Холоднотвердеющая смесь для изготовления форм и стержней

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при литье алюминиевых и магниевых сплавов. Холоднотвердеющая смесь содержит, мас.ч.: кремнезем - 100, карбамидная смола - 2,1-3,5, ортофосфорная кислота - 0,5-1,3, по меньшей мере, одно соединение бора - 0,1-0,3, и нанодисперсный углеродсодержащий модификатор в количестве 0,005-0,1% от массы карбамидной смолы. Обеспечивается повышение прочности форм и стержней, выбиваемости и живучести смеси, снижение шероховатости поверхности. При заливке сплавов создается защитная атмосфера от окисления. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для изготовления литейных форм и стержней, предназначенных, в частности, для литья алюминиевых и магниевых сплавов.

Известна холоднотвердеющая смесь (далее - ХТС) для изготовления литейных стержней и форм, включающая огнеупорный наполнитель, карбамидную смолу, ортофосфорную кислоту и этанол при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.:

Огнеупорный наполнитель 100
Карбамидная смола 2,16-2,64
Ортофосфорная кислота 0,6-0,8
Этанол 0,54-0,66

(SU 681648 А, 30.08.1986).

Недостатком данного состава является отсутствие ингибиторов, позволяющих предотвратить окисление магниевых сплавов в форме, изготовленной из данной ХТС.

Известен также отвердитель самоупрочняемых фурановых смоляных смесей и метод их приготовления. Отвердитель самотвердеющей фураново-смоляной смеси состоит из следующих компонентов, мас.ч.:

толуолсульфокислота 1-300
ксилол моносульфоновая кислота 10-300
серная кислота 1-170
фосфорная кислота 200-800
метилсульфат 1-200
этанол 1-50
метанол 1-50
вода 40-900
вспомогательное вещество 0,05-1,0

(CN 101722272 A, 09.06.2010).

Недостатками смеси являются: сложность приготовления отвердителя и токсичность его некоторых компонентов. Кроме того, при использовании фурановых смол вместо карбамидных повышается токсичность при производстве отливок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая, мас.ч.:

кварцевый песок 100
ортофосфорная кислота 0,13-0,25
смесь карбамидной и формальдегидной смол 1,5-3,0
соли щелочных металлов 1:0,06-1:0,23 к массе смолы
отношение солей щелочных
металлов к их гидроксидам 1:0,00020-1:0,00025

(PL 158437 A1, 17.04.1990).

Недостатком прототипа является отсутствие в смеси восстановительных добавок, предотвращающих окисление расплава.

Задачей предложенного изобретения является создание холоднотвердеющей смеси для экологически безопасного литья алюминиевых и магниевых сплавов с высоким качеством поверхности.

Техническим результатом предложенного изобретения является разработка ХТС на основе карбамидного связующего для изготовления форм и стержней с высокими прочностными характеристиками для данного типа связующего, с низкой шероховатостью поверхности, хорошей выбиваемостью, живучестью, способностью создавать при заливке сплавов защитную атмосферу от окисления, а также экологически безопасных в процессе эксплуатации.

Для достижения технического результата предложена холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, включающая кремнезем, карбамидную смолу и ортофосфорную кислоту, при этом смесь дополнительно содержит, по меньшей мере, одно соединение бора и нанодисперсный углеродсодержащий модификатор, при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:

кремнезем 100
карбамидная смола 2,1-3,5
ортофосфорная кислота 0,5-1,3
по меньшей мере, одно соединение бора 0,1-0,3,

при этом нанодисперсный углеродсодержащий модификатор содержится в количестве 0,005-0,1% от массы карбамидной смолы.

Предпочтительно, чтобы соединение бора представляло собой борную кислоту.

Ниже приводятся данные по влиянию компонентов на характеристики ХТС.

Нанодисперсный углеродсодержащий модификатор, который может представлять собой нанодисперсные углеродсодержащие частицы различных размеров и марок, при добавлении в смолу повышает прочность смеси и снижает шероховатость поверхности изготавливаемых форм и стержней, что, соответственно, повышает качество поверхности впоследствии получаемых отливок. Это происходит благодаря тому, что частицы модификатора «связывают» смолу, повышая ее вязкость. Таким образом, смола лучше удерживает песчинки кремнезема. Также при заливке модификатор способствует созданию защитной атмосферы. При уменьшении количества модификатора снижается эффект его влияния. При увеличении количества модификатора не происходит заметного увеличения свойств.

Добавление в ХТС, по меньшей мере, одного соединения бора в дальнейшем защищает расплав от окисления при заливке.

В качестве соединения бора предпочтительно использовать борную кислоту, которая обладает наименьшей токсичностью.

В случае ее использования при ее дальнейшем термическом разложении образуется борный ангидрид, который может образовывать с оксидами формовочной смеси, а также с оксидами, образовавшимися на поверхности заливаемого металла, соединения типа глазури, препятствуя доступу кислорода и паров воды к металлу. Борный ангидрид, соединяясь с оксидами, образовавшимися на поверхности заливаемого металла, может растворять их, очищая поверхность отливки.

В случае использования в качестве соединений бора таких соединений, как BF3, KBF4, NH4BF4, NaBF4 и др. происходит образование фторидов металла с выделением бора, NH3 или Na/K, что благоприятно сказывается на качестве поверхности металла. Однако при неполном реагировании возможно выделение газообразной плавиковой кислоты (HF), ухудшающей экологию производства.

Карбамидная смола, отверждаемая ортофосфорной кислотой, в составе ХТС позволяет получить высокие прочностные свойства форм и стержней после формовки, с разупрочнением после литья, что важно при выбивке отливок.

