Смесь для изготовления литейных стержней
Использование: изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления стержней. Сущность изобретения: в смесь для изготовления литейных стержней, содержащую кварцевый песок 10-20%, воду и связующее , вводят песок с содержанием глинистой составляющей в количестве 10-82 мас.% и в качестве связующего пек каменноугольный и нитрит натрия. Компоненты смеси находятся в следующем соотношении, мас.%: нитрит натрия 0,5-1,0; пек каменноугольный 3-10; вода 5,0-7,0; песок полужирный 10-82; песок кварцевый остальное. За счет использования в качестве связывающего компонента пека каменноугольного и нитрита натрия прочность литейных стержней повышается в 2,5-3,0 раза с сохранением хорошей выбиваемости и отсутствием пригара к отливке. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 B 22 С 1/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР gUg ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4856198/02 (22) 11.06.90 (46) 23,05,92. Бюл. ¹ 19 (71) Донецкое производственное объединение "Донецкуглеремонт" (72) И.В.Суздальцев, А.В.Березин, А.Е.Маркович, B.Ä, Каплунов, В.С.Ларичев, В.Н. Мошенский, Е.В.Подолинный и А.Я,Бабанин (53) 621.742,55 (088.8) (56) Жуковский С.С. Прочность литейной формы. М.: Машиностроение, 1989, с. 28. (54) СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙHblX СТЕРЖНЕЙ (57) Использование: изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления стержней, Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления стержней, удаляемых из отливок после их охлаждения. Известна смесь для изготовления литейных стержней и формовочной смеси, состоящая из песка с глинистой составляющей (песок полужирный, жирный) и не содержащая специально вводимого связующего компонента. Недостатком этой смеси является невысокая прочность литейных стержней до и после сушки, высокая осыпаемость и невозможность ее использования для стержней высокой сложносчти (1 — 8 классы сложности). „„5U„„1734916 А1 Сущность изобретения: в смесь для изготовления литейных стержней, содержащую кварцевый песок 10-20%, воду и связующее, вводят песок с содержанием глинистой составляющей в количестве 10 — 82 мас.7 и в качестве связующего пек каменноугольный и нитрит натрия. Компоненты смеси находятся в следующем соотношении, мас. (: нитрит натрия 0,5 — 1,0; пек каменноугольный 3 — 10; вода 5,0 — 7,0; песок полужирный 10 — 82; песок кварцевый остальное. За счет использования в качестве связывающего компонента пека каменноугольного и нитрита натрия прочность литейных стержней повышается в 2,5 — 3,0 раза с сохранением хорошей выбиваемости и отсутствием пригара к отливке, 1 табл. Известны составы для изготовления литейных стержней и формовочных смесей, включающих в качестве связующего компонента синтетические смолы (термореактивные полимеры, например фенолформальдегидные, карбамидоформальдегидные, полиуретановые, алкидные смол ы). Недостатками этих смесей являются сравнительно высокая остаточная прочность стержней после охлаждения отливки, а следовательно, низкая выбиваемость. Кроме того, имеет место пригар отливки к стержням в местах с высокой кривизной поверхности (сравнительно высокая стоимость связующего компонента из данных 1734916 смол повышает себестоимость стержней), а также сложность использования смол, Из известных смесей для изготовления литейных стержней наиболее близкой к предлагаемой является смесь, содержащая кварцевый песок, воду и связывающий компонент, причем в качестве связывающего (5 — 6 мас, смеси) используют состав из 70— 75 мас.% древесного песка и 25 — 30 мас, формовочной глины. Данную смесь используют для стержней I! и III классов, температура сушки 220— 230 С, время сушки 1 ч, Недостатками данной смеси являются невысокая прочность стержней после сушки и сравнительно высокая остаточная прочность, т.