Смесь для изготовления литейных форм и стержней

Изобретение относится к области литейного производства. Смесь содержит в мас.%: огнеупорный наполнитель в виде порошка недоплава производства электротехнического периклаза 40,0-50,0, связующее в виде жидкого стекла 5,0-12,0 и порошок лома использованных литейных форм из недоплава 45,0-48,0. Размер фракций порошка недоплава производства электротехнического периклаза и порошка лома использованных литейных форм из недоплава составляет от 0,05 до 2,50 мм. Соотношение фракций составляет мас.%: 2,50-1,60 мм 43,0-50,0; 1,60-0,315 мм 45,0-50,0; 0,315-0,05 мм 5,0-7,0. Достигается снижение осыпаемости и повышение газопроницаемости литейных форм и стержней. 2 табл.

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам формовочных смесей для изготовления литейных форм и стержней, используемых при литье химически активных металлов (титана, алюминия, магния) и сплавов на их основе.

Известна смесь для изготовления форм и стержней, отверждаемых углекислым газом, содержащая мас.%: увлажненный магнезитовый (периклазовый) порошок 90-92 и жидкое стекло 8-10 (1).

Недостатком известной смеси является высокая осыпаемость изготовленных из нее форм и стержней, что отрицательно сказывается на качестве отливок. Другой недостаток известной смеси является использование в качестве основы дефицитного и дорогостоящего периклазового порошка.

Известна смесь для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых углекислым газом, содержащая мас.%: наполнитель из материала на основе периклаза в виде лома использованных литейных форм и стержней 50-80, жидкое стекло 10,5-13, периклазовый порошок остальное (1).

Известна (патент РФ №1789319, опубл. 23.01.93 г., бюл. №3) наиболее близкая по технической сущности и достигаемому эффекту смесь для изготовления форм и стержней, отверждаемых углекислым газом, содержащая в мас.%:

Недоплав производства
электротехнического периклаза	90-93
Жидкое стекло	7-10.

Недостатком известной смеси является то, что она придает повышенную осыпаемость и низкую газопроницаемость литейной форме и стержням. Это приводит к повышенному браку титановых фасонных отливок по газовым раковинам и по геометрическим параметрам при высокотемпературной прокалке и заливке жидкого металла.

Техническим результатом изобретения является снижение осыпаемости и повышение газопроницаемости литейной формы.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что смесь для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых углекислым газом, содержащая наполнитель в виде недоплава электротехнического периклаза и связующее в виде жидкого стекла, согласно изобретению дополнительно содержит порошок лома использованных литейных форм недоплава, а в качестве связующего взято высокомодульное натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,0-3,2 и плотностью 1,15-1,5 г/см³ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошок недоплава производства
электротехнического периклаза	40,0-50,0
Порошок лома использованных
литейных форм недоплава	45,0-48,0
Высокомодульное натриевое
жидкое стекло с силикатным модулем
2,0-3,2 и плотностью 1,15-1,5 г/см3	5,0-12,0

при этом размер фракций порошка недоплава производства электротехнического периклаза и порошка лома использованных литейных форм из недоплава должны находиться в следующих пределах, а соотношение между фракциями должно соответствовать следующим значениям, мас.%:

2,50-1,60 мм	43,0-50,0
1,60-0,315 мм	45,0-50,0
0,315-0,05 мм	5,0-7,0

Применение порошка лома использованных литейных форм из недоплава позволяет повторно использовать дефицитный и дорогостоящий периклаз, что снижает стоимость литейных форм и стержней без ухудшения качества последних.

Экспериментально установлено, что для получения литейных форм и стержней с оптимальной газопроницаемостью и технологической прочностью после прокалки необходимо, чтобы размер фракций порошка недоплава производства электротехнического периклаза и порошка лома использованных литейных форм из недоплава находился в следующих пределах, а соотношение между фракциями должно соответствовать следующим значениям, мас.%:

2,50-1,60 мм	43,0-50,0
1,60-0,315 мм	45,0-50,0
0,315-0,05 мм	5,0-7,0

Крупные фракции (2,50-1,60) мм порошка недоплава производства электротехнического периклаза и порошка лома использованных литейных форм из недоплава в количестве 43-50 мас.% необходимы для образования несущего каркаса литейной формы и стержня, которые в сочетании со средними и мелкими фракциями в указанных соотношениях обеспечивают газопроницаемость и прочность литейных форм и стержней.

Средние фракции (1,60-0,315) мм порошка недоплава производства электротехнического периклаза и порошка лома использованных литейных форм из недоплава в количестве 45-50 мас.% являются наполнителями для создания плотной, но газопроницаемой упаковки, обеспечивающими технологическую прочность как в сыром состоянии, так и после ее прокалки.

Увеличение количества порошка средних фракций (1,60-0,315) мм недоплава производства электротехнического периклаза и порошка лома использованных литейных форм из недоплава более 50 мас.% и мелкой фракции (0,315-0,05) мм более 7,0 мас.% ведет к ослаблению каркаса литейной формы или стержня.

Уменьшение количества порошка средней фракции менее 45 мас.% и мелкой фракции менее 5 мас.% ведет к разрыхлению и осыпанию литейной формы и стержня в процессе прокалки и последующей заливки металла.

Применение высокомодульного натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 2,0-3,2 и плотностью 1,15-1,5 г/см³, обладающего повышенной текучестью, позволяет обеспечить сырую прочность при изготовлении форм и стержней, а главное снизить осыпаемость и повысить газопроницаемость.

