Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии приготовления противопригарного покрытия на основе циркона для окрашивания литейных форм и стержней, преимущественно из холоднотвердеющих смесей при производстве стального литья. Цель изобретения - улучшение противопригарных свойств покрытия за счет повышения его термостойкости , прочностных свойств при нагреве, повышения качества поверхности отливок. Эта цель достигается тем, что оно содержит ингредиенты при следующем соотношении, мас.%: 4-5%-ный раствор поливинилбутираля в органическом растворителе 28,75- 29,15; фенолформальдегидное связующее 0,85-1,25; гексафторсиликат натрия 5,75- 6,0; циркон остальное. Осуществление такого состава противопригарного покрытия позволяет получить крупные стальные отливки без пригара, в формах из холоднотвердеющих смесей. 3 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 В 22 С 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4866272/02 (22) 18.06.90 (46) 23.05.92. Бюл. М 19 (71) Киевский политехнический институт (72) А,М.Довмантович, В.Н.Дробязко, А.И.Шейко и С.П.Дорошенко (53) 621,744.37 (088,8) (56) Дорошенко С.П., Дробязко В.Н., Ващенко К.И. Получение отливок без пригара в песчаных формах. M.: Машиностроение, 1978, с. 164. (54) П РОТИ ВОПРИ ГАРНОЕ ПОКРЫТИЕ

ДЛЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ (57) Изобретение относится к литейному производству, в частности ктехнологии приготовления противопригарного покрытия на основе циркона для окрашивания литейных

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам самовысыхающих противопригарных покрытий для литейных форм и стержней, применяемых для предупреждения образования пригара при изготовлении стальных или чугунных отливок.

Для исключения образования пригара и других поверхностных дефектов на отливках формы и стержни, изготавливаемые из холоднотвердеющих смесей (ХТС), наиболее часто окрашивают самовысыхающими противопригарными красками на основе высокоогнеупорных наполнителей, например циркона. Для выполнения своего назна. Ы 1734919 А1 форм и стержней, преимущественно из холоднотвердеющих смесей при производстве стального литья. Цель изобретения— улучшение противопригарных свойств покрытия за счет повышения его термостойкости, прочностных свойств при нагреве, повышения качества поверхности отливок.

Эта цель достигается тем, что оно содержит ингредиенты при следующем соотношении, мас.%: 4-5%-ный раствор поливинилбутираля в органическом растворителе 28,75—

29,15; фенолформальдегидное связующее

0,85 — 1,25;. гексафторсиликат натрия 5,756,0; циркон остальное. Осуществление такого состава противопригарного покрытия позволяет получить крупные стальные отливки без пригара, в формах из холоднотвердеющих смесей. 3 табл. чения такие краски должны обладать специальными технологическими свойствами при нормальных температурах. При высоких температурах (температурах заливки металла в полость формы) слой покрытия должен иметь высокую прочность при изгибе и достаточную прочность сцепления с поверхностью форм и стержней, причем чем выше прочность при изгибе и выше прочность сцепления, тем меньше вероятность разрушения и отслоения покрытия, а следовательно, образования на отливках пригара и других поверхностных дефектов. Прочность самовысыхающих протипопригарных покрытий и надежное их сцепление с поверх1734919

Недостатком покрытий являются низкие прочностные свойства в начальный период воздействия высоких температур.

98,0

94,0

82,0

42,0 — 53,0

Прочность покрытий при изгибе при

1000 С определяют по известной методике, исследование прочности противопригарных покрытий при высоких температурах изменяется следующим образом:

Выде жка и и 100 С, с 0 15 30 45 60 90 120 150 180

П очность и и изгибе, МПа 4,43 0,32 0,18 0,07 0,01 0 0 0 0

Прочность сцепления слоя покрытия с 50 ределенная по методике Левелинка при поверхностью образцов из жидкостеколь- 100 С, изменяется следующим образом: ных самотвердеющих смесей (ЖСС), onностью формы или стержня во время заливки жидкого металла достигается путем ввода в состав покрытия связующих материалов, способных растворяться в неводных (органических) растворителях и об- 5 разовывать после испарения последних прочные пленки, Известны составы самовысыхающих красок со связующим раствором поливи- 10 нилбутираля (ПВБ) в органическом растворителе. Раствор ПВБ обладает также и стабилизирующими свойствами, повышая седиментационную устойчивость суспензии и улучшая ее кроющую способность, 15

