Суспензия для изготовления литейных керамических форм, получаемых по выплавляемым моделям

Суспензия для изготовления литейных керамических форм, получаемых по выплавляемым моделям

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

-ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

< 863!4! (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 03.05.79 (21) 2775107/22.02 с присоединением заявки М (23) Приоритет (Sl)M. Кл.

В 22 С 1/16

ЙеударстееииыИ комитет

СССР ие делам изебретеиий и вткрмтий

Опубликовано 15.09.81. Бюллетень ЭЬ 34 (53) Й K 621.742.4. .621.74.045 (088 8) Дата опубликования описания 15.09.81 (72) Авторы изобретения

А. С. Ковалев и В. С. Одинец (71) Заявитель (54) СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ

ФОРМ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПО- ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Изобретение относится к литейному производ,ству, в частности к получению форм в производстве литья по выплавляемым моделям.

Известна суспензия для изготовления литейных форм, содержащая этнлсиликат, органический растворитель, водный раствор соляной и серной кислот и огнеупорный наполнитель (1).

Недостатком такой суспензни является сложность техпроцесса и большая трудоемкость изготовления таких форм. Кроме того, этилсиликат дефицитен и дорог.

Для замены этилснликата используют различные связующие, в том числе коллоидный кремнезем (2) .

Однако несмотря на то, что гидрозоли поставляются литейным цехам как готовые связующие, они все же нуждаются при изготовлении суспензии в специальной обработке. Так, для первого слоя оболочковой формы их обрабатывают смачиваю цнм ацетоном, так как

20 гидрозоль не смачивает поверхность моделеи.

Если при перемешиванни раствора коллоидного кремнезема со смачивателями появляется пена, то применяют пеногаснтели. Кроме того, эти связующие не отверждаются газообразным аммиаком и имеют низкую стойкость. Не разработана технология их использования в автоматических установках, потому что оболочка имеет большой цикл сушки, равная 4 — 5 ч. Оболочка, сформированная из такой суспензии, имеет невысокую прочность.

Для устранения указанного недостатка к кислому кремнезолю добавляют различные добавки.

Известна суспензия на комбинированном связующем (коллоидный кремнезем и этилсиликат) (3).

Хотя суспензия на таком связующем и позволяет получать оболочку с высокой механической прочностью, однако не устраняются присущие суспензиям этого класса недостатки.

Ее неудовлетворительные технологические параметры вызывают ужимнны, пробой оболочки и другие дефекты, свойственные и труднопреодолимые в литье по выплавляемым моделям.

Наиболее близкой по техническому существу и достигаемому результату к поеплагаемой

86314) 20

9,5 — 10,5 является суспензия, включающая этилсиликат, органический растворнтель (ацетон), подкисленную соляной и серной кислотой волу, тяжелый первичный спирт фракции С вЂ” С а и огнеупорный пылевидный наполнитель при заданном соотношении ингредиентов (4).

Недостатком этой суспензии является невысокая прочность формы при высокой температуре, а также после ее прокаливания. Для ее затвердевания требуются строго контролируемые по влажности и температуре условия воздушной или воздушно-аммиачной среды, требуется длительная сушка. Суспензия содержит много дорогого и дефицитного этилсиликата.

Чтобы уменьшить расход суспензии и таким образом сэкономить этилсиликат, на два первых облицовочных слоя наносят последующие слои на жицкостекольном связующем. Но все это не обеспечивает высокого качества. отливок из-за ужимин, вмятин, зазоров и т.д.

Цель изобретения — сокращение времени сушки и повышение прочности керамических форм после прокалки.

Эта цель достигается тем, что, суспензия, включающая огнеупорный наполнитель, этилсили2$ кат, органический растворитель, подкисленную соляной и серной кислотами воду, дополнительно содержит продукт нейтрализации жидкого стекла минеральной кислотой с выделением кремниевой кислоты ацетоном, содержащей 11 — 12% SiO>, и уксусную кислоту, а зо в качестве органического растворителя — гидролизный спирт при следующем соотношении ингредиентов, в масс.%:

Этилсиликат 10,0 — 11,5

Спирт гидролизный 4,5-5,5

Вода 2,5 — 3,0

Соляная кислота 0,1 — 0,15

Серная кислота 0,2 — 0,4

Уксусная кислота 0,1 — 0 35 Продукт нейтрализации жидкого стекла

Огнеупорный наполнитель Остальное

Входящий в суспензию продукт нейтрализа- 4$ ции жидкого стекла минеральной кислоты с вьщелением кремниевой кислоты ацетоном (связующее APK-1) повышает механические свойства формы при 900 С и после прокаливания. Гель, выпадающий при затвердевании $р суспензии из связующего APK-1, имеет мелкодисперсную структуру и формулу двуокиси кремния SiO,. Плотная коагуляционная структура кремнезема спекается при термической обработке формы, повышая ее механические $$ свойства.

