Смесь для изготовления опорного слоя литейной двухслойной керамической формы

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Сеаетсмих

Сецналистмческмк республик о 871997

Ф (/ г

Ъ (61) Дополммтельмое к авт. свмд-ву (22) Заявлено 040479 (21) 2746298/22-02 с присоединением заявим М— (23) Приоритет

Опубликовано 15.1 081. бюллетень ИВ 38

Дата опубликования описания

РЦ К„э

В 22 С 1/18

ГосулаРственный комнтет

СССР яо де.аам нзобретеннй н открытнй (53) УДЯ 621.742.4 (088. 8) j и А.A.Ôåäîñáâ

{22) Авторы мзобретеммя

A. Ã.Мартынов, A С.Муркина, В.А.Озеров

l

% ч

t (21) Заявитель (54) СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПОРНОГО СЛОЯ

ЛИТЕИНОИ ДВУХСЛОЙНОЙ КЕРАМИЧЕСКОЙ

ФОРМЫ

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии изготовления двухслойной (комбинированной) керамической формы по постоянным моделям.

Известна смесь для изготовления опорного слоя, где в качестве наполнителя используется кварцевый песок или шамотная крошка, а в кавестве связующего — жидкое стекло (1).

Данная смесь характеризуется склонностью к растрескиванию в процессе прокаливания, заливки металла и остывания отливки.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является смесь для изготовления опорного слоя двухслойной керамической формы, содержащая огнеупорный материал, например, шамотный порошок, жидкое стекло и водный раствор едкого натра. Отверждение данной смеси производится путем продувки через форму углекислого газа (2).

Наиболее распространенньан дефектом двухслойных керамических форм с опорным слоем этого состава являются трещины, имеющие вид сплошных разрывов. При этом растрескивание керамики происходит из-за различной,. деформации слоев в двухслойной керамической форме (этилсиликатного облицовочного и жидкостекольного опорного). Особенно сказывается на развитии трещин разупрочнение при 550-

600оС опорного слоя формы, изготовленного на жидком стекле. .10

Цель изобретения — повышение прочности в температурном интервале 600950 С и увеличение стойкости опорного слоя двухслойной керамической

15 форне,.

Для достижения поставленной цели смесь для изготовления опорного слоя литейной двухслойной керамической форьы, включающая шамотный поро20 шок, неорганическое связующее и воду, содержит в качестве неорганического связующего кислую соль ортофосфорной кислоты и дополнительно содержит дистен-силлиманитовый пылевидный концентрат, бентонит и водорастворимый лигносульфонат при следующем соотношении ингредиентов, вес.Ф:

Кислая соль ортофос- . .форной кислоты 2,5-3,5

30 Вода 6,0-7, 0

871997

Дистен-силлиманитовый пылевидный концентрат 8,5-12,5

Бентонит 5,0-6, Водорастворимый лигносульфонат 0,5-0, б

Шамотный порошок Остальное

Шамотный порошок, используемый в предлагаемой смеси, имеет следующий зерновой состав, вес.Ъ:

1,6 мм 6-9

1,0 мм 14-18

0,63 мм 1 5-19

0,315 мм 18-22

0,2 мм 10-12

0,16 мм 5-7

0,063 мм 14-18 15

Менее 0,063 мм 4-5

В качестве кислой соли ортофосфорной кислоты предлагаемая смесь содержит одноэамещенный фосфат алюминия ° 20

Оптимальные соотношения ингредиентов в смеси определяют методом математического планирования эксперимента, исходя из условия достижения максимальной прочности смеси после прокаливания при 950 С при минимально возможном расходе фосфатного связующего..

Учитывают следующие факторы, определяющие процесс: х — содержание связующего в смеси (1 х — содержание мелкой фракции в

z смеси; х — степень уплотнения образца; хл — температура тепловой обработки образцов; 35 х — содержание глинистой составляющей.

Температура тепловой обработки, определяемая температурой прокаливания облицовочного слоя, и содержа- ф0 ние глинистой составляющей, определяемое условием достаточной сырой прочности смеси, выбраны постоянными.

