Облицовочная смесь для литейных форм
Владельцы патента RU 2397839:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к области литейного производства. Смесь содержит, мас.%: бентонит 6,0-7,5; мука древесная 1,5-2,0; отход производства присадки к моторным маслам 0,5-2,0; вода 3-4; огнеупорный наполнитель - остальное. Отход производства присадки к моторным маслам содержит, мас.%: минеральная часть 59-63 и органическая часть 37-41. Достигается повышение предела прочности на сжатие и текучести формовочной смеси, улучшение качества отпечатка и снижение прилипаемости смеси. 2 табл.
Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам облицовочных песчано-глинистых смесей для изготовления литейных форм.
Известны смеси для изготовления литейных форм, содержащие в своем составе: кварцевый песок, огнеупорную глину, сульфитно-дрожжевую бражку, раствор кубовых остатков от дистилляции жирных кислот в уайт спирите, анионактивное поверхностно-активное вещество, хромистый железняк, колошниковую пыль (а.с. SU 1297981, В22С 1/02, опубл. 23.03.87, бюл.№11). Эта смесь имеет в своем составе хромистый железняк, что обеспечивает получение чистой поверхности отливки за счет инертности материала, т.е. неспособности его вступать в реакции взаимодействия с элементами заливаемого металла. Однако при введении в состав смеси в качестве связующего сульфитно-дрожжевой бражки и добавки раствора кубовых остатков снижается предел прочности формовочной смеси по сырому до 0,045 МПа, что может привести к разрушению частей формы при формообразовании и транспортировке. К недостаткам также можно отнести многокомпонентность смеси, что значительно усложнит процесс смесеприготовления.
Обычно с целью улучшения текучести, снижения пригара на отливках в состав песчано-глинистых смесей вводят углеродосодержащие вещества, содержащиеся в органических добавках. Введение этих добавок позволяет улучшить текучесть смеси и снизить пригар на отливках за счет выделения «блестящего» углерода и создания восстановительной атмосферы на границе металл - форма при заливке жидким металлом. Так, в смеси для изготовления литейных форм (а.с. 900926, В22С 1/02, опубл. 30.01.82, бюл.№4) в качестве углеродосодержащей добавки, улучшающей текучесть и противопригарные свойства, вводят пластификатор нефтяной - смесь компаундных, остаточных и дистиллятных экстрактов фенольной очистки масел. За счет высокого выхода «блестящего» углерода данная добавка служит препятствием к образованию ферросиликатов, а также имеет высокие показания текучести - до 80%. Недостатком является снижение основного физико-механического свойства смеси - предела прочности на сжатие сырых цилиндрических образцов (σw лежит в пределах для данной смеси 0,035…0,055 МПа), что влияет на возникновение обрушения формы, искажения качества отпечатка, увеличение прилипаемости при операциях протяжки, кантовки и сборки формы.
Данные негативные свойства облицовочных формовочных смесей влияют в дальнейшем на снижение размерной точности отливок и приводят к браку.
Для повышения качества отливок за счет увеличения прочностных свойств смеси в ее состав в качестве органического связующего вводят отход производства ксилита в виде его оттека (а.с. SU 1560355, В22С 1/00, опубл. 30.04.90, бюл.№16). Однако данная смесь обладает низким пределом прочности на сжатие сырых образцов 0,04 МПа, а также - сильным газовыделением вредных веществ, ухудшающих атмосферу литейных цехов, что отражается высокой газотворностью смеси до 26,5 г/см3.
