Упрочняющая смесь для изготовления игольчатого кокиля

Упрочняющая смесь для изготовления игольчатого кокиля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УПРОЧНЯЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИГОЛЬЧАТОГО КОКИЛЯ, включающая пылевидный огнеупорный наполнитель, жидкое стекло, алюминиевый порошок, воду и окислитель, отличающаяся тем, что, с целью повыиения газопроницаемости и эксплуатационной етойкости кокиля, она содержит в качестве окислителя кaлиeвJиo селитру и дополнительно - зерновой огнеупорный наполнитель при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Зерновой огнеупорный наполет: нитель62-80 Пылевидный огнеупорный наполнитель 4-10 Жидкое стекло 5-10 Алюминиевый 5-15 порошок 0,7-8,5 Вода Калиевая 0,2-0,5 селитра (Л 1, отлича2 . Смесь по п. что в качестве ю щ а я с я тем. жидкого стекла она содержит водный раствор силиката «атрия плотиостью 1,34-1,38 г/см. фиг. /

CGI03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1026941 А

Э <50 ?? 22 0 15>

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У CBMQETEllbCTBY

4-10

5-k0

Ф

В«

° ««

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3407221/22-02 (22) 17.03.82 (46) 07.07.83. Вюл. Р 25 (72) A.Ï. Никифоров, Ю.A. Дрягин, .

В.A. Папшев и С.A. Ннкифоров (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола и Челябинский завод "Строммашина" (53) 621.746. 073: 621. 742. 4 (088. 8) (56) 1. Вейник А.И. Кокиль, Минск, "Наука и техника", 1972, с. 8-16.

2. Вейник A.È. Кокили из нормализованных элементов. Минск, 1963, с. 10

3. Авторское свидетельство .СССР

Р 360142, кл. В 22 С 9/04, 1970. (54} (57) 1. УПРОЧНЯЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИГОЛЬЧАТОГО КОКИЛЯ, включаюцая пылевидный огнеупорный наполнитель, жидкое стекло, алюминиевый пороше:<, воду и окислитель, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения газопроницаемости и эксплуатационной стойкос- ти кокиля, она содержит в качестве окислителя калиевую селитру и дополнительно - зерновой огнеупорный наполнитель при следутощем соотношении ингредиентов, мас.Ъ:

Зерновой огнеупорный. напол . нитель 62-80

Пылевидный огнеупорный наполнитель

Жидкое стекло

Алюминиевый порошок 5-15

Вода 0,7-8, 5

Калиевая селитра 0,2-0,5

2. Смесь по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что в качестве жидкого стекла она содержит водный раствор силиката натрия плотностью

1,34-1,38 г/см .

1026941 l0

Пылевидный огнеупорный наполнитель

Жидкое стекло

Алюминиевый порошок

Вода

Калиевая селитра

4-10

5-10

5-15

0,7-8,5

0,2-0,5

3-1 2

3-. 36

Изобретение относится к отрасли литейного производства, в частности, к Изготовлению и применению кокилей для получения отливок иэ различных сплавов.

В литейном производстве применяют цельнометаллические кокили, обладающие низкой технологической стойкостью, Известны кокили, которые для повышения технологической стойкости выполняют не цельнометаллическими, а из отдельных элементов или иголок, скрепляемых лежду собой в единую конструкцию. Для скрепления иголок кокиля в единую конструкцию применяют15 упрочняющую смесь. l3 качестве упрочнявщей могут быть применены различные смеси на основе огнеупорного ,наполнителя „в сочетании со связующим материалом 1) .

Известна упрочняющая смесь для игольчатого кокиля, применяемая в ниде пасты и состоящая из маршалита, жидкого стекла и воды (21 .

Однако характерными для указанной смеси являются низкая гаэопроницаемость в готовом кокиле, низкие упрочняющая способность и термостойкооть, так как при нагреве кокиля н процессе заливки в него металла смесь растрескинается, что приводит к быстрому разрушению игольчатого кокиля в процессе его эксплуатации.

