Упрочняющая смесь для изготовления игольчатого кокиля Советский патент 1983 года по МПК B22D15/00 B22C1/18 

Изобретение относится к отрасли литейного производства, в частност к изготовлению и применению кокиле для получения отливок из различных сплавов, В литейном производстве применя цельнометаллические кокили, обладаю щие низкой технологической стойкостью . Известны кокили, которые для по вышения технологической стойкости выполняют не цельнометаллическими, а 3 отдельных элементов или иголо ск зепляекшх между собой в единую конструкцию. Для скрепления иголок койиля в единую конструкцию примен упрочняющую смесь. В качестве упро няфщей могут быть применены различ ные смеси на основе огнеупорного Jнanoлнитeля в сочетании со связующ материалом 1 . Известна упрочняющая смесь для игольчатого кокиля, применяемая в Виде пасты и Состоящая из маршалита, жидкого стекла и воды 21 . Однако характерными для указанной смеси являются низкая газопроницаемость в готовом кокиле, низкие упрочняющая способность и термостой KodTb, так как при нагреве кокиля в процессе заливки в него металла смась растрескивается, что приводит к быстрому разрушению игольчатого кокиля в процессе его эксплуатации Для повышения прочности жидкосте кольных смесей обычно совместно с жидким стеклом применяют различны добавки, например окалину, алюминие вый порошок и др. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является смесь, применяемая в качестве упрочняющего покрытия керамических форм и имеющая следующий состав, мае.%: Жидкое стекло плотностью 1,2, г/см 38-40 Алюминиевый порошок3-12 Окислитель (окалина)3-36 Кварц пылевидныйОстальноеЖидкое стекло в составе смеси представляет собой водный раствор силиката натрия. 38-40 мас.% жидкого стекла плотностью 1,2 г/см эквивалентно меньшему содержанию жидкого стекла с более высокой плот ностью и дополнительному содержанию воды. Таким образом, в составе смеси-прототипа содержится также вода (в скрытом виде) 3j . Однако эта смесь характеризуется низкой газопроницаемостью, так как в качестве наполнителя применяют пылевидные материалы с крупностью частиц 40-50 мкм и низкой эксплуатационной стойкостью, ввиду, хрупкого растрескивания и разрушения при многократном нагреве. Цель изобретения - повышение газопроницаемости и эксплуатационной стойкости кокиля. Поставленная цель достигается тем, что упрочняющая смесь для изготовления игольчатого кокиля, включающая пылевидный огнеупорный наполнитель, жу-цкое стекло, алюминиевый порошок, воду и окислитель, содержит в качестве окислителя калиевую селитру и дополнительно - зерновой огнеупорный наполнитель при следующем соотношении ингредиентов, мае. %: Зерновой огнеупорный наполнитель62-80 Пылевидный огнеупорный наполнитель4-10 Жидкое стекло5-10 Алюминиевый порошок5-15 Вода0,7-8,5 Калиевая селитра0,2-0,5 В качестве жидкого стекла смесь содержит водный раствор силиката натрия плотностью 1,34-1,38 г/см . При принятых соотношениях ингредиентов в процессе нагрева алюминиевый порошок расплавляется и связывает упрочняющую смесь игольчатого кокиля при его охлаждении. Хорошему соединению алюминия и смеси способствует калиевая селитра, которая понижает межфазное натяжение металла и оксидов, образующихся на поверхности алюминия при окислении. При охлаждении, когда алюминий затвердевает, смесь упрочняется и обеспечивает игольчатому кокилю высокую прочность в исходном состоянии и при заливке. После заливки кокиль постепенно прогревается от залитого металла, связующий алюминиевь1й каркас размягчается в направлении от отливки к наружной i поверхности и релаксирует напряжения в иголках. Таким образом, имея высок-ую прочность в холодном состоянии, игольчатый кокиль приобретает высокую эксплуатационную стойкость (т.