Выбор основного уровня и интервалов варьирования производят на А5 основании существующего в этой области опыта и наличия априорной информации. Количество вводимого фосфатного связующего. зависит от. природы и степени измельчения наполнителей и 50 колеблется в пределах 6-10%. Вопрос о рациональном гранулометриическом составе наполнителя является одним из самых существенных вопросов теории реакций в твердых телах и технологии производства огнеупорных материалов. При недостаточном содержании мелкой фракции (менее 0,088 мм) ухудшается отверждение смеси.

Ситовым анализом шамотного порошка установлено, что при различных бО размерах гранул он имеет следующий зерновой состав, вес.%:

1,6 мм 7,5

1,6-1,0 мм 16

1 0-0,63 мм 18 65

0,63-0,315 мм 20

0,315-0,2 мм 11

0,2-0,16 мм 7

0,16-0,0063 мм 16

0,063 мм 4,5

Увеличение содержания мелкой фракции осуществляется за счет добавок в шамотный порошок пылевидных бентонита и дистен-силлиманита. Для уменьшения усилий, затрачиваемых на уплотнение образцов, в смесь вводят водорастворимый лигносульфонат (сульфитноспиртовая барда).

В результате реализации предлагаемого способа достигается максимальная сухая прочность смеси, постоянство объема и высокая термостойкость форм при укаэанном выше соотношении ингредиентов. При выходе за обусловленные пределы по содержанию ингредиентов ухудшаются физикои термомеханические свойства смеси.

Дилатометрические испытания показывают, что образцы, изготовлен,ные из предлагаемой смеси, не подвергаются пластической деформации при нагреве и охлаждении, а прочность при высоких температурах остается практически на одном уровне.

Пример . Изготовляют двухслойные керамические формы для отливки матрицы из стали 4Х4ВМФС диаметром 135 мм и высотой 100 мм.

В качестве состава предлагаемой смеси выбирают оптимальное соотношение ингредиентов. Данный состав обеспечивает достижение максимальной прочности смеси после прокаливания при минимальном расходе фосфатного связующего. Для получения качественных двухслойных керамических форм опорную часть изготовляют иэ предлагаемой смеси (на алюмофос.фатном связующем) следующего состава, вес.Ъ:

Шамотный порошок 73,4

Дистен-силлиманитовый пылевидный концентрат 10

Бентонит б

Алюминий фосфорнокислый одноэамещенный 3

Вода 7

Барда сульфитноспиртовая 0,6

Смесь приготовляют в смешивающих бегунах. Для приготовления смеси взвешивают необходимое количество сухих составляющих (шамот, дистенсиллиманитовый концентрат, бентонит), которые загружают в смешивакицие бегуны. После перемещения в течение

3-5 мин, вводят жидкую составляющую (вода, алюминий фосфорнокислый одноэамещенный, барда сульфитно-спиртовая, предварительно перемешанные до получения раствора). После введения жидкой составляющей, смесь перемешивают 5 мин и выгружают из бегунов.

871997

Уплотнение опорного слоя формы осуществляют ручной трамбовкой. После изготовления опорный слой подверо гают сушке при 300 С, а затем после охлаждения наносят облицовочный керамический слой толщиной 6-8 мм, который изготовляют из суспензии следующего состава: гидролиэованного раствора этилсиликата — 1л, 2,8 кг наполнителя,состоящего из . 20% дистенсиллимани тово го кон цен трата ДСК-П, и 80% электрокорунда 5Н с использованием в качестве отвердителя окиси магния (75 r) °

Стойкость опорного слоя заливок

Прочность опорного слоя формы на изгиб в интервале

600-950 С, н/см

Прочность опорного слоя формы на сжатие после прокаливания и остывания, н/см

Факторы характеризующие процесс

Смесь

Дефекты формы

Тепловая обработка двухслойной керамической формы

Отверждение

Предварительная тепловая обработка опорного слоя

Известная (на алюмофосфатном связующем) Отсутст950 С вуют

Сушка (300 С) 170-175 100-110 20-25

Нет

Сквозные трещины, коробление

Предлагаемая (на жидГ, костекольном связукщем) Продувка

СО2

Прокал.ка (900 С) 0-3

950 С

200

Таким образом, использование ли- мы с опорным слоем, изготовленным тейной двухслойной керамической фор- 61 из предлагаемой смеси, обеспечивает

Прокаливание двухслойной керамической формы производят при 950 С в течение 2 ч, охлаждение с печью. После прокаливания трещины на формах отсутствуют, размеры формы соответствуют размерам до прокаливания.