Для повышения прочности жидкостекольных смесей обычно совместно с жидким стеклом применяют различные добавки, например окалину, алюминиевый порошок и др.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату 40 к предлагаемой является смесь, применяемая в качестве упрочняющего покрытия керамических форм и имеющая следующий состав, мас.Ъ:

Жидкое стекло 45 плотностью 1, 2, г/см 38-40

А люми и и ев ый порошок

Окислитель (окалина)

Кварц пылевидный Остальное

Жидкое стекло в составе смеси представляет собой водный раствор силиката натрия. 38-40 мас.Ъ жидкого стекла плотностью 1,2 г/см эквивалентно меньшему содержанию жидкого стекла с более высокой плотностью и допonнительному "одержанию воды. Таким образом, в составе смеси-прототипа содержится также вода 60 (в скрытом ниде) (3) .

Однако зта смесь характеризуется низкой газопроницаемостью, так как в качестне наполнителя применяют пылевидные. материалы с крупностью частиц 40-50 мкм и низкой эксплуатационной стойкостью, ввиду, хрупкого растрескивания и разрушения при многократном нагреве.

Цель изобретения — повышение гаэопроницаемости и эксплуатационной стойкости кокиля.

Поставленная цель достигается тем, что упрочняющая смесь для изготовления игольчатого кокиля, включающая пылевидный огнеупорный наполнитель, жидкое стекло, алюминиевый порошок, воду и окислитель, содержит в качестве окислителя калиевую селитру и дополнительно — зерновой огнеупорный наполнитель при следующем соотношении ингредиентов, мас.3:

Зерновой огнеупорный наполнитель 62-80

B качестве жидкого стекла смесь содержит водный раствор силиката натрия плотностью 1,34-1,38 г/см

При принятых соотношениях ингредиентов в процессе нагрева алюминиевый порошок расплавляется и связывает упрочняющую смесь игольчатого кокиля при его охлаждении. Хорошему соединению алюминия и смеси способствует калиевая селитра, которая понижает межфаэное натяжение металла и оксидон, образующихся на поверхности алюминия при окислении.

При охлаждении, когда алюминий затвердевает, смесь упрочняется и обесцечивает игольчатому кокилю нысокую прочность в исходном состоянии и при заливке. После заливки кокиль постепенно прогревается от залитого металла, связующий алюминиевый каркас размягчается в направлении от отливки к наружной поверхности и релаксирует напряжения в иголках. Таким образом, имея высокую прочность в холодном состоянии, игольчатый кокиль приобретает высокую эксплуатационную стойкость (° т.е. увеличивается количестно циклов эалинки и охлаждения беэ разрушения) и податливость при высокой температуре. Вместе с этим укаэанный состав упрочняющей смеси обеспечивает Высокую газопроницаемость эа счет добавления в смесь зернового наполнителя.

В качестве зернового наполнителя могут быть применены известные

1026941 огнеупорные материалы с крупностью частиц 0,16-0,315 ьм, но наиболее предпочтительны материалы с малым коэффициентом линейного расширения, такие, как циркон и корунд.

В качестве пылевидного наполнителя применяют известные огнеупорные наполнители с крупностью частиц

40-100 мкм, но предпочтительным является использование цирконового порошка.

В составе упрочняющей смеси применяют жидкое стекло плотностью

1,34-1,38 г/см и с модулем 2,3-2,6, Алюминиевый порошок применяют с крупностью частиц 0,315-0,20 мм 5 марки АСД-Т (ГОСТ 51667-72) .

Калиевую селитру предварительно растворяют в воде и вводят в смесь в виде концентрированного 20-303-ного раствора. Содержание калиевой селит-,2О

Ры приведено в пересчете на сухое вещество.

