Смесь для изготовления литейных керамических форм и стержней Советский патент 1985 года по МПК B22C1/00 B22C1/16 

Од 00 09

сл

С0 Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей для изготовления керамических форм и стержней по разовым и постоянным моделям в производстве точных отливок. Одним из важных направлений в пр изводстве точных отливок является придание им специальных свойств в поверхностном слое непосредственно через контакт и взаимодействие жидкого металла отливки с формой или стержнем. Это особенно важно при из готовлении точных отливок типа штам пов, пресс-форм, инструмента и т.д. и придании р.абочим литым поверхностям данных отливок повышенной прочности, износостойкости при различных температурах. Цель изобретения - повышение сто точноСти их изгокости отливок и товления. Поставленная цель достигается тейных керамических форм и стержней используемая преимущественно для по лучения отливок со специальными свойствами в поверхностном слое, включающая этилсиликатное связующее огнеупорный наполнитель, гелербразователь и микролегирующую технологическую добавку, содержит в качест ве микролегирующей технологической добавки молибдат кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Этилсиликатное связующее 9-25Молибдат кальция 10-30 Гелеобразователь 0,25-2,0 Огнеупорный наполнитель Остально Сущность изобретения заключается в том, что молибдат кальция (ОСТ 48 16-72, маркиМДК-1 Ш1иМДК-2,в составе керамической одновременн является и огнеупорным наполнителем (Тг,д 1 700 с) и минирелизатором, пов шающим термостойкость керамики и точность отливки,и поверхностным микролегирующим компонентом, повышающим стойкость отливок. В литейной керамической форме процесс поверхностного микролегирования молибденом отливки протекает одновременно с процессом кристаллизадаи жидкой стали. Процесс микролегирования не требует специального оборудования, дополнительной обработки при высоких температурах и увеличения технологического цикла изготовления отливок. В смеситель с вращением винта П 2000 об/мин заливают расчетное количество связующего - гидролизованного раствора этилсиликата. Огнеупорный наполнитель, состоящий из кварцевого песка 1 КОЗ 15 и пылевидного наполнителя (пылевидного кварца ПК, циркона, корунда и др.) в соотношениях 1:3, а также расчетное количество молибдата кальция (пьшевидного 1 совместно засыпают в емкость мешалки со связующим.Суммарное количество огнеупорного наполнителя засыпают порциями в смеситель и перемешивают 5-10-мин. В качестве гелеобразователя (отвердителя смеси) применяют 50%-ный водный триэтаноламйн, 40%-ный прлиэтилсилазан МСН-7 в толуоле и др. Количество применяемого гелеобразователя (0,25-2,0%) определяет время твердения смеси в пределах 5-15 мин. Расчетное количество гелеобразователя вводят в однородную, перемешиваемую в смесителе смесь и после ее кратковременного (1-2 мин ) смешения расходуют. Смесь заливают в стержневые ящики или на модели Сс опоками). После твердения смеси из полученных стержней или форм извлекают оснастку (ст. ящики, модели) и подвергают их последующему прокаливанию при 900 С. Керамические стержни (в комбинированных формах) и отдельные керамические формы заливают металлом при 1570-1600С. Пример I. Гидролизованный этилсиликат заливают в смеситель. Огнеупорный наполнитель, включающий, мас.%: кварцевый песок 31, цирконовый порошок 50, молибдат кальция .10, загружают порциями в смеситель и перемешивают 5-10, минi. Добавляют 0,25 мас.% гелеобразователя t40%-Horo раствора метилсилазана в толуолеj и после 2-3 мин перемешивания смесь готова к применению. Время твердения смеси 12-15 мин. Пример 2. 17 мас.% гидролизованного этилсиликата заливают в смеситель. Огнеупорный наполнитель,. состояпщй из, мас.%: кварцевый песок 23,пьшевидньш кварц 40 jмолибдат кальция 20,загружают порциями в смеси-. тель и перемешивают 5-6 мин. Добавляют 1,0 мас.% гелеобразователя 40%-ного раствора метилсилазана в толуоле и после 1-2 мин перемёошвания смесь готова к применению. Врем твердения смеси 8-10 мин. Пример 3. Гидролизованный этилсиликат (25 мас.%) заливают в смеситель. Огнеупорный наполнитель, включающий, мас.%: кварцевый песок пылевидный кварц 25, молибдат кальция 30, загружают порциями в смеситель и перемешивают 4-5 мин. Добавляют 2,0 мас.% гелеобразователя 40% ного раствора метилсилазана в тодуо ле и после перемешивания 1-2 мин смесь готова к применению, время тв дения 3-5 мин. В табл. 1 приведены предлагаемые (2-4) и известньй (1) составы. В табл. 2 приведены физико-механ ческие и технологические свойства смеси и отливки. Выбор рекомендованных граничных значений состава см€си определяется следующими соображениями, вытекающи ми из результатов исследования физико-механических и технологических свойств смеси составов 1-4(табл. 2 Обогащение поверхности молибдено на глубину 56 мкм обеспечивается со держанием молибдата кальция в соста ве керамики 10%. При меньщих его содержаниях в смеси глубина микроле гирования уменьшается, следовательн возникает опасность его исчезновени в процессе последующей доводки рабо чей поверхности отливки полировкой или шлифовкой.Верхний предел содержания молибдата кальция в смеси, равный 30%, . ограничен экономическими соображениями, так как приводит к удорожани смеси. Следует считать содержание молиб дата кальция с содержанием 20% оптимальным. Молибдат кальция удобен в применении в виде керамической смеси (тонкоизмельченного порошка). Его плотность (о 3,8-4,2) соизмерима с плотностями других огнеупорных компонентов (кремнезем, глинозем, корунд и т.д.), что очень важно при получении однородной массы при приготовлении без ее расслоения. : При температурах прокаливания 900 С молибдат кальция в составе керамики находится в вцде соединения, состоящего из окислов СаО МоОз. Будучи очень активным (tioOt разлагается при ), молибден в контактном слое металл-форма легко восстанавливается железом из его окислов и обогащает поверхность стали. Как карбидообразующий злемент с высокой диффузионной подвижностью атомов и высокой растворимостью в железе, молибден вьщеляет в поверхностном слое отливки карбиды МсуС, обладающие крайне тонкой дисперсностью. Последние оказывают существенное влияние на поведение отливки при длительной работе в условиях высоких температур (штампы, пресс-формы, инструмент и т.д.). Легирование стали молибденом делает ее малочувствительной к перегреву. Известно, что по влиянию на жаростойкость стали молибден превосходит все известные легирующие элементы. Как показали практические данные, при изготовлении отливок штампов из стали 5ХНВ с применением керамики, включающим молибдат кальция, Увеличивается стойкость штампов в среднем на 30% (табл. 2). Кроме того, благодаря обогащению молибденом поверхностных слоев отливки затрудняется образование ЯеО,, вследствие образования MoGj., т.е. молибден повьш1ает окалиностойкость. Окисленность поверхности отливки в контактном слое металл-форма снижается. Последнее исключительно важ но для получения точных рабочих поверхностей отливок со сложным рельефом без механической обработки. Чистота поверхности отливок.повыша-. ется при применении предлагаемого состава с R 30-40 до 20-10 (табл.2). Снижение окисления жидкого металла в пограничном слое металл-форма уменьшает краевой угол смачивания металла с формой и способствует получению менее шероховатой поверхности отливок. Наличие в молибдате кальция окислов СаО, обладающих значительной химической прочностью при высокой температуре, создает благоприятные условия для формирования чистой поверхности отливки. Прокаливание керамики при высоких температурах (900с и вьш1е не исключает взаимодействия Мо и МоОз с тонкодиспергированным (активным) кремнеземом связующего этилсиликата в присутствии минерализатора СаО и образования тугоплавких соединений Мо SiOj . Последние в сочетании с образующимися при температурах прокаливания 900с термостойких соединений СаО SVOj. (волостанит) повышают температуру деформации керамики выше 1200°С (табл. 2) и следовательно, размерную точность отливок.

