Смесь для изготовления литейных стержней и форм

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к соетавам смесей для изготовления литейных стержней и форм в нагреваемой или в холодной оснастке. Цель изобретения - улучшение качества стержней и форм за счет увеличения их податливости при силовом взаимодействии с затвердевающей отливкой, снижение уровня остаточных напряжений в отливке и повышение ее размерной точности . Состав смеси, мас.%: связующая композиция на основе синтетической смолы - продукта синтеза реакционно-способных мономеров (карбамида и/или фенола и/или фурилового спирта) с формальдегидом и отвердителя или катализатора отверждения (кислоты или кислой соли, или амина) 2...8; вещество чешуйчатого волокнистого строения из класса силикатов (из группы амфиболов: антофилит, тремолит, рыбекит, актинолит, глаукофан, родусит; из группы серпентинов: серпентин, хризотил, асбест; тальк или пирофиллит; из группы хлоритовых сланцев: пении, клинохлор; из группы гидрослюд: вермикулит, глауконит) 1...10; огнеупорный зернистый материал , силикатной природы - остальное. За счет реализации изобретения обеспечивается повышение деформации податливости смеси при 723 К в 2...3 раза, что позволяет снизить уровень остаточных напряжений отливок в 1,5 ... 4 раза и уменьшить отклонение от номинальных размеров в 1,5,,.2 раза. 6 з.п. ф-лы, 3 табл. о сл 00 00 00 00 4;:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН!!9) (!!} д!! 4 В 22 С 1/22, 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 4 „

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 413218!/31-02 (22) 18.06.86 (46) 15.04.88.Бюл. М 14 (71) Институт проблем литья АН УССР (72) Н.Г.Черненко, А.И.Синчугов, В.Г.! оренко, Р.К.Толстых и В.И.Кошелев (53) 621,742,4 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР !

1 1026926 кл. В 22 С 1/20, 1982.

Авторское свидетельство СССР

tP 1061347â кл. В 22 С 1/20, 1981 °

Авторское свидетельство СССР !! 7047!1, кл. В 22 С 1/22, 1978, (54) СМЕСЬ Д3И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ

СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ (57) Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей для изготовления литейных стержней и форм в нагреваемой или в холодной оснастке. Цель изобретения — улучшение качества стержней и форм эа счет увеличения их податливости при силовом взаимодействии с затвердевающей отливкой, снижение уровня остаточных напряжений в отливке и повышение ее размерной точности. Состав смеси, мас. Й: связующая композиция на основе синтетической смолы - продукта синтеза реакционно-способных мономеров (карбамида и/или фенола и/или фурилового спирта) с формальдегидом и отвердителя или катализатора отверждения (кислоты или кислой соли, или амина)

2...8; вещество чешуйчатого волокнистого строения иэ класса силикатов (иэ группы амфиболов: антофилит, тремолит, рыбекит, актинолит, глаукофан, родусит; из группы серпентинов: серпентин, хриэотил, асбест; тальк или пирофиллит; иэ группы хлоритовых сланцев: пении, клинохлор; из группы гидрослюд: вермикулит, глауконит)

1...10; огнеупорный зернистый материал. силикатной природы - остальное.

3а счет реализации изобретения обеспечивается повышение деформации податливости смеси при 723 К в 2...3 раза, что позволяет снизить уровень остаточных напряжений отливок в

1,5 ° .. 4 раза и уменьшить отклонение от номинальных размеров в

1,5...2 раза. 6 з.п. ф-лы, 3 табл.

1388184

Изобретение относится к литейному прОизводству, в частности к составам смесей для изготовления песчано-смоляных стержней и форм, используемых преимущественно для тонкостенных сложнофасонных отливок.

Цель изобретения — улучшение каче" ства стержней и форм эа счет увеличения их податливости при силовом взаимодействии с затвердевающей отливкой, снижения уровня остаточных напряжений в отливке и повышения ее размерной точности.

