Формовочный материал
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при приготовлении сырых песчано-глинистых формовочных смесей с углеродсодержащими материалами. Состав, мас.%: молотый уголь - основа, битум 5-30, пек древесно-смоляной 5-30, технический углерод 2-5, бентонит 5-15, один из продуктов переработки крахмалсодержащих соединений. Например, ЭКР, крахмалит, декстрин. 5-10, при этом суммарное содержание битума и пека древесно-смоляного 15-35. Обеспечивается существенное снижение шероховатости поверхности отливок, исключается пригар, предотвращается образование ужимин, улучшается выбиваемость смеси. 1 табл.
Изобретение относится к области литейного производства, а именно к составам формовочных материалов, используемых при изготовлении сырых песчано-глинистых формовочных смесей с углеродсодержащими материалами.
В литейном производстве при приготовлении формовочных смесей для изготовления чугунного литья используются различные жидкие или порошкообразные углеродсодержащие добавки. Действие добавок основано на том, что при заливке металла в форму под действием высоких температур происходит термическое разложение углеродсодержащих добавок в формовочной смеси, обеспечивающее создание восстановительной атмосферы в полости формы и выделение пиролитического «блестящего» углерода с осаждением его на поверхности зерен кварцевого песка, что обеспечивает уменьшение смачиваемости металлом поверхности формы и таким образом уменьшает пригар, а пластификация углеродсодержащих добавок и частичное их выгорание приводит к снижению термических напряжений в форме и позволяет получить дополнительный противоужиминный эффект.
Наибольшее распространение в Российской Федерации получило применение молотого и «гранулированного» каменного угля. Основными причинами, препятствующими получению необходимого технического результата при применении таких материалов, являются их относительно низкие противопригарный и противоужиминный эффект и технологические свойства содержащих их формовочных смесей.
Для получения комплексного противопригарно-противоужиминного эффекта известно, например, использование формовочного материала, состоящего из двух групп компонентов, мас.%:
| 1-группа | |
| молотый уголь | 75-90 |
| битум, торф или асфальт | 25-10 |
| 2-я группа | |
| торф, бурый уголь или порошок полистирола | 5-8 от суммы ингредиентов |
(заявка ФРГ, кл. В 22 С 1/04, №1920224, оп. 12.11.70).
Недостатком этого материала является высокая газотворная способность формовочной смеси с предлагаемым материалом и при использовании в составе материала порошка полистирола - выделение токсичных веществ.
Также известна комплексная добавка, включающая молотый уголь и асфальтит (а.с. СССР №2003425, В 22 С 1/02, В 22 С 1/18, оп. 30.11.93) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Асфальтит | 15-60 |
| Молотый уголь с низкой температурой начала размягчения | основа. |
Недостаток этого материала - дефицитность входящего в его состав асфальтита, образующегося в процессе избирательного удаления из нефти наиболее высокомолекулярных веществ, при повышении содержания асфальтита в добавке увеличивается «сухая» прочность формовочной смеси и ухудшается ее выбиваемость.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является комплексный углеродсодержащий материал для формовочной смеси, позволяющий одновременно повысить противопригарный и противоужиминный эффект (патент РФ, кл. В 22 С 1/02, №2139769, оп. 08.12.97), компоненты которого взяты в следующем соотношении, мас.%:
| Молотый уголь | основа |
| Битум с температурой размягчения 125-135°С | 12,0-20,0 |
| Технический углерод | 2,0-5,0 |
| Бентонит | 5,0-15,0 |
Недостатком предлагаемого материала является использование в его составе дорогостоящего и дефицитного компонента - твердоплавкого битума с температурой размягчения 125-135°С. При несоответствии температуры размягчения битума заданным значениям ухудшается его измельчение, возможен перерасход бентонита для предотвращения слипания битума, при повышении температуры может происходить слеживание комплексной добавки. Все это является причинами, препятствующими широкомуприменению формовочного материала с получением желаемого технического результата.
Технической задачей изобретения является снижение дефицитности использующихся в составе комплексной противопригарно-противоужиминной добавки материалов при одновременном получении достаточно высоких технологических свойств формовочных смесей с предлагаемой добавкой.
