СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭРОЗИОННОСТОЙКИХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ С ЭПОКСИАКРИЛАТНЫМ СВЯЗУЮЩИМ ПО ХОЛОДНЫМ ЯЩИКАМ Российский патент 2010 года по МПК B22C9/00 B22C1/22 

Область техники

Изобретение относится к способу получения литейных форм (например, литейных стержней и литейных изложниц) в холодном ящике, использующему эпоксиакрилатные связующие, содержащие окисляющий агент и повышенные уровни органофункционального силана, которые отверждаются в присутствии диоксида серы, и к способу литья металлов с использованием этих литейных форм. Металлические детали имеют меньше дефектов литья, так как литейные формы, полученные с таким связующим, являются более эрозионностойкими.

Уровень техники

Способ литья, широко применяющийся для изготовления литейных стержней и литейных форм, использует отверждаемую диоксидом серы (SO₂) эпоксиакрилатную связующую систему. В этом способе смесь гидропероксида (обычно гидропероксида кумола), эпоксидной смолы, полифункционального акрилата, силанового связующего и (факультативно) разбавителей, смешивается с литейным заполнителем (типично песком) и уплотняется в литейной модели для получения определенной формы. Уплотненная смесь приводится в контакт с парами SO₂, возможно разбавленными азотом, путем вдувания SO₂ в литейную модель сформирована форма. Там SO₂ реагирует с гидропероксидом с образованием кислоты и свободных радикалов. Образованная кислота отверждает эпоксидную смолу, а образованные свободные радикалы отверждают полифункциональный акрилат. Смесь мгновенно твердеет с получением желаемой формы и может сразу применяться в литейном стержне и/или в изложнице в сборе.

Эпоксиакрилатные связующие, использующиеся в этом способе, доступны в настоящее время от компании Ashland Specialty Chemical под торговой маркой связующих ISOSET® и ISOSET THERMOSHIELD™. Хотя способ с успехом применялся для многих литейных процессов, одним из главных недостатков эпоксиакрилатной связующей системы было отсутствие надлежащей эрозионной стойкости. Эрозия происходит, когда расплавленный металл контактирует с поверхностями литейной формы или стержня в процессе заливки, и песок вытесняется в точке контакта. Это происходит, так как связующее не имеет достаточной эластичности при нагреве, чтобы сохранить целостность поверхности, пока не завершится процесс заливки. В результате, сыпучий песок выносится в полость литейной формы жидким металлом, создавая включения песка и слабые места в отливке. Также на поверхности отливки возникают отклонения по размерам.

Чтобы устранить эту проблему, в литейном производстве исторически прибегали к применению огнеупорных покрытий. Литейный стержень и литейные формы в сборе или их части погружают в суспензию, обливают суспензией или на них напыляют суспензию, состоящую из высокоплавкого огнеупорного оксида, носителя, такого как вода или спирт, и тиксотропных добавок. После высыхания на поверхности литейной формы или стержня покрытие в большинстве случаев очень эффективно предотвращает эрозию. Проблемой при таком подходе является то, что операция нанесения покрытия является грязной, усложняет процесс литья в песчаные формы и требует дорогих отапливаемых газом микроволновых или терморадиационных печей для сушки покрытия на поверхности литейного стержня. Когда литейные стержни и/или литейные формы нагревают в процессе сушки, прочность связи органического связующего с наполнителем значительно ослабевает. Это приводит к проблемам при обращении с горячими литейными стержнями и к снижению производительности из-за перекашивания или растрескивания литейного стержня или формы.

Все ссылки и термины, приводимые в описании в "Уровне техники" и в "Подробном описании" изобретения, введены посредством ссылок.

Краткое описание фигур

Фиг.1 является характерным снимком пробы на эрозию на клине, имеющей оценку эрозии 4,5, она показывает, что литейный стержень подвергся серьезной эрозии во время процесса отливки.

Фиг.2 является характерным снимком пробы на эрозию на клине, имеющей оценку эрозии 2,5, она показывает, что литейный стержень не подвергся серьезной эрозии во время процесса отливки.

Суть изобретения

Изобретение относится к способу получения литейных форм (например, литейных стержней и изложниц) по холодному ящику (процессу Cold box), использующему эпоксиакрилатные связующие, содержащие окислитель и повышенные уровни органофункционального силана, которые отверждаются в присутствии диоксида серы, и к способу литья металлов, использующему эти литейные формы. Металлические детали при этом имеют меньше дефектов литья, так как литейные формы, полученные с таким связующим, какое описывается здесь, являются более эрозионностойкими.

