Суспензия для керамических форм и стержней по постоянным моделям и способ их изготовления

 

1. Суспензия для керамических форм и стержней по постоянным модет лям, включающая огнеупорный наполнитель йа основе кремнезема, гидролиэованный раствор этилсиликата-, гелеобразователь и перекисное соединение, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности и газопроницаемости кераьтческнх форм и стержней до и после прокаливания, суспеизия в качестве перекиснрго соединения содержит 10%-ный ацетоновый раствор перекиси лаурила при следукяцем соотношении компонентов, мас.%: Гидролизованный раствор этилсиликата21-27 Гелеобразователь 0,7-1,1 10%-ньш раствор перекиси лаурила 0,2-2,0 Огнеупорный наполнитель на основе кремнеземаОстальное 2.Способ изготовления керамических форм и стержней по постоянным моделям, включающий приготовление керамической суспензии, заливку ее в модельную оснастку, отверждение, извлечение полученных форм и стержней из оснастки и их нагрев, отличающийся тем, что, с целью повьшения прочности и газопроницаемости форм и стержней, нагрев осуществляют при 50-100 С с выдержкой в этом интервале температур 45- . 70 1ин или нагрев осуществляют ступенчато с выдержкой в течение 15- 20 мин при 50-75 с с дальнейшим на-. гревом и выдеряосой в течение 45- 50 мни при ЗО-ЮО С. 3.Способ поп,2, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения прочности форм и стержней,- нагрев осуществляют при 50-75 с с выдержкой в этом интервале температур в течение 50-70 мин. 4.Способ по п.2, отличающийся тем, что, с целью повышения гвэопромицаемости форм и стерхаей, йагрев осуществляют при 80- 100 С с Швщёржкой в этом интервале тейлерачтф в течение 45-60 мин. i (Л Is9 СП О5 00 4 сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„SU„„)ate (дц В 22 С 1/ОО, 9/00

Г й

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /"

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Гидролиэованный раствор этилсиликата

Гелеобраэователь

10Х-ный раствор перекиси лаурила

Огнеупорный наполнитель на основе

21-27

0,7-1, 1

0,2-2,0

Остальное кремнезема

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3875121/22-02 .(22) 02.04.85 (46) 15.09.86. Бюл. У 34 (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (72) Д.М.Кукуй, Б.И.Уваров, А.Т.Мельников, Т.А.Уварова, Е.А.Чернышов и С.Е.Грищенко (53) 621.742.4:621.74.045 (088.8) (56) Карножицкий В. Органические перекиси М.: Иностранная литература, 1961, с. 61.

Авторское свидетельство СССР

У 44 1088, кл. В 22 С 1/00, В 22 С 9/04, 1974.

Иванов В.Н., Зарецкая Г.М. Литье в керамические формы по постоянным моделям. М.: Машиностроение, 1975, с..79.

Авторское свидетельство СССР

У 28724 1, кл. В 22 С 9/04, 1969. (54) СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ

И СТЕРЖНЕЙ ПО ПОСТОЯННЫМ МОДЕЛЯМ И:

СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) 1, Суспензия для керамических форм и стержней по постоянным моде-. лям, включающая огнеупорный наполнитель йа основе кремнезема, гидролиэованный раствор этилсиликата; гелеобразователь и перекисное соединение, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности и газопроницаемости керамических форм н стержней до и после прокаливания, суспензия в качестве нерекисиого соединения содержит 107-ный ацетоновый раствор перекиси лаурила при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

2. Способ изготовления керамических форм и стержней по постоянным моделям, включающий приготовление керамической суспенэии, заливку ее в модельную оснастку, отверждение, извлечение полученных форм и стерж- а ней иэ оснастки и их нагрев, о тЯ личающийся тем, что, сцелью повышения прочности и газопроницаемости форм и стержней, нагрев осуществляют при 50-100 С с выдержкой в этом интервале температур 4520 мин или нагрев осуществляют. сту пенчато с выдержкой в течение 15- Фф

20 мин при 50-75 С с дальнейшим на- Qll гревом и выдержкой в течение 45- ©ф

50 мин при 80-100 С. Я) в3Ь

3. Способ по п.2, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения прочности форм и стержней,. нагрев осуществляют йри 50-75 С с выдержкой в этом интервале температур в течение 50-70 мин.