Компоненты предложенной ХТС являются экологически безопасными, т.к. не содержат фенолов, фуранов, соединений серы и аминов.

Примеры осуществления

В чистый смеситель типа «MLP2 лопастной» загружали сначала сыпучие материалы, в том числе нанодисперсный углеродсодержащий модификатор (ТУ 2166-004-13800624-2004), перемешивая их в течение 2-3-х минут, и осторожно вливали раствор ортофосфорной кислоты. Затем смесь перемешивали 4-5 минут, добавляли смолу, диспергированную нанопорошком в ультразвуковой ванне, и снова перемешивали в течение 4-5 минут с последующим добавлением ингибитора (борная кислота для составов 1-3 или раствор NaBF4 для составов 4-6) и перемешиванием в течение 3-4 минут. Готовую смесь выдерживали 2 часа, после чего изготавливали формы для дальнейшей заливки их магниевым расплавом.

В таблице 1 приведен состав холоднотвердеющих смесей для литейных форм и стержней настоящего изобретения и прототипа.

В таблице 2 приведены механические и технологические свойства смесей.

Коррозионная стойкость по количеству выделившегося водорода в 3%-ном растворе NaCl за 48 часов образцов и плит из магниевого сплава системы Mg-Zn-Zr в термообработанном состоянии превышает коррозионную стойкость сплава МЛ5пч (8 см3/см2) и составляет в термообработанном состоянии по режиму Т61 - 1,9 см3/см2, в литом - 7,0 см3/см2. На поверхности отливок отсутствовали включения, поверхность была чистой и гладкой. Исходя из этого можно сделать вывод о том, что в процессе заливки выделялось достаточное количество защитной атмосферы для получения годного литья.

Таким образом, предлагаемый состав холоднотвердеющей смеси можно применять для изготовления форм и стержней для литья точных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов.

1. Холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая кремнезем, карбамидную смолу и ортофосфорную кислоту, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по меньшей мере, одно соединение бора и нанодисперсный углеродсодержащий модификатор, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

кремнезем 100
карбамидная смола 2,1-3,5
ортофосфорная кислота 0,5-1,3
по меньшей мере, одно соединение бора 0,1-0,3,

при этом нанодисперсный углеродсодержащий модификатор содержится в количестве 0,005-0,1% от массы карбамидной смолы.

2. Холоднотвердеющая смесь по п. 1, отличающаяся тем, что соединение бора представляет собой борную кислоту.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к литейному производству. Добавка содержит полые алюмосиликатные микросферы в количестве от 90% до 99% и флюс от 1% до 10% от общего веса добавки.
Изобретение относится к литейному производству. Формовочная смесь содержит заполнитель формовочной смеси и соль органической кислоты.

Изобретение относится к литейному производству. Песчаную литейную форму изготавливают из песка, поверхностно-активного вещества, воды и жидкого стекла.
Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит заполнитель формовочной смеси и карбонатную соль в количестве от 0,25 мас.% до 5,0 мас.% от массы заполнителя в формовочной смеси.
Изобретение относится к литейному производству. Композиция содержит эпоксидную смолу и композицию гидропероксида, содержащую раствор трет-бутилгидропероксида, который содержит не более чем 7 вес.% воды.

Изобретение относится к литейному производству. Наполнитель содержит в мас.%: хромитовый песок 30-70, дистен-силлиманит 70-30.

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.
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.%.
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.

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.

Настоящее изобретение относится к связующему на основе полиуретана с применением изоцианатов, содержащих уретониминовые и/или карбодиимидные группы для получения стержней и литейных форм, к смеси формовочных материалов, содержащей связующее, и к способу применения связующего для получения литейных форм. Описано связующее для смесей формовочных материалов, содержащее: (A) одно или несколько полиольных соединений, содержащих по меньшей мере 2 гидрокси группы на молекулу, включающих по меньшей мере одну фенольную смолу в качестве полиольного соединения; и (B) одно или несколько изоцианатных соединений, содержащих по меньшей мере 2 изоцианатные группы на молекулу, включающих по меньшей мере одно изоцианатное соединение по меньшей мере с 2 изоцианатными группами на молекулу, дополнительно содержащее по меньшей мере одну уретониминовую группу и/или карбодиимидную группу на молекулу. Также описаны смесь формовочных материалов, содержащая указанное связующее и основной жаростойкий материал для форм, и способ получения формованного изделия в виде литейной формы или в виде стержня, включающий этапы, на которых: (i) смешивают основные жаростойкие материалы для форм с вышеописанным связующим; (ii) вводят смесь формовочных материалов или ее ингредиенты в пресс-форму; (iii) отверждают смесь формовочных материалов в пресс-форме так, чтобы получить цельную форму; и (iv) затем отделяют отвержденную форму от пресс-формы и необязательно дополнительно отверждают ее, тем самым получают отвержденное формованное изделие. Технический результат - обеспечение смеси формовочных материалов, с помощью которой формованные изделия для литейной промышленности могут быть получены с меньшими выбросами в окружающую среду. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 5 табл., 16 пр.
Изобретение относится к литейному производству. Смесь для изготовления водорастворимых стержней содержит, мас.%: галогенид аммония 5-10, нитрат натрия и нитрат калия в сумме 25-35, карбамид - остальное. Соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия составляет 0,81-0,83. Введение нитратов натрия и калия в состав смеси обеспечивает повышение прочности, свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня. 2 табл.
Наверх