Было обнаружено, что использование повышенных уровней органофункционального силана в отверждаемой SO₂ эпоксиакрилатной связующей системе обеспечивает, в результате, литейные стержни или изложницы с улучшенными прочностными свойствами при высоких температурах, измеряемыми по эрозионной стойкости. Так, добавление органофункциональных силанов на уровне по меньшей мере 3 процентов, в расчете на вес связующего, к связующей композиции для литейных масс, содержащей гидропероксид, эпоксидную смолу, полифункциональный акрилат и отверждающейся диоксидом серы, дает значительное улучшение прочности в нагретом состоянии, измеряемой по эрозионной стойкости. Так как литейные формы являются более стойкими к эрозии, они могут применяться для литых металлических изделий без покрытия литейных форм.

Подробное описание

Подробное описание и примеры будут иллюстрировать частные варианты осуществления изобретения, что позволит специалисту осуществить изобретение на практике, в том числе и наилучший вариант. Предполагается, что помимо этих, специально описанных, будут осуществимы многие эквиваленты вариантов осуществления изобретения. Все процентные доли являются весовыми процентами, если иное не указано явно.

Эпоксидная смола является смолой, содержащей эпоксидную группу, представляемую следующей структурой:

так что эпоксидная функциональность эпоксидной смолы (число эпоксидных групп на молекулу) равна или больше чем 1,9, типично составляет от 2 до 4,0 и предпочтительно от примерно 2,0 до примерно 3,7.

Примеры эпоксидных смол включают (1) простые диглицидиловые эфиры бисфенола A, B, F, G и H, (2) алифатические, алифатическо-ароматические, циклоалифатические и галоген-замещенные алифатические, алифатическо-ароматические, циклоалифатические эпоксиды и диглицидиловые эфиры, (3) эпоксидные новолаки, которые являются глицидиловыми эфирами новолаковых фенолальдегидных смол, и (4) их смеси.

Эпоксидные смолы (1) получают реакцией эпихлоргидрина с бисфенольным соединением в присутствии щелочного катализатора. Контролируя рабочие условия и изменяя отношение эпихлоргидрина к бисфенольному соединению, можно получить продукты разного молекулярного веса и структуры. Эпоксидные смолы описанного выше типа, основанные на различных бисфенолах, можно приобрести в большом числе коммерческих источников.

Примеры эпоксидных смол (2) включают простые глицидиловые эфиры алифатических и ненасыщенных полиолов, такие как 3,4-эпоксициклогексилметил-3,4-эпоксициклогексанкарбоксилат, бис(3,4-эпоксициклогексилметил)адипат, 1,2-эпокси-4-винилциклогексан, 4-хлор-1,2-эпоксибутан, 5-бром-1,2-эпоксипентан, 6-хлор-1,3-эпоксигексан и подобное.

Примеры эпоксидных новолаков (3) включают эпоксидированный крезол и новолаковые фенольные смолы, которые получают реакцией новолаковой смолы (обычно образованной реакцией ортокрезола или фенола и формальдегида) с эпихлоргидрином, 4-хлор-1,2-эпоксибутаном, 5-бром-1,2-эпоксипентаном, 6-хлор-1,3-эпоксигексаном и подобным. Особенно предпочтительны эпоксидные новолаки со средним эквивалентным весом на эпоксидную группу от 165 до 200.

Акрилат является реакционноспособным акриловым мономером, олигомером, полимером или их смесью и содержит этиленово-ненасыщенные связи. Примеры таких материалов включают множество монофункциональных, бифункциональных, трифункциональных, тетрафункциональных и пентафункциональных мономерных акрилатов и метакрилатов. Представительный список таких мономеров включает алкилакрилаты, модифицированные акрилатом эпоксидные смолы, цианоалкилакрилаты, алкилметакрилаты и цианоалкилметакрилаты. Другие подходящие акрилаты включают триметилолпропантриакрилат, пентаэритритолтетраакрилат, метакриловую кислоту и 2-этилгексилметакрилат. Типичные реакционноспособные ненасыщенные акриловые полимеры, которые также можно использовать, включают продукты реакции эпоксиакрилатов, продукты реакции полиэфира/уретана/акрилата, модифицированные акрилатом уретановые олигомеры, простые полиэфиракрилаты, сложные полиэфиракрилаты и модифицированные акрилатом эпоксидные смолы.