4. Способ по п.2, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения гаэопроницаемости форм и. стераней йагрев осуществляют при 80 100 С с выдержкой в этом интервале температур s течение 45-60 мин.

1256845

Изобретение относится к литейному производству, н частности к составу суспензии и способу иэготонлениг иэ нее керамических форм и стержней по постоянным моделям. 5

Цель изобретения — повьппение прочности H гаэопроницаемости керамических форм и стержней до и после прокаливания, Согласно изобретению керамическая суспензия н качестве технологической добавки содержит перекись лаурила в виде 107.-ко"î ацетононого раствора. Суспензия состоит из гидролизованного раствора этилсиликата, гелеобраэователя и огнеупорного наполнителя.

Сущность предлагаемого способа со-. стоит в том, что керамические формы кпи стержни, полученные иэ суспекэии известным способом, после отверждения подвергают тепловой обработке, / заключающейся н нагреве их до температур 50-75 С и выдержке н этом интервале температур в течение 5070 мин, Для преимущественного новыаения газопроницаемости керамических форм или сч.ержней, изготовленных иэ. предлагаемой сускекэии, их после отверждения до резиноподобного состоя- ЗО ния и протяжки модели нагренают до

80-100 С с выдержкой в этом интервале температур н течение 45-60 мин, Для одновременного повышения и прочности и газопроницаемости формы или стержни после отверждекия подвергают ступенчатой тепловой обработке с выдержкой 15-20 мин в интервале темо ператур 50-75 С дальнейшим нагревом и выдержкой 40-50 мин в интервале,1О температур 80-100 С.

Перекись лаурила имейт следующую структурную формулу (CHg(CHg$g СО О jg д или . 0 0

tl 5

К С (CHq)g С 0 0 С (СН ) СН

Предельная растворимость - 10 г перекиси лаурила н 100 г ацетона, Перекись применяют в качестве инициатора полимеризации каучуков как

Отдельно, так и в комбинации с ускорителями - третичными аминами. Перекись стабильна при комнатной темпе" ратуре, однако при нагреве вьппе 45 С

6 наблюдается быстрое ее разложение, а если температура достигает 80 С, 1а разложение происходит бурно с вь|делением углекислого газа. Перекись лаурила представляет собой белый о порошок, плавящийся при 45 С.

Перекись лаурила относится к пе" рекисным производным одноосновных кислот (перекиси ацилов):

Перекиси ацилон распадаются сначала по перекисному мосту с образованием двух ацилатных радикалов, которые очень активны:

О 0

ll 11

H,-C O U, ;C 0

Второй этап раэложения .перекисей ацилов состоит н раэрыве связей С-С с получением радикалов К, и К и СО .

Ацетоковый раствор перекиси лаурила нейтрален /рН 7/, поэтому он не оказывает влияния на живучесть связующего раствора. Применение перекиси лаурила н ниде ацетоконого раствора обуславливается необходимостью ранномерного ее распределения по объему суспенэии. Раствор перекиси лаурила вводится до введения геле" образователя. После ннедения гелеобраэователя формы или стержни отверждаются до резиноподобкого состояния, освобождаются от модельной оснастки и помещаются н нагревательную печь для окончательного отверждения и структурирования связующего, осущест нпяемого при температуре, необходимой для разложения перекисного соединения.

Известно, что во время гидролиза . этилсиликата нередко происходит циклиэация продуктов гидролиза. Появление в полимерной сетке дефектов, вызванных возникновением неэффективных цепей, связанных с узлами сеткй только одним концом или замкнутых в виде циклов-петель, резко снижает прочностные свойства попикокденсата.

