СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ Российский патент 2011 года по МПК B22C1/02 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления литейных форм, стержней из жидкостекольных смесей.

Известны смеси для изготовления форм и стержней на жидкостекольном связующем, содержащие в качестве огнеупорного наполнителя кварцевый песок, различные органические и неорганические материалы с низкой температурой воспламенения [1]. Податливость и облегчение выбивки отливок достигается за счет применения в составе смеси неорганических материалов, продукты разложения которых при взаимодействии с расплавленным металлом разупрочняют стержни.

Известна смесь на основе жидкостекольного связующего 4-5%, едкого натра 0,9-1,1%, каолина 3,5-4,5%, прокаленного при 630-770°С, огнеупорного наполнителя на основе диоксида кремния [2].

Смесь имеет неудовлетворительные физико-механические свойства, в частности, малую прочность на сжатие, что отрицательно сказывается на качестве литейной формы и, как следствие, на качестве литья, что практически не допускает использования смеси данного состава для изготовления стержней.

Наиболее близкой к изобретению по физико-химическому составу и достигаемому технологическому результату является смесь, содержащая жидкое стекло 5-14%, в качестве связующего - отход производства керамических изделий, содержащий глину 7-26%, кварцевый песок - остальное [3].

Смесь данного состава имеет высокие физико-механические свойства, однако для приготовления смеси необходимо значительное количество жидкого стекла 5-14%, а также стержни необходимо прокаливать (т.е. повышение трудоемкости, затрат энергии и связующего).

Заявляемое изобретение направлено на создание смеси для изготовления форм и стержней на жидкостекольном связующем, расширяющей ассортимент используемых материалов. Техническим результатом является создание смеси для изготовления литейных форм и стержней, обеспечивающей высокие механические характеристики без прокалки и уменьшение работы выбивки (т.е. снижение трудоемкости и затрат энергии).

Технический результат достигается тем, что смесь для изготовления форм и стержней, содержащая жидкое стекло, кварцевый песок, согласно изобретению дополнительно содержит окислитель - перманганат калия (КМnO₄) или бихромат калия (К₂Сr₂О₇) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Жидкое стекло - 4-6

Окислитель - 0,5-1,5

Кварцевый песок - остальное.

Известно, что перманганат калия используется для строительных смесей, однако он используется для повышения механической прочности и пластичности, а в предлагаемом решении - как разупрочняющая добавка [4].

Отличием заявляемого изобретения является использование в составе окислителя, который оказывает влияние на повышение технологических свойств жидкостекольной смеси. За счет мелкодисперсности окислителя (порошок) и достаточного количества жидкостекольного связующего, при минимальной работе уплотнений смеси получаем более прочную литейную форму. Высокая прочность смеси на сжатие после выдержки на воздухе или продувки CO₂ позволяет использовать ее для изготовления стержней и литейной формы. При этом не происходит разрушение стержней и форм из данной смеси во время заливки жидким металлом. Тем самым использование данного состава смеси снизит брак отливок из стали и чугуна по засорам и другим дефектам, связанным с разрушением форм и стержней в процессе заливки. Стержневую смесь приготавливают следующим образом. Жидкое стекло смешивают с окислителем и добавляют в бегуны с кварцевым песком, смесь перемешивают до получения однородной массы. Изготовленные из смеси стержни для литейных форм продувают CO₂ или выдерживают на воздухе. После этого они готовы к использованию.

Пример.

Для сравнения были изготовлены образцы из предлагаемого состава и из смеси известного состава [3] - прототипа.

Состав смесей и физико-механические свойства в сыром состоянии и после сушки приведены в табл.1 и 2.

Для приготовления смеси используют следующие материалы: стекло натриевое жидкое ГОСТ 1378-67; песок кварцевый 2К02 - ГОСТ 2138-84. Окислитель перманганат калия ГОСТ 20490-75, бихромат калия ГОСТ 2652-78.

В бегуны загружают кварцевый песок и жидкое стекло с окислителем, смесь перемешивают до получения однородной массы в течение 10-15 минут, после чего смесь готова к формовке.

Изготовленные из смеси стержни для литейных форм продувают СО₂ или выдерживают на воздухе в течение 2-3 часов и более в зависимости от размера стержня. После этого они готовы к использованию.

Свойства смеси оценивались на стандартных образцах (Д-50 мм и Н-50 мм), изготовленных в стержневом ящике модели 037 М на копре модели 031 или 2М030 тремя ударами груза массой 6,35±0,015 кг, падающего с высоты 50±0,25 мм.