В качестве добавки - силиката чешуйчато-волокнистого строения смесь содержит минерал, выбранный иэ группы амфиболов, серпентина, талька и пирофиллита, хлоритовых сланцев и гидрослюд. Действие указанных разупрочняющих добавок объясняется общностью физико-химических свойств, обусловленной принадлежностью к одному классу веществ с идентичным строением кристаллической решетки.

Введение в состав смеси силикатов чешуйчато-волокнистого строения позволяет оптимизировать параметры укладки зереи огнеупорного наполнителя.

Смесь приобретае податливость благодаря рыхлой макроскопической структуре добавок, обладающих способностью делиться при силовом воздействии на тонкие пластинки с блестящими ровными поверхностями.

На термограммах чешуйчато-волокнистых силикатов отмечается ряд эндотермических эффектов в температурном интервале 493-1073К связанных с поэтапным удалением адсорбционной, кристаллизационной и конституционной воды. Это обезвоживание приводит к разрушению кристаллической решетки и охрупчиванию минералов, что способствует увеличению податливости стержневой смеси при силовом взаимодействии с затвердевающей отливкой.

Группа амфиболов относится к ленточным метасиликатам, в которых цепи тетраэдров Si O соединенные попарно, образуют протяженные плоские ленты: антофилит (Mg, Fe) 7 (ОН) (Бх О Д: - магний-железистый силикат; тремолит Са Mg (ОН)z

jSi>O») - кальций-магнезиальный силикат; актинолит Са (Mg Ге ) (OH)

) —, Si O ) вЂ, кальций-магний-железистый

8 ) силикат; рыбекит Na (Fe Ìg). Ре (ОН) (Si O Д железистая разновидность натрий-магний-железистого силиката; глаукофан Naz(>е,Мя) Аl.,(ОН) (Бз. О Днатрий-магний-алюможелезистый силикат; родусит Иа (Ге,Мц) Мд (ОН)

fS i >O»g — магнез иальна я рази ов иднос ть натрий-магний-железистого силиката.

Плотность амфиболов составляет

2,8-3,4 г/см, твердость - 5-6. Химический состав, мас.Х: SiO< 46-59;

FeO 4-20; MgO до 30; СаО до 15;, Na Î до 10 Н, О до 5,0.

Группы серпентина, талька, пирофиллита, хлоритов и гидрослюд отно15 сятся к слоистым силикатам, в которых цепочки и ленты группируются в одномерные плоские слои.

Группа серпентина включает серпентин Mg>(OH)< (Бз., ОД вЂ” магнеэиальный

20 гидросиликат, образующий спутанноволокнистые агрегаты и разновидность серпентина — хризотил-асбест, имеющий параллельно-волокнистое строение.

Плотность серпентинов составляет

2,5-2,7 г/см, твердость - 2,5-3,5.

Химический состав, мас.Х: MgO до

43,0; SiOz до 44,1; Н 0 до 13, в качестве примесей содержит FeO, Fe O»

NiO и Сг О, 30 Тальк Мцэ(ОН). jSiqOioj — водныи силикат магния встречается в виде слоистых чешуйчатых и сплошных агрегатов, пирофиллит А1 (ОН) (Si<0«j— водный силикат алюминия встречается в виде пластинчато-лучистых и сплошных агрегатов, Плотность талька и э пирофиллита 2,7-2 ° 9 г/см,, твер-. дость — 1,.Химический состав,мас.%: тальк - Б О 63,5; MgO 31,7",Н О

40 4,8; пирофиллит — SiO 66,7; Al O

28,3; Н 0 5,0, в качестве примесей встречаются ГеО Уе О и др.

