Смесь для изготовления литейных керамических форм и стержней

Авторы патента:

B22C1/16 - Изготовление литейных форм (формовка огнеупорных материалов вообще B28B)

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

CMEtb ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ, используемая преимущественно для получения отливок со специальными свойствами в поверхностном слое, .. включающая этилсиликатное связующее, огнеупорный наполнитель, гелеобразователь и микролегирующую технологическую добавку, отличающаяс я тем, что, с целью повьшения . стойкости отливок и точности их изготовления , смесь содержит в качестве микролегирующей технологической добавки молибдат кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Этилсиликатное связующее9-25 Молибдат кальция 10-30 Гелеобразователь 0,25-2,00 (Л Огнеупорный наполнитель Остальное

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

41511 В 22 С 1/00, 1/16

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

9-25

10-30

0,25-2,00 зуюш ее

Молибдат кальция

Гелеобразователь

Огнеупорный наполнитель

Остальное (21) 3688707/22-02 (22) 09.01.84 (46) 30.06.85, Бюл. В 24 (72) Ю.Г.Хмелев, О.Ф.Фролов и В.М.Токарев (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт технологии химического и нефтяного аппаратостроения (53) 621.742.4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 697240, кл. В 22 С 1/ОО,В 22 С 9/04, 1977.

Авторское свидетельство .СССР

В 774767, кл. В 22 С 1/00, В 22 С 9/04, 1978. (54) (57) СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ, „„SU„„116 59 A используемая преимущественно для получения отливок со специальными свойствами в поверхностном слое, включающая этилсиликатное связующее, огнеупорный наполнитель, гелеобразователь и микролегирующую технологическую добавку, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повьппения . стойкости отливок и точности их изготовления, смесь содержит в качестве микролегирующей технологической добавки молибдат кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас.X:

Этилсиликатное свя1163959

9-25

10 вЂ” 30

О, 25-2, 0

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей для изготовления керамических форм и стержней по разовым и постоянным моделям в производстве

Точных ОTJIHBOK.

Одним из важных направлений в производстве точных отливок является придание им специальных свойств в поверхностном слое непосредственно через контакт и взаимодействие жидкого металла отливки с формой или стержнем. Зто особенно важно при изготовлении точных отливок типа штампов, пресс-форм, инструмента и т.д. 15 и придании рабочим литымоповерхностям данных отливок повышенной прочности, износостойкости при различных температурах.

Цель изобретения вЂ” повышение стой-2р кости отливок и точности их изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что смесь для изготовления ли-. тейных керамических форм и стержней, р5 используемая преимущественно для получения отливок со специальными свойствами в поверхностном слое, включающая этилсиликатное связующее, огнеупорный наполнитель, гелеобразователь и микролегирующую технологическую добавку, содержит в качестве микролегирующей технологической добавки молибдат кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас.X:

Зтилсиликатное свявЂ” зующее

Молибдат кальция

Гелеобразователь

Огнеупорный на полнитель Остальное

Сущность изобретения заключается в том, что молибдат кальция (ОСТ 4816-72, марки МДК-1 илиМДК-2),в сос-. таве керамической смеси одновременно является и огнеупорным наполнителем (Тп ) 1700 С) и минирелизатором, повышающим термостойкость керамики и точность отливки,и поверхностным микролегирующим компонентом, повышающим стойкость отливок.

В литейной керамической форме процесс поверхностного микролегирования молибденом отливки протекает 55 одновременно с процессом кристаллизации жидкой стали. Процесс микролегирования не требует специального оборудования, дополнительной обработки при высоких температурах и увеличения технологического цикла изготовления отливок.