е. низкая выбиваемость, что затрудняет удаление стержней при обработке отливок в галтовочных барабанах, особенно из мест сложного профиля и переменной кривизны поверхности. Кроме того, введение в связывающее формовочной глины в количестве 1 — 2 мас. от общего количества стержневой смеси не позволяет варьировать прочность стержней, исходя из требований, диктуемых габаритами, конфигурацией, наличием тонких сечений стержня. Такие свойства связывающего компонента связаны с соотношением фракций древесного пека, представляющие собой в основе ароматические углеводороды, Цель изобретения — повышение прочности литейных стержней в сочетании с хорошей выбиваемостью и отсутствием пригара к отливке. Поставленная цель достигается тем, что в смесь для изготовления литейных стержней, содержащую кварцевый песок, воду и связывающий компонент, вводят молотый каменноугольный пек в количестве 3 — 10 мас. и нитрит натрия (NaNOz) в количестве 0,5-1,0 мас., которые играют роль связывающего компонента, полужирный песок в количестве 10 — 82 мас. в следующем соотношении компонентов, мас. : Нитрит натрия . 0,5-1,0 Каменноугольный пек 3,0 — 10,0 Вода 5,0-7,0 Песок полужирный 10,0-82,0 Песок кварцевый Остальное При введении в смесь для изготовления литейных стержней каменноугольного пека в количестве меньше 3,0 мас. и нитрита натрия в количестве меньше 0,5 Mac. прочность стержней при комнатной температуре после сушки низкая, что не позволяет использовать литейные стержни по назначению. При введении в смесь для изготовления литейных стержней каменноугольного пека 55 в количестве большем 10 мас. наблюдается сильное повышение остаточной прочности, что ухудшает выбиваемость стержня. При введении в смесь для изготовления литейных стержней, наряду с указанными, нитрита натрия в количестве, превышающем 1,0 мас., наблюдается снижение эффекта упрочнения стержня при нормальной комнатной температуре. Введение в смесь для изготовления литейных стержней полужирного песка в количестве меньше 10 мас. приводит к недостаточной прочности стержней после сушки, что связано с недостаточным количеством глинистой составляющей полужирного песка. Введение в смесь для изготовления литейных стержней полужирного песка в количестве больше 82 мас. при предлагаемых граничных условиях ввода других компонентов невозможно, если принять сумму составных частей смеси строго за 100 мас. . Введение в смесь для изготовления литейных стержней нитрита натрия в количестве 0,5 — 1,0 мас. позволяет повысить прочность литейных стержней в сочетании с хорошей выбиваемостью и отсутствием пригара к отливке. Введение в смесь для изготовления стержней каменноугольного пека в количестве 3 — 10 мас. позволяет повысить прочность литейных стержней в сочетании с хорошей выбиваемостью и отсутствием пригара к отливке. Введение в смесь для изготовления стержней полужирного песка в количестве 10 — 82 мас. позволяет повысить прочность литейных стержней за счет присутствия в песке глинистой составляющей, которая после взаимодействия с каменноугольным пеком создает возможность достижения хорошей выбиваемости и отсутствия пригара к отливке. Сущность положительного влияния на прочность и выбиваемость стержней добавок каменноугольного пека и нитрита натрия состоит в следующем. После тщательного перемешивания всех компонентов смеси частицы пека и нитрита статистически равномерно распределены по объему смеси совместно с глинистой составляющей полужирного песка. При приготовлении смеси лучше использовать среднетемпературный каменноугольный пек с температурой размягчения 67 — 75 С. При сушке сформированных литейных стержней (температура сушки выше 100 С) происходит расплавление пека и образование трехфазной дисперсной смеси "скелетного типа", где присутствуют, в основном, коагу1734916 ляционный тип контакта в стержневой смеси. Установлено, что при повышении температуры сушки свыше 140 — 150 С начинает проявлять свое влияние нитрит натрия, служащий модифицирующей добавкой для активизации прочности сцепления частиц песка в смеси и качества обволакивания расплавленным пеком песчаных гранул; причем с увеличением содержания нитрита натрия в смеси свыше 1,0 мас.