Смесь теплового отверждения для изготовления литейных форм и стержней

 

В.П. Кирилишин и Ю.А. Селиванов I -:. ПЛтРИТЯО>" ИИФГ - .

Ъ

Одесский инженерно-строительный институ и ОфМ3Ь4 ™

j юп (72) Авторы июбретення (7! ) Заявители (54) СМЕСЬ ТЕПЛОВОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ

И СТЕРЖНЕЙ

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам смесей для изготовления литейных форм и стержней.

В литейном производстве находят при. менение различным образом отверждаемые смеси с связующими в виде водных растворов силиката натрия или жидкого стекла (например, отверждаемые продувкой углекислым газом или за счет вве-, дения специальных отвердителей) (11.

Стержни и формы из указанных смесей характеризуются повышенной хрупкостью и затрудненной выбиваемостью.

Наиболее близкой к предлагаемой по > технической сущности и достигаемому результату является смесь теплового отверждения для и готовления литейных форм и стержней, включающая огнеупор«но ный наполнитель в виде кварцевого песка и связующее на основе соединения кремнезема с оксидом натрия, например силиката натрия, используемого в виде водного раствора (жидкого стекла) с содержанием жидкого стекла 5-7 по массе смеси (остальное - огнеупорный наполнитель) )2j . о

Известная жидкостеколъная смесь после отверждения при тепловой обра" ботке 200 С обладает весьма высокими прочност ными хара кте ри сти ками, однако ее выбиваемость из отливок, особенно стальных, исключительно затруднена, а чистота поверхности отливок нуждается в существенном улучшении ввиду наличия многочисленных очагов пригара, Цель изобретения - улучшение выбиваемости форм и стержней, преимущественно из стальных отливок и улучшение чистоты поверхности стального литья. Для достижения поставленной цели смесь теплового отверждения для изготовления литейных форм и стержней, включающая огнеупорный наполнитель

5-15

4-8

3 9541 в виде кварцевого песка, связующее на основе соединения кремнезема с оксидом натрия и воду, содержит в качестве связующего на основе соединения кремнезема с оксидом натрия тонко- 5 измельченный тридимит и/или кристобалит с содержанием оксида натрия 2-63 по массе связующего при следующем соотношении ингредиентов, мас.3:

Тонкоизмельченный три- 10 димит и/или кристобалит с содержанием оксида натрия 2-63 по массе связующе ro

Йода 15

Огнеупорный наполнитель в аиде кварцевого песка . Остальное

Тридимит и/или кристобалит с укаэанным содержанием оксида натрия имеет удельную поверхность 3,5-5,5 тыс, см2/г.

Связующее в составе предлагаемой смеси получают.путем обжига материала на основе кристаллического кремнезема, например кварцевого песка, в присутствии карбоната натрия при температуре, достаточной для структурного преобразования кварца в кристобалит и/или тридимит (порядка 1300 С) . При этом для получения материала, преиму- зО щественно на основе тридимита требуется более длительный обжиг и, соответственно, более высокие энергозатраты (на 30-353), чем для получения материала, преимущественно, на осно35 ве кристобалита.

Получаемый щелочно-кремнеземный ингредиент с кремнеземным модулем 40 ° подвергают измельчению и дроблению до получения дисперсного порошка. Не Щ обходимо отметить, что прочность контактных точечных связей между частицами спекшейся массы сравнительно невелика, поэтому ее дробление и помол не вызывает больших трудностей.

Полученный таким образом тонкоизмельченный порошок при затворении его водой в укаэанных выше соотношениях

<>риобретает связующие свойства. После затворения водой (предварительного или непосредственно в процессе пере" мешивания с кварцевым песком) суспензионное связующее обладает кремнеземистым модулем 16-50, плотностью 2,32,5 г/см, водородным показателем рН 10,2-11,6, температурой замерзания Ô1 С, термостойкостью 1600-1650 С.

Формы и стер><ни из предлагаемой смеси отвеожвают при тепловой обработ30 4 ке порядка 220<"С в течение 25" 30 мин.

После удаления основной массы влаги смесь обладает практически нулевой газотворностью и химической инертностью к жидкому металлу (стали) .

Содер><ание оксида натрия в связующем предусмотрено в пределах 2-61 (по массе сухого связующего). При содержании оксида натрия в связующем нинке нижнего предела прочность форм и стержней не удовлетворяет требованиям производства, а при содер><ании его выше верхнего предела ухудшается выбивае" мость форм и стержней из отливок (преимущественно, стальных).

Содержание сухого связующего в составе смеси предусмотрено в пределах

5- 15 мас.3. Минимальное содержание связующего в смеси (53) обеспечивает необходимую прочность стержней при их простановке и заливке металлом и по-. следующую легкую выбиваемость. Максимальное содержание связующего в смеси (15/) обеспечивает необходимую прочность тонкостенным стержням. При этом выбиваемость получается удовлетворительной. Дальнейшее повышение содержания связующего в смеси нецелесообразно по причине ухудшения выбиваемости.

Дисперсность материала на основе тридимита и кристобалита оказывает существенное влияние на его связующую способность. Дисперсность должна находиться в пределах 3,5-5,5 тыс. см /г.

Дисперсность сухого связующего ниже

3,5 тыс.см /г приводит к резкому снижению прочности смеси в сыром и в сухом состояниях а получение материала с

У

2 дисперсностью свыше 5,5 тыс.см /г в производственных условиях (на сущест" вующем помольном оборудовании типа шаровых мельниц) практически затрудне" но, а кроме того, при использовании материала с дисперсностью выше чем

5,5 тыс.см /г не наблюдается дальнейшего существенного улучшения прочностных характеристик форм и стержнеи.

Для уменьшения выделения вредной пыли тридимита и/или кристобалита в процессе приготовления смеси возможен вариант, согласно которому воду, предусмотренную для введения в смесь, вводят на предварительной стадии по" мола тридимита и/или кристобалита. При этом происходит гидратация данного материала и отмечается дальнейшее улучшение его связующих свойств, и, соответственно, повышение прочности форм

Таблица

Содержание ингредиентов, мас.Ф, в смесях

Ингредиенты

1 2 3 4 5

89 84 79 95 93

Кварцевый песок

Материал на основе тридимита и кристабалита с содержанием оксида нат" рия 41 и удельной поверхностью

4 тыс. см /г

10 15

5 954 и стержней на 10" 124 ° В этом случае приготовление смеси осуществляют путем перемешивания кварцевого песка с водной суспензией тридимита и/или кристобалита. 5

Пример. Связующее для предлагаемой смеси получают обжигом компо.зиции из 91 мас.т; кварцевого песка, 5 мас.4 технического карбоната натрия и 4 мас.3 воды. Обжиг проводят в течение 20 мин при 1300 С. При этом поо лучен продукт с содержанием, мас.4: оксид натрия 4; тридимит 50-60 и кристобалит остальное.

Помол данного материала проводят до получения порошкового связующего с дисперсностью 4000 см2/г.

Гоставы предлагаемой(1-3) и известной (4 и 5) смесей приведены в табл. 1 .. го

В табл. 2 приведены результаты испытаний предлагаемой (1"3) и извест- ной (4 и 5} смесей.

В табл. 3 приведены дополнительные сведения, характеризующие прочность 5

° > на сжатие в сухом состоянии для предлагаемых смесей 1-3 в зависимости от дисперсности порошкового связующе,го.

Как видно из данных табл, 2, предлагаемая смесь имеет .более низкую остаточную прочность и, следовательно, улучшенную выбиваемость (при этом. целесообразно сравнивать составы смесей с одинаковым содержанием связую- зз щего, например 1 и 4j. Особенно ярко проявляется снижение остаточной прочности у предлагаемой смеси при ее нагреве до 800 С (c последующим медлен. ным охлаждением до комнатной темпера- о

138 d туры: она уменьшается в среднем в

5 раз по сравнению с аналогичным параметром для прототипа. Это позволяет применить предлагаемую смесь при из" готовлении форм и стержней для стального литья, поскольку именно в этом случае достигаются высокие температуры прогрева смеси и, соответственно, ее облегченная выбиваемость.