Прочность керамики по предлагаемому составу составляет 8,8-11 ,8 МПа (90-120 кг/см на изгиб. Данные значения прочности вполне удовлетворяют требованиям технологии, так как по установившимся на практике данным прочности 5,85 МПа (60 кг/см ) вполне достаточно для получения сложных керамических форм и стержней с минимальными их дефектами (брак стержней и форм по слому не более 5%)),

Таким образом, при использовании предлагаемого керамического состава содержащего молибдат кальция, на 30% увеличивается стойкость литого изделия при высоких температурах,

улучшается чистота поверхности литых изделий и их. точность, сокращается время на технологический процесс. Предлагаемый состав позволяет сократить себестоимость точного литья на

20%. Условно-годовая экономия от применения смеси при изготовлении штамповой оснастки составляет 50,0 тыс. руб.

Таблица 1

CMEtb ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ, используемая преимущественно для получения отливок со специальными свойствами в поверхностном слое, .. включающая этилсиликатное связующее, огнеупорный наполнитель, гелеобразователь и микролегирующую технологическую добавку, отличающаяс я тем, что, с целью повьшения . стойкости отливок и точности их изготовления, смесь содержит в качестве микролегирующей технологической добавки молибдат кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Этилсиликатное связующее9-25 Молибдат кальция 10-30 Гелеобразователь 0,25-2,00 (Л Огнеупорный наполнитель Остальное

Этилсиликатное связующее Карбид бора Огнеупорный наполнитель

Прочность керамики на изгиб при температурах прокаливания, Мпа (кгс/см)

1050С 900С

25

17

Остальное Остальное Остальное

Таблица 2

26,4(270) 14,7(250)

8,8(90) 10,3(105) 11,8

С120

Физико-механические и технологические свойства смесей и отливок

Температура размягчения (деформации) керамики, влияющая на точность отливок, С

Шероховатость отливки, R ,

мкм

Время борирования отливок в керамической форме при 800 С

Глубина боридного слоя в отливке, мкм

Глубина поверхностного слоя отливке микролегированного молибденом, мкм

Ст ойкость литого штампа из сли 5ХНВ

при горячей штамповке

при , шт.

Седиментационйая устойчивост (время, в течение которого смесь расслаивается по составляющим И требует дополнительного перемещения)

8

Продолжение табл. 2

Показатели для составов 2

1300

1300

10

12-15

14-20

170

90

56

6000-6800 30-35

45-55

40-45