Раствор для упрочнения оболочковых керамических литейных форм

 

ОПИСАН

ИЗОБРЕТЕН И Я ц 599910

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.07.76 (21) 2379496/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03,78. Бюллетень ¹ 12 (45) Дата опубликования описания 30.03.78 (51) М. Кл. - В 22С 9, 04

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.74.045:621..744,079 (088.8) fl0 делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. М. Александров, Ю. П. Васин, А, Н. Логиновский, Б. А. Кулаков, Г. Г. Цайзер и В. Г. Гришин

Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (71) Заявитель (54) РАСТВОР ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ОБОЛОЧКОВЪ|Х

КЕРАМИЧЕСКИХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ

Изобретение относится к области литейного ттроизводства, в частности к изготовлению литейных форм по разовым моделям, и может быть использовано в производстве литья по выплавляемым моделям.

В настоящее время в массовом производстве литья по выплавляемым моделям технология процесса формообразования, например, маршалитовых форм включает изготовление первых двух слоев с применением в качестве связующего гидролизованного раствора этилсиликата, а для последующих слоев — жидкого стекла.

Это связано с экономией дорогостоящего этилсиликата. Применение в качестве связующего при приготовлении суспензии жидкого стекла, хотя и снижает себестоимость литья, однако не обеспечивает получения качественных форм из-за низкой жаропрочностп н термической стойкости получаемых жидкостекольных слоев.

Поэтому жидкостекольные слои подвергают химической обработке в растворе какой-либо соли или кислоты, например в 18 — 20%-ных водных растворах хлористого или азотнокислого аммония.

Разработан также ряд составов закрепителей жидкостекольных слоев на основе соляных и уксусных кислот (1).

Однако, хотя все известные растворы и обеспечивают закрепление жидкостекольных слоев, при этом не достигается достаточная жаропрочность и термическая стойкость форм.

5 Например, прочность образцов на изгиб прп

900 С не превышает 17 — 20 кгс/см"-, низкая термическая стойкость к тепловому удару требует медленного нагрева форм (до 900"С за 3 — 5 ч). Поэтому формы помещают для

10 прокалки и заливки в опорный наполнитель, что в свою очередь резко снижает (в 2 — 3 раза) производительность процесса прокалки, повышая его энергоемкость. Следует отметить, что даже 10 — 12-слойные формы нельзя

15 заливать без опорного наполнителя вследствие пх разрушения.

Известен состав для закрепления жидкостекольных слоев, представляющий собой 20—

30%-ный водный раствор ортофосфорной кис2О лоты, нагретой до 80 — 100 С (2J.

Однако этот раствор, несмотря на некоторое повышение жаропрочности (до 35—

45 кгс/см -), не обеспечивает быстрой сушки жидкостекольных слоев, например на формп25 рование одного слоя уходит 3 ч.

Д нный состав нельзя применять для закрепления каждого жидкостекольного слоя сразу же после его нанесения, так как это приводит к его размыву. Поэтому известным

30 составом обрабатывают уже готовые формы

599910 после нанесения и просушки всех жидкостекольных слоев в процсссс вытопки модельного состава.

Применение нагретой до 80 — 100"С кислоты существеию загрязняет атмосферу цехов.

Кроме того, вытопка форм в кислотном растворе приводит к его засорению, что требует специальной очистки.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является композиция, включающая алюмохлорид н ортофосфорпую кислоту (3J.

Недостатком этой композиции является также псдостато Illo быстрая сушка жидкостекольных слоев и невысокая термическая стойкость и жаропрочность.

С целью повышения жаропрочности форм и их тсрмнческой стойкости форм предлагаемый раствор для упрочнсния оболочковых керамических литейных форм дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении ингредиентов, вес. :

Алюмохлорид 25 — 45

Ортофосфорная кислота 23 — 45

Этиловый спирт Остальное

В предлагаемом растворе алюмохлорид

Al»(OH)з» С1 и этнловыи спирт С Н ОНслужат для быстрого закрепления жидкостекольных слоев. В то же время спирт как поверхностно-активное вещество снижает поверхностное натяжение смеси, способствуя ее проникновению в поры слоя, а следовательно, и его полной проработке раствором.

Наличие ортофосфорной кислоты НзРО4 обеспечивает повышение жаропрочности и термостойкости форм за счет образования фосфатсилицидов и алюмофосфатов при ее взаимодействии с алюмохлоридом, а также кремнеземом присыпки и суспензии.

Таким образом, исключение любого из указанных ингредиентов не обеспечивает достижения необходимых свойств, т. е. заданного эффекта.

Повышение содержания алюмохлорида и ортофосфорной кислоты выше 45% (верхний предел) не приводит к дальнейшему росту жаропрочности и термостойкости форм, а при содержании ниже 25% (нижний предел) они оказывают весьма слабое влияние на указанные свойства. Например, прочность форм при

900 С в этом случае не превышает 30—

35 кгс/см . Кроме того, снижение содержания алюмохлорида ниже 25% ухудшает скорость закрепления слоев. Поэтому с целью улучшения процесса закрепления нижнему пределу алюмохлорида должен соответствовать верхний предел этилового спирта, равный 50%.