е. увеличивается количество циклов заливки и охлаждения без разрушения) и податливость при высокой температуре. Вместе с этим указанный состав упрочняющей смеси обеспечивает высокую газопроницаемость за счет добавления в смесь зернового наполнителя. В качестве зернового наполнителя могут быть применены известные огнеупорные материалы с крупностью частиц 0,16-0,315 мм, но наиболее предпочтительны материалы с малым коэффициенте линейного расширения такие, как циркон и корунд. В качестве пылевидного наполните ля применяют известные огнеупорные наполнители с крупностью частиц 40-100 мкм, но предпочтительным является использование цирконового порошка, В составе упрочняющей смеси применяю.т жидкое стекло плотностью 1,34-1,38 г/см и с модулем 2,3-2,6 Алюминиевый порошок применяют с крупностью частиц 0,315-0,20 мм марки АСД-Т (гост 51667-72). Калиевую селитру предварительно растворяют в воде и вводят в смесь в виде концентрированного 20-30%-но раствора. Содержание калиевой сели ры Приведено в пересчете на сухое вещество. При содержании калиевой селитры ниже нижнего пред;ела не достигается требуемого повышения эксплуатационной стойкости кокиля, а при содержании ее выше верхнего предела не наблюдается дальнейшего улучшения эксплатационных свойств кокиля. При содержании зернового огнеупо ного наполнителя ВЕЛИЗ верхнего предела снижается эксплуатационная стойкость кокиля, а при содержании его ниже нижнего предела происходит нежелательное снижение газопроницае мости смеси. На фиг. 1 приведена схема игольчатого элемента и его испытания; на фиг. 2 - график изменения прочно ти игольчатого элемента с использованием состава 5 (табл. 1) при первом нагреве и охлаждении. Сплошная линия соответствует нагреву, пунктирная - охлаждению элемента. Пример. Испытание проводя сначала на игольчатых элементах, затем на реальном игольчатом кокил для стальной отливки ступицы. При испытании определяют изменение прочности игольчатых элементов в холодном состоянии с увеличением ,количества теплосмен, характеризующ х эксплуатационную стойкость кокиля. Элемент для испытания на число теплосмен и газопроницаемость выполнен в виде цилиндра диаметром и высотой 50 мм, а при испытании на прочность в процессе нагрева - в виде цилиндра диаметрсач и высотой 10 мм. При этом для изготовления элементов использ5тотся иголки диамет.ром соответственно 8 и 2 мм. Составы предлагаемых смесей (№ 1-8) и смеси-прототипа ( 9) приведены в таблице 1. Как видно из графика (-фиг. 2) при первом нагреве в интервале 700ЮОО С наблюдаетЬя уменьшение прочности, что связано с расплавлением алюминиевых частиц, за счет чего обеспечивается податливость и релаксационная способность кокиля. Вместе с тем, кокиль сохраняет достаточно высокую прочность, обеспечивающую сопротивление динамическому и статическому воздействию жидкого металла. В реальном кокиле залитый металл создает одностороннее тепловое воздействие, и разогрев кокиля идет постепенно в направлении от рабочей поверхности и периферии, что практически не изменяет прочностные свойства кокиля в целом, но за счет релаксационных свойств упрочняющей смеси снижает напряженное состояние и увеличивает эксплуатационную стойкость кокиля. Результаты испытаний смесей №№ 1-9 по указанной приведены в таблице 2. Из табл. 2 видно, что предлагаемая смесь обеспечивает повышение числа теплосмен при работе кокиля, а, следовательно, способствует увеличению его эксплуатационной стсЛкости.

1. УПРОЧНЯЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИГОЛЬЧАТОГО КОКИЛЯ, включающая пылевидный огнеупорный наполнитель, жидкое стекло, алюминиевый порошок, воду и окислитель, отличающаяся тем, что, с целью повыиения газопроницаемости и эксплуатационной етойкости кокиля, она содержит в качестве окислителя кaлиeвJиo селитру и дополнительно - зерновой огнеупорный наполнитель при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Зерновой огнеупорный наполет: нитель62-80 Пылевидный огнеупорный наполнитель 4-10 Жидкое стекло 5-10 Алюминиевый 5-15 порошок 0,7-8,5 Вода Калиевая 0,2-0,5 селитра (Л 1, отлича2. Смесь по п. что в качестве ю щ а я с я тем. жидкого стекла она содержит водный раствор силиката «атрия плотиостью 1,34-1,38 г/см. фиг. /