Содержание связующего АРК вЂ” 1 в суспенэии (9,5 — 10,5массЯ) определено расчетным путем исходя из того, что максимальная прочность суспензии после ее отверждения достигается при содержании кремнезема в связующем

16 — 18%. Это является основой для снижения содержания в суспензии этилсиликата (10,0—

11,5 масс.%).

Указанная кислота, обратимо реагируя с гидролизным спиртом, образует этилацетат и воду, которые в совокупности являются хорошим растворителем этилсиликата.

При комбинированном способе изготовления форм с использованием жидкого стекла, уксусная кислота обуславливает мелкодисперсность выделяемого геля кремниевой кислоты и его высокую химическую чистоту, образуя с окислами металлов, входящими в состав жидкого стекла, легкорастворимые соли. Эти соли при выплавлении моделей полностью вымываются. Количественный диапазон уксусной кислоты в суспензии установлен на основе математической модели, характеризующей ее влияние на свойства суспензии, так и формы, что подтверждено экспериментальной проверкой.

Гидролизный спирт, выполняющий функции растворителя, менее летуч, чем ацетон и поэтому уменьшает обсыхаемость суспензии, что обеспечивает затвердевающему слою формы равномерную толщину и прочность.

Кроме того, он нетоксичен и менее пожаро- и взрывоопасен. Учитывая колебания

$)0 в исходном этилсиликате 32 и граничные значения его содержания, установлен количественный диапазон концентрации гидролизного спирта в суспензии (4,5 — 5,5 масс.%).

При затвердевании связующего APK — 1 наблюдается только явление переноса и испарения растворителя. Высокая летучесть растворителя— ацетона, отсутствие длительного процесса поликонденсации и оптимальное количество воды в суспензии ускоряют процесс ее затвердевания и сокращают цикл сушки форм на воздухе с 3 — 5. ч. Для известной формы до 1,5—

2,5 ч для форм, изготовленных из предлагаемой суспензии.

Приготовление суспензии осуществляют в механической мешалке с числом оборотов

1400 — 2800 в мин. В бак мешалки наливают воду, подкисляют ее соляной и уксусной кислотами, добавляют гидролизный спирт и вводят этилсиликат 32, перемешивают в течение 30 — 40 мин, получая гидролизованный раствор этилсиликата. Перед его использованием для изготовления огнеупорной суспенэии вводят связующее APK — 1, пылевидный огнеупорный наполнитель и серную кислоту. Полученную суспензию перемешивают в течение

20-30 мин и применяют .для изготовления форм, нанося ее на модельные блоки путем

863141

Составы суспензий, масс.%

1 2

Ингредиенты

Р 1 Н 2 РЗ и 4

10,0 10,7 11,5 10,7

Этилсиликат — 32

Спирт гидролизный

5,5

5,0

4,5

5,0

2,7

3,0

Вода

2,7

2,5

Соляная кислота

Серная кислота уксусная кислота

Связующее АРК-1

0,5

0,12

0,12

0,1

0,4

0,3 0,3

0,2

0,23

0,23

0,35

0,1

10,0

10,0

l0,5

9,5

Огнеупорный наполнитель

79,93

68,25

80,95

73,1 их окунания в суспенэню н обсыпки наполнителем.

Пример приготовления суспензии состава.

В смесителе емкостью 60 л смешивают, подкисленную воду (воды 6 л., соляной кислоты 200 мл, уксусной кислоты 500 мл) с

10 л. гидролизного спирта и 20 л этилсиликата 32.

После перемешивания в течение 30 мин. получают связующее — гндролизованный раствор зтилсиликат 32. Полученный раствор переливают в смеситель емкостью в 200 л., вводят в него 18 л. связующего APK — 1, 121 кг пылевидного огнеупорного наполнителя и 300 мл серной кислоты. Суспензию перемешивают в течение 30 мин.

Вязкость суспензии по ВЗ вЂ” 4 находится. в пределах 35 — 50 с. Это оптимальная величина. Суспензию можно использовать сразу после ее приготовления.

Газопронипаемость оболочки, полученной после отвердения суспензии, равна 0,1070,112 ед. (у известной суспензии — 0,120 ед,).

Изменение состава суспензии приводит к более плотной упаковке зерен цилиндрического кварца и незначительному снижению газопроницаемости. Достаточная газопроницаемость формы позволяет получать отливки без газовых раковин.

Живучесть суспензии составляет 2 — 4 сут.

Это на 20 — 50% выше, чем у известной суспензии.

Испытания показывают, что осаждение пылевидного кварца в ацетоновом растворителе происходит быстрее, чем в этиловом спирте.

Кроме того, уменьшение расхода этилсиликата также повышает живучесть суспензии. Лучшие известные суспензии по живучести имеют ее величину 3 — 7 сут.

