Способ покрытия керамических форм пиролитическим углеродом Советский патент 1988 года по МПК B22C9/04 B22C3/00 

Изобретение относится к литейному производству и .может найти применение в производстве литья из тугоплавких металлов и сплавов.

Цель изобретения - повышение качества форм за счет увеличения их прочности и улучшения качества пиро- литического покрытия.

Сущность изобретения заключается в том что в закрытую емкость после прогрева форм загружают углеродсо- держащий материал, преимущественно уголь или пек, в количестве 50-140 к на 1 ы объема реактора при коэффи циенте его заполнения 0,1-0,6 и поддерживают в нем избыточное давление выделяющихся газов в пределах 0,03- 0,2 ати, причем углеродсодержащий материал загружают в реактор порция- ми периодически при падении в нем избыточного давления газов ниже 0,03 ати.

Керамические .формы, изготовленные, например, по выплавляемым моде- лям, устанавливают в контейнер, выполненный из жаростойкой стали, литниковыми чашами в специа.пьные пазы, затем засыпают зернистой засыпкой с размером частиц 0,2-1,0 мм на высоту примерно 1/3 - 3/А высоты литниковой чаши.

Контейнер закрывают крышкой, помещают в печь для нагрева форм до 900- . При достижении заданной тем- пературы через затвор в крышке контейнера, например шиберный, подается порция твердого углеродсодержащего материала.

В качестве такого материала целесообразно использовать коксующиеся угли с большыми выходом летучих, например угли марок ГЖ, Ж или пек каменноугольный. .

Под действием высокой температуры происходит пиролиз углей и пеков. При этом из них выделяется от 30 до 60% летучих веществ, что создает избыточное давление в реакторе в пределах 0,03-0,2 ати.

В состав выделившейся газообразной фазы входят метан, непредельные ароматические и другие тяжелые углеводороды, а также- водород, азот, окись и диоксид углерода, кислород и некоторые другие вещества.

Смесь газов, омывая наружную по- lifpxiu rri- керамической формы, диф-

фунд.ирует u. pe ст - ику

внутренне,} рлОочс.ч поверхности,

При 900-1100 С углеводородные газы

подвергаются пиролизу по реакции

С,1т--С,

+ И,

o 5 0

5 0

0

г с к 0

5

по

Образуюшийся пироуглерод осаждается в порах и на рабочей поверхности литейной керамической формы.

Газообразные продукты пиролиза сгорают в пространстве печи, при выходе из peaKfopa-контейнера.

Количество загружаемого угля определяется объемом реактора и коэффициентом его заполнения, являющегося отношением объема форм к объему реактора. Оптимальный коэффициент заполнения контейнера находится в пределах 0,1-0,6.

Суммарная величина загрузки угле- родсодержащих материалов в пределах 50-140 кг на 1 м объема контейнера получена на внутренней поверхности формы 3-4 мае.% пироуглерода, что обеспечивает форме необходимые свойства.

Пасса загрузки зависит также от вида углеродсодержащего материала. При использовании каменноугольного пека и углей с большим выходом летучих величина загрузки приближается к нижнему пределу. Применение углей

меньшим выходом летучих -приводит к увеличению массы загрузки.

Загрузка угля производится порциями периодически (размер порции 1/7 - 1/3 от суммарной массы загрузки) при падении в нем избыточного давления в контейнере выделяющихся газов.ниже 0,03 атм. Размеры порций обеспечивают необходимую для сквозного насьвдения форм углеводородным газом величину избыточного давления в реакторе в пределах 0.03-0,2 атм.

Время обработки форм составляет 13 ч в зависимости от массы загрузки, толщины керамической оболочки, размера и извилистости пор стенки формы. Чем больше масса загрузки, толще оболочка, меньше размеры пор и больше их извилистость, тем продолжительнее процесс обработки.

по

па та

Приме р. Формы изготовляют выплавляемым моделям. Отливка ти- стакан из сплава ВТ-20Л, высо- отливки 150 мм, внутренний диа10

25

метр 40 мм, толщина стенки 12 мм. Объем блока моделей .

Формы изготовляют из электрокорундовой суспензии на этилсиликатном связующем, содержаг,ем 15-17% кремнезема. Вязкость суспензии для первого слоя по ВЗ-4 составляет 27-23 с, а Для остальных 20-25 с. В качестве присыпки для первого слоя используют элсктрокорунд зернистостью № 20. а для последующих зернистостью № 50. Всего наносят 8-9 слоев.

Формы устанавливают в реактор- контейнер, выполненный из стали объе-15 мом вертикально литниковыми чашами вниз, на 2/3 снизу литниковые чаши присыпают кварцевым песком. Коэффициент заполнения реактора определяют количеством установленных в 20 него форм и он изменяется от 0,1 до 0,6.

