Смесь для изготовления литейных стержней и форм

Смесь для изготовления литейных стержней и форм

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

11 1) 6756 85

ОП ИСАН ИЕ

ИЗОЬРЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.10.77 (21) 2545278/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 23.09.82. Бюллетень № 35 (45) Дата опубликования описания 23,09.82 (51) М. Кл.

В 22С 1/ll

Государствеииый комитет (53) УДК 621.742.4 (088.8) по делам изобретеиий и открытий й

А. Е. Костенко, Н. М. Скалкина, Н. В. Камкина и А. М. Голосовкер

Волжское объединение по производству легковых автомобилей им. 50-летия образования СССР (АвтоВАЗ) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ

И ФОРМ

Изобретение относится к литейному производству, а именно, к составам смесей для изготовления литейных стержней и форм.

В качестве синтетической смолы в составе таких смесей могут использоваться карбамидные, фенолформальдегидные, карбамидно-фенольные, карбамидно-фенолфурановые, карбамидофурановые смолы, их различные комбинации и модификации.

Известно, что в качестве отвердителей указанных типов смол используют минеральные и органические кислоты, например ортофосфорную, соляную, щавелевую, бензолсульфокислоту, а также некоторые соли, например NH4C1, NH4NO3, ZnC1, А1С!з, $пС1, FeC4, SnC14, CuClq, Cu (ХОз) 2, CuSG4 (1 — 5).

Недостатком легко разлагающихся солей, например солей аммония и легко гидролизирующихся солей металлов, таких, как хлорное железо, хлористый цинк и т.п. является то, что они не обеспечивают длительной живучести смеси.

Кроме того, они не эффективны как отвердители для некоторых смол, например карбамидно-фурановых, содержащих более

20% фурилового спирта.

Смеси, содержащие соли меди, имеют живучесть 4 — 8 ч, но из-за высокого температурного порога действия катализатора ф не дают высокой полноты отверждения в массе изделия с толщиной более 50 мм.

Смеси могут содержать ряд технологических добавок, таких, как окись железа, 5 графит, стеарат кальция, жидкое мыло, мочевину и др. Добавки в стержневых смесях имеют различное назначение: уменьшают прилипаемость смеси к горячей оснастке, увеличивают живучесть и теплопроводность

10 смеси, снижают загазованность при изготовлении стержней. Количество н вид вводимой добавки определяются конкретными требованиями, предъявляемыми к стержням и отливкам. Так, стержневые смеси

15 для алюминиевого литья, как правило, содержат только мочевину, стержневые смеси для чугуна чаще содержат окись железа, графит, жидкое мыло, мочевину и др.

Наиболее близкой по техническому су20 ществу и достигаемому результату является смесь, включающая огнеупорный наполнитель, синтетическую смолу, катализатор— соль меди и активатор отверждения — кислоту (б). Она имеет высокую скорость от25 верждения, как при нагреве, так и без нагрева, в зависимости от типа применяемой смолы, соли, кислоты и соотношения ингредиентов.

Особенно интенсивно происходит отвержз0 дение смесей, включающих такие смолы

675685 как карбамидные, карбамидно-фурановые с содержанием фурилового спирта менее 20О О.

Введение даже минимального, согласно прототипу (6), количества кислоты (0,0005 вес. ч.) приводит к довольно быстрому отверждению без подогрева стержневой смеси (см. пример 11). С повышением количества кислоты скорость отверждения еще больше увеличивается и живучесть смеси сокращается (см. примеры 16, 17).

Для ускорения отверждения смесей, включающих карбамиднофенолфурановые и карбамидно-фурановые смолы с содержанием фурилового спирта более 20%, требуется вводить кислоты всего 0,0005—

0,006 вес. ч. на 1,5 — 2,5 вес. ч. смолы, что обеспечивает живучесть смеси 4 — 6 ч. А так как содержание в смеси кислоты мало, то эффект ускорения отверждения этих смесей реализуется главным образом в части повышения скорости отверждения в недостаточно прогреваемой сердцевине изделия за счет снижения температурного порога отверждаемости связующего. В результате этого существенно повышается полнота отверждения в массе изделия, повышается его прочность после полного охлаждения, так называемая холодная прочность. Горячие же прочности, характеризующие скорость отверждения связующего при действии катализатора, сокатализатора и нагрева, определяются в основном количеством взятой соли и ее активностью по отношению к смоле.

Таким образом, недостатком смеси-прототипа является то, что повышение скорости ее отверждения сопряжено с потерей живучести.