Инициаторами свободных радикалов являются пероксид, гидропероксид, кетоновый пероксид, перкислота или сложный эфир перкислоты. Однако, предпочтительно, инициатор свободных радикалов является гидропероксидом или смесью пероксида и гидропероксида. Гидропероксиды, особенно предпочтительные для изобретения, включают т-бутилгидропероксид, гидропероксид кумола, гидропероксид пара-метана и подобное.

Хотя компоненты связующего могут добавляться в литейный заполнитель по отдельности, предпочтительно фасовать эпоксидную смолу и инициатор свободных радикалов как часть I и добавлять к литейному заполнителю в первую очередь. Затем в литейный заполнитель добавляется этиленово-ненасыщенный материал как часть II, самостоятельно или вместе с частью эпоксидной смолы.

Реактивные разбавители, такие как моно- и бифункциональные эпокси-соединения, не требуются в связующей композиции, однако они могут использоваться. Примеры реактивных разбавителей включают 2-бутиндиолдиглицидиловый эфир, бутандиолдиглицидиловый эфир, крезилглицидиловый эфир и бутилглицидиловый эфир.

Факультативно могут добавляться растворитель или растворители для уменьшения вязкости системы или чтобы придать другие свойства связующей системе, такие как влагостойкость. Типичными применяемыми растворителями являются обычно полярные растворители, такие как жидкие диалкиловые сложные эфиры, например диалкилфталаты типа, описанного в патенте US 3905934, и другие диалкиловые сложные эфиры, такие как диметилглутарат, диметилсукцинат, диметиладипат, диизобутилглутарат, диизобутилсукцинат, диизобутиладипат и их смеси. Сложные эфиры жирных кислот, производные от натуральных масел, в частности рапсовый метиловый эфир и бутилталлат, также являются подходящими растворителями. Подходящими ароматическими растворителями являются бензол, толуол, ксилол, этилбензол, алкилированные бифенилы и нафталины и их смеси. Предпочтительными ароматическими растворителями являются смешанные растворители, имеющие содержание ароматики по меньшей мере 90%. Подходящие алифатические растворители включают керосин, тетрадецен и уайт-спириты.

Если используется растворитель, должно использоваться достаточно растворителя, чтобы полученная вязкость компонента с эпоксидной смолой была меньше 1000 сантипуаз, предпочтительно меньше 400 сантипуаз. Однако обычно растворитель используется в суммарном количестве от 0 до 25 весовых процентов от полного веса эпоксидной смолы, содержащейся в связующем.

Органофункциональные силаны имеют следующую структурную формулу:

Y-(CH₂)_n-Si(OR^a)_x(OR^b)_yR^c _z,

где Y выбран из группы, состоящей из H, галогена, глицидиловых групп, групп глицидилового эфира, винильных групп, групп простого винилового эфира, групп сложного винилового эфира, аллиловых групп, групп простого аллилового эфира, групп сложного аллилового эфира, групп сложного акрилового эфира, изоцианатных групп, алкильных групп, арильных групп, замещенных алкильных групп, смешанных алкил-арильных групп, меркапто-групп, аминогрупп, аминоалкильных групп, аминоарильных групп, аминогрупп, содержащих смешанные алкил-арильные группы, аминогрупп, содержащих замещенные алкильные и арильные группы, аминокарбонильных групп, уреидо-групп, алкилоксисилановых групп, арилоксисилановых групп и смешанных алкилокси-арилоксисилановых групп;

R^a, R^b и R^c по отдельности выбраны из группы, состоящей из алкильных групп, арильных групп, замещенных алкильных групп, замещенных арильных групп и смешанных алкил-арильных групп;

n является целым числом от 1 до 5, предпочтительно от 2 до 3;

x является целым числом от 0 до 3;

y является целым числом от от 0 до 2;

z равно 0 или 1, при условии x+y+z=3.