Прочность оболочки на изгиб после удаления моделей в воде несколько ниже, чем у оболочки изготовленной из известной суспен. эии и составляет 18 — 24 кгс/см . Но после

2 — 4 ч. выдержки оболочки иа воздухе, а затем подсушки ее, что является крайне необходимой технологической операцией для предотвращения растрескивания оболочки при . ее прокаливании, прочность увеличивается до

30 — 40 кгс/см . После выплавки модели в модельном составе, прочность оболочки не

10 снижается и, как и у известной составляет

25 — 30 кгс/см .

Сущность изобретения поясняется составами и свойствами смесей, которые соответственно приведены в таблицах 1, 2 и 3.

Из таблицы 2 видно, что образцы, изготовленные из предлагаемой сусненэии обеспечи-.вают достаточные механические свойства непрокаленной оболочке, а при Т = 900 С и пос- . ле прокалки ее механические свойства на 50—

70%,выше. Из таблицы 3 следует, что оптимальное соотношение ингредиентов в суспенэии позволяет сократить время ее отверждения и существенно упростить технологию изготовления форм. Их сушка производитса 5 "в потоке воздуха со скоростью О,!-10 м/с при его вламаюсти от 0 др 35% и 20-27 С (для моделей ПС-50-50). И1ирокие диапазоны изменения параметров среды, в которой производят сушку форм, обеспечивают нростоту и универсальность техпроцесса, повышая его производительность.

Предлагаемая суспензия ускоряет сушку форм в 4 — 5 раз, становится возможным обработка газообразиьпи аммиаком и хорошее смачиваиие восковых моделей (нет нвобходимости вводить в ее состав ПАВ).

Себестоимость 1 кг суспензии иа 10-20% ниже известной за счет снижения расхода этилсиликата и необходимых ингредиентов для его гидролиэа.

Таблица 1

863141

Таблица 2

Физико- механические свойства

Показатели свойств образцов из суспензий составов по табл. 1

М 2 К 3 М 4

Предел прочности при изгибе, кгс/см

Непрокаленные, Нагретые до 900 С, Прокаленные и охлажденные

32,0

35,0

80,0

51,0

53,0

40

17,0

16,0

17,0

17,0

Предел прочности на .разрыв, кгс/см :

Непрокаленные, Прокаленные

16,0

15,0

15,0

32,0

8,0

9,0

9,0

7,0

Таблица 3 характеристика отливок и условия Оболочка формы, изготовленная отверждения слоя - из составов суспензий И"- 1, И 2

У 3, Р 4 (по табл. 1) состоит из 4-х слоев, однородная

Класс точности отливок

Чистота поверхности отливок

7 — 9

5 — 7

1 — 3

3 — 5

1,5 — 2,5

20 — 27

0 — 35

Время отверждения, час.

Температура, С

20-27

40-60

Влажность среды, %

Скорость воздушного потока, 0,1-1,0

0,1 — 10,0 м/с

Формула изобретения кого стекла минеральной кислотой с выделением кремниевой кислоты ацетоном, содержащей 11 — 12% SiO>, и уксусную кислоту, а в качестве органического растворителя гидролизный спирт при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Этилсиликат

Гидролизный спирт

Вода

Соляная кислота

Серная кислота

Уксусная кислота

Суспензия для изготовления литейных керамических форм, получаемых по выплавля- емым моделям, включающая огнеупорный наполнитель, этилсиликат, органический растворитель, подкисленную соляной и серной кислотами воду, отличающаяся

t тем, что. с целью сокращения времени сушки и повышения прочности керамической формы после прокалки, суспензия дополнительно содержит продукт нейтрализации жидОболочка формы, изготовленная

1 и 2 слой из составов суспензий

8о l, г1 2 К 3 Р 4 (по табл 1) а 3 и 4 слои состоят из жидкостекольной смеси

10,0 — 11,5

4,5-5,5

2,5-3,0

0,1 — 0,15

0,2-0,4

0,1 0.35

863141

Составитель И. Кунипкая

Техред Л.Пекарь

Редактор И. Касарда

Корректор Г, Orap

Тираж 872

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Заказ 7649/15

Филиал IHm "Патент", г..Ужгород, ул. Проектная, 4!

1родукт нейтра изацни жидкого стекла 9,5 — 10,5

Огнеупорный наполнитель Остальное

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Литье IIQ выплавляемым моделям. Под ред. Шкленника Я. И. и Озерова В. А. (инженер10. ная монография), М., "Машиностроение", 1971, с. 219.

2. Литейное производство, 1978, И4 5, с. 28.

3. Авторское свидетельство СССР Р 616039, кл. В 22 С 1/16, 1977.

4. Авторское свидетельство СССР N 353784, кл. В 22 С 9/04, 1971,