Основной недостаток покрытий с ПВБ — их низкая термостойкость. ПВБ в покрытиях полностью выгорает в интервале температур 200-300 С, что приводит к разрушению слоя противопригарного покрытия, Это 20 приводит к образованию засоров и пригара на отливках, По этой причине ПВБ следует считать только стабилизатором противопригарных красок, а для повышения термостойкости 25 покрытия необходимо вводить дополнительное связующее. С этой целью в.состав самовысыхающих красок с ПВБ вводят кремнийорганические соединения (этилсиликат, кремнийорганические смолы), Однако кремнийорганические соединения приводят к растрескиванию слоя противопригарного покрытия и отслаиванию от поверхности формы или стержня, что приво- 35 дит к образованию пригара и других поверхностных дефектов на отливках. Кроме того, кремнийорганические продукты дефицитны и имеют высокую стоимость.

Наиболее часто для повышения термостойкости самовысыхающих покрытий с

ПВБ в их состав дополнительно вводят спирторастворимые смолы "жидкий бакелит", смолу ОФ-1. Однако покрытия с фе- 45 нолформальдегидной смолой (например с

ОФ-1) сохраняют прочностные свойства до относительно невысоких температур (порядка 600 — 700 С), а также вызывают повышение газотворности слоя покрытия. Поэтому для повышения прочности самовысыхающих покрытий и обеспечения их сцепления с поверхностью форм и стержней до температур заливки железоуглеродных сплавов (порядка 1200 — 1600 C), предлагается дополнительно вводить в их состав неорганические продукты: барную кислоту, триполифосфат натрия и термореактивные компоненты, имеющие общую формулу AxMFY, где А — щелочной металл (Ma или К), М вЂ” Al, Cr. Ti; F — фтор, Х, У— показатели количества атомов. Такие добавки обеспечивают спекание слоя покрытий при нагреве.

Из описанных в литературе противопригарных красок по составу ингредиентов наиболее близкой к предлагаемой является краска, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

Циркон 68,0

Раствор ПВБ в органическом растворителе вязкостью 19 — 21 с по В3-4 29,0 — 30,0

Смола ОФ-1 2,0-3,0

Краска такого состава имеет следующие технологические свойства:

Вязкость по В3-4, с 50,0-60,0

Плотность, кг/м.10 1,85-1,90

Расслоение,, через, ч:

3

24

Газотворность, 10 м /кг

1734919

Вы е жки и и100 С,с 0 30 60 90 120 150 190

П очность сцепления, МПа О, l3 0,07 0,04 0,01 0 0 0

Как видно из приведенных данных, покрытие полностью теряет прочностные свойства в условиях воздействия высоких температур в течение 60 с, что в реальных условиях приводит к образованию пригара на отливках. Газотворность покрытий, содержащих 2 — 3P, смолы ОФ-1 составляет (42 — 53) 10 .м /кг.

Цель изобретения — улучшение противопригарных свойств самовысыхающего покрытия за счет повышения еготермостойкости и прочностных свойств при температурах заливки жидкого металла в форму, снижение его газотворности, а также повышение чистоты поверхности отливок, получаемых в песчаных формах. . Поставленная цель достигается тем, что в противопригарную краску содержащую огнеупорный наполнитель, раствор ПВБ в органическом растворителе и фенолоформальдегидное связующее, дополнительно вводят гексафторсиликат натрия при следующем содержании ингредиентов, мас. :

Огнеупорный наполнитель — основа фенолоформальдегидное связующее (например смола ОФ-1) 0,85 — 1,25

Раствор ПВБ в органическом растворителе вязкостью 19 — 21 с по В3-4 27,75 — 29,15

Гексафторсиликат натрия 5,75 — 6,0

Гексафторсиликат натрия (ГФСН) — неорганическое соединение, имеющее химическую формулу NazSiFg. ГФСН применяют в качестве связующего для кислотно- и жаростойких бетонов и футеровок.

В литейном производстве известно применение ГФСН как порошкообразного отвердителя смесей с жидким стеклом. В спирте и других органических растворителях ГФСН нерастворим.

Применение ГФСН в составах самовысыхающих противопригарных покрытий ранее неизвестно, В составе предлагаемой краски используется в порошкообразном виде и, следовательно, прочности покрытиям при нормальных температурах после испарения растворителя не придает.

Прочность самовысыхающих противопригарных покрытий формируется после испарения органического растворителя за счет сополимеризации ПВБ и смолы. Связующая композиция смола — ПВБ способствует сохранению прочности слоя противопригарного покрытия при нагреве до 600 — 700 С. Это объясняется образованием коксового остатка при термодеструкции

50 смолы, который связывает зерна наполнителя покрытия. При дальнейшем повышении температуры и времени выдержки происходит окисление и газификация коксового остатка и разрушение слоя противопригарного покрытия, что приводит к неизбежному образованию поверхностных дефектов на отливках.