При содержании калиевой селитры ниже нижнего предела не достигается требуемого повышения эксплуатационной стойкости кокиля, а при содержании ее выше верхнего предела не наблюдается дальнейшего улучшения эксплатационных свойств кокиля.

При содержании зернового огнеупорного напол ителя выше верхнего предела снижается эксплуатационная стойкость кокиля, а при содержании

его ниже нижнего предела происходит нежелательное снижение газопроницаемости смеси.

На фиг. 1 приведена схема игольчатого элемента и его испытания; на фиг. 2 — график изменения прочности игольчатого элемента с использованием состава Р 5 (табл. 1) при 40 первом нагреве и охлаждении, Сплошная линия соответствует нагреву, пунктирная — охлаждению элемента.

Пример. Испытание проводят сначала на игольчатых элементах, 45 затем на реальном игольчатом кокиле для стальной отливки ступицы. При испытании определяют изменение прочности игольчатых элементов в холодном состоянии с увеличением количества теплосмен, характеризующих эксплуатационную стойкость кокиля, Элемент для испытания на число теплосмен и газопроницаемость выполнен в виде цилиндра диаметром и высотой 50 мм, а при испытании на прочность в процессе нагрева — в виде цилиндра диаметром и высотой

10 мм. При этом для изготовления элементов используются иголки диамет ром соответственно 8 и 2 мм.

Составы предлагаемых смесей (99 1-8) и смеси-прототипа (Р 9) приведены в таблице 1.

Как видно из графика (фиг. 2) при первом нагреве в интервале 7001000 С наблюдается уменьшение прочо ности, что связано с расплавлением алюминиевых частиц, за счет чего обеспечивается податливость и релаксационная способность кокиля. Вместе с тем, кокиль сохраняет достаточно высокую прочность, обеспечивающую сопротивление динамическому и статическому воздействию жидкого металла. В реальном кокиле залитый металл создает одностороннее тепловое воздействие, и разогрев кокиля идет постепенно в направлении от рабочей поверхности и периферии, что практически не изменяет прочностные свойства кокиля в целом, но за счет релакаационных свойств упрочняющей смеси снижает напряженное состояние и увеличивает эксплуатационную стойкость кокиля.

Результаты испытаний смесей

99 1-9 по указанной методике приведены в таблице 2.

Из табл. 2 видно, что предлагаемая смесь обеспечивает повышение числа теплосмен при работе кокиля, а, следовательно, способствует увеличению его эксплуатационной стойкости»

1026941 с"4 ф х

Ц о

fff

Ю сФ

I I

СО

Г с-)

Гс>

Ю с4

Ю !

l

I

1

fсO

Ю с-! I

f !

f — — l

I

1

I с4 !

1

1

1

СО i

<о

СО 1

CÎ

t

I

Г З

I !

1

1

1 с-!

I

1

l

1 Ф д хо

i Х 14

ftI Х

1 Д 9 ох х ц

I ee

$ 0

65 х д

3, lg

:4 ц

Р

Я

Ц

Л г, 4 а !

Г

4 с-4 S яcA и

ДЮ

Ж Ы 4 х о д

Х 5 9

zo ж у а; ц

<, t

1ч о оц

Ц И A

6 сО 4

О Г! о о

1 ! о х о

Д ссЭ С- Э

Е Е

u u !

4 !4

5Ю

Ю Ю

Гс) ГЧ

0 с-!

Э К Я оцуп Е

ЦЦО жоо

КЕх

Л

Д п3

D1! з 4

Ц ж

1ч о

1» о

Г

1 о

И I

«..г I

Ос

I

l

СО 1

1 фО

1

Х

E И и

1 Ф

1 Я и

t д 0)

f o9

1 Гб

I к

1 д

1 О

Е»

1 Х

О

Ж

1 Ц

Ю о л х х

Q х х

М

1 A

1 Eff ! Ц о, Э

1

1

i \

\о l

lA

1 i I э

Г с4

CA

СО !