Реактор с формами нагревают до 1000 ± 20 С.

Пример 1. В нагретый до 1000 С реактор с установленными фор- мами при коэффициенте заполнения О, 1 подают жирный уголь порциями по 57 г с интервалами между загрузками 10 мин Избыточное давление газов в реакторе после очередной загрузки за 70 мин обработки составляет 400 г, т.е. 50 кг на 1 м объема реактора. Количество осажденного на рабочей поверхности формы пироуглерода 3,0 мас.%.

Пример 2. В нагретый до 1000°С реактор с формами при коэффициенте заполнения 0,3 подают жирный уголь порциями по 152 г с интервалами 20 мин. Избыточное давление газов после очередной загрузки находится в пределе 0,11 ати. Суммарная загрузка за 100 мин обработки 760 г, т.е. 95 г на 1 м реактора. Количество осажденного на внутренней поверхности пироуглерода 3,5 мас.%.

Пример З.В .нагретый до 1000°С реактор с установленными формами при коэффициенте заполнения 0,6 подают порции жирного угля по 224 г с интервалами между загрузками 30 мин Избыточное давление газов в реакторе после очередной загрузки составляет 0,2 ати. Суммарная величина загрузки угля за 150 мин обработки составляет 1120 г, т.е. 140 кг на 1 м объема реактора количества осажденного на поверхности пироуглерода дает 4 мас.%.

30

35

40

45

50

55

5

5 0

0

5

0

5

0

5

Прочность на изгиб исходных керамических форм составляет 60 - 70 кгс/см, а покрытых пироуглеродом 90-110 кгс/см , т.е. в 1,3-1,9 раза больше.

Заливку опытных керамических форм, покрытых -пироуглеродом по предлагаемому способу, производят в печи ВДЛ-5 при остаточном давлении 2-10 мм рт.ст. Формы вьщерживают центробежную заливку без разрывов.

Металлографический анализ литой поверхности опытных отливок показал, что глубина видоизмененного слоя на наружной поверхности составляет 0-50 мкм, а на внутренней 50 - 150 мкм.

У отливок, полученных Е керамических формах без пироуглеродного покрытия, глубина видоизмененного слоя на наружных поверхностях 100- 150 мкм, а на внутренн1гх 250-450 мкм, т.е. в 3,5 раза больше.

Способ способствует получению качественного пироуглеродного покрытия с большой скоростью; уплотнение стенки форм пироуглеродом на всю толщину приводит к повьш1ению прочности формы в 1,3-1,9 раз.

Формула изо-бретения

1. Способ покрытия керамических форм пиролитическим углеродом, включающий нагрев формы в окислительной атмосфере, термическое разложение при пиролизе углеродсодержащего материала в замкнутой емкости и осаждение пиролитического углерода на поверхности формы, отличающийся тем, что, с. целью повышения качества форм за счет увеличения их прочности и улучшения качества, пиролитического покрытия, в качестве углеродсодержащего материала используют уголь или пек, который помещают в замкнутую емкость после нагрева формы в окислительной атмосфере в количестве 50 - 140 кг на Т м объема емкости при коэффициенте заполнения формами емкости, равном 0,1-0,6, при этом в замкнутой емкости поддерживают избыточное давление на 0,03- 0,2 атм, создаваемое летучими BentecT- вами при пиролизе углеродсодержащего материала.

513863566

2. Способ поп. 1,отлича-емкостьпорциями периодически при

ю щ и и с я тем, что углеродсодер-падениив ней избыточного давлежащий материал загружают в замкнутую ния.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к производству литья из тугоплавких металлов и сплавов. Цель изобретения - повышение качества форм за счет уве- - личения их прочности и улучшения качества пиролитического покрытия. Это достигается тем, что прогретые формы загружают в замкнутую емкость, в которую засыпают уголь или пек в количестве 50-140 кг на 1 м объема емкости при коэффициенте ее заполнения формами, равном 0,1-0,6. Выделяющие- , ся при пиролизе углеродсодержащего материала (угля или пека) летучие вещества создают в замкнутой емкости избыточное давление, которое поддерживается в пределах 0,03-0,2 ати. Если давление в замкнутой емкости падает ниже 0,03 ати, то в реактор периодически добавляют новые порции углеродсодержащего материала. Пропитывание форм пиролитическим углеродом происходит качественно и быстро, а формы, пропитанные пироуглеродом, увеличивают свою прочность в 1,3 - 1,9 раз. 1 з.п. ф-лы. S сл со оо Oi со сл о: