Смесь для изготовления форм и стержней и способ ее приготовления Советский патент 1983 года по МПК B22C1/16 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам формовочных смесей для изготовления литейных форм при литье химически активных металлов: Ti, А1, Mg, V, Zr и сплавов на их составе.

Известна огнеупорная масса, включающая огнеупорный наполнитель, полифосфат натрия и воду l .

Недостатком указанной огнеупорной массы является то, что, при повышенном содержании оксида кальция в огнеупорном наполнителе, например обожженном магнезите марки ПМГ-1-1 (СаО до 6%) югнеупорная масса зачастую становится непригодной уже в момент приготовления из-за быстрого образования кальций-фосфатного соединения-рененита в гидратной форме: NaCaPO i пН20 (гель).

Известны также огнеупорные массы на основе огнеупорного наполнителя, полифосфата натрия в виде водного раствора и.ртвердителей на основе силикатов кальция. Массы рассчитаны на применение огнеупорных наполнителей с малым содержанием оксида кальция (до 3%)2 , З и 4.

Недостатком данных масс является наличие в отвердителях диоксида кремния, который при контакте с химически активными металлами, особенно в условиях вакуума, восстанавливется до металлического и, загрязняя основной металл, ухудшает их физикохимические свойства. Последнее приводит к резкому снижению рабочего ресурса отливок.

Наиболее близкой к предлагаемой является смесь з дли изготовления форм и стержней при литье химически активных сплавов, содержащая, мае.%:

Полифосфат натрия 1-10 Вода1-25

Борсодержащая добавка (борная кислота)0,5-2,0

Окись алюминия 1-17 Огнеупорный наполнитель (например магнезит).Остальное

Полифосфат Натрия предварительно растворяют в воде и вводят в смесь в виде полученного водного раствора Известный способ приготовления смеси предусматривает раздельное вве дение борной кислоты и водного раствора полифосфата натрия в огнеупорный наполнитель. При недостаточной равномерности распределения борной порошкообразной кислоты в огнеупорной массе ее , контакт с разливаемым металлом приводит к появлению газовых раковин, снижая тем самым качество металла. Помимо этого, полифосфат натрия при

заливке металла не связан с более термодинамически устойчивыми оксидами (MgO, СаО, AljO), что также сказывается на качестве отливок за счет восстановления оксидов натрия 5 и фосфора химически активными расп- лавленными металлами.

В связи с медленным растворением борной кислоты при введении ее непосредственно в массу и использова0 НИИ огнеупорного заполнителя с высоким содержанием оксида кальция в виде крупных зерен доломита, либо свободной извести, изготовленные литейные формы могут иметь отдель5 ные дефекты в виде трещин и сколов из-за быстрого химического взаимодействия оксида кальция с водным раствором полифосфата натрия.

Кроме того, введение борсодер0 жащей добавки замедляет не только начало схватывания в случае применения огнеупорного наполнителя с низким содержанием оксида кальция, но и конец схватывания. Поэтому

5 литейнь1е формы необходимо сушить совместно с модельной оснасткой, что удлиняет технологический цикл изготовления литейных форм.

Цель изобретения - сокращение сроков ее схватывания и повышение качества отливок.

Поставленная цель достигается тем, что смесь для изготовления форм и стержней, используемых,пре5 имущественно для получения отливок из химически активных сплавов, включающая огнеупорный наполнитель в виде магнезита, водный раствор полифосфата натрия плотностью 1,150 1,35 г/см и борную кислоту, дополнительно содержит глиноземистый цемент, а борная кислота и водный раствор полифосфата натрия имеют массовое соотношение 1:50-120 при 5 следугацем соотношении ингредиентов, мае.%:

Водный раствор полифосфата натрия плотностью 1,15-1,35 г/см 11,9-20,0 Борная кислота 0,1-0,4 Глиноземистыйцемент1,5-2,8

Огнеупорный наполнитель в виде магнезита Остальное 6065 Согласно способу приготовления смеси для изготовления форм и стержней, используемого преимущественно для получения отливок из химически активных сплавов, включающем введение и огнеупорный наполнитель в виде магнезита борной кислоты и водного раствора полкфосфата натрия.плотностью 1,15-1,35 г/см и перемешивание, борную кислоту предварительно смешивают с водным рас.твором полифосфата натрия в массовом соотношении 1:50-120.

Сущность изобретения заключается в обеспечении самотвердения формовочной смеси с образованием химических соединений, легко терягацих летучие составляющие при низких температурах прокалки и имеющих повышенную инертность к химически активным металлам и их сплавам, например алюминию и титану. При этом достигается повышение технологичности массы за счет сокращения сроков затвердевания с 2-3 сут до 6-8 ч, применения вибруруемых и литых составов смесей вместо существующих в настоящее время набивных/снижение температуры термообработки с 9501050 0 до 550°С. Применение в качестве вяжущего единой композиции водного раствора полифосфата натрия с борной кислотой позволяет обеспечить необходимую живучесть формовочной смеси даже при высоком содержании СаО в наполнителе за счет образов&ния на поверхности зерен СаО тонких пленок боратов кальция, снижающих: химическую активность оксида кальция. Совместное использование в качестве вяжущего водного раствора полйфосфата натрия с борной кислотой позволяет равномерно распределить последнюю в формовочной смеси, В то же время, самотвердение формовочной смеси обеспечивается путем постепенного химического взаимодействия алюминатов кальция, содержащихся в глиноземистом цементе, с полифосфатом натрия и образованием двух гелей NaCaP04- пН20 И AJ(OH) . При обжиге в интервале температур 500 алюмогель, реагируя с МкО. образует шпинель , аKaCaPQiX X пНдО переходит в рененит NaCaPO. Оба соединения обладают повьдшенной инертностью к химически активным металлам и их сплавам.

Пределы содержания борной кислоты (0,1-0,4%) в вяжущем выбраны, исходя из необходимого времени пригодности массы к использовании (живучести) после ее приготовления, и времени ее растворения в водном растворе полифосфата натрия.

Пределы содержания глиноземистого цемента выбраны, исходя из оптимальных сроков живучести и сроков схватывания смеси и обеспечения необходимого количества высокостойких химических соединений: рененита и 1|шинели, а также обеспечения равномерности распределения цемента по объему смеси в приемлеьмх пределах .

Нижний предел содержания вяжущег выбран,, исходя из возможности получения вибрируемой смеси, верхний литой смеси, что позволяет механизировать изготовление литейных форм, а также, исходя из получения требуемого количества образующегося химически стойкого соединения - рененита.

Пример 1.В водный раствор полифосфата натрия пл. 1,15 г/см, массой 120 кг (12%) вводят 1,0 кг (0,1%) порошка борной кислоты и пе0ремешивают 3-5 мин.

В бетоносмеситель загружают 864 кг (86,4%) магнезитового порошка марки МЛФ и 15 кг (1,5%) глино5земистого цемента и перемешивают 3-5 мин, после чего заливают вяжущее.

Смесь дополнительно перемешивают 5-12 мин, после чего она готова к употреблению.

0

Пример 2. Электроплавленный периклаз фракций до 3,0 мм массой 828 кг (82,8%) и глиноземистый цемент массой 20 кг (2%) загружают в бетоносмеситель и перемешивгиот

5 3-5 мин.

Одновременно в раствор полифосфата натрия пл. 1,25 г/см, массой 150 кг (15%) вводят 2 кг (0,2%) борной ксилоты .и перемешивают 3-5 мин,

0 после чего вяжущее загружают в бетоносмеситель и смесь перемешивают 5-12 мин. Масса готова к употреблению.

J Пример 3. В растворомешал- .

5 ку загружают 768 кг (76,8%) магнезитового порошка марки ПММ-1 и 28 кг (2,9%) глинозёмистого цемента и перемешивают 3-5 мин, В раст- ч вор полифосфата натрия пл. 1,35 г/см и массой 200 кг (20%) вводят 4 кг

0 (о,4%) борной кислоты и перемешивают 3-5 мин. Готовое вяжущее заливают в растворомешалку и перемешивают 5-12 мин. Литая масса готова к упот.реблению.

5

Предлагаемая формовочная смесь. показывает высокую инертность к расплавленному сшюминию и титаносодержащим сплавам. Определение инертнос0ти смеси к алюминию производят тигеЛьным методом путем определения степени взаимодействия металла с поверхностью тигля, выполненной из предлагаемой смеси. Тигель после

5 формования обжигают при 800®С, после чего -в тигель загружают навеску алюминия в виде цилиндра диаметром 30 мм и высотой 30 мм. Тигель в закрытом состоянии нагревают до