Отсутствие крупных трещин в керамическом слое позволяет извлекать отливки без разрушений формы, что дает возможность использовать опорный слой многократно со сменой керамического слоя. 25

Для сравнения изготовляют двухслойную форму с опорным слоем иэ известной смеси (2).

Опорный слой формы изготовляют иэ смеси на жидкостекольном связукщем следующего состава, (вес.%) )

Шамотный порошок 90,5

Едкий натр, 10%-ный 1,5

Жидкое стекло 8,0

Приготовление смеси производят в смешивающих бегунах. Уплотнение смеси - вручную, отверждение СО . Для уменьшения линейных и объемных изменений в смесях на жидкостекольном связующем, обусловленных процессами спекания, опорный слой формы предварительно прокаливают при 950 С.

После предварительной прокалки, на опорный слой формы наносят облицовочный керамический слой, состав которого идентичен описанному выше (на гидролизованном растворе этилсиликата). После нанесения керамического слоя, форму прокаливают в печи при 950 С в течение 1 ч, охлаждение с печью до 350-450 C. При прокалке на форме возникают крупные сквозные трещины, размеры формы нарушаются и она не пригодна для заливки металлом.

Даннные испытания сравниваемых двухслойных керамических форм сведены в таблице.

871997

8,5-12,5

Составитель .С.Тепляков

Редактор А.Долинич Техред А.Бабинец Корректор Н.Швыдкая т

Заказ 8884/13 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r.Óàãoðîä, ул.Проектная, 4 следующие преимущества. Несмотря на некоторое снижение прочности при комнатной температуре достигается возможность получения постоянных раэмеров отливок,так как керамическая форма не имеет деформации при прокаливании и не разупрочняется при высоких температурах, устраняются дефекты гребешки, которые получаются на поверхности отливок при заливке металла в формы с наличием тре- ð щин (на смеси с жидкостекольным связующим), улучшается чистота поверхности отливок, снижается трудоемкость их обработки, опорный слой формы не разрушается при извлечении отливок, появляется воэможность многократного использования опорного слоя, в результате чего снижается стоимость изготовления формы, исключается операция продувки опорного слоя формы углекислым газом, не требуется предварительная прокалка опорного слоя формы.

Формула изобретения

1. Смесь для изготовления опор- 25 ного слоя литейной двухслойной керамической формы, включающая шамотный порошок, неорганическое связующее и воду, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочнос- 3Q ти в температурном интервале 600950 С и увеличения стойкости опорного слоя формы, она содержит в качестве неорганического связующего кислую соль ортофосфорной кислоты и допол- 3 нительно содержит дистен-силлиманитовый пылевидный концентрат, бентонит и водорастворимый лигносульфонат при следующем соотношении ингредиентов, вес.Ъ!

Кислая соль ортофосфорной кислоты 2,5-3,5

Вода 6,0-7,0

Дистен-силлиманитовый пылевидный концентрат

Бентонит 5,0-6,5

Водорастворимый лигносульфонат 0,5-0,6

Шамотный порошок Остальное

2. Смесь цо п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что она содержит шамотный порошок со следующим зерновым составом, вес.%:

1,6 мм 6-9

1,0 мм 14-18

0,63 мм 15-19

0,315 мм 18-22

0,2 мм 10-12

0,16 мм 5-7

0,063 мм 14-18

Менее 0,063 мм 4-5

3. Смесь по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в качестве кислой соли ортофосфорной кислоты она содержит однозамещенный фосфат алюминия °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Иванов В.Н., Зарецкая Г.M.

Литье в керамические формы по постоянным моделям. М., Машиностроение, 1975, с.5.

2. Патент CltlA М 2931081, кл. 164/12, 1966.