Кислый комплексный отвердитель для стержневых смесей с поликонденсационными смоляными связующими горячего отверждения

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам отвердителей для стержневых смесей с поликонденсационными смоляными, преимущественно карбамидофурановыми связующими горячего отверждения. Сущность изобретения: для отверждения таких смесей используется кислый комплексный отвердитель, в составе которого содержится хлорид алюминия, карбамид, вода и гексаметилендиамин. Благодаря содержанию в кислом катализаторе гексаметилендиамина повышается прочность стержневых смесей в горячем и холодном состоянии. Реализация изобретения позволит уменьшить брак по поломкам и дефектности отливок по вине стержней. 1 з. п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам кислых комплексных отвердителей для стержневых смесей с поликонденсационными смоляными связующими горячего отверждения, преимущественно карбамидофурановыми.

Известен кислый комплексный катализатор для стержневых смесей с поликонденсационными смоляными связующими горячего отверждения на основе водных растворов азотнокислой меди с добавками карбамида и технических лигносульфонатов, выпускаемый промышленностью как продукт марки КЧ-41 [1] Данный отвердитель обеспечивает достижение высоких прочностных показателей стержневых смесей, отверждаемых в нагреваемой оснастке, однако получаемая с его использованием технологическая живучесть смесей (5 ч) является недостаточной. Кроме того, ограниченность ресурсов меди и ее солей, а также их дороговизна сокращают объем применения указанного отвердителя.

Известные кислые отвердители аналогично функционального назначения на основе хлорида алюминия и нитрата аммония [2] или хлорида алюминия и хлорного хрома [3] также не обеспечивают высокой живучести смесей, ограничивая ее уровнем 4-5 ч.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является кислый комплексный отвердитель для стержневых смесей с поликонденсационными смоляными связующими горячего отверждения, содержащий, мас. хлорид алюминия 20; мочевина 8-10; вода 50-52; глицерин 20 [4] Песчано-смоляные смеси с указанным отвердителем обладают технологически необходимой живучестью, однако их прочность в горячем и холодном состоянии нуждается в дальнейшем улучшении.

Цель изобретения повышение прочности стержневой смеси в горячем и холодном состоянии. Дополнительной целью изобретения является повышение термостойкости стержневой смеси в условиях заливки черных сплавов.

Цель достигается тем, что кислый комплексный отвердитель для стержневых смесей с поликонденсационными смоляными связующими горячего отверждения, содержащий хлорид алюминия, карбамид и воду, дополнительно содержит гексаметилен диамин при следующем соотношении ингредиентов, мас. хлорид алюминия 5-15; карбамид 5-10 гексаметилендиамин 0,1-0,5; вода остальное.

Кроме того, кислый комплексный отвердитель упомянутого выше состава дополнительно содержит 10-30 мас. лигносульфонатов технических или 5-15 мас. глицерина.

Гексаметилендиамин H₂N(CH₂)₆NH₂ применяется для получения полиамидных смол (найлон) при конденсации с адипиновой или себациновой кислотой. Имеет температуру плавления 39-42^оС, хорошо растворим в воде. Поставленная по ТУ 6-03-20-53-84 в виде 80%-ного раствора в обескислороженной воде.

Хлорид алюминия выпускается согласно ТУ 6-01-2-88 в виде твердого безводного продукта.

Карбамид технический (ГОСТ 2081-75) является продуктом массового производства химической промышленности.

Лигносульфонаты технические выпускаются целлюлозно-бумажной промышленностью согласно ТУ 13-0281036-05-89.

Глицерин выпускается согласно ГОСТ 6259-75.

Приготовление кислого комплексного отвердителя осуществляют следующим образом. В расчетное количество воды вводят при непрерывном перемешивании расчетные количества хлорида алюминия, карбамида и гексаметилендиамина и продолжают перемешивание до получения однородного нерасслаивающегося раствора при 20-60^оС.

Лигносульфонаты технические или глицерин могут быть добавлены в готовый раствор отвердителя по согласованию с потребителем.

В табл. 1 приведены составы кислых комплексных отвердителей (2-4, 7-9 и 12-14 по изобретению, 1, 5, 6, 10, 11, 15 с выходом за предлагаемые пределы ингредиентов, 16 по прототипу).