Производственные испытания предлагаемой и известной смесей заключаются в следующем. Литейные формы со стерж" нями, изготовленными из смесей, со" став которых указан в табл. 1, заливают сталью. После охлаждения отливки загружают в галтовочный барабан.

После прохождения галтовочного барабана стержни из жидкостекольной смеси остаются в отливках. Их выбивка — операция весьма трудоемка. Кроме того, поверхность отливок со стороны жидкостекольной смеси имеет большой пригар и требует дополнительной механической обработки. Напротив, сгержнй, изготовленные из тридимитовой смеси, после заливки их сталью и охлаждения отливки легко из нее удаляются, при этом поверхность отливок в местах, формируемых этими стержнями, не имеет пригара. Чистота поверхности соответствует.А 3-Ь4 по ГОСТ 2789«73. В итоге трудоемкость очистки отливок при использовании предлагаемой смеси снижена в 6,5 раз.

Таким образом, предлагаемая смесь обеспечивает достижение улучшенной выбиваейости отливок (преимущественно стальных) и улучшенной чистоты поверхности стального литья.

954138

Продолжение табл. 1

Ингредиенты

) 1

6 6 6

Вода

Жидкое стекло модуля 2,8, плотностью 1,4 г/сн

Таблица 2

Свойства

Смесь

4 5 (прототип) 0;10 0,10

4-5 8-9

7-8 10-12

600

800

Табли ц а 3

Смесь

Свойства

122- 128

81-83

50-52

140-145

148-152

196-160

88-92

92-96

98-102

59-61

64-66

4500

68-70 ,0

5500

Прочность на сжатие в сыром состоянии, кгс/см

Прочность на сжатие в сухом состоянии (температура сушки

200 С), кгс/см

Остаточная прочность на сжатие, кгс/см после нагрева (с последующим медленным охлаждением) до температуры, Г: о

400

Прочность на сжатие в сухом состоянии (температура сушки

200 С, кгс/см, при о 2 удельной поверхности порошкового связующего, см /г:.

3500

Содержание ингредиентов, мас.3, в смесях

2 3 4 5

0,12 Менее Менее

0,10 0,10

59-61 88-92 1 40- 1 45 65-67 97-99

7-8 16-19 30-32 14-18 19-21

14-16 9-10 11-12

19-21 42-44 63-65

38 10 с содержанием оксида натрия 2-6 по массе связующе го .5-15

Вода 4-8

Огнеупорный наполнитель в виде кварцевого песка Остальное

2. Смесь поп. 1, отли чающ а я с я тем, что тридимит и/или кристобалит с упомянутым содержанием оксида натрия имеет удельную поверхность 3,5-5,5 тыс.см /г.

Источники информации > принятые во внимание при экспертизе

1. Лясс А.М. Быстротвердеющие формовочные смеси. М., "Машиностроение", 1965, с. 280-299. ъ

2. Там же, с. 95- 105.

9 95 1

Формула изобретения

Смесь теплового отверждения для изготовления литейных форм и стержней, включающая огнеупорный наполнитель в виде кварцевого песка, связующее на основе соединения кремнезема с оксидом натрия и воду, о т л и ч à ю щ ая с я тем„ что, с целью улучшения выбиваемости форм и стержней, преимущест венно из стальных отливок, и улучшения в чистоты поверхности стального литья., она содержит в качестве связующего на основе соединения кремнезема с оксидом натрия тонкоизмельченный тридимит и/или кристобалит с содержанием окси- 1 . да натрия 2-6i по массе связующего при следующем соотношении ингредиентов, мас.3:

Тонкоизмельченный три. димит и/или кристобалит

Составитель С. Тепляков

Редактор Л. Филь Техред Т.Маточка КорректорА. Гпииуууо

Заказ 5339/7 Тираж 652 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303 Москва„ Ж"Д Раушская наб. д. 4Д филиал ППП "Патент", г, Ужгород; ул. Проектнав,