Хлоритовые сланцы характеризуются большим разнообразием химическо45 го состава, приближенно соответствующего формуле (МК Fe) (Аl Ге )(OH)„(A1>Si«Oj,где и колеблется от 0,3 до 1. Кристаллическая структура хлоритов имеет специфическое четырехслойное строение, при котором трехслойные пакеты типа талька — пирофиллита чередуются с однослойными октаэдрическими пакетами типа брусита Mg(OH)< или гидраргилита А1(ОН) . Плотность — 2,6

3,4 г/см, твердость — 2-2,5.

Гидрослюды являются промежуточными образованиями между слюдами и глинистыми минералами слоистой

1388184 структуры. Вермикулит (М1, Ре

Ре .j (OH) ((А1,Б3.) О,Д 4Н„О характеризуется чешуйчатой и ленточной формой кристаллов. Плотность 2,4— 2,7 г/см, твердость — 1,0-1,5. Химический состав, мас./: M@0 14-25;

Ре О 3-17; FeO 1-3; SiO 34-42;

Al дО э 10-17; Н О 8-18. Глауконит

K(Fe,Al,Fe,Mg) (ОН)г х(АЗ.Б 3ОД пН О lp характеризуется чешуйчато-волокнистым строением. Плотность — 2,2

2,9 г/см, твердость — 2-3. э

Перед использованием минералы размалывают в обычных бегунах до f5 фракции 0 1-0,2 мм с последующей подсушкой при 373-393 -К.

Разупрочняющая добавка может применяться в составах песчано-смоляных смесей для изготовления стержней и 20 форм, твердеющих как в холодной,так и в нагреваемой оснастке.

В качестве огнеупорного зернистого материала силикатйой природы используют кварцевый песок, зернистый 25 дистен-силлиманит, циркон и др.

Для изготовления объемных стерж- . ней и форм в нагреваемой и холодной оснастке в качестве связующего используют композиции на основе смол 3р фенольного, фенол-карбамидного, фенол-фуранового, фенол-карбамидофуранового и карбамидофуранового THIIOQ

При изготовлении объемных стержней в нагреваемой оснастке более предпочтительно использование карбамидной смолы, модифицированной фуриловым спиртом, поскольку она характеризуется наибольшей реакционной активностью. В качестве катализато- 40 ров для горячего отверждения объемных стержней используют различные соединения неорганического и органического происхождения, а также комплексные материалы, например комплекс- 45 ный катализатор ЛСФ-А, И-l, ФС 26/6.

Для изготовления оболочковых форм и стержней по изобретению применяют синтетические твердые и жидкие смолы фенолоформальдегидного типа (ПК 104, СФ-010, СФ-015, СФ-241, СФЖ 3042 и т.д.), представляющие собой продукт поликонденсации фенола с формальдеги-. дом.

В качестве отвердителя плакированных песчано-смоляных смесей для оболочковых форм используют технический уротропин, Для холоднотвердеющих стержней выбор типа связующего и катализатора определяется конкретными условиями производства, конструкцией отливки и методом формирования стержня или формы.

Для приготовления смеси согласно изобретению огнеупорный зернистый материал силикатной природы перемешивают с разупрочняющей добавкой— веществом чешуйчато-волокнистоro строения — в бегунах в течение 30—

60 с. Дальнейший регламент приготовления и использования смеси остается беэ изменений и выбирается в соответствии с особенностями технологического процесса приготовления объемных и оболочковых стержней в холодной или нагреваемой оснастке.

В табл.1 приведены составы смесей для объемных стержней, отверждаемых в нагреваемой оснастке.

Свойства смесей согласно табл.l приведены в табл. 2 и 3.

Величину податливости стержней оценивали по величине деформации смеси при нагрузках 0,05; 0,1;

0,2 MIIa при температурах 523 и 723 К, а также по уровню остаточных напряжений в отливках типа блок-картер двигателя. Уровень остаточных напряжений в блок-картерах определяли методом тенэометрирования. Датчики наклеивали в узлах, склонных к образованию трещин.