В смеситель с вращением винта 1 1 =

2000 об/мин заливают расчетное количество связующего вЂ” гидролизованного раствора этилсиликата. Огнеупорный наполнитель, состоящий из кварцевого песка 1К0315 и пылевидного наполнителя (пылевидного кварца ПК, циркона, корунда и др.) в соотношениях 1:3, а также расчетное количество молибдата кальция (пылевйдного1 совместно засыпают в емкость мешалки со связующим.Суммарное количество огнеупорного наполнителя засыпают порциями в смеситель и перемешивают 5-10 мин. B качестве гелеобразователя (отвердителя смеси) применяют 50Е-ный водный триэтаноламин, 407-ный полиэтилсилазаи МСН-7 в толуоле и др. Количество применяемого гелеобразователя (0,25-2,0%) определяет время твердения смеси в пределах 5-15 мин. Расчетное количество гелеобразователя вводят в однородную, перемешиваемую в смесителе смесь и после ее кратковременногп (1-2 мин ) смешения расходуют.

Смесь заливают в стержневые ящики ! или на модели (с опоками). После твердения смеси из полученных стержней или форм извлекают оснастку (ст. ящики, модели) и подвергают их последующему прокаливанию при 900 С. о

Керамические стержни (в комбинированных формах) и отдельные керамические формы заливают металлом при

1570-)600 С.

Пример 1. Гидролизованный этилсиликат заливают в смеситель. Огнеупорный наполнитель,включающий, мас.Е: кварцевый песок 31, цирконовый порошок 50, молибдат кальция .10, загружают порциями в смеситель и перемешивают 5-10 мин..Добавляют

0,25 мас.Ж гелеобразователя ("407-ного раствора метилсилазана в толуоле) и после 2-3 мин перемешивания смесь готова к применению. Время твердения смеси 12-15 мин.

Пример 2. 17 мас.X гидролизованного этилсиликата заливают в смеситель, Огнеупорный наполнитель, состоящий из, мас.Ж: кварцевый пеФ сок 23,пылевидный кварц 40 молибдат кальция 20,загружают порциями в смеси959

4 керамики находится в виде соединения, состоящего иэ окислов СаО МоО .

Будучи очень активным (MoO разлагается при 795 С), молибден в контактном слое металл-форма легко восстанавливается железом иэ его окислов и обогащает поверхность стали.

Как карбидообразующий элемент с высокой диффузионной подвижностью атомов и высокой растворимостью в железе, молибден выделяет в поверхностном слое отливки карбиды Мо C обла; дающие крайне тонкой дисперсностью.

Последние оказывают существенное влияние на поведение отливки при длительной работе в условиях высоких температур (штампы, пресс-формы, инструмент и т.д.) . Легирование стали молибденом дьпает ее малочувствительной к перегреву. Известно, что по влиянию на жаростойкость стали молибден превосходит все известные легирующие элементы.

Как показали практические данные, при изготовлении отливок штампов иэ стали 5ХНВ с применением керамики, включающим молибдат кальция, увеличивается стойкость штампов в среднем на 307 (табл. 2).

Кроме того, благодаря обогащению молибденом поверхностных слоев отливки затрудняется образование fеО,. вследствие образования МоО, т.е. молибден повьнпает окалиностойкость.

Окисленность поверхности отливки в контактном слое металл-форма снижается. Последнее исключительно важ но для получения точных рабочих поверхностей отливок со сложным рельефом беэ механической обработки.

Чистота поверхности,отлйвок,повыша-. ется при применении предлагаемого состава с 30-40 до 20-10 (табл.2).

Снижение окисления жидкого металла в пограничном слое металл-форма уменьшает краевой угол смачивания металла с формой и способствует получению менее шероховатой поверхности отливок °

Наличие в молибдате кальция окислов СаО, обладающих значительной химической прочностью при высокой температуре, создает благоприятные условия для формирования чистой поверхности отливки.

3 1163 тель и перемешивают 5-6 мин. Добавляют 1,0 мас.7. гелеобраэователя

403-ного раствора метилсилазана в толуоле и после 1-2 мин перемешивания смесь готова к применению. Время твердения смеси 8-10 мин.