Целью изобретения является повышение скорости отверждения горячетвердеющих смесей, повышение прочности при отверждении в горячей и холодной технологической оснастке при сокращенном расходе меди.

Цель достигается тем, что смесь для изготовления литейных стержней и форм, включающая огнеупорный наполнитель, синтетическую смолу, катализатор — соль меди, дополнительно содержит, по крайней мере, одну соль металла, выбранного из группы, содержащей алюминий, железо, хром или, по крайней мере, две соли металлов, один из которых выбран из указанной группы, а другой из группы, содержащей никель, олово, цинк, при следующем соотношении ингредиентов, вес, ч.:

Огнеупорный наполнитель 100

Синтетическая смол а 1,0 — 2,5

Соль меди 0,005 — 0,15

Соль металлов из вышеуказанных групп 0,005 — 0,15

В качестве сокатализатора смесь может содержать хлористый алюминий, азотнокислый алюминий, хлорное железо, хлорный хром, смесь хлористого алюминия с хлориым железом, другие соли и смеси солей металлов из группы, в которой содержится алюминий, железо, хром.

В качестве сокатализатора смесь может также содержать хлористый никель в сочетании с хлорным железом, хлористый цинк с азотнокислым алюминием и хлорным хромом, хлорное олово, хлористый никель с азотнокислым железом, хлорным хромом, хлористым алюминием и другие сочетания соли (солей) металлов указанных групп.

Одним из широко доступных источников сырья для сокатализатора могут быть отработанные гальванические и травильные растворы, растворы шламов гальванических процессов, отходов порошкообразных металлов и стружки в кислотах. Такие растворы наряду с солями различных металлов содержат также соли меди. В этом

20 случае катализатор — соль меди в состав смеси отдельно может не вводиться.

Лучшие результаты по скорости отверждения и физико-механическим показателям имеют место, когда соотношение соли (со25 лей) меди к соли (солям) сокатализатора (сокатализаторам) лежит в пределах 1 — 4:

: 4 — 1.

Смесь может содержать активатор— кислоту. Введение активатора позволяет

З0 ускорить процесс отверждения в массе изделия при нагреве и без нагрева и сократить количество катализатора и сокатализатора. Наиболее целесообразным является введение активатора в смеси, перерабаты35 ваемые по холодной оснастке, но и смеси для горячих ящиков могут включать некоторое количество активатора в зависимости от вида применяемой смолы.

Для равномерного р-спределеиия в сме40 си катализатор и сокатализатор можно вводить в виде раствора, например в воде, спирте, в разбавленной соляной, азотной, кислоте, в смеси этих кислот. Для повышения сухого остатка раствора он может со45 держать сульфитно-спиртовую барду, сульфитно-спиртовую бражку, мелассу и т. п. вещества.

Количество сокатализатора определяется в каждом случае в зависимости от вида

50 синтетической смолы, соли меди, наличия активатора, назначения смеси и условий ее переработки. Снижение содержания сокатализатора ниже 0,005 вес. ч. не дает ощутимого ускорения отверждения, увеличение

55 его количества свыше 0,15 вес. ч. нецелесообразно в связи с возможной потерей свойств смеси в процессе ее приготовления из-за быстрого высыхания, а также по экономическим соображениям.

60 В качестве синтетической смолы в смеси по изобретению могут применяться карбамидные, фенолформальдегидные, карбамидно-фенольные, карбамидно-фенолфурановые, карбамидно-фурановые смолы, ихразá5 личные комбинации и модификации, напри675685 железа, графит, стеарат кальция, жидкое мыло и др., в зависимости от требований к стержням и отливкам.

Составы смесей согласно изобретению

5 приведены в табл. 1, физико-механические и технологические свойства в табл, 2 и 3.

Таблица 1

Состав смеси, вес. ч.

Пример, /go

Ингредиенты

Огнеупорный паполпптель

Карбамидно-фурановая смола

Азотнокислая медь

Хлорный хром

Мочевина

Сульфнтно-спиртовая бражка

Огнеупорный наполнитель

Карбамидно-фенолфурановая смесь

Азотнокислая медь

Хлорпстый никель

Хлорпстый цинк

Азотнокислый алюминий

Окись железа

Лзотная кислота

Огнеупорный наполнитель

Карбамидно-фурановая смола

Хлорная медь

Хлорное железо

Мочевина

Огнеупорный наполнитель

Мочевино-формальдегидная смола

Азотнокислая медь

Хлорное железо

Хлорный хром

Мочевина

Огнеупорный наполнитель

Карбамидно-фурановая смола

Хлорная медь

Хлорное железо

Хлорный хром

Мочевина

2,0

Огнеупорный наполнитель

Карбамидно-фурановая смола

2,0

Огнеупорный наполнитель

Карбамидно-фурановая смола

Раствор шлама, содержащий смесь солей Си, Сг, Fe, AI, в количестве 25О О по сухому остатку