Влияние состава смесей на геометрическую и размерную точность отливок оценивали по изменению базовых размеров отливок блок-картеров. Обмер отливок производили универсальным мерительным инструментом по 15 основным приемосдаточным параметрам в соответствии с картой контроля.

В табл.3 приведены данные по овальности отверстий с номинальным размером ф 36...50 мм под гильзы цилиндров °

Деформацию смеси под постоянной нагрузкой определяли на лабораторном приборе типа ПД-120. Образец размером 1 36...50 мм, изготовленный пескодувным способом на лабораторно" установке мод. 4735 А, устанавливали на нижний штемпель прибора, прикладывали заданную нагрузку и нагревали со скоростью 3 К/мин до 523 К и

723 К. После выдержки в течение

1388184

10 мин по стрелочному индикатору прибора отсчитывали величину деформации.

Анализ данных в табл. 2 и 3 показывает, что смеси по изобретению обеспечивают достижение уровня технологических характеристик, удовлетворяющих требованиям современного литейного производства. В то же время из данных в табл. 2 и 3 следует, что введение в состав смеси чешуйчатоволокнистых силикатов позволяет изменить характер деформации образцов под нагрузкой, что благоприятно влияет на улучшение податливости стержней, а также повышение размерной и геометрической точности отливок.

При 523 К смеси по изобретению характеризуются положительной деформацией, что свидетельствует о терми- 20 ческом расширении смеси, способствующем более точному воспроизведению стержнем конфигурации рабочей полости оснастки.

При 723 К смеси по изобретению 25 обеспечивают повышение отрицательной деформации в 2-3 раза, что позволяет с низ ить уров ен ь ос тато чных напряжений отливок в 1,5-4 раза и уменьшить отклонение от номинальных раэме- 30 ров в 1,5-2 раза.

Аналогичным образом проявляется влияние добавок чешуйчато-волокнистых силикатов в составах смесей для оболочковых форм, отверждаемых в нагре- 3 ваемой оснастке и в составах холоднотвердеющих смесей.

Формула изобретения

1, Смесь для изготовления литейных стержней и форм при производстве преимущественно тонкостенных сложнофасонных отливок, содержащая огнеупорный зернистый материал силикат- 45 ной природы, связующую композицию на основе синтетической смолы - продукта синтеза реакционноспособных мономеров с формальдегидом и отвердителя или катализатора отверждения, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества стержней и форм за счет увеличения их податливости при силовом взаимодействии с эатвердевающей отливкой, снижения

«,55 уровня остаточных напряжений в отливке и повышения ее размерной точности, смесь дополнительно содержит вещество чешуйчато-волокнистого строения из класса силикатов при следующем соотношении ингредиентов, мас,%:

Связующая композиция на основе син-. тетической смолы— продукта синтеза реакционноспособных мономеров с формальдегидом и отвердителя или катализатора отверждения

Вещество чешуйчатоволокнистого строения иэ класса силикатов . 1 - 10

Огнеупорный зернистый материал силикатной природы Остальное

2. Смесь по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что в качестве вещества чешуйчато-волокнистого строения она содержит минерал, выбранный из группы амфиболов следующего ряда: антофилит, тремолит, актинолит., рыбекит, глаукофан, родусит.

3. Смесь по п.1, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что в качестве вещества чешуйчато-волокнистого строения она содержит минерал, выбранный иэ группы серпентинов следующего ря- . да: серпентин, хризотил, асбест.

4. Смесь по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в качестве вещества чешуйчато-волокнистого строения она содержит тальк или пирофиллит.

5. Смесь по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что в качестве вещества чешуйчато-волокнистого строения она содержит минерал, выбранный иэ

rруппы хлоритовых сланцев: пении,клинохлор.

6, Смесь по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что в качестве вещества чешуйчато-волокнистого строения она содержит минерал, выбранный иэ группы гидрослюд: вермикулит,глауконит, 7. Смесь по п.1, о т л и.ч а ющ а я с я тем, что в качестве реакционноспособного мономера содержит карбамид, и/или фенол, и/или фуриловый спирт, а в качестве отвердителя или катализатора отверждения содержит кислоту или кислую соль или амин.

1388184

Т а блица 1

Содержание, мас.7, по составам

Ингредиенты

l,2 3,0 4,8

Смола МФФМ

1,3 2,0

0,52

Фуриловый спирт

Катализатор M-1

0,28 0,7 1,2

Вещество чешуйчато-волокнистого строения из класса силикатов

Антофилит, или тремолит, или актинолит или рыбекит, или глаукофан, или родусит

5,5 10,,0

1,0 или серпентин или хризотил-асбест, или тальк или пирофиллит, или пении, или клинохлор, или верминулит, или глауконит

Огнеупорный зернистый материал силикатной природы

97,0 89,5 82,0

Кварцевый песок

Таблица 2

Свойства смеси

Прочность при растяжении,. МПа, в отверждену Я ном состоянии.

2,4

l,24

2,8

1,33

3,0

Актинолит

1, 9

2,2

2,7

2,9

Серпентин

1 18

1,25

1, 3

2,8

3,1

Пирофиллит

1,2

2,1

2,5

1,26

2,8

Пении

1э17

1,39

2,0

2,4

1,25

2,7

1,26

Глауконит

1,15

Связующая композиция на основе синтетической смолы, в т.ч. 2,0 5,0 8,0,1388184

Продолжение табл.2

Свойства снеси

Осыпаем ос ть, Х

Ак тинолит

0,08

0,07

ОФ07

0,07

0,08

0,07

0,08

0,07

0,07

0,08

0,09

0,07

Глауконит

0,08

0,09

0,07

Газопроницаемость, ед.

Ак тинолит

175

168

156

Серпентин

161

170

150

152

Пирофиллит

Пении

172

164

166

158

150

168

Глауконит

160

В числителе приведены показатели при 293 К, в знаменателе - при 493 К;

+5 отверждение при Т = 493 К 3 мин

Таблица 3

Свойства смесей IIo составам

Разупрочняющая добавка

-0111/36/86

Ан тофилит

Тремолит

-0,14/29/84 -0,18/23/76 -0,23/9/93

-0,22/11/91

Актинолит -О, 13/30/91 - -О, 17/21/79

Рыбекит

Оьl2/31/85 Ов1о/20/72 0 24/10/95

-Оэ09/30/97 -0,14/28/84 -0918/12/88

-0,16/28/88 -0,19/19/75 -0,24/12/95

-0,10/35/89 -0,15/27/80 -0,19/14/90

Глаукофан

Родусит

Серпентин

Хризотиласбест

-О, 15/29/96 -0,17/21/78 -0,21/10/99

Серпентин

Пирофиллит

Пении

-0,15/29/80 -0,21/13/90

1388184

Продолжение табл.3

Раэудрочнявща добавка

Оэ 13/29/85 Оь 19/20/70 О э 24/9/89

Ою 14/28/89 -0117/19/67 Ое22/11/103

-О, 1 5/ 28/85 -О, 22/ 20/69 -О, 26/1 1/93

Тальк

Пирофиллит

Пении

-О, 13/30/84 -0,18/22/72

Клин охл ор -0,15/25/73 -0121/16/51

Глауконит

1 а/б/с: а — деформация смеси, Х, при 723К и нагрузке

0,1 MIIa; б — максимальная величина остаточных напряжений в отливке, МПа; с - максимальная величина овальности отверстия

А !51/мм под гильзы цилиндров, мкм.

Составитель С. Тепляков

Техред Л.Сердюкова Корректор В.Бутяга

Редактор Л.Повхан

Тираж 740 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб °, д. 4/5

Заказ 1538/16

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ойства смесей по составам

1 г

Вермикулит -0,10/32/93 -0,15/24/85

-0,25/10/95

-0,20/13/92

-0,27/10/89