Пример 3. Гидролизованный этилсиликат (25 мас.7) заливают в смеситель. Огнеупорный наполнитель, включающий, мас.й: кварцевый песок 20;1О пылевидный кварц 25; молибдат кальция 30, загружают порциями в смеситель и перемешивают 4-5 мин. Добавляют 2,0 мас.Х гелеобразователя 40Хного раствора метилсилазана в толуоле и после перемешивания 1-2 мин смесь готова к применению, время твердения 3-5 мин.

В табл. 1 приведены предлагаемые (2-4) и известный (1) составы.

В табл. 2 приведены физико-механические и технологические свойства смеси и отливки.

Выбор рекомендованных граничных значений состава смеси определяется следующими соображениями, вытекающими из результатов исследования физико-механических и технологических свойств смеси составов 1-4 (табл. 2).

Обогащение поверхности молибденом на глубину 56 мкм обеспечивается со- ЗО держанием молибдата кальция в составе керамики 107.. При меньших его содержаниях в смеси глубина микролегирования уменьшается, следовательно, возникает опасность его исчезновения 35 в процессе последующей доводки рабочей поверхности отливки полировкой или шлифовкой.

Верхний предел содержания молиб- 40 дата кальция в смеси, равный ЗОЕ, ограничен экономическими соображениями, так как приводит к удорожанию смеси.

Следует считать содержание молиб- <> дата кальция с содержанием 20X оптимальиым.

Молибдат кальция удобен в применении в виде керамической смеси (тонкоизмельченного порошка). Егоплотность (P = 3,8-4,2) соизмерима с плотностями других огнеупорных компонентов (кремнезем, глинозем, корунд и т.д. ), что очень важно при получении однородной массы при И приготовлении без ее расслоения.

При температурах прокаливания

900 С молибдат кальция в составе б

Прокаливание керамики при высоких температурах (900 С и выше) не исклюо чает взаимодействия Мо и МоО с тонкодиспергированным (активным) кремне1163959

Таблица 1

Ингредиенты

5-30 Карбид бора

35-55

Остальное ное

Молибдат кальция

Гелеобраэователь

2,01,12

0,25

Таблица 2 отливок

1050 С

900 С

26,4 (2701

14, 7 (250) земом связующего этилсиликата в присутствии минералиэатора СаО и образования тугоплавких соединений Мо 5 0 .

Последние в сочетании с образующимися при температурах прокаливания

900 С термостойких соединений CaO <

"У О (волостанит1 повышают температуру деформации керамики выше 1200 С (табл. 21 и следовртельно, размерную точность отливок.

Прочность керамики по предлагаемому составу составляет 8,8-11,8 МПа (90"120 кг/см )на изгиб. Данные значения прочности вполне удовлетворяют требованиям технологии, так как по установившимся на практике данным прочности 5,85 MIIa (60 кг/см ) вполне достаточно для получения слож-!

Этилсиликатное связующее

Огнеупорный наполнитель

Физико-механические и технологические свойства смесей .и

1 Прочность керамики на изгиб при температурах прокаливания, Мпа (кгс/см / ных керамических форм и стержней с минимальными их дефектами 1 брак стержней и форм по слому не более 5X)).

Таким образом, при использовании предлагаемого керамического состава содержащего молибдат кальция, на

30Х увеличивается стойкость литого изделия при высоких температурах, 10 улучшается чистота поверхности литых изделий и их. точность, сокращается время на технологический процесс.

Предлагаемый состав позволяет сократитЬ себестоимость точного литья на

15 20Х. Условно-годовая зкономия от применения смеси при изготовлении штамповой оснастки составляет

50,0 тыс. руб.

Содержание в составах, мас.7.

Остальное Остальное ОстальПоказатели для составов

8,8(90) 10,3(1051 11 8 (1 20!

1163959

Продолжение табл. 2

Показатели для составов

Фиэико-механические и технологические свойства смесей и отливок

Температура раэмягчения (деформации) керамики, влияющая о .на точность отливок, С

1300