Суспензия огнеупорная для оболочковых форм по выплавляемым моделям

Изобретение относится к литейному производству. Суспензия включает этилсиликат, спиртовой раствор нитрата алюминия девятиводного, микропорошки электрокорунда, алюминиевый порошок и оксид иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: этилсиликат 5,0-8,0; спирт этиловый 14,0-17,0; нитрат алюминия девятиводный 1,3-2,0; кислота соляная или азотная 0,06-0,1; поливинилбутираль 0,03-0,09; алюминиевый порошок 3,0-6,0; оксид иттрия 4,0-8,0; микропорошки электрокорунда - остальное. Обеспечивается уменьшение степени взаимодействия керамической формы с металлом отливок. 2 табл.

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к изготовлению отливок из тугоплавких химически активных металлов, жаропрочных и других высоколегированных сплавов по выплавляемым моделям.

В настоящее время перспективным конструкционным материалом в авиакосмической промышленности, судостроении, химическом и нефтяном машиностроении являются титановые сплавы. По сравнению со стальными деталями, титановые оказываются прочнее при одинаковой массе. При температурах до 500°C титановые сплавы противостоят коррозии лучше нержавеющих и жаростойких сталей.

Основным недостатком титана является его химическая активность при высоких температурах, особенно в жидком состоянии, вследствие чего плавка и заливка сплавов на его основе осуществляется в вакууме. Расплавленный титан активно взаимодействует с кислородом, углеродом и азотом, а также со многими огнеупорными материалами. Недостаточная химическая инертность литейной формы к заливаемому титановому сплаву приводит к образованию на отливках поверхностных дефектов и видоизмененного слоя повышенной твердости, что увеличивает трудоемкость ее обработки и резко снижает эксплуатационные характеристики литой детали. /Производство отливок из сплавов цветных металлов / А.В.Курдюмов и др. - М.: Металлургия, 1986. - с.287…293/. В применяемых керамических литейных формах по выплавляемым моделям наиболее химически активным компонентом является кремнезем связующего, который в вакууме при температурах заливки и прогрева форм подвергается термической диссоциации с выделением монооксида кремния, а также атомарного и молекулярного кислорода, окисляющих компоненты сплава.

Наиболее близкой по технической сущности является суспензия для изготовления оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям, включающая перхлорат калия /Авторское свидетельство СССР №1238880. МКИ 4 В22С 1/16. Суспензия для изготовления оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям / Александров В.М., Кулаков Б.А., Солодянкин А.А. и др. Бюл. №23, 1986./ Смесь включает раствор гидролизованного этилсиликата, алюминиевый порошок, перхлорат калия и огнеупорный наполнитель, мас.%:

раствор гидролизованного этилсиликата 20…40
алюминиевый порошок 1,5…8,0
перхлорат калия 0,1…1,0
огнеупорный наполнитель остальное

Суспензия данного состава позволяет снизить содержание свободного диоксида кремния и получать отливки из титановых сплавов, заливаемых в холодные формы, однако при заливке в нагретые до 800...1000°С керамические формы, остаточный кремнезем способен взаимодействовать с заливаемым сплавом, изменять его состав и структуру и ухудшать эксплуатационные свойства.

В основу изобретения положена техническая задача по созданию формовочной огнеупорной суспензии для уменьшения степени взаимодействия керамической формы с металлом отливок.

Указанная задача решается тем, что огнеупорная суспензия для оболочковых форм по выплавляемым моделям, включающая этилсиликат, растворитель, огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия, алюминиевый порошок и добавку, согласно изобретению, в качестве растворителя этилсиликата применяется спиртовой раствор нитрата алюминия девятиводного, а в качестве добавки используется оксид иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Этилсиликат 5,0…8,0
Спирт этиловый 14,0…17,0
Нитрат алюминия девятиводный 1,3…2,0
Кислота соляная или азотная 0,06…0,1
Поливинилбутираль 0,03…0,09
Алюминиевый порошок 3,0…6,0
Оксид иттрия 4,0…8,0
Микропорошки электрокорунда остальное

Количество этилсиликата обусловлено прочностными характеристиками формы и ее химической активностью по отношению к заливаемому металлу. Содержание этилсиликата менее 5,0% мас. не позволяет достигнуть необходимой минимальной прочности форм, а содержание более 8,0% мас. увеличивает химическую активность форм.