Примеры органофункциональных силанов включают:

винилтриметоксисилан,

амилтриэтоксисилан,

пропилтриметоксисилан,

пропилтриэтоксисилан,

пропилдиметоксиметилсилан,

3-аминопропилтриэтоксисилан,

3-аминопропилтриметоксисилан,

3-аминопропилтриметилдиэтоксисилан,

3-аминопропил-трис(метоксиэтоксиэтокси)силан,

3-(м-аминофенокси)пропилтриметоксисилан,

3-(1,3-диметилбутилиден)аминопропилтриэтоксисилан,

N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилан,

N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриэтоксисилан,

N-(6-аминогексил)-3-аминометилтриметоксисилан,

N-(2-аминоэтил)-11-аминоундецилтриметоксисилан,

(аминоэтиламинометил)фенэтилтриметоксисилан,

N-3-[амино(полипропиленокси)]аминопропилтриметоксисилан,

N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилметилдиметоксисилан,

N-(2-аминоэтил)-3-аминоизобутилметилдиметоксисилан,

(3-триметоксисилилпропил)диэтилентриамин,

н-бутиламинопропилтриметоксисилан,

N-этиламиноизобутилтриметоксисилан,

N-метиламинопропилтриметоксисилан,

N-фениламинопропилтриметоксисилан,

3-(N-аллиламино)пропилтриметоксисилан,

N-фениламинопропилтриэтоксисилан,

N-метиламинопропилметилдиметоксисилан,

бис(триметоксисилилпропил)амин,

бис[(3-триметоксисилил)пропил]этилендиамин,

бис(триэтоксисилилпропил)амин,

бис[3-(триэтоксисилил)пропил]мочевина,

бис(метилдиэтоксисилилпропил)амин,

N-(3-триэтоксисилилпропил)-4,5-дигидроимидазол,

уреидопропилтриэтоксисилан,

уреидопропилтриметоксисилан,

3-(триэтоксисилил)пропил-янтарный ангидрид,

2-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриэтоксисилан,

2-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриметоксисилан,

(3-глицидоксипропил)триметоксисилан,

(3-глицидоксипропил)триэтоксисилан,

5,6-эпоксигексилтриэтоксисилан,

(3-глицидоксипропил)метилдиэтоксисилан,

(3-глицидоксипропил)метилдиметоксисилан,

3-изоцианатопропилтриэтоксисилан,

трис(3-триметоксисилилпропил)изоцианурат,

триэтоксисилилпропилэтилкарбамат,

3-меркаптопропилтриметоксисилан,

3-меркаптопропилметилдиметоксисилан,

3-меркаптопропилтриметоксисилан,

(3-глицидоксипропил)бис(триметилсилокси)метилсилан,

хлорпропилтриметоксисилан,

метакрилоксипропилтриметоксисилан,

N-циклогексиламинометилметилдиэтоксисилан,

N-циклогексиламинометилтриэтоксисилан,

N-фениламинометилтриметоксисилан,

(метакрилоксиметил)метилдиметоксисилан,

метакрилоксиметилтриметоксисилан,

(метакрилоксиметил)метилдиэтоксисилан,

метакрилоксиметилтриэтоксисилан,

(изоцианатометил)метилдиметоксисилан,

N-триметоксисилилметил-O-метилкарбамат,

N-диметокси(метил)силилметил-O-метилкарбамат,

N-циклогексил-3-аминопропилтриметоксисилан,

3-метакрилоксипропилтриацетоксисилан,

3-изоцианатопропилтриметоксисилан,

изооктилтриметоксисилан,

изооктилтриэтоксисилан,

3-метакрилоксипропилметилдиметоксисилан,

3-метакрилоксипропилметилдиэтоксисилан,

3-метакрилоксипропилтриэтоксисилан,

3-акрилоксипропилтриметоксисилан и

бис(триэтоксисилилпропил)тетрасульфид.

Предпочтительными органофункциональными силанами являются:

пропилтриметоксисилан,

2-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриэтоксисилан,

2-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриметоксисилан,

(3-глицидоксипропил)триметоксисилан,

(3-глицидоксипропил)триэтоксисилан,

5,6-эпоксигексилтриэтоксисилан,

(3-глицидоксипропил)метилдиэтоксисилан,

(3-глицидоксипропил)метилдиметоксисилан,

(3-глицидоксипропил)бис(триметилсилокси)метилсилан,

метакрилоксипропилтриметоксисилан,

(метакрилоксиметил)метилдиметоксисилан,

метакрилоксиметилтриметоксисилан,

(метакрилоксиметил)метилдиэтоксисилан,

метакрилоксиметилтриэтоксисилан,

изооктилтриметоксисилан,

изооктилтриэтоксисилан,

3-метакрилоксипропилметилдиметоксисилан,

3-метакрилоксипропилметилдиэтоксисилан,

3-метакрилоксипропилтриэтоксисилан,

3-акрилоксипропилтриметоксисилан и

винилтриметоксисилан.