Техническим результатом решения задачи является
• расширение номенклатуры материалов, используемых в составе комплексных противопригарно-противоужиминных добавок,
• улучшение выбиваемости формовочной смеси при применении в ее составе комплексной углеродсодержащей добавки,
• улучшение формуемости смеси и повышение качества отпечатка модели,
• получение чугунных отливок без пригара, с минимальной шероховатостью поверхности,
• достижение минимального значения термических напряжений в смеси при заливке металлом и получение отливок без ужимин,
• повышение пластических свойств формовочных смесей при применении в их составе комплексной углеродсодержащей добавки.
Необходимый технический результат достигается тем, что формовочный материал, содержащий молотый уголь, битум, технический углерод и бентонит, дополнительно содержит пек древесно-смоляной и продукт переработки крахмалсодержащих соединений при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| Молотый уголь | основа |
| Битум | 5,0-30,0 |
| Пек древесно-смоляной | 5,0-30,0 |
| Технический углерод | 2,0-5,0 |
| Бентонит | 5,0-15,0 |
| Продукт переработки крахмалсодержащих соединений, | 5,0-10,0, |
| при этом суммарное содержание битума и пека | |
| древесно-смоляного составляет | 15-35. |
Противопригарный эффект при применении предлагаемого материала обусловлен высоким выходом блестящего углерода из комбинации битума, древесно-смоляного пека и молотого угля, а также использованием в составе материала технического углерода. В результате снижается смачиваемость поверхности формы металлом и предотвращается проникновение металла в поры формы (пригар).
Битум и древесно-смоляной пек (ТУ 13-00281074-164-95) обеспечивают противопригарный и противоужиминный эффект добавки, благодаря соответственно выделению «блестящего» углерода и размягчению битума и пека. Уменьшение суммарного содержания битума и древесного пека в добавке (ниже 15%) не позволит получить достаточный противопригарный эффект, так как суммарное содержание «блестящего» углерода снизится до 10% и ниже, превышение верхнего предела приводит к чрезмерному росту газотворной способности формовочных смесей с предлагаемой добавкой, что может приводить к газовым раковинам в отливке.
Введение продукта переработки крахмалсодержащих соединений позволяет улучшить качество отпечатка модели за счет повышения пластических свойств формовочной смеси. При добавке 5% крахмалсодержащего компонента формуемость смеси повышается на 12-15% по сравнению с использованием материала без крахмалсодержащей добавки. При максимальном содержании крахмалсодержащего компонента значения пластических свойств несколько выше, но увеличение содержания крахмалсодержащего компонента в материале приводит к снижению суммарного выхода «блестящего» углерода и снижению протавопригарного эффекта. В качестве продукта переработки крахмалсодержащих соединений могут применяться, например, экструзионный крахмалсодержащий реагент ЭКР (ТУ 2482-002-41686452-97), крахмалит (ТУ 18 РСФСР 462-77), декстрин и др.
Технический углерод позволяет повысить противопригарный эффект материала за счет уменьшения смачиваемости металлом поверхности формы.
Бентонит предотвращает слипание частиц материала при его приготовлении и хранении за счет плакирования зерен молотого угля, битума и древесно-смоляного пека. Снижение содержания бентонита ниже 5% не позволяет полностью предотвратить слеживаемость материала при его хранении, 12-15% бентонита достаточно для полного предотвращения слипания материала с максимальным количеством битума и древесно-смоляного пека.
Процесс приготовления предлагаемого противопригарно-противоужиминного формовочного материала является обычным в технологии приготовления «гранулированного» угля и позволяет использовать для размола известное помольное оборудование, например молотковые дробилки.
При использовании предлагаемого формовочного материала при приготовлении песчано-глинистых формовочных смесей материал вводится в смеситель вместе с другими добавками в любой последовательности, цикл перемешивания смеси при этом не изменяется.
В таблице 1 приведены примеры конкретных составов предлагаемого формовочного материала, прототипа и свойства формовочных смесей с указанными формовочными добавками.