В основу предлагаемого состава самовысыхающей противопригарной краски положена идея достижения упрочнения слоя покрытия за счет его спекания под действием тепла заливаемого в форму металла с участием жидкой фазы. С этой целью в состав краски вводится ГФСН в качестве самостоятельной добавки, которая, расплавляясь, обеспечивает спекание слоя покрытия под действием теплоты заливаемого в форму жидкого металла. При этом

ПВБ и ОФ-1, входящие в состав покрытия, подвергаются полной термодеструкции при нагреве и на прочность покрытия при высоких температурах не влияют, Таким образом, в предлагаемом составе противопригарной краски, в отличие от ранее известных вариантов применения, ГФСН используется в сочетании с органическим растворителем, в котором он нерастворим, по новому назначению, а именно как добавка, обеспечивающая спекание слоя покрытия под действием тепла заливаемого в форму металла. Такое техническое применение ГФСН ранее неизвестно.

При приготовлении противопригарных красок вначале готовят раствор ПВБ в органическом растворителе (например, в этиловом спирте) требуемой вязкости, далее вводят в него смолу ОФ-1, а затем порошкообразный наполнитель и ГФСН при постоянном перемешивании.

Для испытаний готовят краски, составы которых указаны в табл. 1. Технологические свойства красок приведены в табл. 2, а их прочность при изгибе при 1000 С и газотворность — в табл. 3.

Как видно из приведенных в табл. 2 данных, все исследованные составы красок обладают оптимальными вязкостью и плотностью и отличаются высокой седиментационной устойчивостью. Кроющая способность их хорошая, — краски наносятся на поверхность форм и стержней ровным слоем и не стекают с окрашенной поверхности, Анализ прочности противопригарных покрытий при изгибе при 1000 С (табл, 3) показывает, что в начальный период нагрева (выдержка до 45 с) происходит некоторое

1734919 снижение прочности, что объясняется рас- изменения газотворности при увеличении плавлением и выгоранием связующей ком- количества смолы (табл. 3), максимальным позиции ПВБ — смола ОФ-1. При ее содержанием следует считать 1,25 /.. дальнейшем увеличении времени выдержки При увеличении содержания ГФСН наблюдается повышение прочности покры- 5 прочность покрытий при изгибе при выдертия вследствие его спекания. Покрытия со- жках более 45-60 с повышается. Таким обставов 1, 6, 11 и 16. самопроизвольно разом, оптимальным количеством ГФСН в разрушают после выдержки в течение 45 с, составе покрытия следует считать 5,75— что объясняется низким содержанием в них 6,0 (составы 6 — 15). При содержании ГФСН смолы ОФ-1 (0,7 ). Исходя из этого, мини- 10 менее5,75 (составы 1 — 5) прочность покрымальное содержание ОФ-1 в покрытиях со- тий меньше минимально допустимой, à увеставляет 0,85 . Газотворность покрытия с личение содержания ГФСН сверх 6,0 / увеличением содержания ОФ-1 значитель- (составы 16 — 20) приводит к незначительноно повышается, поэтому, учитывая характер му повышению прочности (табл. 3).

Прочность сцепления слоя покрытий (составы 8 — 13) с поверхностью образцов из

ЖСС изменяется следующим образом:

Вы е жка и и 1000 С, с

П очность сцепления, МПа

0 30 60 90 120 150 180

0,13 0,11 0,08 0,07 0,05 0,04 0,03

40

50

Технологические пробы на пригар, полученныее в формах, поверхность которых окрашивают предлагаемыми красками, пригара, ужимин и других поверхностных дефектов не имеют.

Таким образом, по сравнению с известными предлагаемые противопригарные по крытия обладают более высокими прочностными свойствами и высокой прочностью сцепления с поверхностью форм и стержней при высоких температурах. Использование предлагаемых противопригарных покрытий позволит получать крупные отливки без пригара в формах из холоднотвердеющих смесей и расширить область их применения.Приготовление красок не вызывает затруднений, так как они готовятся по обычно применяемой в литейных цехах технологии.