% это положительное влияние начинают снижаться, что связано с невысокой прочностью непосредственно закристаллизовавшегося после охлаждения нитрита натрия, который занимает в этом случае локальные участки стержня, размеры которых зависят, в свою очередь, от содержания глинистой составляющей и нитрита натрия и составляют величину порядка 10 — 60 мкм. При содержании нитрита натрия в количестве 0,5 — 1,0 мас.% локальных участков соли не обнаружено, Частицы песка с поверхностной пленкой пека и соединительными фрагментами глинистой составляющей служат основой формирования кристаллизационных (фазовых) типов контактов в смеси после охлаждения стержня. Кристаллизация пека способствует скреплению частиц песка. В результате после сушки получают литейные стержни с хорошей прочностью. При нагреве стержня при сушке выше 270 С нитрит натрия расплавляется и механизм его влияния на прочность литейных стержней изменяется: прочность стержня растет, а остаточная прочность после заливки начинает возрастать, что ухудшает выбиваемость стержня из отливки. После контакта стержня с расплавленным чугуном или сталью при отливке деталей происходит выгорание летучих компонентов каменноугольного пека, в результате чего, а также под воздействием нитрита натрия остаточная прочность стержня начинает снижаться, что способствует хорошей выбиваемости стержня В известной смеси прочность литейных стержней после заливки металлом снижается незначительно за счет другого состава древесного пека и отсутствия модифицирующего влияния полевых добавок. Ввиду сравнительно малой стоимости каменноугольного пека и нитрита натрия и их малой доли в смеси для изготовления литейных стержней предлагаемая смесь является эффективной, доступной и простой в изготовлении. В научно-технической и патентной литературе не установлено применение каменноугольного пека вместе с нитритом натрия как солевой модифицирующей добавки в качестве связующего компонента конкретно стержня определяется экспериментально. Пример 1. Смешивают компоненты в следующем соотношении: песок кварце45 вый марки 140315А 11,8 кг(47,2 мас,%), песок полужирный марки П02А 10,0 кг (40,0 мас,%), каменноугольный пек 1,5 кг (6,0 мас.%), нитрит натрия 0,2 кг(0,8 мас.%) в бегунах, изготовленных экспериментально 50 (емкость 0,04 м ), Длительность перемешиз вания 5 мин. После этого в смесь добавляют воду в количестве 0,5 кг(2 мас.%), поскольку влажность смеси полужирного и кварцевого песков составляет 4 мас., т.е. в сумме 1,5 55 кг(6 мас,%). Из полученной смеси формируют литейные стержни; их размеры и конфигурацию определяют исходя из требований ГОСТ, в которых указаны параметры стержней для испытаний и определения свойств. Кроме этого, изготовляют U-трубку внутрен5 35 смеси для изготовления литейных стержней, Их совместное введение в количестве 3,5 — 11,0 позволяет повысить прочность литейных стержней в сочетании с хорошей выбиваемостью и отсутствием пригара к отливке. Предлагаемую смесь для изготовления литейных стержней получают следующим образом. В бегуны засыпают предварительно просеянный кварцевый песок и полужирный песок не выше крупной группы зернистости (0315), например, марок 1К0315А, 1КО2А, П02А, П016А, в количестве 82-91,5 мас., причем доля полужирного песка в готовой смеси не должна быть ниже 10 мас.%, Если песок сухой, то добавляют необходимое количество воды, если песок влажный, то по результатам анализа на влажность количество воды пропорционально уменьшают. Затем в смесь вводят молотый и просеянный каменноугольный пек в количестве 3 — 10 мас.