Для сравнения принят пример 2 прототипа, где количество компонентов соответствует предлагаемому в %:

жидкое стекло - 5 (в предлагаемом 4-6);

отход производства - 7 (в предлагаемом нет);

окислитель - перманганат калия или бихромат калия - 0,5-1,5;

кварцевый песок - остальное.

Предел прочности на сжатие во влажном состоянии и прочность на сжатие в отвержденном состоянии в образцах, приготовленных из предлагаемого состава, выше, чем в известном решении.

Газопроницаемость по сравнению с примером 2 прототипа ниже, но соответствует ГОСТ, а в примерах 6, 7, 8 прототипа она достигается за счет значительного повышения расхода жидкого стекла и отхода производства.

То же относится к пределу прочности на разрыв в сухом состоянии.

Технологические свойства по предлагаемому решению оптимальны в примере 2 (для бихромата калия) и 3 (для перманганата калия).

Остаточная прочность в примерах 2 и 3 предлагаемого решения примерно соответствует примеру 2 прототипа, а в примере 4 - невысокая.

Из табл.2 видно, что предлагаемая смесь имеет высокие прочностные свойства при хорошей для стержневых смесей газопроницаемости и выбиваемости.

Оптимальное содержание перманганата калия или бихромата калия в смеси находится в пределах 1,0% и 0,5% соответственно. При содержании окислителя в смеси меньше 0,5% снижается газопроницаемость, а работа выбивки увеличивается. Имеются неудовлетворительные физико-механические свойства смеси.

Увеличение содержания окислителя более 1,5% приводит к значительному повышению газопроницаемости, понижению прочности смеси и к неоправданному увеличению количества связующего в составе смеси.

Таким образом, введение окислителя в смесь в указанных выше количествах позволит получить формовочную, стержневую смесь с оптимальными физико-механическими и технологическими свойствами, обеспечивающими изготовление качественных стержней и элементов литниково-питающей системы для литейной формы; сводящих к минимуму возможность их разрушения при заливке формы расплавленным металлом.

При этом уменьшается стоимость формовочной, стержневой смеси за счет того, что вместо других дорогостоящих добавок, улучшающих требуемые физико-механические свойства, в состав смеси вводим перманганат калия или бихромат калия по технологии.

Качество отливок из стали 45Л, полученных в формах, стержнях, изготовленных из данной смеси с использованием противопригарной краски на основе циркона, повышается за счет исключения засоров, которые являются продуктами разрушения литниково-питающей системы.

Источники информации

1. Евстигнеев, А.И. Жидкостекольные смеси с улучшенными технологическими свойствами // А.И.Евстигнеев, В.В.Петров, Э.А.Дмитриев. - Литейное производство. - 2008. - №12. - 25 с.

2. Авторское свидетельство СССР 1369848, кл. В22С 1/18, опубл. 30.01.1988.

3. Патент РФ 2224619, кл. В22С 1/18, опубл. 27.02.2004.

4. Патент РФ 2134672, Кл. С04В 38/08, опубл. 20.08.1999.

Таблица 1 № п/п Ингредиенты, мас.% Состав смесей, мас.% №1 прототип №2 №3 №4 1 2 3 4 5 6 2 Жидкое стекло 5 4 5 6   Отход производства керамических изделий         3 7 - - -             Окислитель - перманганат калия / бихромат калия         4 - 0,5/0,5 1,0/1,0 1,5/1,5           5 Кварцевый песок 88,0 95,5 94,0 92,5

Таблица 2 № п/п Физико-механические свойства Состав смесей, мас.% №1 прототип №2 №3 №4 1 2 3 4 5 6   Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа         1 0,03 0,04/0,035 0,05/0,03 0,06/0,025             Прочность на сжатие в отвержденном состоянии, МПа         2 1,95 2,4/2,1 2,2/1,9 2,0/1,7             Газопроницаемость, ед.         3 380 200/230 210/260 230/310             Предел прочности на разрыв в сухом состоянии, МПа         4 0,32 0,22/0,18 0,20/0,15 0,18/0,13           5 Осыпаемость, % 0,1 0,05/0,08 0,07/0,10 0,08/0,13 6 Работа выбивки, КДж 110 80/70 60/50 50/40

Смесь содержит, мас.%: жидкое стекло 4-6, окислитель в виде перманганата калия или бихромата калия 0,5-1,5, кварцевый песок - остальное. Введение окислителя обеспечивает высокую прочность литейных форм при их изготовлении и заливке металла, улучшение выбиваемости смеси. 2 табл.

Смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая кварцевый песок, жидкое стекло, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит окислитель из ряда перманганат калия, бихромат калия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Жидкое стекло 4-6 Окислитель 0,5-1,5 Кварцевый песок Остальное