Рост циклических полимеров возможен только при разрыве кольца с образованием связи М 0 $1 2я2и вследст ние окисления этоксильных групп. При,Менеяие перекисного катализатора на"

1256845 ряду с аминным или щелочным способствует формированию плотной бездефектной структуры связующего, придающей форме высокую прочность,улучшение физико-механических характеристик керамики до и после прокаливания объясняется тем, что при отверждении ее в присутствии перекиси лаурила происходит окисление боковых органических радикалов (этоксигрупп) и образование поперечных связей в полимере при использовании даже неполностью гидролизованного этилсиликата, а также вследствие раскрытия неэффеко тинных циклов, не участвующих в об- т5 разовании пространственной трехмерной структуры связующего, высокоактивными перекисными радикалами. В результате наиболее полно используются связующие способности кремний- 2С органического полимера (этилсиликата).

В случае применения керамических форм для получения отливок большей массы, а также при использовании тонких или пустотелых стержней, це- 25 лесообразно максимальное. повышение прочности керамики. Кроме того, повышенная прочность керамики при изготовлении керамических форм по постоянным моделям способствует максималь- ЗС ному уменьшению толщины керамического облицовочного слоя, что сокращает расход суспензии и несколько снижает требования к газопроницаемости. Для обеспечения повышенной прочности нагрев форм после отверждения суспено зии необходимо вести до 50-75 С и выдерживать при этих температурах в течение 50-70 мин. При этом достигается полное протекание первого этапа разложения перекиси лаурила и частичное разложение ее по второму этапу.

Это способствует созданию керамических слоев высокой прочности. В дальнейшем при прокаливании форм выде- ление СО из перекиси лаурила происходит через микротрещины керамического слоя и не снижает его проч. ностных показателей.

При заливке керамических форм И кипящей сталью при наличии в отливке тонких сечений, а также при использовании массивных керамических форм с толстой облицовкой, целесообразно получать керамические слои повышен- 55 ной газопроницаемости. Для обеспечения этого показателя нагрев форм о после отверждения ведут до 80" 100 С и выдерживают при этих температурах в течение 45-60 мин, При прогреве керамических форм до указанных температур происходит интенсивное pasложение перекиси лаурила по 1 и 2 этапам одновременно. Процесс сопровождается резким повышением газопроницаемости форм и стержней при некотором снижении их прочности..

Для обеспечения одновременного повышения прочности и гаэопроницаемости отвержденные формы нагревают в печи до 50-75 С, выдерживают при

0 этоц температуре 15-20 мин, продолжают нагрев до 80-100 С и выдерживают в этом интервале температур 4050 мин, В течение непродолжительной о выдержки при температурах 50-75 С происходит разложение перекиси лаурила по первому этапу с выделением активных перекисных радикалов, с образованием поперечных связей в полимере и упрочнением керамики. При дальнейшем нагреве и выдержке при

80-100 С наступает второй этап разложения перекисй лаурила с выделением СО и повышением газопроницае— мости керамики. Показатели прочности ее при этом снижаются незначительно и остаются выше соответствующих показателей физико-механических свойств прототитта.

Технология приготовления суспензии»

В емкость лопастной мешалки вли.вают связующее — гидролизованный раствор этилсиликата (ГРЗ) и технологическую добавку — ацетоновый раствор перекиси лаурила. Далее при переме-. шивании вводят огнеупорные материалы, например кварцевый песок 1 К02А. и-пылевидный кварц ПК-2 непрокаленI ный в отношении 1:2. Для приготовления связующего использовали запорожский этилсиликат марки 32 по

ИРТУ 6-02-415-67. Гидролиз проводили однофазным способом, условное содержание SiO в связующем 16Х.