% и нитрит натрия в количестве 0,5 — 1,0 мас., включают бегуны, и смесь тщательно перемешивают в течение 4 — 5 мин. После этого смесь для изготовления литейных стержней готова к употреблению. Изготовленные стержни помещают в печь и сушат при 130 — 180 С в течение 2 — 4 ч в зависимости от массы и сечения стержня до полного удаления влаги; сушить стержни можно при температуре печи 300 С в течение 1 — 1,5 ч. Температура сушки определяется требуемым соотношением прочности высушенного стержня при комнатной температуре и остаточной прочности; повышение которой в случае сушки стержня при 300 С может быть приемлемо для простых, несложных стержней, окончательный выбор режима сушки для каждого 1734916 ним диаметром 30 мм, наружным диаметром 40 мм и длиной 100 мм, шириной между осями ветвей 60 мм с разъемом в продольной плоскости для изготовления стержня. Эти стержни в дальнейшем используют для изготовления U-образных отливок с целью определения выбиваемости стержней. После изготовления стержней проводят следующие испытания; определение прочности на растяжение в сухом состоянии и на сжатие в сухом состоянии (образец на растяжение длиной 75 мм и толщиной 25 мм готовят в стержневом ящике, образец на сжатие готовят диаметром 50 мм и высотой 120 мм), определение осыпаемости на образцах диаметром 50 мм, высотой 120 мм; определение гигроскопичности сухих стержней по методу оченки количества влаги, поглощенной стержнем; оценка формуемости предлагаемой смеси путем ее качественного сравнения с известной, оценка выбиваемости стержней из U-образной отливки по времени выбивания в галтовочном барабане и усилию откола стержня при воздействии щупа-динамометра; оценка пригара стержня к отливке визуальным методом после выбивания стержня, Полученные результаты испытаний представлены в таблице в усредненном виде, поскольку по каждому виду испытаний регистрируют определяемый параметр на трех-пяти образцах. Содержание глинистой составляющей в полужирном песке (18 мас.%) не изменяется. Пример ы 2 — 5. Аналогично описан- ному в примере 1 выполняют операции изготовления стержней: массовую долю пека, воды и полужирного песка составляют прежней; содержание же нитрита натрия изменяют в пределах ниже и выше предлагаемых: 0,2; 0,5; 1,0; 1,5 мас.%. Проводят те же испытания. Пример ы 6 — 9, Содержание нитрита натрия принимают средним предлагаемого интервала — 0,8 мас.%; вода 0,6 мас.%; песок полужирный 40 мас.%, песок кварцевый 40 — 51 мас.%. варьируют содержание пека: 1,5; 3,0; 10,0 и 13,0 мас.%. Пример ы 10 — 13. Содержание нитрита натрия, пека и воды берут по среднему значению предлагаемых интервалов соответственно: 0,8; 6,0 и 6,0 мас,%, варьируют содержание в смеси полужирного песка в пределах 6,0 — 87,2 мас,%, Пример ы 14 — 17. Изменяют массовую долю в смеси нитрита натрия, каменноугольного пека и полужирного песка в комплексе относительно предлагаемых интервалов их содержания. 55 брака стержней за счет их более высокой прочности, устранения армирующих стержней, снижения времени выбивки и повышения качества внутренней поверхности отливок, изготовленных с применением предлагаемых литейных стержней. На 100 отливок из серого чугуна типа тройника (длина 360 мм, высота 175 мм, наружный диаметр сечения 86 мм, масса М 7,5 кг) при использовании стержней, изготовленных из известной смеси, с учетом раскола стержней необходимо 108 стержней (А ), себестоимость одного стержня С 0,061 руб., из них стоимость арматуры из стали 10 для одного стержня 0,032 руб, При использовании стержней, изготовленных из предлагаемой смеси, на 100 отливок типа тройника необходимо 101 стержень (А ) без Пример 18. Состав смеси для изготовления литейных стержней известный, мас.%: древесный пек 4; вода 6; формовочная глина 1,5; кварцевый песок остальное. Результаты испытаний представлены в таблице. Результаты испытаний литейных стержней свидетельствуют о повышении прочности стержней в сочетании с хорошей выбиваемостью и отсутствием пригара к отливке после введения в смесь для изготовления литейных стержней в качестве связующего каменноугольного пека в количестве 3 — 10 мас.% и нитрита натрия в количестве 0,5 — 1,0 мас.%, что видно при сравнении результатов испытаний на растяжение стержней 1, 3, 4, 7, 8, 15, 16 (высокая прочность) стержней со стержнями 2, 5, 6, 14 (низкая прочность), Для стержня 9 (содержание пека 13 мас.