Смесь для изготовления литейных форм и стержней
Владельцы патента RU 2425732:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) (RU)
Смесь содержит, мас.%: жидкое стекло 4-6, окислитель в виде перманганата калия или бихромата калия 0,5-1,5, кварцевый песок - остальное. Введение окислителя обеспечивает высокую прочность литейных форм при их изготовлении и заливке металла, улучшение выбиваемости смеси. 2 табл.
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления литейных форм, стержней из жидкостекольных смесей.
Известны смеси для изготовления форм и стержней на жидкостекольном связующем, содержащие в качестве огнеупорного наполнителя кварцевый песок, различные органические и неорганические материалы с низкой температурой воспламенения [1]. Податливость и облегчение выбивки отливок достигается за счет применения в составе смеси неорганических материалов, продукты разложения которых при взаимодействии с расплавленным металлом разупрочняют стержни.
Известна смесь на основе жидкостекольного связующего 4-5%, едкого натра 0,9-1,1%, каолина 3,5-4,5%, прокаленного при 630-770°С, огнеупорного наполнителя на основе диоксида кремния [2].
Смесь имеет неудовлетворительные физико-механические свойства, в частности, малую прочность на сжатие, что отрицательно сказывается на качестве литейной формы и, как следствие, на качестве литья, что практически не допускает использования смеси данного состава для изготовления стержней.
Наиболее близкой к изобретению по физико-химическому составу и достигаемому технологическому результату является смесь, содержащая жидкое стекло 5-14%, в качестве связующего - отход производства керамических изделий, содержащий глину 7-26%, кварцевый песок - остальное [3].
Смесь данного состава имеет высокие физико-механические свойства, однако для приготовления смеси необходимо значительное количество жидкого стекла 5-14%, а также стержни необходимо прокаливать (т.е. повышение трудоемкости, затрат энергии и связующего).
Заявляемое изобретение направлено на создание смеси для изготовления форм и стержней на жидкостекольном связующем, расширяющей ассортимент используемых материалов. Техническим результатом является создание смеси для изготовления литейных форм и стержней, обеспечивающей высокие механические характеристики без прокалки и уменьшение работы выбивки (т.е. снижение трудоемкости и затрат энергии).
Технический результат достигается тем, что смесь для изготовления форм и стержней, содержащая жидкое стекло, кварцевый песок, согласно изобретению дополнительно содержит окислитель - перманганат калия (КМnO4) или бихромат калия (К2Сr2О7) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Жидкое стекло - 4-6
Окислитель - 0,5-1,5
Кварцевый песок - остальное.
Известно, что перманганат калия используется для строительных смесей, однако он используется для повышения механической прочности и пластичности, а в предлагаемом решении - как разупрочняющая добавка [4].
Отличием заявляемого изобретения является использование в составе окислителя, который оказывает влияние на повышение технологических свойств жидкостекольной смеси. За счет мелкодисперсности окислителя (порошок) и достаточного количества жидкостекольного связующего, при минимальной работе уплотнений смеси получаем более прочную литейную форму. Высокая прочность смеси на сжатие после выдержки на воздухе или продувки CO2 позволяет использовать ее для изготовления стержней и литейной формы. При этом не происходит разрушение стержней и форм из данной смеси во время заливки жидким металлом. Тем самым использование данного состава смеси снизит брак отливок из стали и чугуна по засорам и другим дефектам, связанным с разрушением форм и стержней в процессе заливки. Стержневую смесь приготавливают следующим образом. Жидкое стекло смешивают с окислителем и добавляют в бегуны с кварцевым песком, смесь перемешивают до получения однородной массы. Изготовленные из смеси стержни для литейных форм продувают CO2 или выдерживают на воздухе. После этого они готовы к использованию.
Пример.
Для сравнения были изготовлены образцы из предлагаемого состава и из смеси известного состава [3] - прототипа.
Состав смесей и физико-механические свойства в сыром состоянии и после сушки приведены в табл.1 и 2.
Для приготовления смеси используют следующие материалы: стекло натриевое жидкое ГОСТ 1378-67; песок кварцевый 2К02 - ГОСТ 2138-84. Окислитель перманганат калия ГОСТ 20490-75, бихромат калия ГОСТ 2652-78.
В бегуны загружают кварцевый песок и жидкое стекло с окислителем, смесь перемешивают до получения однородной массы в течение 10-15 минут, после чего смесь готова к формовке.
Изготовленные из смеси стержни для литейных форм продувают СО2 или выдерживают на воздухе в течение 2-3 часов и более в зависимости от размера стержня. После этого они готовы к использованию.
Свойства смеси оценивались на стандартных образцах (Д-50 мм и Н-50 мм), изготовленных в стержневом ящике модели 037 М на копре модели 031 или 2М030 тремя ударами груза массой 6,35±0,015 кг, падающего с высоты 50±0,25 мм.