Гс)

Ю СО 1 (! СО со сЛ LA

Ю

Ю Л I

Гс)

Ю ь М с! D fA 1 f

CO

LA f г

Ю f 1

Q3

Ю 1

1026941, I

4Ч

Е

Ф и и о о

)

I

I

1 1

) !

1

I !

1 !

I

I

I

1

4

1 о и о

° ь 1

)» х н о н о а

И о

) 1

1

ОЪ

1 б мЪ 1

1

I

1 — т

I

СЧ

I.

1

1

I е-1 1

I

Ж

Э

II) и

Ф о

lQ 1 и

А . н о о

Рф о а

44 и

53 ам о

О):4

O 44

g )",o

Й А, М 44

o,оо

) )С Ю

f» о о

Х

6I

iæ g5 о а с

И Х

ov е Е

Г-ю v

1

1

I

1

I

I

I

1

1

4

4

1

I

4

4

I

)

1

1.

I

I

1

1

1

t

t

I

t

1

I

1

I

I

1

1

t

I

I

t

1

t

I

1

I

1

I

I

1

1

I

I

I !

7С ЮСР тдруд у 4 ЯУ . фО

ВНИИПИ 3 акаэ 4630/14 Тираж 813 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Кроме того, предлагаемая смесь обладает повышенной газопроницаемостью, что снижает вероятность образования газовых дефектов в от ливках.

Испытания игольчатого кокиля с предлагаемой упрочняющей смесью проводят в литейном цехе при изготовлении стальной отливки втулки.

Кокиль готовят следующим образом.

Деревянную модель втулки закрепляют на подмодельной плите, на которую устанавливают металлический жакет„ по своей конфигураци приближающийся к очертанию модели. Иголки из углеродистой стали диаметром

8-10 мм укладывают на поцмодельную . плиту, шлифованным концом †ðèìûêàþщим к модели. Каждый уложенный ряд иголок пересыпают упрочняющей смесью следующего состава, мас.Ъ:

Цирконовый песок 016 70

Пылевидный циркон, 60 мкм б

Жидкое стекло с плотностью

1,38 г/см и модулем 2,6 8

Алюминиевый порошок 0315 10

Калиевая селитра 0,5

Вода 5,5

После пересыпки ряда иголок смесь уплотняют трамбовкой и затем укладывают следующий ряд иголок. Подготовленный кокиль выдерживают на воздухе 3 ч, затем переворачивают на 180 и удаляют иэ него модель.

Готовый кокиль помещают в печь и нагревают со скоростью 5 С/мин до 760 С. Затем делают выдержку в

О течение 0, 5 ч. Кокиль охлаждают

Q до 150 С, окрашивают рабочую поверхность краской плотностью 1,52 г/см из маршалита с 5 мас.% жидкого стекла плотностью 1,42 г/см, модулем

2,4 и водой и ставят под заливку.

После первой заливки отливку из коIQ киля удаляют при 700 С. Охлаждают о ,кокиль до 20 С и вновь заливают. С таким циклом заливки изготовлено б отливок. Отливки и кокиль признаны годными

êoHÎMÂìÐñêíÀ эффект вания предлагаемой упрочняющей смеси достигается за счет повышения эксплуатационной стойкости игольчатого кокиля, а также за счет повышения точности размеров отливок, так как исключается коробление игольчатого кокиля и устраняется необходимость закладывать повышенный допуск на размерные изменения. Кроме того, улучшается качество отливок, особенно из стали, так как игольчатый кокиль обладает достаточно высокой газопроницаемостью и позволяет исключить образование в стальных отливках газовых раковин, а в отливках из чугуна предотвращает поверхностный отбел.

Таким образом, предлагаемая упрочняющая смесь для изготовления

35 игольчатого кокиля позволяет увели" чить газопроницаемость и-эксплуата ционную стойкость кокилей.