%) высокая прочность сочетается с плохой выбиваемостью. Добавка в смесь для изготовления литейных стержней полужирного песка в количестве меньше 10 мас.% приводит к снижению прочности стержней (образец 10) по сравнению со стержнями 11-413, имеющих в своем составе. полужирный песок в количестве большем 10 мас. Высокое содержание каменноугольного пека (выше 10 мас.%) приводит к резкому ухудшению выбиваемости (образец 17). Прочность ра растяжение стержней, изготовленных из известной смеси (0,31 МПа), уступает прочности стержней, изготовленных из предлагаемой смеси (0,75 — 0,95 МПа), в 2,5 — 3 раза. Кроме того, стержни из известной смеси имеют склонность к пригару после заливки металла, что ухудшает качество отливки. Расчет технико-экономической эффективности выполнен исходя из эксперимен-тально установленных фактов снижения 1734916 10 арматуры себестоимостью С2 0,033 руб. (0,033 руб.) за одну штуку. Экономический эффект на 1 т отливок составляет Э1= М (100 С1 — 100 Сг) =431 руб/т. Если принять во внимание повышение чистоты поверхности отливки, то экономический эффект от использования предлагаемой смеси для приготовления литейных стержней будет еще выше. Формула изобретения Смесь для изготовления литейных стержней, содержащая кварцевый песок, воду и связующее, отличающаяся тем, что, с.целью повышения прочности литейных стержней, улучшения выбиваемости и противопригарных свойств, она дополнительно содержит песок с содержанием глинистой 5 составляющей 10 — 20%, а в качестве связующего — каменноугольный пек и нитрит натрия при следующем соотношении компонентов, мас. : Нитрит натрия 0,5-1,0 10 Каменноугольный пек 3,0 — 10,0 Вода 5,0-7,0 Песок с содержанием глинистой составляющей 10-20 15 Кварцевый песок 10,0-82,0 Остальное Содержание компонентов в смеси,кг Содержание компонентов в смеси,мас. 4 Образец Пек каменноПек каменноВода Песо к полужирный Песок Песок. хитрит натрия Песок Нитрит натрия стержня кварцевый полужирный кварцевыйй угольный угольный 47,2 47,8 47,5 47,0 46,5 51,7 50,2 43>2 40,2 81,2 77,2 6,2 89,3 81>» 6,5 весный, 88. 5 22, 1 6,0 4,0 55 2 4 6 8 1l 12 13 14 l5 16 17 18 (известный) 0,8 0,2 0,5 1,0 1,5 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,2 1,0 1,5 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 1,5 3,0 10,0 6,0 6,0 6,0 6,0 1,5 3,0 10,0 13,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 3,0 5,0 7,0 9,0 40,0 40,0 40,0 40,0 40,0 40,0 40,0 40,0 40,0 6,0 10,0 82,0 87,2 6,0 10,0 82,.0 70,0 Пек „pe 1,5 0,2 1,5 1,5 0 05 1>5 1,5 013 15 15 0,33 1 5 1 5 0,20 0,38 1,5 0,2 0,75 1,5 0,2 2,5 1,5 02 325 15 02 15 15 0,2 1,5 1,5 0,2 1,5 1,5 0,2 1,5 1,5 0,05 д;38 0,75 0,13 0,75 1,25 0 25 .2 5 1>75 0,38 2,25 2,25 вместо песка полужирного 1 1,5 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 1,5 2,5 20,5 21,8 1>5 2,5 20,5 17,5 глина 0 38 11,8 11,95 11,9 1),85 11,6 12,9 12,6 10,8 10, 1 20,3 19,3 17,3 22>3 20,4 1,6 1734916 Продолжение таблицы Обра- Масса зец смеси, стержня кг Результаты испытаний! Фо м — Выб ОсыпаПрочностьь ГигроскопичПрочностьь Пригар к отлив, ке р уе ивамость емость емость, ность ф на на сжарастяжение, МПа тие, МПа Нет 11« ll 11 « l I Il Il 11 ll ll 151 Нет 10. ь 6,4 0,31 0,59 6,4 уд - удовлетворительная; П вЂ” плохая П р и и е ч а н и е, Х - хорошая формуемость; уд 45 Корректор А,Осауленко Редактор А.Козориз Техред М.Моргентал Заказ 1771 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 1 25,0 2 25,0 25,0 4 25,1 5 24,9 6 25,0 7 25,0 8 25,0 9 25,1 10 . 25,0 11 25,0 12 25,0 13 25,0 14 " 25 1 15 25,0, 16 25,1 17 25,0 18 (иззестный) 0,91 0,48 0,82 0,84 О, 5- 0,51 0,66 0,98 1,13 0,49 0,78 1,02 1,03 0,19 0,71 1,06 0,93 1,43 1>12 1,36 1,36 1,23 0,88 1,31 1,51 1,67 1,08 1,28 1,54 1,56 0,28 1,26 1,49 1,32 2,1 3,4 2,3 2,3 3,5 12,3 3,2 1,9 1,5 4,6 2,4 2,0 2,0 18,3 3,6 2,4 1,8 l 8 2,9 2,8 2,8 3,2 9,6 2,9 2 9 2,8 2,8 2,8 3,о 3,0 6,2 2,8 27 7 Х Х Х Х П Х X П Х Х П Х Х X уд X Х Х Х Х П Х Х П Х Х Х 
