СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ СТЕРЖНЕЙ Российский патент 2016 года по МПК B22C1/00 B22C9/10 

Настоящее изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей для изготовления водорастворимых стержней.

Смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида (техническая мочевина) широко используется в производстве точного литья благодаря высокой текучести в расплавленном состоянии, что в сочетании с малой усадкой позволяет получать сложные и тонкостенные модели или стержни методом свободной заливки расплава.

В частности, известна смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащая нитрат калия, мас. %: нитрат калия - 10; карбамид - 90 (Иванов, В.Н. Литье по выплавляемым моделям: под общей ред. Я.И. Шкленника, В.А. Озерова / В.Н. Иванов, С.А. Казенов, Б.С. Курчман и др.// 3 изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1984. - 408 с.).

Наряду с такими приемлемыми характеристиками, как относительно низкая температура плавления, высокая жидкотекучесть, приемлемое качество поверхности модели или стержня, данная смесь (КбНк 90-10) обладает существенным недостатком, связанным с разложением карбамида при нагреве данной смеси, что приводит к интенсивному выделению токсичного аммиака. Кроме того, наличие гигроскопичной соли повышает способность готовых моделей или стержней поглощать влагу из окружающей среды, что наряду с токсичностью значительно ухудшает качество поверхности, повышает свободную линейную усадку, нарушая технологический режим литейного производства.

Наиболее близким к изобретению по составу является смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащая галогенид аммония, а именно хлорид аммония или бромид аммония, при следующем соотношении компонентов, мас.%: галогенид аммония - 10-50; карбамид - 50-90 (SU 555966, МПК В22С 1/00 9/10. Смесь для изготовления водорастворимых стержней).

Наряду с приемлемыми характеристиками, как относительно низкие температура плавления, газовыделение аммиака при разложении карбамида и гигроскопичность, известная смесь обладает недостаточной прочностью, относительно высокой свободной линейной усадкой и не обеспечивает высокое качество поверхности модели.

Данную смесь принимаем в качестве прототипа.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка состава смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, обеспечивающего повышенную прочность, низкую свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня.

Технический результат достигается тем, что смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащая галогенид аммония, дополнительно содержит нитраты натрия (NaNO₃) и калия (KNO₃), при следующем соотношении компонентов (в масс.%): галогенид аммония 5-10; сумма компонентов NaNO₃ и KNO₃ 25-35; карбамид - остальное, при этом соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия составляет 0,81-0,83.

Общим для известного и заявляемого составов смесей для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида является наличие в смесях карбамида и галогенида аммония.

Отличие от смеси-прототипа заключается в дополнительном введении в заявляемую смесь нитратов натрия и калия, при этом соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия составляет 0,81-0,83.

Выбор граничных значений параметров компонентов, указанных в формуле изобретения, установлен опытным путем.

Содержание карбамида в предлагаемой смеси обусловлено обеспечением требуемой прочностью - не менее 16 МПа. Содержание галогенида аммония в указанных пределах обеспечивает выделение аммиака. Рациональное соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия в пределах 0,81-0,83 обеспечивает образование эвтектики из этих компонентов, что значительно снижает как температуру плавления, так и свободную линейную усадку, но при этом существенно повышается качество поверхности модели.

Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует причинно-следственная связь. Дополнительное введение нитратов натрия и калия в состав смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащей галогенид аммония, обеспечивает повышенную прочность, низкую свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня.

Приготовление предлагаемой смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида проводили следующим образом:

1) проводят сплавления нитратов калия и натрия в соотношении 0,81-0,83 с последующим размолом до порошкообразного состояния;

2) полученный порошок смешивают с гранулами карбамида и порошком галогеногелида аммония с последующим сплавлением до однородного состояния.

Для исследования технологических свойств, изготовленных из предлагаемой смеси стержней, определялись механическая прочность, температура плавления, свободная линейная усадка, а после изготовления отливки типа уголок из алюминиевого сплава, например АД31, исследовали качество внутренней поверхности.

Для сравнения в таблицах 1 и 2 приведены составы заявляемой смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, физико-химические свойства, а также качество внутренней поверхности в сравнении с известными смесями для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида.

Как видно из таблиц, заявляемая смесь с различным химическим составом в заявленном диапазоне соотношения компонентов (смеси №№2-4) по сравнению с известными, благодаря рациональному сочетанию в сплаве компонентов в указанном количественном соотношении, обладает оптимальной прочностью 16-18 МПа, более низкой свободной линейной усадкой 0,20-0,22 мкм и обеспечивает высокое качество поверхности получаемых изделий, с чистотой поверхности по R_a, 0,63-1,00 мкм.

Таким образом, применение заявляемой смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида по сравнению с прототипом обеспечивает повышенную прочность, низкую свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня.

Смесь для изготовления водорастворимых стержней
Таблица 1 № п/п Смесь Химический состав смесей, массовая доля компонента, в масс.%   карбамид хлорид аммония нитрат натрия нитрат калия 1 с содержанием карбамида меньше 55% 50,0 10,0 18,0 22,0 2   55,0 10,0 15,8 19,2 3 заявляемая 62,5 7,5 13,5 16,5 4   70,0 5,0 11,3 13,7 5 с содержанием карбамида больше 70% 75,0 5,0 9,0 11,0

Таблица 2 № п/п Смесь Прочность, МПа Свободная линейная усадка, % Чистота внутренней поверхности Ra, мкм Газовыделение 1 с содержанием карбамида меньше 55% 19 0,24 1,25 - 2   18 0,22 1,00 - 3 заявляемая 17 0,21 0,63 - 4   16 0,20 0,63 - 5 с содержанием карбамида больше 70% 15 0,23 1,25 +

Изобретение относится к литейному производству. Смесь для изготовления водорастворимых стержней содержит, мас.%: галогенид аммония 5-10, нитрат натрия и нитрат калия в сумме 25-35, карбамид - остальное. Соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия составляет 0,81-0,83. Введение нитратов натрия и калия в состав смеси обеспечивает повышение прочности, свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня. 2 табл.

Смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащая карбамид и галогенид аммония, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит нитрат натрия и нитрат калия, при этом компоненты взяты в следующих соотношениях, мас.%: галогенид аммония 5-10, сумма компонентов нитрата натрия и нитрата калия 25-35, карбамид - остальное, а соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия составляет 0,81-0,83.