Водорастворимый материал для литья термопластичных шликеров на основе AlO Российский патент 2017 года по МПК B22C1/00 B22C7/02 

Изобретение относится к формовочным смесям и материалам для литейных форм и стержней, в частности к составам стержневых смесей для изготовления водорастворимых и легко вымываемых стержней, используемых для литья термопластичных шликеров на основе Al₂O₃.

В основном водорастворимые стержневые материалы применяются в металлургической промышленности для формирования замковых поверхностей отливаемого изделия, препятствующих свободному открытию формы после завершения литья металла.

Известна смесь для изготовления водорастворимых стержней (патент SU 596352), содержащая водорастворимую соль(хлорид натрия), огнеупорный наполнитель (кварцевый песок), в качестве связующего она содержит мочевиноформальдегидную смолу и кубовый остаток дистилляции синтетических жирных кислот при следующем соотношении ингредиентов, вес. %:

Огнеупорный наполнитель 1÷6 Мочевиноформальдегидная смола 1÷4 Кубовый остаток дистилляции синтетических жирных кислот 1÷3 Водорастворимая соль Остальное

Недостатком этой смеси является то, что огнеупорный наполнитель, в качестве которого выступает кварцевый песок, снижает качество поверхности готового стержня в виду размера своих частиц, что не приемлемо для отливок из керамического термопластичного шликера на основе Al₂O₃. Также удаление стержней производится под действием напора воды, что в случае с отливками из керамического термопластичного шликера на основе Al₂O₃ не всегда возможно ввиду его низкой механической прочности после этапа литья. Кроме того, водорастворимые стержни нуждаются в просушке после сочетания всех компонентов. Смесь обладает низкой текучестью и пластичностью, формование стержней возможно только методом прессования, что накладывает ограничения на форму получаемых стержней.

Цель изобретения - получение водорастворимого стержневого материала для шликерного литья изделий из керамики на основе Al₂O₃, обеспечивающего выполнение следующих требований:

- Высокое качество поверхности стержня.

- Возможность изготовления стержней сложной конфигурации и различной толщины.

- Полное растворение стержней в воде, без направления струи воды с напором.

- Изготовление стержней методом литья.

Изобретение направленно на повышение качества отливок из керамического шликера на основе Al₂O₃, а также расширение возможностей изготовления изделий сложной формы.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен водорастворимый материал для литья шликеров на основе Al₂O₃, содержащий: хлорид натрия (NaCl), калий йодистый (KI), натрий азотнокислый (NaNO₃), нитрат аммония (NH₄NO₃), отличающийся следующим соотношении компонентов, мас. %:

Хлорид натрия (NaCl) 17÷42 Калий йодистый (KI) 15÷16 Натрий азотнокислый (NaNO₃) 14÷11 Нитрат аммония (NH₄NO₃) 54÷62

Возможность достижения результатов обеспечивается тем, что хлорид натрия (NaCl) в количестве 12-17% (от общего процента масс) плавится при температуре 750-820°С, далее расплав охлаждают до 650-700°C, в этот момент хлорид натрия (NaCl) становится аккумулятором начальных центров кристаллизации, затем добавляют калий йодистый (KI) в количестве 15% (от общего процента масс), смесь перемешивают, при этом калий йодистый становится аккумулятором вторичных центров кристаллизации, после этого смесь доводят до температуры 308-350°C и добавляют натрий азотнокислый (NaNO₃) 14%, который образует дополнительные центры кристаллизации и наконец при охлаждении температуры смеси до 200-125°С добавляют нитрат аммония (NH₄NO₃) 54÷62%.

Составы смеси приведены в таблице 1.

В результате были выбраны оптимальные составы №5, №8, №10.

Оптимальным для хлорида натрия (NaCl) является интервал 12-17%, это обусловлено тем, что при снижении концентрации менее 12% увеличивается время растворения водорастворимых стержней примерно на 40%, при увеличении концентрации более 17% значительно уменьшается прочность (предел прочности при изгибе) с 5 мПа до 1,5 мПа.