Наиболее близкой к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смесь, содержащая огнеупорный наполнитель, бентонит, полуфабрикат заводов горного воска и препарированную кислую смолку, вводимую в состав смеси в качестве поверхностно-активной добавки (а.с. 722648, кл. В22С 1/00, опубл. 25.03.80, бюл.№11) следующего состава, мас.%:
| Бентонит | 7,0-10,0 |
| Полуфабрикат заводов горного воска | 0,5-1,5 |
| Препарированная кислая смолка | 0,1-0,5 |
| Вода до содержания влаги в составе смеси | 3,0-3,0 |
| Огнеупорный наполнитель | Остальное |
Введение в состав смеси полуфабриката завода горного воска обеспечивает снижение количества влаги в формовочной смеси, так как в период очистки вся влага в полупродукте удалена. Препарированная кислая смолка обеспечивает снижение вязкости покрытия, тем самым данные добавки наряду с глинистым материалом обволакивают поверхности песчинок. Недостатком же данной смеси являются низкие физико-механические и технологические показатели из-за пониженного содержания влаги, которой не достаточно, чтобы глина набухала и максимально проявила вяжущие свойства. Низкая текучесть смеси может незаформовать сложные участки формы «карманы», а низкий предел прочности на сжатие сырых образцов может привести к обрушению отдельных ее частей, что влияет на качество литейной формы.
Задачей настоящего изобретения является разработка облицовочной смеси, включающей новый материал - отход производства присадки к моторным маслам, повышающий предел прочности на сжатие влажных образцов, текучесть формовочной смеси, улучшающий качество отпечатка, снижающий прилипаемость.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемой облицовочной смеси для изготовления литейных форм, является повышение прочности литейных форм, увеличение текучести, снижение прилипаемости и улучшение качества отпечатка.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предлагаемая облицовочная смесь, содержащая огнеупорный наполнитель, бентонит, воду, дополнительно содержит технологическую добавку, представляющую собой отход производства присадки к моторным маслам и древесную муку при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Бентонит | 6,0-7,5 |
| Мука древесная | 1,5-2,0 |
| Отход производства присадки к моторным маслам | 0,5-2,0 |
| Вода | 3-4 |
| Огнеупорный наполнитель | Остальное |
Технологическая добавка - отход производства присадки к моторным маслам, имеет следующий состав, мас.%:
| Органическая фаза | 37-41 |
| Минеральная часть | 59-63 |
Отличием заявляемого изобретения является использование отхода образующегося при производстве присадки к моторным маслам, который в сочетании с древесной мукой служит новым средством для получения технического результата - повышения предела прочности на сжатие облицовочной смеси во влажном состоянии, увеличения текучести, снижения прилипаемости и пригара, а также повышения качества отпечатка получаемой полуформы.
В предлагаемом изобретении в качестве технологической добавки применяется отход производства антифрикционной, противоизносной присадки к моторным маслам ДФ-11 (ТУ 38.5901254-90), который имеет следующий состав, мас.%:
| Органическая фаза | 37-41 |
| Минеральная часть | 59-63 |
Этот отход не используется в промышленности и скапливается на полигонах твердых отходов.
Хром-масс - спектрометрический анализ органической фазы установил, что она преимущественно из углеводородов с молекулярной массой (М): 187-227 (~ 30%), 243-283 (~ 25%) и тяжелых углеводородов с молекулярной массой 480-493 (~ 40%), а также исходного 2-этилгексилового спирта (~ 5%). Минеральная часть имеет следующий состав, мас.%: а) оксиды: SiO2 - 29,16; Аl2О3 - 8,73; Fе2О3 - 0,12; MgO - 1,24; CaO - 1,64; б) элементы: S2+ - 5,96; P5+ - 4,02; Zn2+ - 5,91. Данный материал представляет собой порошок серого цвета, маслянистый на ощупь, обладающий высокой дисперсностью (до 64% частиц имеет размер менее 1 мкм).
Формовочную смесь готовят следующим образом: сначала загружают в бегуны огнеупорный наполнитель, затем - бентонит, древесную муку и технологическую добавку и производят сухое перемешивание в течение 2 минут. Далее добавляют техническую воду до достижения влажности смеси 3…4% и перемешивают смесь в течение 7…8 минут.