Для сравнения принят пример 2 прототипа, где количество компонентов соответствует предлагаемому в %:
жидкое стекло - 5 (в предлагаемом 4-6);
отход производства - 7 (в предлагаемом нет);
окислитель - перманганат калия или бихромат калия - 0,5-1,5;
кварцевый песок - остальное.
Предел прочности на сжатие во влажном состоянии и прочность на сжатие в отвержденном состоянии в образцах, приготовленных из предлагаемого состава, выше, чем в известном решении.
Газопроницаемость по сравнению с примером 2 прототипа ниже, но соответствует ГОСТ, а в примерах 6, 7, 8 прототипа она достигается за счет значительного повышения расхода жидкого стекла и отхода производства.
То же относится к пределу прочности на разрыв в сухом состоянии.
Технологические свойства по предлагаемому решению оптимальны в примере 2 (для бихромата калия) и 3 (для перманганата калия).
Остаточная прочность в примерах 2 и 3 предлагаемого решения примерно соответствует примеру 2 прототипа, а в примере 4 - невысокая.
Из табл.2 видно, что предлагаемая смесь имеет высокие прочностные свойства при хорошей для стержневых смесей газопроницаемости и выбиваемости.
Оптимальное содержание перманганата калия или бихромата калия в смеси находится в пределах 1,0% и 0,5% соответственно. При содержании окислителя в смеси меньше 0,5% снижается газопроницаемость, а работа выбивки увеличивается. Имеются неудовлетворительные физико-механические свойства смеси.
Увеличение содержания окислителя более 1,5% приводит к значительному повышению газопроницаемости, понижению прочности смеси и к неоправданному увеличению количества связующего в составе смеси.
Таким образом, введение окислителя в смесь в указанных выше количествах позволит получить формовочную, стержневую смесь с оптимальными физико-механическими и технологическими свойствами, обеспечивающими изготовление качественных стержней и элементов литниково-питающей системы для литейной формы; сводящих к минимуму возможность их разрушения при заливке формы расплавленным металлом.
При этом уменьшается стоимость формовочной, стержневой смеси за счет того, что вместо других дорогостоящих добавок, улучшающих требуемые физико-механические свойства, в состав смеси вводим перманганат калия или бихромат калия по технологии.
Качество отливок из стали 45Л, полученных в формах, стержнях, изготовленных из данной смеси с использованием противопригарной краски на основе циркона, повышается за счет исключения засоров, которые являются продуктами разрушения литниково-питающей системы.
Источники информации
1. Евстигнеев, А.И. Жидкостекольные смеси с улучшенными технологическими свойствами // А.И.Евстигнеев, В.В.Петров, Э.А.Дмитриев. - Литейное производство. - 2008. - №12. - 25 с.
2. Авторское свидетельство СССР 1369848, кл. В22С 1/18, опубл. 30.01.1988.
3. Патент РФ 2224619, кл. В22С 1/18, опубл. 27.02.2004.
4. Патент РФ 2134672, Кл. С04В 38/08, опубл. 20.08.1999.
| Таблица 1 | |||||
| № п/п | Ингредиенты, мас.% | Состав смесей, мас.% | |||
| №1 прототип | №2 | №3 | №4 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 2 | Жидкое стекло | 5 | 4 | 5 | 6 |
| Отход производства керамических изделий | |||||
| 3 | 7 | - | - | - | |
| Окислитель - перманганат калия / бихромат калия | |||||
| 4 | - | 0,5/0,5 | 1,0/1,0 | 1,5/1,5 | |
| 5 | Кварцевый песок | 88,0 | 95,5 | 94,0 | 92,5 |
| Таблица 2 | |||||
| № п/п | Физико-механические свойства | Состав смесей, мас.% | |||
| №1 прототип | №2 | №3 | №4 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа | |||||
| 1 | 0,03 | 0,04/0,035 | 0,05/0,03 | 0,06/0,025 | |
| Прочность на сжатие в отвержденном состоянии, МПа | |||||
| 2 | 1,95 | 2,4/2,1 | 2,2/1,9 | 2,0/1,7 | |
| Газопроницаемость, ед. | |||||
| 3 | 380 | 200/230 | 210/260 | 230/310 | |
| Предел прочности на разрыв в сухом состоянии, МПа | |||||
| 4 | 0,32 | 0,22/0,18 | 0,20/0,15 | 0,18/0,13 | |
| 5 | Осыпаемость, % | 0,1 | 0,05/0,08 | 0,07/0,10 | 0,08/0,13 |
| 6 | Работа выбивки, КДж | 110 | 80/70 | 60/50 | 50/40 |
Смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая кварцевый песок, жидкое стекло, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит окислитель из ряда перманганат калия, бихромат калия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Жидкое стекло | 4-6 |
| Окислитель | 0,5-1,5 |
| Кварцевый песок | Остальное |