Для приготовления исследованных формовочных материалов их ингредиенты смешивались и размалывались в лабораторной шаровой мельнице до получения однородной массы со средним размером зерен 0,15-0,20 мм. Материал использовался далее для приготовления формовочных смесей и проведения требуемых анализов.
Физико-механические и технологические свойства формовочных смесей со всеми добавками оценивались в соответствии с ГОСТ 23409-78 для смесей, состоящих из 5 мас.% активированного Дашуковского бентонита, 2 мас.% противопрнгарно-противоужиминного материала, остальное - кварцевый песок. Относительная влажность всех сравниваемых смесей соответствовала уплотняемости 50±2%.
Предел прочности при сжатии определялся на приборе LRu (Польша), предел прочности при разрыве в зоне конденсации влаги - на приборе SPNF (Швейцария).
Для определения склонности сравниваемых формовочных материалов к слеживаемости навеска исследуемого материала ˜60 г засыпается в гильзу ⊘40мм, уплотняется 1 ударом стандартного копра. Затем образцы на поддонах помещаются в термостат при температуре 60°С на 1 час. В горячем состоянии образцы дополнительно уплотняются 1 ударом копра и охлаждаются на воздухе. После охлаждения приводится определение усилия прошивки на трех параллельных образцах. Для прошивки образцов используется пуансон ⊘15 мм, усилие прошивки определяется как 
Оценка склонности к слеживанию (индекс слеживаемости) производилась по отношению усилий прошивки определенных для испытываемого материала к аналогичному показателю для молотого угля, чем выше этот показатель, тем больше склонность материала к слеживанию.
Применение предложенного формовочного материала позволяет получить значительный экономический эффект за счет сокращения потерь формовочной смеси и сокращения расхода формовочных материалов, повышения чистоты поверхности отливок и их размерной точности.
| Таблица 1. | |||||||||||||||
| Состав формовочного материала, мас.% | Свойства формовочных смесей | Оценка качества поверхности опытных отливок | Оценка выбиваемости формовочных смесей | ||||||||||||
| №№ примеров | Молотый уголь | Битум | Древесно-смоляной пек | Технический углерод | Бентонит | ЭКР | Крахмалит | Декстрин | Предел прочности при сжатии, кгс/см2 | Предел прочности при разрыве в зоне конденсации влаги, гс/см2 | Газотворная способность, см3/г | Фактор слеживаемости | Выход блестящего углерода из материала, % | Шероховатость (среднее арифметическое отклонение профиля, Нср.), мкм | Прочность при сжатии после нагрева при 500°С, кгс/см2 |
| 1. | 65,0 | 7.5 | 7,5 | 3,0 | 10,0 | 7,0 | - | - | 1,07 | 21 | 6,4 | 1,4 | 12,0 | 30,0 | 13,5 |
| 2. | 43,0 | 30,0 | 5,0 | 2,0 | 15,0 | - | 5,0 | - | 1,14 | 21,5 | 6,6 | 1,35 | 13,5 | 28,0 | 15,8 |
| 3. | 45,0 | 5,0 | 30,0 | 5,0 | 5,0 | - | - | 10,0 | 1,06 | 19,5 | 7,0 | 1,5 | 14,6 | 26,0 | 10,4 |
| прототип | 77,0 | 15,0 | - | 3,0 | 5,0 | - | - | - | 1,06 | 21 | 6,6 | 1,5 | 11,8 | 30,0 | 16,3 |
Формовочный материал для изготовления песчано-глинистых смесей, включающий молотый уголь, битум, технический углерод и бентонит, отличающийся тем, что он дополнительно содержит пек древесно-смоляной и продукт переработки крахмалсодержащих соединений, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Молотый уголь | Основа |
| Битум | 5,0-30,0 |
| Пек древесно-смоляной | 5,0-30,0 |
| Технический углерод | 2,0-5,0 |
| Бентонит | 5,0-15,0 |
| Продукт переработки крахмалсодержащих | |
| соединений | 5,0-10,0 |
при этом суммарное содержание битума и пека древесно-смоляного составляет 15-35.