Заявляемая облицовочная песчано-глинистая формовочная смесь характеризуется тем, что при введении в ее состав данной технологической добавки и древесной муки повышается ее прочность. Это объясняется тем, что технологическая добавка высокодисперсная, при перемешивании и уплотнении она лучше распределяется по поверхности огнеупорного наполнителя, увеличивая число контактов между песчинками. Введение же в состав смеси древесной муки связано также с повышением прочности, так как она впитывает свободную влагу и придает смеси оптимальную прочность, предупреждая прилипаемость.
Органическая фаза технологической добавки включает парафинонафтеновые и ароматические углеводороды, способные придавать смеси большую текучесть и положительно влиять на качество получаемого отпечатка. Это достигается тем, что на поверхности тонкодисперсной минеральной части тонким поверхностным слоем распределена органическая фаза, способствующая уменьшению внутреннего трения между компонентами формовочной смеси. Введение в состав смеси технологической добавки также снижает прилипаемость формовочной смеси к поверхности модельно-технологической оснастки. Влияние на данное технологическое свойство оказывает органическая неполярная пленка, покрывающая частицы вводимой добавки и при формообразовании оформляющая поверхность контакта облицовочной смеси с полярным материалом модели, которая снижает взаимодействие между материалами, уменьшая адгезию смеси к модели.
Наличие данной добавки также уменьшает размеры капилляров в смеси, что влияет на уменьшение слоя механического пригара при заливке литейной формы металлом. Органическая часть, распределенная в процессе фильтрации по поверхности минеральной части технологической добавки, при заливке жидким металлом и деструкции выделяет углерод, который, окисляясь, образует газы СО, СO2, создающие восстановительную атмосферу литейной формы. Древесная мука также разлагается и препятствует окислению металла и проникновению его в поры литейной формы, что наряду с действием технологической добавки способствует снижению пригарообразования.
Составы и свойства смесей заявляемой и прототипа представлены в таблицах 1, 2.
| Таблица 1 | ||||||
| Ингредиенты | Содержание смесей, мас.% | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Прототип | |
| Огнеупорный наполнитель | 86,3 | 86,5 | 87 | 89 | 86 | 87 |
| Бентонит | 7,5 | 6,5 | 6 | 5 | 5 | 8 |
| Древесная мука | 1,7 | 1,5 | 2,0 | 1,7 | 2,5 | - |
| Технологическая добавка | 0,5 | 1,5 | 2,0 | 0,3 | 2,5 | - |
| Полуфабрикат заводов горного воска | - | - | - | - | - | 1,5 |
| Препарированная кислая смолка | - | - | - | - | - | 0,5 |
| Вода | 4 | 4 | 3 | 4 | 4 | 3 |
| Таблица 2 | ||||||
| Свойства | Показатели свойств смесей | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Прототип | |
| Предел прочности на сжатие в сыром состоянии, МПа | 0,07 | 0,058 | 0,098 | 0,047 | 0,054 | 0,045 |
| Влажность, % | 4 | 4 | 3,5 | 3,5 | 4 | 3,0 |
| Газопроницаемость, ед. | 125 | 147 | 164 | 125 | 127 | 100 |
| Текучесть по пробе Орлова, % | 55 | 56,5 | 69 | 53 | 61 | 50 |
| Прилипаемость | незнач. | нет | нет | незнач. | нет | есть |
Заявляемая формовочная смесь характеризуется тем, что содержит в своем составе - отход производства присадки к моторным маслам, который как компонент формовочной смеси придает ей высокие физико-механические, технологические и гидравлические свойства. Высокие показатели по прочности и текучести создают условия по созданию четкого отпечатка рабочей полости литейной формы.
Как видно из таблицы 1, в составе смеси 1 количество бентонита составляет 7,5 мас.%, содержание добавки 0,5 мас.%, что позволяет достигнуть предела прочности сырых образцов до 0,07 МПа.