0 в шахтной силитовой печи и вьадержнвают 8 ч. Затем тигель распиливают и определяют степень взаимодействия алюминия с его поверхностью. Помимо этого проводят рентгенофазовый ана5лиз вещества с поверхности тигеля. Взаимодействие практически не обнар жено. Определение инертности смеси к титансодержащим сплавам проводят по показателям величины поверхностного слоя отливки с повышенной твердостью и максимальной и минимальной твердости по Виккерсу на приборе ПМТ-3 у опытных отливок после их взаимодействия в вакууме при 1700175о С с литейными стержнями. Стерж ни готовят из предлагаемой смеси, массы-Прототипа и базовой, .применяе мой На производстве в настоящее вре Данные по составам смесей приведен в табл. 1. Результаты испытаний смесей 1-8 приведены в табл. 2. Снижение величины слоя повышенной твердости с 0,38-0,40 мм (смесь по прототипу) и с 0,8-0,85 мм (базовая смесь) до 0,10-0,11 мм (предлагаемая смесь) и твердости отливок по-максимальному значению вдвое сви детельствует о практическом отсутст вии взаимодействия металла с материалом стержней. Ингредиенты Содержание 1 I 2 Магнезитовый 86,5 83,0 77,2 порошок марки МЛФ Водный раствор полифосфата натрия, модифицированный борной кисло12 15 20 той: водный раствор полифосфата 11,9 14,8 19,6 натрия 0,1 0,2 0,4 борная кислота Глиноземистый 1,5 2,0 2,8 цемент Жидкое стекло плотностью 1,35 г/см Диоксид алюминия (глинозем)

Х-.

Кусковой полифосфат

Таблица 1 Одновременно определяют живучеесмесей путем определения их пригодности для изготовления форм, и время затвердевания, позволяющее освобождать формы от модельной оснастки. Данные по этим показателям показывают, что масса-прототип по.срокам схватывания (48 ч) неприемлема для использования в качестве формовочной смеси, так как требует сушки форм в модельной оснастке, в то время как предлагаемая смесь имеет приемлемые сроки затвердевания. Кроме того, смесь позволяет готовить формы без дефектов, в то время как стержни из базовой смеси и смеси-прототипа имеют дефекты в вяде трещин. Использование предлагаемой формовочной смеси позволит улучшить качество отливок, увеличить их рабочий ресурс р 2-3 раза, обеспечить сокращение сроков схватывания по сравненню с массой-прототипом не менее, чем в 8 раз, снизить время термообработки форм в 1,5-2,О раза, температуру термообработки с 9501050°С до 550®С и энергозатраты на 300 кВтч/т литейных форм. ингредиентов в смесях, мас.% 3 1 по прототипу базовый вариант 9,5 77,0 90,0 91,0 92,0 ,0 5,0 ,52,0 0,0 1,50 10,0 9,0 8,0 17,0 1,0

Тчблица 2.

1. Смесь для изготовления форм и стержней, используекых преимущественно для получения отливок из химически активных сплавов, включанвдая огнеупорный наполнитель в виде магнезита, водный раствор полифосфата натрия плотностью 1,15 1,35 г/см и борную кислоту, о тличаюцаяся тем, что, с целью сокращения сроков ее схватывания и повышения качества отливок, смесь дополнительно содержит глиноземистый цемент, а борнс1я кислота и водный раствор полифосфата натрия имеет массовое соотног-юние 1:50-120 при следующем соотношении ингредиентов , мае.%; Водный раствор полифосфата Катрия плот- ностью 1,15-1,35 г/см 11,9-20,0 Борная кислота 0,1-0,4 Глиноземистый цемент1,5-2,8 Огнеупорный наполнитель в виде магнезита . Остальное 2. Способ приготовления смеси (Л для изготовления форм и стержней, используемый преимущественно для получения отливок из химически активных сплавов, включающий введение в огнеупорный наполнитель в виде магнезита борной кислоты и водного раствора полифосфата натрия плотностью 1,15-1,35 г/см и перемешивание, отличающийся ел тем, что, с целью сокращения срока схватывания смеси и повышения качества отливок, борную кислоту пред-, варительно смешивают с водным раствором полифос ата натрия в массовом соотношении 1: 50-120.

Живучесть смеси, ч1-2 Время затвердевания, с6-8 Температура прокаливания стержней,с 550 Величина поверхностного слоя отливок с повышенной микротвердостью, мм0,10 Твердость поверхностного слоя отливок (макс/миним), по Виккерсу 360/2

Не затвердевали при выдержке 48 ч Отверждалйсь после продувки СО/ 1-2 24 24 . 1-2 2-3 3-4 6-8 If) , 550 550 550 1000 1000 1000 0,11 0,38 0,40 0,80 0,85 0,85 75/ 660/ 625/ 910/ 890/ 895/ 40 260 245 286 252 265