Окись железа

0,4

0,6

Огнеупорный наполнитель

Карбамидно-фурановая смола

Хлорная медь

Хлорное железо

Хлористый алюминий

Хлорный хром

Соляная кислота

Окись железа

2,0

0,02

0,02

Огнеупорный наполнитель

Карбамидно-фурановая смола

Сернокислая медь

Хлорное железо мер выпускаемые отечественной промышленностью смолы КФ-40, КФ-35, КФ-90, ФПР-24, фуритол-107, фуритол-125 и др.

В смесь по изобретению дополнительно могут быть введены различные технологические добавки, такие, как мочевина, окись

Хлорная медь

Хлорное железо

Хлористый алюминий

Хлорный хром

Окись железа

1,8

0,005

0,01

0,16

0,07

2,5

0,06

0,08

0,01

0,03

0,6

0,001

1,5

0,02

0,005

0,16

2,0

0,02

0,02

0,02

0,16

2,0

0,04

0,01

0,01

0,16

0,01875

0,01875

0,01875

0,01875

0,6

2,0

0,015

0,015

0,015

0,015

0,0028

0,6

675685

Продолжение

Состав смеси, вес. ч.

Пример, До

Ишредпенты

Огнеупорный паполпптель

Карбампдно-фенольпая смола

Серпокислая медь

Хлорное железо

Азотная кислота

Соляная кислота

10.

Огнеупорный паполнитель

Карбамидно-фурановая смола

Азотнокислая медь

Хлорный хром

Азотная кислота

Огнеупорный паполпитель

Карбамидно-фурановая смола

Азотнокислая медь

Хлорный хром

Соляная кислота

12.

Огнеупорный наполпптель

Карбамидно-фурановая смола

Хлорная медь

Хлорное железо

Хлорный хром

13.

Огнеупорный паполнитель

Карбамидно-фурановая смола

Азотнокислая медь

Хлорное железо

Хлорный хром

Соляная кислота

14.

Таблица 2

Свойства смесей, отверждаемых в нагреваемой оснастке

Разрушающее напряжение, кгс/см на сжатие образцов, отвержденпых при 220 С в течение 6 мпп и охлаждении в течение, мин

Допустимое время хранения смеси, ч (живучесть) Пример, PJo

Таблица 3

Холодиотвердеющие смеси

Разрушающее напряжение па разрыв, кгс см2 образцов, отвержденпых при 20 С в течение, ч

Допустимое время хранения, смеси, мин (живучесть) Пример, До

Примечание

0,5

5 24

0,8

5,5

15,5

1,4

45

6,0 чугунного цветного

5,3

0,1

0,6

3,0

4,8

2,5

2,6

2,8

0,2

0,2

0,7

45.

7,0

3,0

7,0

13,0

12,0

14,0

12

13

9,0

5,7

9,0 чугунного

18

66

32

32

116

148

174

88

108

116

128

138

152

176

187

200

Смесь для литья

Смесь для литья

То же

Смесь для литья

2,0

0.08

0,04

0,0040

0,0040

1,0

0,04

0,04

0,0006

2,0

0,02

0,15

0,0068

2,0

0,06

0,04

0,02

2,0

0,15

0,04

0,04

0,012

675685

Таблица 4

Прочность на сжатие, кгс/см образцов, отверждепных при 220сС в течение 6 мнн госле охлаждения в течение, мин

gonyстим ое время хранения смеси, г

Состав смеси, вес. ч

Ингредиенты

5 60

160

6

0,6

0,075

2,0

Песок

Окись железа

Хлорная медь

Смола КФ-90

18 44 130

0,6

0,075

2,0

Песок

Окись железа

Хлорное железо

Смола КФ-90

20 59 138

0,6

0,075

2,0

Песок

Окись железа

Хлорный хром

Смола КФ-90

34 82 170

0,6

0,0375

0,0375

0,2

Песок

Окись железа

Хлорная медь

Хлорное железо

Смола КФ-90

0,6

0,025

0,025

0,025

2,0

Песок

Окись железа

Хлорная медь

Хлорное железо

Хлорный хром

Смола КФ-90

38 128 186

Газопроницаемость смеси по изобретению

160 — 200 ед. Газотворность смеси составляет 5,7 — 15 смз/г.