Содержание этилового спирта обусловлено содержанием кремнезема в гидролизованном этилсиликате, т.е. в жидкой соствляющей суспензии и достижением необходимых технологических параметров вязкости.

Нитрат алюминия девятиводный в спиртовом растворе диссоциирует и впоследствии равномерно распределяется в пространственной структуре кремнезоля. При прокалке форм он разлагается с образованием аморфного оксида алюминия и впоследствие при температурах 950…1100°С спекается с диоксидом кремния связующего, образуя химически более инертное соединение - муллит. Содержание нитрата алюминия менее 1,3% не обеспечивает связывание активной составляющей кремнезема формы. Содержание более 2,0% снижает прочность литейной формы вследствие нарушения пространственной структуры силоксанов в связующем.

Кислота является катализатором гидролиза этилсиликата. Содержание кислоты менее 0,06% не обеспечивает прохождения качественного гидролиза. Увеличение содержания кислоты более 0,1% может снизить живучесть формовочной суспензии.

Поливинилбутираль создает на поверхности суспензии органическую полимерную пленку и препятствует испарению растворителя из связующего. При содержании поливинилбутираля менее 0,03% содержание растворителя в супензии умньшается, и она приобретает повышенную вязкость. При содержании более 0,09% суспензия очень долго стекает с модели и не обсыхает на модельном блоке.

Алюминиевый порошок способствует повышению эффективности спекания наполнителя и достижения необходимой прочности форм после прокалки. Содержание менее 3%; не обеспечивает необходимой прочности, содержание более 6% повышает вероятность хрупкого разрушения формы в процессе заливки.

Оксид иттрия, как основной оксид, при прокалке эффективно связывает остаточный диоксид кремния связующего в силикат иттрия, который более устойчив, чем кремнезем, к заливаемому сплаву. Содержание оксида иттрия взаимосвязано с полнотой соединения в силикат иттрия остаточного диоксида кремния, не муллитизированного введенным при гидролизе нитратом алюминия. При содержании оксида иттрия менее 4% связывание кремнезема проходит не в полной мере, увеличение содержания более 8% нецелесообразно, так как не приводит к повышению эффективности процесса, а ведет лишь к повышению стоимости форм.

Приготовление суспензии осуществляют следующим образом.

Готовят 10…12 мас.%. раствор нитрата алюминия девятиводного Al(NO3)3·9H2O ГОСТ 3757-75 в этиловом спирте.

Суспензию готовят раздельным способом. Связующим служит раствор гидролизованного этилсиликата марки ЭТС-40. В качестве органического растворителя применяют раствор нитрата алюминия девятиводного в этиловом спирте, а в качестве катализатора гидролиза - соляную или азотную кислоту. Гидролиз проводят следующим образом. Смешивают технический этилсиликат со спиртовым раствором нитрата алюминия девятиводного в присутствии катализатора - азотной или соляной кислоты и антииспарителя - поливинилбутираля и перемешивают в течение 40…60 мин. До приготовления суспензии связующее выдерживается в течение 18…36 часов. Условное содержание SiO2 в гидролизованном этилсиликате составляет SiO2 8…12%. Связующее имеет состав, мас.%:

Этилсиликат-40 18,6…28,4
Кислота 0,21…0,32
Поливинилбутираль 0,1…0,3
Спиртовой раствор нитрата алюминия девятиводного 81,3…70,1 остальное

Суспензию готовят введением в связуюощее поршкообразных компонентов - алюминиевого порошка, оксида иттрия и микропорошков электрокорунда. Соотношение жидкой и твердой составляющей суспензии находится в пределах от 1:2,8 до 1:3,6, что обеспечивает условную вязкость в пределах 15…45 с и соотношение всех компонентов согласно формуле изобретения.