Для проверки эффективности отвердителей, составы которых приведены в табл. 1, приготавливались стержневые смеси, составы которых приведены в табл. 2, причем в качестве поликонденсационного смоляного связующего использовалась промышленно выпускаемая карбамидофурановая смола КФ-65С (ТУ 6-05-5751766-4-88).

Песчано-смоляную смесь приготавливали на лабораторных смешивающих бегунах следующим образом: смешивали песок с раствором заранее приготовленного отвердителя в течение 1 мин, затем добавляли смолу и смешивали еще 1 мин, после чего смесь была готова к употреблению.

Стандартные образцы "восьмерки" изготавливали на лабораторном стенде модель 4735А путем пескострельной подачи смеси в оснастку, нагретую до 220^оС. Образцы извлекали из оснастки через обусловленные промежутки времени выдержки и испытывали на разрывной машине Р-05 сразу по извлечению из оснастки (в "горячем состоянии"), а также после охлаждения на воздухе до нормальной температуры (в "холодном состоянии").

Живучесть определяли по интервалу времени, в течение которого приготовленная смесь сохраняла свои эксплуатационные свойства (в частности, уровень прочности в горячем и холодном состоянии).

Условную термостойкость определяли на дилатометре фирмы "Dietert" с использованием полых цилиндрических образцов (наружный диаметр 30 мм, внутренний 10 мм, высота 50 мм), предварительно отвержденных в сушильном шкафу при 220^оС в течение 30 мин. Термостойкость определяли в секундах по времени, в течение которого сопротивление образца постоянно действующей сжимающей нагрузке (0,4 мПа) при 800^оС падало до нуля (Жуковский С.С. Лясс А.М. Формы и стержни из холоднотвердеющих смесей. М. Машиностроение, 1978, с. 105).

Результаты испытаний катализаторов 1-16 (табл. 1) в составах смесей 1-16 (табл. 2) приведены в табл. 3.

Из анализа данных табл. 3 следует, что: использование смесей с отвердителем по изобретению (смесь 2-4, 7-9, 12-14) позволяет повысить прочность отвержденных песчано-смоляных смесей в горячем состоянии на 5,1-49,1% и прочность их же в холодном состоянии на 3,9-17,7% при сохранении живучести на примерно одинаковом уровне; дополнительное введение в состав отвердителей технических лигносульфонатов или глицерина (смесь 7-9 и 12-14) позволяет повысить термостойкость песчано-смоляных смесей на 8,3-27,8% при содержании основных ингредиентов в отвердителе, в том числе гексаметилендиамина, ниже нижнего предела (смесь 1) или выше верхнего предела (смесь 5) не достигается заданного повышения прочностных характеристик по сравнению с прототипом (смесь 16); при содержании в отвердителе технических лигносульфонатов или глицерина ниже нижнего предела (соответственно, смесь 6 и 11) не наблюдается существенного повышения термостойкости смесей по сравнению с прототипом (смесь 16); при содержании в отвердителе технических лигносульфонатов или глицерина выше верхнего предела (соответственно смесь 10 и 15) не наблюдается дальнейшего существенного повышения уровня физико-механических характеристик и термостойкости.

Таким образом, при реализации изобретения обеспечивается повышение прочностных характеристик смесей горячего отверждения в среднем на 3,9-49,1% и термостойкости смесей на 8,3-27,8% Благодаря этому обеспечиваются условия для уменьшения брака стержней по поломкам и дефектности отливок по вине стержней.

Формула изобретения

1. КИСЛЫЙ КОМПЛЕКСНЫЙ ОТВЕРДИТЕЛЬ ДЛЯ СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ С ПОЛИКОНДЕНСАЦИОННЫМИ СМОЛЯНЫМИ СВЯЗУЮЩИМИ ГОРЯЧЕГО ОТВЕРЖДЕНИЯ, содержащий хлорид алюминия, карбамид и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гексаметилендиамин при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Хлорид алюминия 5,0 15,0 Карбамид 5,0 10,0 Гексаметилендиамин 0,1 0,5 Вода Остальное
2. Отвердитель по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 10,0 30,0 мас. лигносульфонатов технических или 5,0 15,0 мас. глицерина.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3