После введения всех компонентов суспензии добавляли гелеобразователь

407-ный водный раствор триэтаноламииа (TY 6-09-2442-72), суспенэию перемешивали 30 с и выливали в приго товленную оснастку, Через 1-2 мин суспензия отверждается. Формы удаляли на оснастки и устанавливали в нагревательную печь при температуре, ттреттышающей температуру разложения

125 8?,5

::Жм («9 2« 2», 2:.: 29 2« : = "l 26 N 27 27 }2«} 2« 27 2« .2«

}вор вт}»л с}ово»о tB

ГежеооравоветlRJBb 402 юъзй Водиьо} раствор трввтанолемжа

0,7 О, 0,7 0„7 О... 6,,7 0, О»9 0,9 ««

«„«

Ов9 «в2 Оэ7 "в «

30Х-í}»?«во}«;м}»««раствор

} верее?»си

} во?«ородв

j «02-ии}«е}«е»

J тововм?} I}sctsoy ве ре}»всо ва?} р}ящ а о ОВ06

«д9 02 20 «9 07 ::9

О» «092 09. ., },Э 2МО l}92

0,2

80, «76,2 78, «77 „8 73,8 76,3 Л,. }

} е9

"Э перекиси лаурила. После пр ов едет}я тепловой обработки формы прокалнкалк при 900 С в течение 1 ч.

СОстЯБЫ суспензий с которьР}««бы" ли проведены испытания, представле= ны в табл.,1, результаты испытаний кевямнки раэличнь?х составов при р 3" личных режимах тепловой обработки приведены в иабл.2. Составы 1" и 16 суспензия, взятая за прототип„ Для }2 уточнения режимов тепловой обработки и оптимального времени выдержки ке* рамических форм или стер?}о?ей при ря личных температурах дальнейшие исследования проводили ня со(гя?«е 9с

Результаты исследований приведе??ь}

s табл.Э и 4.

Испытяния прОБОдили по стя кдя ртным методикам« Прочность на .Изгиб из" l « меряли на разрывной мапине РМ=ЗО, гязОпрОницаемОсTü = HB аппарате для испытания гаэопроницаемости формовочных смесей с покаэываю0?им сильфонным манометром производства ПНР типа LPiR.

Проведенные испытаний подтверждают Быс Окую эффект ивн э(- т}ь ис поль. },. в«:. ния предлагаемой суспекэи.: в, указанных пределах для повь}?Бенк}я прочност." дО и ПОсле прОК яливя кия и Гя э опрО к«?». цяемости кера??ических по?срьр кЖ:, Для обеспечения пс}Бь??пенкой газопроницаемости керамических форм и стержней Оптимальными пяряметрами тепловой обработки, согласно результатам испытаний, представленным в табл.З,, являются выдержка керамики при 80-100 C в течение ч5-б0 мик, За это время полностью происходит

2-й этОЙ рязлОжения перекиси ляуриля, который, накладываясь ка 1-й этап, обеспечивает повь}}??екную газопроницяемость форм и стержней при одновременном увеличении прочности керамики по сравнению с прототипом, Оптимальная технология получения керамических форм и стержней повыФ

Пенкой прочности и Газопроикцяемости заключается Б ступенчатой тепловой обработке. На 1-й ступени форму (стержень) нагревают до 50-75 С и выдерживают при этой температуре в течение 15-20 мин, Затем температуру о быетро ?}овьш}ают до 80-100 С с выдержкой при этой температуре Б течение

40-50 мик.