Наиболее предпочтительными органофункциональными силанами являются (3-глицидоксипропил)триметоксисилан, метакрилоксипропилтриметоксисилан и винилтриметоксисилан.

Органофункциональный силан применяется в повышенных количествах, по меньшей мере 3,0 весовые части, предпочтительно от 4,0 весовых частей до 6,0 весовых частей, в расчете на 100 весовых частей всей связующей системы.

В связующем для литейных масс могут также использоваться фенольные смолы. Примеры включают любые фенольные смолы, которые растворимы в эпоксидной смоле и/или акрилате, в том числе катализируемые ионами металлов и основаниями фенольные смолы резольного и новолакового типа, а также катализированные кислотой продукты конденсации фенола и альдегидных соединений. Однако, если в связующем используются фенольные смолы резольного типа, обычно используются фенольные смолы резольного типа, известные как фенольные смолы резольного типа на основе бензилового эфира, в том числе алкокси-модифицированные фенольные смолы резольного типа на основе бензилового эфира. Фенольные смолы резольного типа на основе бензилового эфира или их алкоксилированные варианты хорошо известны в данной области и особо описаны в патентах US 3 485 797 и 4 546 124, которые настоящим введены ссылкой. Эти смолы содержат множество мостиков, соединяющих фенольные ядра полимера, являющихся орто-мостиками бензилового эфира, и получены реакцией альдегида с фенольным соединением при мольном отношении альдегида к фенолу по меньшей мере 1:1 в присутствии двухвалентного металлического катализатора, предпочтительно содержащего двухвалентный ион металла, такого как цинк, свинец, марганец, медь, олово, магний, кобальт, кальций и барий.

Специалисты в данной области должны понимать, что в заполнитель или литейную смесь могут добавляться другие добавки, такие как силиконы, антиадгезивы, пеногасители, увлажнители и т.д. Конкретные выбранные добавки будут выбираться в зависимости от определенных целей составителя.

Для получения литейных смесей способами, хорошо известными в данной области, применяются различные типы заполнителей и различные количества связующего. Используя связующие системы и надлежащий заполнитель, можно получить обыкновенные формы, формы для прецизионного литья и огнеупорные формы. Количество связующего и тип используемого заполнителя специалистам в данной области известны. Предпочтительным заполнителем, применяемым для приготовления литейных смесей, является песок, причем по меньшей мере примерно 70 весовых процентов, а предпочтительно по меньшей мере примерно 85 весовых процентов песка составляет окись кремния. Другие подходящие заполняющие материалы для получения литейных форм включают цирконовый, оливиновый, хромитовый песок и подобное, а также искусственные заполнители, включающие алюмосиликатные зерна и полые микросферы, и керамические шарики, например Cerabeads.

Для применения при обычном литье в песчаные формы количество связующего обычно не превышает примерно 10 вес.% и часто находится в диапазоне от примерно 0,5% до примерно 7 вес.% в расчете на вес заполнителя. Чаще всего содержание связующего для обычных песчаных литейных форм составляет от примерно 0,6% до примерно 5% по весу в расчете на вес заполнителя.

Литейная смесь вводится с получением желаемой формы путем набивки, выдувания или другими известными способами получения литейных стержней и литейных форм. Затем заключенную в форму литейную смесь подвергают действию эффективного каталитического количества паров диоксида серы, что приводит к почти мгновенному отверждению связующего, обеспечивая в результате желаемое формованное изделие. Время воздействия газа на песчаную смесь типично составляет от 0,5 до 10 секунд. Факультативно может использоваться смесь азота как газа-носителя и диоксида серы, содержащая 35 весовых процентов или более диоксида серы, как описано в патентах US 4526219 и 4518723, которые настоящим упоминанием введены в данное описание.

Литейный стержень и/или литейная форма могут быть введены в форму в сборе. При проведении литья обычно отдельные детали или всю систему в сборе покрывают огнеупорным покрытием на основе растворителя или на водной основе и в последнем случае проводят через обычную или микроволновую печь для удаления воды из покрытия. Расплавленный металл, пока он в жидком состоянии, заливают в и по окружности формы в сборе, где он охлаждается и застывает с образованием металлического изделия. После охлаждения и застывания металлическое изделие вынимают из формы в сборе и, если для создания полостей и каналов в форме использовались песчаные литейные стержни, песок вытряхивают из металлического изделия, с последующей чисткой и при необходимости механической обработкой. Металлические детали могут быть выполнены из черных и цветных металлов.