При 15% калия йодистого (KI) объемная усадка стержня составляет 1-1,5%, при уменьшении количества калия йодистого процент объемной усадки возрастает до 3-5%, увеличение более 15% содержания калия йодистого в смеси приводит к значительному снижению механической прочности почти в 1,5 раза.

Оптимальность интервала содержания натрия азотнокислого (NaNO₃) в интервале 11÷14% обеспечивает прочность (предел прочности при изгибе) стержней в момент залития щликера в интервале температур 100-140°С.

Соотношение в пределах 54÷62% для нитрата аммония (NH₄NO₃) позволяет оптимально сочетать время растворения стержней и их механическую прочность. При содержании нитрата аммония в смеси менее 54% увеличивается время растворения водорастворимых стержней примерно на 30%, при увеличении содержания нитрата аммония более 62% значительно уменьшается механическая прочность (предел прочности при изгибе) с 5 мПа до 2 мПа.

Пример 1.

Для получения водорастворимого стержневого материала хлорид натрия (NaCl) в количестве 17% плавят при Т=750-820°C, далее расплав охлаждают до 650-700°С и добавляют в него калий йодистый (KI) в количестве 15%, смесь перемешивают и охлаждают до Т=308-350°С, затем добавляют натрий азотнокислый (NaNO₃) 14%, затем охлаждают до Т=200-215°C и добавляют нитрат аммония (NH₄NO₃) в количестве 54%. После сочетания всех компонентов смесь перемешивается, при необходимости вакуумируется либо до заливки в форму, либо после. Охлаждение проводят до температуры Т=20-25°C.

Пример 2.

Для получения водорастворимого стержневого материала хлорид натрия (NaCl) в количестве 12% плавят при Т=750-820°С, далее расплав охлаждают до 650-700°С и добавляют в него калий йодистый (KI) в количестве 15%, смесь перемешивают и охлаждают до Т=308-350°C, затем добавляют натрий азотнокислый (NaNO₃) 11%, затем охлаждают до Т=200-215°C и добавляют нитрат аммония (NH₄NO₃) в количестве 62%. После сочетания всех компонентов смесь перемешивается, при необходимости вакуумируется либо до заливки в форму, либо после. Охлаждение проводят до температуры Т=20-25°C.

Пример 3.

Для получения водорастворимого стержневого материала хлорид натрия (NaCl) в количестве 15% плавят при Т=750-820°С, далее расплав охлаждают до 650-700°С и добавляют в него калий йодистый (KI) в количестве 15%, смесь перемешивают и охлаждают до Т=308-350°C, затем добавляют натрий азотнокислый (NaNO₃) 12%, затем охлаждают до Т=200-215°C и добавляют нитрат аммония (NH₄NO₃) в количестве 58%. После сочетания всех компонентов смесь перемешивается, при необходимости вакуумируется либо до заливки в форму, либо после. Охлаждение проводят до температуры Т=20-25°С.

Полученный стержневой материал обеспечивает высокое качество поверхности отливаемых стержней, высокую твердость кристаллизовавшихся стержней, полностью растворяется в воде без дополнительных воздействий.

После сочетания компонентов полученная смесь заливается в форму для придания конечной конфигурации, в случае необходимости возможна дополнительная вакуумизация расплава в форме для удаления лишнего воздуха, образующегося в процессе литья. Залитые формы остывают при комнатной температуре.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано, в частности, для изготовления водорастворимых стержней для литья шликеров на основе Al₂O₃. Материал содержит, мас.%: хлорид натрия 17÷12, калий йодистый 15÷16, натрий азотнокислый 14÷11 и нитрат аммония 54÷62. Обеспечивается повышение качества отливок из керамического шликера. 2 табл., 3 пр.

Водорастворимый материал для литья термопластичных шликеров на основе Al₂O₃, содержащий хлорид натрия, калий йодистый, натрий азотнокислый и нитрат аммония при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Хлорид натрия 17÷12 Калий йодистый 15÷16 Натрий азотнокислый 14÷11 Нитрат аммония 54÷62