Применение состава суспекзии для изготовления керамических литейных форм и стержней ..} способа се кспольЭОБЯНия »озволяет сккзить сабестОимос" ь пол".?кения тОчных от??ИБОК за счет умень?}}ен??я брака по газовым раРВ3 "У}}}ЕHHJ? фОР;,«, 73,««7«,7 69,9 66,6 78,3 89,/ ?6,24 7«,84

1256845

Таблипа 2

Составы сиесед

Свонсгеа 3 4 3 г (У, 8 )9 . О (33 52 ?1э (\4 $t\ (ь

Оа&6 Оа7 1

0 60 0,70

О 60 О 65

0,56 0,62

1 4 4 6 9 15 О 8 0 Ь 7 1 8 52 44

ЭЬ 56 63 P Й 103 56 78 51 71 74 35 75 56 49

28

1аЬ05 203 29 47 73 86 88 3 1 а6 36 30 7 3041 1 & И I Оа91 02

Ноэеркмоств гладкан, беа нор, трепни м керобленна

Короблеина,Надо- Нмомество треепы зпм раковин керобленме

Раковннм

Яадо- Ниоиество раковин лмвм

Поверкмоств гладкал 1Вюго Поверкиоств глад» Короблеинн бее кряимФК ЛЮР м нор кан бей КРатпнск М тремммн коробленмй порт треекеме ко робленма

Рако° ифм. Р р х и е ч а и м ° . 8 числителе дроби авааамм марактарнстнам ферм, Еоиедммк талонам обработка пбн 65 С

° течение 1 ч1 в вне анатоле - прн 90аС е тееемме 1 ч.

Таблица 3

Свойства

Формы обработаны при Т = 45 С. Предел прочности на изгиб после прокаливания, ИПа

0,35

0,31

0 ° 52

0 52

0 4

0,30

Газопроницаемость, усл.ед.

Качество .поверхности

Гладкая, без пор, трещин и короблений

-"- Т 50 С, И

"-ИПа

2 34 3,01

3,60

3,59

3,56

1,52

Гаэопроннцаемость, Эсл.ед.

Предел прочности па изгиб до про каливапиа, нпа

11редел прочности на магмб. после прокалиеа, 1Na оороннцаеиосте после прокаливание, асл.ед.

Предел проч" мости ка саатне мосле прокаяб манил, К1а

Качество моееркностм

° орюв f ° ч 65sC

Качество моверм востм Еорееа. °

T o 90 C

1а28. 1а74 3 17 3.62 Эа65 l 42 4 22 t 5Э 4 56 4 34 О 58 4 61 0422 Оа35

I, I3 1,18 0,9 0,7 0,47 I,ОЬ 0,93 T,Í ОО,93 .б,91 0,51 0,94 б,18 0,21

125 153 Э01 337 Эа4 125 411 131 44Э 422 045 448 017 027

Продолжительность тепловой обработки, мин

30 45 50 60 70 75! 256845

Продолжение табл. 3

f и

Продолжительность тепловой обработки, мин

Свойства

Качество поверхности

-"- Т 65 С, --MIa

1 °

3,68

4,42

4,46

Газопроница емость, усл. ед. 7

Качество поверхности

-"- Т m m75 Cil — ИПа

4,0

-"- Т 80 С, --MIa

11 l, 26

1,24

0,98 0,91

0,90

35

70

Поверхность гладкая

Появляются мелкие поры ности

-и- Т.m m90 С, --MIa

0,96

1,0

0,83

0,89

0,82

Газопроницаемость, усл. ед, 82

80

Качество поверхности

-"- Т а а100 С, -"- MlIa

Газопроницаемость, усл. ед.

0,88

0,85

0,81

0,77

0,72

60

80 81

89

Качество поверхности

0 36

Качество поверхности.

Крупные поры, Трещины, вздутие

Вздутие, Вздутие, поры трещины разрывы

Газ опроницаемость1усл. ед, Качество поверхности

Газопроницаемость, усл, ед, O

Качество поверх-n- T e e110 С, - - МПа

11

Газопроницаеиость, усл. ед.

45 . 50 60 70 75

М »м ° »»

Гладкая, без пор, трещин и короблений

Гладкая, без пор, трещин и короблений

2,98 4,13 4,25 4,14

Гладкая, без пор, трещин и короблений

Мелкие поры, не ухудшающие качества

Мелкие поры, не ухудшающие Крупные поры, трещины качества

0,76 0,50 0,38 0,36

84 90 99 102