростом трудоемкости . как следствием повышения расхода связую- . щего.

Данные таблицы показывают, что вспенивание суспензии инертным газом под избыточным давлением 0,02-0,2 ИПа при нанесении ее для формирования второго и последующих после третьего слоев оболочки дает эффект по стабибилиэации свойств суспензии, т.е. плотность ее остается постоянной после 50 циклов погружения моделей, l уменьшается разброс в прочности обо- лочки при испытаниях на изгиб в горячем состоянии, так как повышается трещиноустойчивость; повышается с

2-5 до 8-9 ед. газопроницаемость оболочки, что приводит к снижению газосодержания в отливках, например кислорода с 13.10" до 14.10"1X.

Повьппение прочности и трещиноустойчивости оболочки обусловлено равномерным распределением пор по сечению оболочки, что останавливает развитие микротрещинр размеры которых соизмеримы с зерном обсыпочного кварцевого песка. Повьппение газопроницаемости оболочки обусловлено увеличением пористости оболочки.

Способ изготовления оболочковых форм., получаемых по выплавляемым моцелкм, осуществляется следующим об .. .зом.

Первый, облицовочный слой суспензии наносят на блок моделей по извест: ной технологии, т.е. погружают в суспензию, затем извлекают, снимают избыток суспензии и затем обсыпают кварцевым песком, после чего сушат.

При нанесении второго и последующего слоев оболочки модельный блок погружают в емкость с суспензией, в которой смонтировано приспособление в виде трубки с отверстиями для подачи инертного газа. Одновременно с погружением модельного блока в суспензию подают инертный газ, благо1139560

Прототип

Среднее Верхний значен. предел

Нижний предел

IOOO!

200

1200 1200

110 110

1200

110 (I, 35 кг/л), мл

3,0

Кварцевый песок

0,02

< - 0„1 32-.

-O,152 даря чему суспензия барботирует.

Инертный газ, .вводимый в суспензию, локализуется в виде пузырьков, кото- рые поднимаются, вступают в контакт ,с модельным блоком, оседая на нем. 5

Момент выхода пузырьков на поверхность (он, как правило, соответствует моменту времени через 1-2 с после подачи газа в суспензию под давлением 0,02-0,2 МПа) соответствует сигналу прекращения барботирования суспензии.

Давление отключают, блок извлекают и обсыпают песком, затем сушат

1-3 ч на воздухе. Третий, четвертый и все последующие слои суспензии наносят по указанной "åõíîëîãèè, т.е. аналогичной второму слою. Величина прикладываемого к инертному газу давления может быть как постоянной, 20

iàê и переменной, но во всех случаях она укладывается в интервал 0,020,2 МПа. После завершения формирования слоев блок направляют на дальнейшие операции: выплавление, прока- Ю ливание и т.д.

Опробование способа продувки суспензии аргоном в литье по выплавляемым моделям для формирования второго и последующих после третьего

Наименование показателей

l. Составы покрытий

l.1. Зтилсипикат 32 мл

Ю

1.2. Спирт этиловый мл

1. 3. Вода дистиллированная, мл 110

1.4. Кислота азотная

1.5. Кварц пылевидный ПК-4, кг 3,0

2. Обсыпочный матсриал

Величина прикладываемого давления, МПа

4. Параметры суспензии

4 ° 1. Плотность суспенэии сразу после приготовления слоев оболочки с целью повышения однородности суспензии, газопроницаемости оболочковой формы и ее трещиноустойчивости и прочности, снижения газосодержания отливок показывает, что плотность и вязкость суспензии стабилизируются во времени, повышаются и стабилизируются прочность оболочки и трещиноустойчивость, увеличивается газопроницаемость последней, .снижается газосодержание отливок, а также умень-,. шается поломка оболочек, так как повышается пористость последних.

Реализация предлагаемого способа изготовления оболочковых форм при литье па выплавляемым моделям со вспениванием суспензии инертным газом при нанесении ее для формирования второго и последующих после третьего слоев оболочки позволяет сохранить свойства суспензии после 50 циклов нанесения покрытия, стабилизировать прочностные свойства оболочек, что уменьшает брак по разрушению форм на 2-28%, повышает в 1,5-2 раза ra— зопроницаемость оболочковой формы, снижает затраты на связующее на 2436 руб.

По предлагаемому способу

1000 1000 1 1000

1 13956Ü .

1670!

680! 690

1690

1670

1680

1670

1680

1 720-1750

1690 26

26

28-.

28

28

36

35

36

5,5-6,5

5-5,7

4. 1. 1. У поверхности ванны, кг/м

4.1.2. В центре ванны, кг/м

4.!.3. На дне ванны, кг/м

4.2. То же, что и по п. 4.1 после 50 циклов нанесения покрытий

4.2.1. У поверхности ванны,кг/м 16703

-1680

4.2.2. В центре ванны, кг/м 1680-1690

4.2.3. На дне ванны, кг/м

4.3. Вязкость суспензии сразу после приготовления

4.3.1. У поверхности ванны, с !

4.3.2. В центре ванны, с

4.3.3. На дне ванны, с

4. 4. То же, что и по п. 4. 3. после 50 циклов нанесения покрытий

4. 4 ° 1. У поверхности ванны, с

4.4.2. В центре ванны, с

4.4. 3. На дне ванны, с

5. Свойства оболочковых форм

5.1. Прочность оболочки при изгибе

5.1.1. В холодном состоянии, МПа

5.1.2. В процессе прокаливания при 1173 К, MIIa

5.2. Относительный интервал разброса значений величин прочности

Продолжение таблицы 1650 ... 1660

1650 ... 1660

1 6 6 0 ... 1 6 7 0

5,3-6,3 6,1-7,2 6,4-7,5

5,1-5,7 5,9-6,6 6,5-7,2

1139560

Продолжение таблицы собу

Прото

0,16

5.2.1. В холодном состоянии 0,17

5.2.2. В процессе прокаливания 0,13

О,1

0,11

0,11

5.3. Газопроницаемость оболочковых форм, охлажденных после прокаливания, см /мин

3-7

1-4

2-5

5.4. Трещиноустойчивость оболочковых форм

5.4.1. Расчетная

5. 4. 2. Экспериментальная 3) 9-10

8-9

6-8

15-47

0,6-0,8 1

0,5-0,9

6. Содержание газов в стали, <10 4

4,2

3,9

3,7

S,4

6.1. Водорода, 7

19,4

6.2. Азота, Ж !

6. 3. Кислорода, 7.

16,8

13

Составитель Л. Шкленник

Редактор И. Касарда Техред 3. Т1алий Корректор Г. Огар

Заказ 202/10 Тираж 74:7 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