Пример конкретного выполнения: для приготовления смеси для литейных форм и стержней использовались смешивающие бегуны, в которые загружали порошок недоплава производства электротехнического периклаза следующего количественного и качественного состава, мас.%: MgO - 94,3, SiO₂ - 3,32, Fe₂O₃ - 0,28, CaO - 2,1 в количестве (мас.%): 40,0; 45,0; 50,0 от веса загружаемого замеса и порошок лома использованных литейных форм из недоплава следующего количественного и качественного состава, мас.%: MgO - 91,6, CaO - 2,12, SiO₂ - 6,00, Fe₂O₃ - 0,28, в количестве (мас.%): 45,0; 47,0 и 48,0 от веса загружаемого замеса

с размером фракций 2,50-1,60 мм в количестве (мас.%): 43,0; 45,0 и 50,0 каждого порошка;

с размером фракций 1,60-0,315 мм в количестве (мас.%): 50,0; 49,0 и 45,0 каждого порошка;

с размером фракций 0,315-0,05 мм в количестве (мас.%): 7,0; 6,0 и 5,0 каждого порошка.

После этого включали бегуны и проводили тщательное перемешивание смеси для усреднения составов в течение 5 минут. Затем заливали в состав замеса натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,0 и 3,2, разведенное до плотности 1,15; 1,30 и 1,50 г/см³ в количестве (мас.%): 12,0; 8,0 и 5,0 и продолжали перемешивание в течение следующих 5 минут.

Далее смесь перегружали в металлическую емкость и полученную массу использовали для изготовления литейной формы и стержней, а также образцов для определения осыпаемости и газопроницаемости литейных форм.

Из полученных смесей изготовили методом ручной набивки цилиндрические образцы с диаметром и высотой, равными 50 мм, и литейные формы массой до 200 кг, которые отверждали продувкой углекислым газом, а затем обжигали в электрической печи при температуре 1000°С.

На изготовленных образцах определяли величину осыпаемости литейных форм и газопроницаемость.

Определение осыпаемости проводили на приборе 056 в комплекте с прибором для взбалтывания 022. Для косвенной характеристики осыпаемости визуально определяли глубину распространения трещин в обожженных формах с помощью измерительной линейки по ГОСТ 427-75.

Для определения качества отливок в обожженные формы заливали расплав титана марки ТЛ в условиях глубокого вакуума. Глубину образовавшегося на отливках слоя повышенной твердости измеряли с помощью прибора ПТ-3М, чистоту поверхности отливок - с помощью профилометра по ГОСТ 19300-86.

Газопроницаемость литейной формы проводили в отвержденном и прокаленном состоянии по ГОСТ 29234.11-91.

Состав смеси для изготовления литейной формы и стержней приведен в таблице №1, результаты испытаний образцов литейной формы - в таблице №2.

Таблица 1 Состав смеси для изготовления литейной формы и стержней.
Состав смеси	Условный № состава	Жидкое стекло	Порошок недоплава электротехнического периклаза	Порошок лома использованных литейных форм
		Содержание, %	Содержание, %	Фракции	Содержание, %	Фракции
Размер, мм	Содержание, %	Размер, мм	Содержание, %
Предлагаемый	1	5,0	50,0	2,50-1,60	43,0	45,0	2,50-1,60	43,0
				1,60-0,315	50,0		1,60-0,315	50,0
	0,315-0,05	7,0	0,315-0,05	7,0
	2	8,0	45,0	2,50-1,60	45,0	47,0	2,50-1,60	45,0
				1,60-0,315	49,0		1,60-0,315	49,0
	0,315-0,05	6,0	0,315-0,05	6,0
	3	12,0	40,0	2,50-1,60	50,0	48,0	2,50-1,60	50,0
				1,60-0,315	45,0		1,60-0,315	45,0
0,315-0,05	5,0	0,315-0,05	5,0
Известный	4	10,0	90,0	-	-	-	-	-

Таблица №2 Результаты испытаний образцов литейной формы, изготовленных из предлагаемой и известной смесей
Состав смеси	Условный № состава	Осыпаемость образцов, %	Глубина распространения трещины, мм	Предел прочности при сжатии, Н/мм2	Глубина слоя повышенной твердости на толщине 20 мм, мм	Чистота поверхности отливок, мкм	Газопроницаемость
После продувки CO2	После обжига при 1000°С
Предлагаемый	1	0,0034	24	23	46	0,09	30	88
	2	0,0021	20	25	51	0,07	21	100
3	0,0018	30	45	61	0,09	32	73
Известный	4	0,0095	40-60	47	92	0,10	34	-
Примечание: 1. Осыпаемость образцов определяли после обжига их при температуре 1000°С. 2. В таблице приведены усредненные данные после испытания трех образцов на точку.

Технико-экономическая эффективность от использования формовочной смеси по предлагаемому изобретению выразится в повышении качества отливок из химически активных металлов, а также в снижении себестоимости изготовления форм и стержней для получения этих отливок.

Использованная литература

1. Журнал «Огнеупоры» №1 за 1987 г., стр.34-37.

Смесь для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых углекислым газом, содержащая наполнитель в виде порошка недоплава производства электротехнического периклаза и связующее, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошок лома использованных литейных форм из недоплава, а в качестве связующего содержит высокомодульное натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,0-3,2 и плотностью 1,15-1,5 г/см³ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошок недоплава производства
электротехнического периклаза	40,0-50,0
Порошок лома использованных
литейных форм из недоплава	45,0-48,0
Высокомодульное натриевое
жидкое стекло с силикатным
модулем 2,0-3,2
и плотностью 1,15-1,5 г//см3	5,0-12,0,

при этом размер фракций порошка недоплава производства электротехнического периклаза и порошка лома использованных литейных форм из недоплава составляет от 0,05 до 2,50 мм, а соотношение фракций составляет мас.%:

2,50-1,60 мм	43,0-50,0
1,60-0,315 мм	45,0-50,0
0,315-0,05 мм	5,0-7,0