Сокращения:

В примерах использованы следующие сокращения.

S-1 γ-глицидоксипропилтриметоксисилан (например, SILQUEST® A-187 от GE Silicones)

S-2 винилтриметоксисилан (например, SILQUEST A-171 от GE Silicones) S-3 γ-изоцианатопропилтриэтоксисилан (например, SILQUEST A-1310 от GE Silicones) S-4 октилтриэтоксисилан (например, SILQUEST A-137 от GE Silicones) S-5 γ-акрилоксипропилтриметоксисилан (например, KBM-5103 силан от Shinetsu) Bis-A Epoxy эпоксидная смола c бисфенолом A, функциональность 1,9, EEW (эпоксидный эквивалентный вес) 184-192, вязкость 13000 сП при 25°C (например, DER® 331 от Dow) Bis-F Epoxy эпоксидная смола с бисфенолом F, функциональность 2,0, EEW 165-170, вязкость 3500 сП при 25°C (например, DER 354 от Dow) EPN эпоксидная новолаковая смола, функциональность 3,6, EEW 171-183, вязкость 20000-30000 сП при 52°C (например, EP ALLOY® 8330 от CVC Specialty Chemicals) CHP гидропероксид кумола (например, от GEO Specialty Chemicals) TMPTA триметилолпропантриакрилат (например, от Cytec Surface Specialties, Inc.) HDODA 1,6-гександиолдиакрилат (например, от Sartomer Company) алифатический растворитель керосин (например, KERO® 1-K от Esso Chemical) SCA силановое связующее (например, SILQUEST A-187 от GE Silicones)

Примеры

Хотя изобретение было описано в отношении предпочтительного способа реализации, специалисты в данной области должны понимать, что, не выходя за рамки изобретения, могут быть выполнены различные изменения, и эквиваленты могут быть заменены их элементами. Кроме того, может быть выполнено много модификаций, чтобы приспособить конкретную ситуацию или материал к рекомендациях изобретения, не отходя от его существа. Таким образом, подразумевается, что изобретение не ограничено частным вариантом осуществления, описанным как наилучший вариант осуществления настоящего изобретения, но что изобретение включает все варианты осуществления, подпадающие под объем приложенной формулы изобретения. В настоящей заявке все единицы указаны в метрической системе и все количества и процентные доли являются весовыми, если иное не указано явно.

Измерение эрозионной стойкости

Литейные стержни для испытания на эрозию на клине были сделаны с рецептурами, приведенными в следующих примерах, и оценены на эрозионную стойкость.

Форма клина для испытания на эрозию и схема методики испытания, разработанная Британской научно-исследовательской ассоциацией стального литья, показаны на фигуре 7 в публикации "Test Casting Evaluation of Chemical Binder Systems", WL Tordoff et al., AFS Transactions, 80-74, (pages 152-153), которая включена в описание данной ссылкой. Согласно этому испытанию, расплавленное железо заливается через литниковую воронку в вертикальный литник диаметром 1 дюйм и высотой 16 дюймов, наталкивается на поверхность песка под углом 60°, заполняя полость в форме клина.

Когда полость литейной формы наполнена, заливку прекращают и образец оставляют остывать. Охлажденную отливку для испытания на эрозию на клине вынимают и проводят оценку эрозии. Если имела место эрозия, она обнаруживается как выпячивание на наклонной стороне клина для испытаний.

Эрозионная стойкость оценивалась на основе результатов испытаний и непокрытых литейных стержней, сделанных со связующими. Степень эрозии указывалась присвоением численных оценок: 1=отлично, 2=хорошо, 3=посредственно, 4=плохо, 5=очень плохо. Это очень строгое испытание на эрозию. Оценка 1 или 2 обычно предполагает отличную эрозионную стойкость в реальном литейном процессе, если используются один и тот же наполнитель, тип связующего и уровень использования. Оценка 3 или выше указывает, что необходимо покрытие. В некоторых испытаниях, когда эрозия была особенно сильной, может даваться оценка 5+, указывающая на эрозию, выходящую за пределы шкалы.