Формула изобретения

Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней, содержащее циркон, раствор поливинилбутираля в органическом растворителе, фенолоформальдегидное

25 связующее, отличающееся тем,что,с целью улучшения противопригарных свойств покрытия и повышения качества поверхности отливок, оно дополнительно содержит гексафторсиликат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. :

4 — 5-ный раствор поливинилбутираля в органическом растворителе 28,75 — 29,15

Фенолоформальдегидное связующее 0,85 — 1,25

Гексофторсиликат натрия 5,75 — 6,0

Циркон Остальное

1?34919

Таблица 1

Со е жание компонентов, мас.

Раствор ПВБ в органическом растворителе вязкостью 19-21 с по В 3-4

Состав

Циркон

Смола-ОФ-1

ГФСН

Та блица 2

Свойства

Показатели состава

213J 4"(5167|8 t9Ã!011

Вязкость,с 54 54 54 55 56 55 54 55 56 56 54

Плотность, г/смз

1,92 1,91 1,90 1,91 1,90 1,90 1,90 1,09 1,89 1,80 1,89

Расслоение через, ч:

3

98 98 99 98 98 98 90 99 98 90 97

94 95 94 94 95 95 95 95 94 95 95

82 83 84 84 83 .83 82 04 84 85 05

Продолжение табл. 2

Показатели состава

15 16 17

Свойства

12 13 14 18 19 20 т

56 56 57

56 56 56 57 56

1 90 1 89 1 88 1 89 1 8

Вязкость,с

Плотность, г/смз

1,8 1,87

1,8

1,8

Расслоение через, ч:

3

96 98

95 95

84 84

98

94

98

94

99 98 97 98

94 94 95 95

84 84 83 85

3—

98

94

1

3

5

7

9

11

12

13

14

16

17

18

19

64,50

64,50

64,50

64,50

64,50

64,25

64,25

64,25

64,25

64,25

64,0

64,0

64,0

64,0

64,0

63,75

63,75

63,75

63,75

63,75

29,30

29,15

29,0

28,75

28,60

29,30

29,15

29,0

28,75

28,60

29,30

29,15

29,0

28,75

28,60

29,30

29,15

29,0

28,75

28,60

0,70

0,85

1,0

1,25

1,40

0,70

0,85

1,0

1,25

1,40

0,70

0,85

1,0

1,25 . 1,40

0,70

0,85

1,00

1,25

1,40

5,5

5,5

5,5

5,5

5,5

5,75

5,75

5,75

5,75

5,75

6,0

6,06,0

6,0

6,0

6,25

6,25

6,25

6,25

6,25

1734919 та бли ца3 при 100 С после выдержки в течение, с

Прочность при изгибе, г1Па, 15

СосГазотав теор иост ь, сиЗ/ч

60 90

l 20

0,06

0,09

0,09

0,08

0,09

О, 12

О, 12

О, 10

О, 11

0,13

0,14

0,12

0,10

О, 18

0,20

О, 19

0,23

o„4

0,22

0,22

0,23

0,24

0,22

О, 3

35

45

Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Редактор А.Козориз

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

2

4

6

8

11

12

13

14

16

17, 18

19

20, 6,06

4,09

5,27

6,41

7,20

3,14

4,14

5,18

6,30

6,92

3,24

4,32

5,39

6,27

7,04

3,22

4,31

5,44

6,31

7,21

1, 10

1,62

1,80

2,37

2,95

1>15

1,60

l,9l

2,34

2,97

1>22

1,58

1,88

2,32

3,20

1,20

1,70

1,90

2,40

3,0

0,20

0,23 о,45

1,90

1,70

0,24

0,30

0,47

1>!О

l,65

0,21

0,29

0,44

0,96

1,89

0,20

0,30

0,50

0>90

1,60

0,04

0,07

0,08

0,10

0,30

0,14

0,06

0,07

0,22

0,40

0,05

0,08

0,15

0,25

0,45

0,06

0,08

0,15

0,27

0,50

0,01

0> 08

0,09

О,ou

0,04

0,08

0,08

0,09

0,10 о,о7 0,08

0,10 О, 11

0,08

0,07

0,10

0,12

О, lo

0,11

О, 10

0,11

0,09

О, 10

0,10

0,11

О, 12

0,11

О, 10

О, 12

0>09

О,ll

0,!О

0,09

0,14

О, 14

0,15

О, 14

0,16

0,18

0,17

0,17

О, 17

0, 18

0>16

0,18

0,22

0,24

0,24

0,25

0,29

О ° 28

0,30

0,28

0,29

0,31

0,30

0,30

15,0

17,8

21,0

24,0

33>0

15,0

18,0

21,0

24,0

33,8

14,7

18,2

20,8

23,8

3"-, 5

15,2

18, 1

21,2

24,2

33,4