Из табл. 2 и 3, где приведены свойства смесей, видно, что введение наряду с ката- 5 лизатором — солью меди сокатализатора, представляющего собой соль или смесь солей металлов (согласио изобретешпо), позволяет увеличить скорость отверждейия горячетвердеющих смесей и достичь высо- 10 ких физико-механических показателей в горячем и холодном состоянии отвержленных образцов при меньшем расходе соли меди, чем в прототипе. Так, в смесь по изобретению достаточно ввести 0,015 — 0,04 вес. ч. 15 соли меди при переработке смесей по нагреваемой оснастке и 0,02 — 0,12 вес. ч, для холоднотвердеющих смесей, чтооы получить физико-механические характеристики, не уступающие составам, не содержащим со- 20 катализатора при введении соли меди в пределах 0,03 — 0,125 r для горячетвердеющих и 0,09 — 0,2 вес. ч. — для холоднотвердеющих смесей согласно прототипу 61, Причем достигаемый эффект не является аддитивным, а имеет взаимноусиливающий (синергический) характер (см. табл. 4).

Из табл. 5 видно, что при равных количествах введенной соли лучшие результаты получены на хлорной меди. Однако при 65 смешивании двух солей, несмотря на то, что хлорной меди стало вдвое меньше, а хлорное железо не равноценное ей по скорости отверждения и достигаемым свойствам, физико-механические характеристики смеси улу ппаются даже по сравнению со с 1ссью, отверждаемой одной хлорной медью.

При введении двух солей сокатализаторов скорость отверждения еще выше и физикомеханическчс свойства отвержденных образцов существенно вьппе по сравнению с результатами па индивидуальных солях, в том числе и на хлорной меди.

Обнаруженный авторами эффект ускорения отверждения за счет введения сокатализатора позволяет не только снизить расход меди, по и значительно расширить источники сырья для получения катализатора и сокатализатора. Практически для этих целей могут использоваться любые медьсодержащие отходы металлов или соединения металлов: медная, оловянная, бронзовая стружка, отходы порошковой металлургии, отработанные растворы и шламы гальванических процессов и т. п. После растворения в кислоте металлы, окиси илп гидроокиси металлов переходят в соли, которые являются активными отвердителями синтетических смол как при повышенной, так и обычной температуре.

Производство таких катализаторов легко может быть организовано на любом заводе, что позволит иметь низкую себестоимость и решит проблему использования отходов металлов, многие из которых в настоящее время идут в отвал, наппимер шламыгальванических процессов. Смесь может перерабатываться на любых известных стержневых машинах: пескодувных, пескострельных, прп заполнении стержневых ящиков засыпкой. Применение указанных смесей эффективно в процессах с продувкой нагретым воздухом.

Применение катализатора в сочетании с сокатализатором для отверждения карбамидных, карбамидно-фенольных, карбамидно-фенолфур ановых, карбамидно-фурановых смол может осуществляться не только в сочетании с огнеупорным наполнителем, но и в сочетании с другими видами наполнителей, например стекловолокно, древесная мука, стружка, шлак и др. или без наполнителей в различных областях производства.

Формул а изобретения

Смесь для изготовления литейных стержней и форм, включающая огнеупорный наполнитель, синтетическую смолу, соль меди в качестве катализатора, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения ее скорости отверждения и про 1ности при отверждении в горячей и холодной технологиче675685

Техред А. Камышникова Корректор Н. Федорова

Редактор П. Горькова

Заказ 1442/10 Изд. № 222 Тираж 853 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 ской оснастке при сокращенном расходе меди, она дополнительно содержит, по крайней мере, одну соль металла, выбранного из группы, содержащей алюминий, железо, хром или, по крайней мере, две соли металлов, один из которых выбран из указанной группы, а другой из группы, содержащей никель, олово, цинк, при следующем соотношении ингредиентов, вес. ч.:

Огнеупорный наполнитель 100

Синтетическая смол а 1,0 — 2,5

Соль меди 0,005 — 0,150

Соль металлов из вышеуказанных групп 0,005 — 0,150

12

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Англии № 1077376, кл. В ЗМ, 1967.

5 2. Патент Англии М 1382510, кл. С 08g

8/28, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР по заяв,ке № 2185185/02, кл. В 22С 1/10, 1975.

4. Авторское свидетельство СССР по за)О явке № 2348702/02, кл. В 22С 1/10, 1976.

5. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2418769/02, кл. В 22С 1/10, 1976.

6. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2456984f02, кл. В 22С 1/22, 1977.