Примеры

Для получения литейных стержней для испытания на эрозию на клине использовали отверждаемое SO₂ покупное двухкомпонентное эпоксиакрилатное связующее для отливки в холодном ящике, а именно ISOSET THERMOSHIELD™ 4480/4491, производства Ashland Specialty Chemical.

Часть I (ISOSET THERMOSHIELD 4480) связующего содержит:

Bis-F Epoxy 45-55% EPN 10-20% CHP 23-41%

Часть II (ISOSET THERMOSHIELD 4491) связующего содержит:

Bis-A Epoxy 15-30% Bis-F Epoxy 15-30% TMPTA 40-55% HDODA 1-10% Алифатический растворитель 1-10% SCA <1%

Связующее применяли на уровне 1 процента, в расчете на вес песка, при весовом отношении части I к части II 60:40.

Сравнительный пример A

(Нет повышенного уровня органофункционального силана)

Литейные стержни для испытания на эрозию на клине получали смешением 3000 граммов кварцевого песка, к которому добавляли 18 граммов части I и 12 граммов части II. Компоненты перемешивали 1 минуту в высокоскоростном смесителе для песка фирмы Delonghi. Затем смесь песок/смола вдували при давлении 60 фунтов на квадратный дюйм (0,4137 МПа) в течение одной секунды в металлическую литейную модель, насыщали газообразным диоксидом серы 2 секунды и продували воздухом 12 секунд для отверждения смеси, что дало в результате вес испытуемого литейного стержня приблизительно 1240 граммов.

Готовый литейный стержень для испытаний вынимали из металлической модели и вводили в систему для испытания на эрозию на клине. Расплавленный серый чугун (GI 30) вливали при 2600°F (1427°С) в литниковую воронку постоянного напора, чтобы он стекал по вертикальному литнику, наталкивался на наклонную поверхность испытуемого литейного стержня и наполнял полость литейной формы, имеющую форму клина. Когда полость литейной формы была заполнена, заливку прекращали и отливку оставляли остывать. Охлажденную отливку для испытания на эрозию на клине вынимали и проводили оценку эрозии.

Вышеуказанное связующее привело к оценке эрозии 4,5 (плохо). Фиг.1 показывает репрезентативный пример для испытания на эрозию на клине для отливки, имеющей оценку эрозии 4,5.

Пример 1

(Повышенный уровень органофункционального силана, 5% S-1, в расчете на суммарный вес части I и части II)

Повторяли сравнительный пример A, за исключением того, что в песчаную смесь в качестве третьей части добавляли дополнительный органофункциональный силан, чтобы получить повышенные уровни органофункционального силана в смеси связующее/песок.

Литейные стержни для испытаний готовили смешением 3000 граммов кварцевого песка, к которому добавляли 18 граммов части I и 12 граммов части II. Затем добавляли 1,5 грамма органофункционального силана S-1 и перемешивание возобновляли.

Это связующее привело к оценке эрозии 2,5 (хорошо). Фиг.2 показывает репрезентативный пример для испытания на эрозию на клине для отливки, имеющей оценку эрозии 2,5.

Пример 2

(Повышенный уровень органофункционального силана, 5% S-2, в расчете на суммарный вес части I и части II)

Повторяли пример 1, за исключением того, что использовался органофункциональный силан S-2.

Литейные стержни для испытаний готовили смешением 3000 граммов кварцевого песка, к которому добавляли 18 граммов части I и 12 граммов части II. Затем добавляли 1,5 грамма органофункционального силана S-2 и перемешивание возобновляли.

Это связующее привело к оценке эрозии 2,0 (хорошо).

Пример 3

(Повышенный уровень органофункционального силана, 5% S-5, в расчете на суммарный вес части I и части II)

Повторяли пример 1, за исключением того, что использовался органофункциональный силан S-5.

Литейные стержни для испытаний готовили смешением 3000 граммов кварцевого песка, к которому добавляли 18 граммов части I и 12 граммов части II. Затем добавляли 1,5 грамма органофункционального силана S-5 и перемешивание возобновляли.

Это связующее привело к оценке эрозии 2,5 (хорошо)

Пример 4

(Повышенный уровень органофункционального силана, 5% S-4, в расчете на суммарный вес части I и части II)

Повторяли пример 1, за исключением того, что использовался органофункциональный силан S-4.