Кроме этого, на содержание спирта оказывает влияние плотность применяемой суспензии и зернистость присыпки: чем ниже плотность суспензии и выше зернистость присыпки, тем меньше содержание спирта должно быть в растворе и наоборот.

Это объясняется тем, что в пористые формы по сравнению с плотными могут проникать

65 более вязкие растворы. Поэтому с увеличением плотности слоя необходимо снизить поверхностное натяжение раствора, что достш астся вводом большого количества спирта.

Оптимальный состав следующий, вес. %:

Алюмохлорид 33

Ортофосфорная кислота 33

Этиловый спирт 34

Оптимальная плотность раствора 1,14—

1,18 r/см . При этом оптимальное весовое соотношение алюмохлорида и ортофосфорной кислоты 1: 1.

Алюмохлорид используют в виде водного раствора плотностью 1 24 — 1,29 г/см по

ТУ6-01-797-73. Ортофосфорпая техническая кислота может применяться 40 — 90%-ной концентрации, которой соответствует плотность

1,26 — 1,74 г/см" . С применением концентрации кислоты пропорционально увеличивается ее количество, вводимое в раствор. Уменьшение концентрации ортофосфорной кислоты ниже

40% приводит к снижению прочностных свойств форм.

В качестве этилового спирта можно использовать спирты как гидролизного, так и синтетического производства плотностью 0,8—

0,86 г/смз.

Пример 1. Маршалитовые формы по выплавляемым моделям изготавливают по следующей технологии. Первые два слоя выполняют из этилсиликатной, а четыре остальных — нз жндкостекольной суспензии. В качестве присыпки используют песок Кичигинский, фракции 0315.

После нанесения каждого жидкостекольного слоя его обрабатывают в течение 1 мин в растворе следующего состава, вес.

Алюмохлорид (1,25 г/см ) 25

Ортофосфорпая кислота (1,7 г/см ) 25

Этиловый спирт (0,82 г/см ) 50

Плотность раствора составляет 1,14 г/см .

Прочность образцов на изгиб при 900 С 68—

75 кг/см . Формы прокзливают без опорного наполнителя при 950 С в течение 3 ч. Заливка форм сталью Л5КТ при 1540 — 1580 С показывает полную возможность исключения опорного наполнителя и повышение скорости прокалки.

Пример 2. Формы изготавливают по технологии, указанной в примере 1. Жидкостекольные слои обрабатывают в течение 0,65 мин раствором следующего состава, вес. %:

Алюмохлорид (1,27 г/см ) 33

Ортофосфорная кислота (1,42 г/см ) 33

Этиловый спирт (0,84 г/см ) 34

Плотность раствора составляет 1,17 г/см .

Прочность образцов на изгиб при 900 С 72—

80 кг/см, Прокаленные без опорного наполнителя при 950+15 С в течение 3 ч формы заливают сталью Л5КТ при 1540 — 1580 С. Формы полностью выдерживают гидравлический и термический удары заливаемого металла.

Пример 3. Формы изготавливают по технологии, указанной в примере 1, 5999i0

Формула изобретений

Составитель В. Муравьева

Тсхред Л. Гладкова

Редактор О. Юркова

Корректоры: Л. Брахннна и А. Степанова

Заказ 197/18 Изд. № 308 Тираж 964

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

)Кидкостекольные слои обрабатывают в течение 1 мин раствором следующего состава, вес. %.

Алюмохлорид (1,28 г/смз) 45

Ортофосфорная кислота (1,26 г/см ) 45

Этиловый спирт (0,84 г/см ) 10

Плотность раствора составляет 1,22 г/см .

Прочность образцов при 900 С 60 — 65 кг/см .

Прокалка форм производится в течение 3 ч без опорного наполнителя при 950 20 С. Формы также полностью выдерживают заливку металла при 1540 — 1580 С.

Во всех случаях растрескивания форм при заливке не наблюдается.

Таким образом, обработка жидкостекольных слоев предложенным раствором позволяет в 5 — 6 раз ускорить формирование жидкостекольных слоев, повысить жаропрочность форм в 3 — 3,5 раза и увеличить их термическую стойкость, что в свою очередь исключает применение опорного наполнителя и обеспечивает снижение продолжительности прокалки в

2 — 3 раза.

Раствор для упрочненыя оболочковых керамических литейных форм, включающий

5 алюмохлорпд, ортофосфорную кислоту, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения жаропрочности форм и их термической стой= кости, он дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении ингредиен10 тов, вес. %:

Алюмохлорид 25 — 45

Ортофосфорная кислота 25 — 45

Этиловый спирт Остальное

Источники информации, 15 принятые во внимание при экспертизе

1. Сладкова М. В. и др. Новый способ применения жидкого стекла при литье по выплавляемым моделям, МДНТП им. Дзержинского, М., 1958, с. 9.

20 2. Абрамсон И. Д. и др. Изыскание способа изготовления жаростойких оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям с применением жидкого стекла. М., БНТП, 1960, с. 1 1.

25 3. Авторское свидетельство ЧССР № 153171, кл. В 22С 1/16, 1974.