В составе смеси 2 количество бентонита снижается до 6,5 мас.%, содержание добавки увеличивается до 1,5 мас.%, это влияет на увеличение газопроницемости и текучести облицовочной смеси за счет меньшего содержания глины. Прочность смеси составляет 0,058 МПа. Прочность между компонентами формовочной смеси снижает вероятность прилипания частичек смеси к поверхности модельно-технологической оснастки.
Состав смеси 3 с содержанием глины 6 мас.% и максимальным содержанием добавки 2 мас.% придает составу большую прочность на сжатие сырых образцов до 0,098 МПа. Это позволяет сделать вывод о том, что данная добавка работает наряду с основным связующим, как связующий агент, увеличивая прочность при повышении ее содержания. Данная смесь, наряду с повышенной прочностью, имеет и высокий показатель текучести 69% (по пробе Орлова), что объясняется уменьшением внутреннего трения между частицами кварцевых зерен, так как на их поверхности сосредоточены частицы технологической добавки. Сама частица технологической добавки состоит, как указывалось выше, из минеральной части и распределенной на ее поверхности адсорбированной пленки углеводородной органической фазы, которая и создает увеличение прочности смеси за счет повышения числа контактов и уменьшение внутреннего трения за счет движения частиц между собой по пленке.
В таблице 1 также представлены составы смесей под номерами 4, 5. Смесь под номером 4, содержащая 0,3 мас.% добавки и пониженное содержание бентонита и древесной муки, отличается невысокими показателями предела прочности на сжатие 0,047 МПа и текучести 53%. Вследствие этого смесь прилипала к модельно-технологической оснастке при формообразовании и показала наличие пригара при заливке опытных проб серым чугуном. Смесь под номером 5 отличает повышенное содержание добавок: древесной муки 2,5 мас.% и технологической добавки 2,5 мас.%. Это наряду с содержанием глины 5 мас.% придает смеси высокую текучесть до 61% и среднюю прочность 0,053 МПа. Однако данная смесь в процессе заливки обладает повышенным газовыделением, что объясняется высоким содержанием в составе смеси древесной муки, повышающей газотворную способность. Наряду с этим пригарный слой на поверхности обладал легкоотделимостью, но поверхность отливки имела дефекты газового происхождения - газовые раковины.
Смесь, выбранная за прототип, при повышенном содержании связующего - бентонита 7…10 мас.ч. - позволяет получить предел прочности на сжатие во влажном состоянии, равный 0,045 МПа, что объясняется находящейся в составе этой смеси смолянистой жидкости - препарированной кислой смолки, которая снижает сырую прочность при ее введении в смесь. Данная смесь наряду с невысокими показателями предела прочности во влажном состоянии имеет также неудовлетворительную текучесть, что при получении сложных по геометрии отливок может привести к недоуплотнению сложных и глубоких «карманов», понизив качество литейной формы. Наличие прилипаемости объясняется невысокими показателями предела прочности, а также наличием в составе смеси материалов, взаимодействующих с материалом модельно-технологической оснастки.
Заявляемая смесь обладает пределом прочности во влажном состоянии, превышающим адгезию смеси к материалу оснастки, таким образом обеспечивается получение качественного отпечатка формы.
Применение в составах облицовочных смесей отхода производства присадки к моторным маслам будет одним из решений проблемы утилизации, обеспечит защиту окружающей среды и экономию дорогостоящих материалов, применяемых в составах смесей для улучшения их свойств.
Облицовочная смесь для литейных форм, содержащая огнеупорный наполнитель, бентонит, воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит технологическую добавку, представляющую собой отход производства присадки к моторным маслам, содержащий: 59-63 мас.% минеральной части и 37-41 мас.% органической части, и древесную муку при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Бентонит | 6,0-7,5 |
| Мука древесная | 1,5-2,0 |
| Отход производства присадки к моторным маслам | 0,5-2,0 |
| Вода | 3-4 |
| Огнеупорный наполнитель | Остальное |