Литейные стержни для испытаний готовили смешением 3000 граммов кварцевого песка, к которому добавляли 18 граммов части I и 12 граммов части II. Затем добавляли 1,5 грамма органофункционального силана S-4 и перемешивание возобновляли.

Это связующее привело к оценке эрозии 2,5 (хорошо).

Пример 5

(Повышенный уровень органофункционального силана, 5% S-3, в расчете на суммарный вес части I и части II)

Повторяли пример 1, за исключением того, что использовался органофункциональный силан S-3.

Литейные стержни для испытаний готовили смешением 3000 граммов кварцевого песка, к которому добавляли 18 граммов части I и 12 граммов части II. Затем добавляли 1,5 грамма органофункционального силана S-3 и перемешивание возобновляли.

Это связующее привело к оценке эрозии 2,5 (хорошо).

Результаты примеров сведены в таблице I.

Таблица I Влияние использования повышенных уровней органофункционального силана в эпоксиакрилатной связующей системе для процесса Cold box на эрозионную стойкость литейных форм, полученных с этим связующим Пример Отношение части I к части II Количество органофункционального силана (вес.ч. на 100 частей связующего) Эрозионная стойкость испытуемого литейного стержня А 60:40 <1,0 4,5 1 60:40 5,0 2,5 2 60:40 5,0 2,0 3 60:40 5,0 2,5 4 60:40 5,0 2,5

Данные в таблице I указывают, что повышенные уровни органофункционального силана приводят к улучшению эрозионной стойкости испытуемых литейных стержней. Улучшение является значительным, так как это может позволить литейщикам использовать литейный стержень или литейную форму без огнеупорного покрытия, что уменьшает сложность процесса литья в песчаные формы и экономит время и затраты.

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает введение литейной смеси на литейную модель для образования литейной формы и отверждение формы газообразным диоксидом серы. Литейная смесь содержит от 90 до 99 весовых частей литейного заполнителя и связующее для литейных масс. Связующее содержит, на 100 весовых частей связующего: от 20 до 70 весовых частей эпоксидной смолы; от 5 до 50 весовых частей акрилата; по меньшей мере 3,0 весовых процента органофункционального силана, эффективное количество пероксида. Достигается повышение прочностных свойств смеси. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ получения литейной формы, включающий:
(а) введение литейной смеси с образованием литейной формы посредством литейной модели и
(b) отверждение указанной формы газообразным диоксидом серы, причем указанная литейная смесь содержит:
(c) от 90 до 99 вес.ч. литейного наполнителя и связующее для литейных масс, содержащее:
(d) от 20 до 70 вес.ч. эпоксидной смолы,
(e) от 5 до 50 вес.ч. акрилата,
(f) по меньшей мере 3,0 вес.% органофункционального силана,
(g) эффективное количество пероксида, если (d) не смешано с (g),
причем указанные весовые части рассчитаны на 100 ч. связующего.

2. Способ по п.1, в котором связующее содержит от примерно 40 до 65 вес.ч. эпоксидной смолы, от 5 до 30 вес.ч. акрилата, от 15 до 20 вес.ч. радикального инициатора и от 4 до 6 вес.ч. органофункционального силана, причем указанные весовые части рассчитаны на 100 ч. связующего.

3. Способ по п.2, в котором эпоксидная смола содержит эпоксидную смолу, производную от бисфенола, выбранного из группы, состоящей из бисфенола А, бисфенола F или их смесей.

4. Способ по п.3, в котором эпоксидная смола имеет эпоксидный эквивалентный вес (EEW) от примерно 165 до примерно 225 г на эквивалент.

5. Способ по п.4, в котором акрилат является мономером.

6. Способ по п.5, в котором акрилат является триметилолпропантриакрилатом, гександиолдиакрилатом или их смесями.

7. Способ по п.6, в котором силан выбран из группы, состоящей из γ-глицидоксипропилтриметоксисилана, винилтриметоксисилана, γ-изоцианатопропилтриэтоксисилана, октилтриэтоксисилана и γ-акрилоксипропилтриметоксисилана.

8. Литейная форма, полученная способом по любому из пп.1-7.

9. Способ литья металлического изделия, включающий:
(a) изготовление литейной формы по п.8 без покрытия,
(b) заливку металла, пока он находится в жидком состоянии, в указанную литейную форму,
(c) остывание и отверждение металла и
(d) отделение отлитого изделия.

10. Металлическая отливка, полученная способом литья по п.9.