В качестве корундовой составляющей огнеупорного наполнителя суспензии используют смесь порошков белого электрокорунда, например следующего состава, мас.%: М5 - 25; №3 - 40; №5 - 35.

В качестве алюминиевого порошка предпочтительнее использовать порошок марки АСД-4, как наиболее дисперсный, имеющий высокую удельную поверхность.

Оксид иттрия используется в виде плавленого дисперсного порошка с размером зерен 5…10 мкм.

Вязкость огнеупорной суспензии по вискозиметру ВЗ-4 для 1-го слоя 30…45 с., для 2-го 25-30 с, и для остальных 15-22 с. В качестве присыпки используют электрокорунд белый фракции №20 для 1-го слоя и фракции №50 для остальных.

При изготовлении форм из предлагаемой суспензии сушку нанесенных слоев осуществляют на воздухе, в воздушно-аммиачной среде, а также вакуумно-аммиачным способом.

Удаление разовых моделей осуществляют в горячей модельной массе, в воде, горячим воздухом, нагретым воздухом в автоклавах. Формы прокаливают в окислительной атмосфере при 1000…1200°С в течение 4…6 ч.

Изготавливают 5-слойные стандартные керамические образцы и 9-слойные формы.

Заливку титановых сплавов производят в печи ВДЛ-4, вакуум в печах достигает 10-2 мм рт. ст.

Для получения сравнительных данных осуществляют также изготовление литейных форм из смеси согласно прототипу.

Составы смесей приведены в табл.1, свойства литейных форм и показатели качества отливок приведены в табл.2.

Таблица 1
Составы суспензий
Наименование ингредиентов Количество ингредиентов, мас.%
прототип 1 2 3
Этилсиликат 6,5 5,0 6,5 8,0
Спирт этиловый 15,5 17,0 15,5 14,0
Нитрат алюминия девятиводный - 2,0 1,7 1,3
Кислота 0,07 0,06 0,08 0,1
Поливинилбутираль 0,06 0,09 0,06 0.3
Алюминиевый порошок 4,0 6,0 4,0 4,0
Оксид иттрия - 4,0 6,0 8,0
Перхлорат калия 0,6 - - -
Микропорошки электрокорунда остальное остальное
Таблица 2
Результаты испытаний смесей по составам
Показатели Результаты испытаний по составам
прототип 1 2 3
Прочность форм на изгиб после вытопки, МПа 3,5 5,4 5,8 4,9
Прочность форм на изгиб после прокалки, МПа 3,9 1,1 1,0 9,1
Глубина видоизмененного слоя отливки,, мкм 110 23 26 25
Шероховатость поверхности отливки, Ra 10 8 8 8
Класс размерной точности отливки по ГОСТ 26645-85 5 5 5 5

Результаты испытаний показывают, что по сравнению с прототипом заявленный состав смеси позволяет получить керамические формооболочки, превосходящие по механическим свойствам прототип, в то же время снизить их химическую активность по отношению к заливаемому титановому сплаву, и соответственно, существенно уменьшить образование видоизмененного слоя на отливках.

Заявленный состав может быть использован в литье по выплавляемым моделям титановых и других химически активных сплавов.

Суспензия огнеупорная для оболочковых форм по выплавляемым моделям, включающая этилсиликат, растворитель, огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия, алюминиевый порошок и добавку, отличающаяся тем, что в качестве растворителя этилсиликата она содержит спиртовой раствор нитрата алюминия девятиводного, а в качестве добавки содержит оксид иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Этилсиликат 5,0-8,0
Спирт этиловый 14,0-17,0
Нитрат алюминия девятиводный 1,3-2,0
Кислота соляная или азотная 0,06-0,1
Поливинилбутираль 0,03-0,09
Алюминиевый порошок 3,0-6,0
Оксид иттрия 4,0-8,0
Микропорошки электрокорунда остальное



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит, мас.%: кварцевый песок 85,5-87,5; MgSO4·7H2O 4,0-4,5; маршаллит 3,0-3,5 и воду 5,5-6,5.
Изобретение относится к области литейного производства. Водный раствор алюмоборфосфатного концентрата подвергают электродиализу при силе тока 0,2…1,5 А, затем смешивают с водным раствором поливинилового спирта в объемном соотношении (2…4):1.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению керамической вставки для формирования в процессе литья в корпусе бурового инструмента полости для установки сменной детали.
Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит шламовый отход производства поливинилхлорида в количестве 97-99 мас.%, содержащий, мас.%: Н2О 50,2; CaSO4·2H2O 12,2; Са(ОН)2 7,2; NaCl 28,2; NaSO4 2,0; NaOH 0,2 и древесные опилки.

Изобретение относится к способу получения активированного бентонита. .
Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к литейному производству. .
Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к области литейного производства, а именно к форетическим суспензиям, используемым для изготовления керамических форм по удаляемым моделям методом электрофореза.

Суспензия для получения литейной формы содержит от 50 до 80 мас.% термостойких частиц, средний размер которых составляет от 0,5 до 150 мкм, от 5 до 35 мас.% частиц оксида алюминия, средний диаметр которых составляет менее 300 нм, и от 5 до 35 мас.% воды, pH указанной суспензии составляет от 5 до 12. Суспензию получают путем смешивания водной дисперсии, содержащей частицы оксида алюминия, с термостойкими частицами, средний размер которых составляет от 0,5 до 150 мкм, и, если это необходимо, с добавками. Средний диаметр частиц оксида алюминия в дисперсии составляет менее чем 300 нм в твердом виде, содержание частиц оксида алюминия составляет более чем 15 мас.%, а pH составляет от 5 до 12. С использованием суспензии получают литейную форму для точного литья. Обеспечивается повышение устойчивости суспензии, сокращение времени сушки формы, повышение прочности формы и упрощение ее изготовления. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 табл., 5 пр.
Изобретение относится к огнеупорной композиции для получения литейных форм. Композиция содержит (a) не менее 85 частей по массе огнеупора, (b) 0,5-10 частей по массе связующего и (c) трикарбонил циклопентадиенил марганца, его производные, в количестве от примерно 0,0005 до примерно 4 частей по массе, где части по массе указаны в расчете на 100 частей по массе огнеупорной композиции. Также предложены способы изготовления литейной формы и способ литья металлической детали. Изобретение позволяет изготовить литейные формы с улучшенными экзотермическими свойствами. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 пр.

Изобретение относится к способу связывания немонолитных оксидных неорганических материалов отверждаемыми композициями, а также к отвержденным композициям, которые могут быть получены указанным способом. Способ заключается в осуществлении контакта неорганических материалов с отверждаемой композицией, содержащей, по меньшей мере, одну отверждаемую этерифицированную карбамидо-формальдегидную смолу, содержащую определенные структурные единицы, с последующим термическим отверждением смолы. Причем количество отверждаемой композиции составляет от 0,5 до 60 мас.% в пересчете на неорганические материалы и отверждение осуществляют при температуре от более 0 до 280°С. Полученные отвержденные композиции обладают улучшенными физико-механическими характеристиками. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 11 табл.
Изобретение относится к оснасткам для получения изделий композиционных материалов способом горячего отверждения. Термостойкая матрица выполнена из смеси портландцемента и расширяющегося цемента, или из смеси портландцемента и напрягающего цемента, причем доля расширяющегося или напрягающего цемента равна «А», где А определяется из соотношения: А=Ку/(Кр+Ку), где: Ку - коэффициент усадки портландцемента, Кр - коэффициент расширения расширяющегося или напрягающего цемента. Матрица содержит арматуру в виде стальной сетки или проволоки, или в виде высокопрочных высокомодульных волокон или пленок. Внутри матрицы имеется один или несколько слоев электропроводящего материала, подключенного к источнику электричества. Изобретение обеспечивает повышение физико-механических свойств изделий, получаемых в матрицах. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение относится к литейному производству. Литейную форму получают путем введения смеси для получения литейной формы в модель, уплотнения смеси для получения литейной формы внутри модели и извлечения литейной формы из модели. Смесь для получения литейной формы содержит формовочный песок и жидкую композицию, содержащую связующее, модификатор и воду. Связующее содержит смектитовую глину. Модификатор содержит карбонат металла или карбонат бора. Карбонатом металла является карбонат кальция магния или металла, выбранного из группы, состоящей из алюминия, кальция, железа, калия, магния, бора, цинка, свинца, меди и их производных. Обеспечивается получение смеси, устойчивой к термической деструкции при повышенных температурах. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 11 табл., 4 пр.
Изобретение относится к составам связующих, предназначенных для изготовления литейных форм и стержней теплового отверждения. Связующее изготовлено на основе растительного масла с добавлением анионного ПАВ, выбранного из ряда: натриевые, калиевые, триэтаноламиновые, моноэтаноламиновые, аммиачные соли жирных кислот, таллового масла, соапстока, таллового пека, канифоли, их смеси; и с добавлением неионогенного ПАВ в виде продукта этоксилирования или пропоксилирования алкилфенолов, жирных кислот, жирных спиртов, содержащего в своей структуре 2÷15 этоксилированных или пропоксилированных звеньев. Достигнута высокая стабильность приготовленной из связующего эмульсии, формовочные смеси на основе связующего характеризуются высокими прочностными характеристиками, отсутствует налипание стержневой смеси к оснастке, возможны длительное хранение связующего и его транспортировка при отрицательных температурах. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относиться к литейному производству. Смесь содержит кварцевый песок 82-85 мас.%, огнеупорную глину или бентонит 5-8 мас.%, 6-8% водный раствор стиромаля 5-8 мас.%, декстрин 2-2,5 мас.% и воду 2-5 мас.%. Достигается обеспечение прочности смеси через 30-40 минут после ее приготовления, повышение качества готового литья и повторно используемого песка из отработанной смеси. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к области литейного производства. Смесь содержит, мас.%: порошковую глину 7-15, воду 2,8-4,2, многоатомный спирт 2,8-4,2 и формовочный песок - остальное. Обеспечивается повышение живучести огнеупорной уплотнительной смеси. 6 з.п. ф-лы., 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству. Наполнитель содержит в мас.%: хромитовый песок 30-70, дистен-силлиманит 70-30. Используемый хромитовый песок имеет округлую форму. Средний размер зерна дистен-силлиманита составляет от 0,83 до 1,25 от среднего размера зерна хромитового песка. Обеспечивается уменьшение пригарообразования на отливках. 4 з.п. ф-лы, 11 табл.
Изобретение относится к литейному производству. Композиция содержит эпоксидную смолу и композицию гидропероксида, содержащую раствор трет-бутилгидропероксида, который содержит не более чем 7 вес.% воды. Обеспечивается повышение мгновенных пределов прочности литейной формы. 7 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 табл., 7 пр.

Изобретение относится к литейному производству. Суспензия включает этилсиликат, спиртовой раствор нитрата алюминия девятиводного, микропорошки электрокорунда, алюминиевый порошок и оксид иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.: этилсиликат 5,0-8,0; спирт этиловый 14,0-17,0; нитрат алюминия девятиводный 1,3-2,0; кислота соляная или азотная 0,06-0,1; поливинилбутираль 0,03-0,09; алюминиевый порошок 3,0-6,0; оксид иттрия 4,0-8,0; микропорошки электрокорунда - остальное. Обеспечивается уменьшение степени взаимодействия керамической формы с металлом отливок. 2 табл.

Наверх