Смесь для изготовления литейных стержней и форм Советский патент 1988 года по МПК B22C1/22 B22C1/02 

1,13

Изобретение относится к литейно- му производству, в частности к сое- тавам смесей для изготовления песчано-смоляных стержней и форм, используемых, преимущественно для тонкостенных сложнофасонных отливок.

Цель изобретения - улучшение качества стержней и форм за счет увеличения их податливости при силовом взаимодействии с затвердевающей отливкой, снижения уровня остаточных напряжений в отливке и повышения ее размерной точности.

В качестве добавки - силиката чешуйчато-волокнистого строения смесь содержит минерал, выбранный из группы амфиболов, серпентина, талька и пирофиллита, хлоритовых сланцев и гидро- слюд. Действие указанных разупрочняю- ших добавок объясняется общностью физико-химических свойств, обусловленной принадлежностью к одному классу веществ с идентичным строением кристаллической решетки.

Введение в состав смеси силикатов чешуйчато-волокнистого строения позволяет оптимизировать параметры укладки зерен огнеупорного наполнителя Смесь приобретав податливость благо- даря рыхлой макроскопической структуре добавок, обладающих способностью делиться при силовом воздействии на тонкие пластинки с блестящими ровными поверхностями.

На термограммах чешуйчато - олок нистых силикатов отмечается ряд эндотермических эффектов в температурном интервале 493-1073К, связанных с поэтапным удалением адсорбционной, кристаллизационной и конституционной воды. Это обезвоживание приводит к разрушению кристаллической решетки и охрупчиванию минералов, что способ ствует увеличению податливости стерж невой смеси при силовом взаимодействии с затвердевающей отливкой.

Группа амфиболов относится к лен- точный метасиликатам, в которых цепи тетраэдров Si40,, , соединенные попарно, образуют протяженные плоские ленты: антофилит (Mg, Fe) (ОН), sigO..,,) - магний-железистый силикат; тремолит (OH)2 - кальций-магнезиальный силикат; актинолит Ca2(Mg,Fe )5. (он)

sigOjj -7 кальций-магний-железистый силикат; рыбекит Na.j(Fe,Mg),Fe(OH) SigOjsl железистая разновидность

to

15

5

0

30

5

5

0

5

натрий-магний-железистого силиката; глаукофан Na j(l e,Mg), Al,j(OH)j SigOj,- натрий-магний-алюможелезистый силикат; родуснт Na(Fe,Mg)Mg(OH).j| SigO,j.j - магнезиальная разновидность натрий-магний-железистого силиката.

Плотность амфиболов составляет 2,8-3,4 г/см , твердость - 5-6. Химический состав, мас.%: SiOj 46-59;

до 15;

MgO до до 13, в

ка0

FeO 4-20; MgO до 30; СаО до 10; до 5,0.

Группы серпентина, талька, пирофиллита, хлоритов и гидрослюд относятся к слоистым силикат 1м, в которых цепочки и ленты группируются в одномерные плоские слои.

Группа серпентина включает серпентин Mg(OH)4 L iiOsl - магнезиальный гидросиликат, образующий спутанно- волокнистые агрегаты и разновидность серпентина - хризотил-асбест, имеющий параллельно-волокнистое строение.

Плотность серпентинов составляет 2,5-2,7 г/см , твердость - 2,5-3,5, Химический состав, мас.%: 43,0; SiOj до 44,1; честве примесей содержит FeO, , МО и Cr-iO,.

Тальк Mg,(OH)si40,o водный силикат магния встречается в виде слоистых чешуйчатых и сплошных агрегатов, пирофиллит Al4(OH)j ,oJ- водный силикат алюминия встречается в виде пластинчато-лучистых и сплошных агрегатов. Плотность талька и пирофиллита 2,7-2,9 г/см,, твердость - 1,,Химический состав,мас.%: тальк - SiO, 63,5; MgO 31,7;, 4,8;.пирофиллит - SiO 66,7; , 28,3; 5,0, в качестве примесей встречаются FeO и др.

Хлоритовые сланцы характеризуются большим разнообразием химического состава, приближенно соответ;ст- вующего формуле (Mg Fe) (Al,Fe (OH)« AlhSi v,0,rfle n колеблется от 0,3 до 1. Кристаллическая структура хлоритов имеет специфическое четырехслойное строение, при котором трехслойные пакеты типа талька - пирофиллита чередуются с однослойными октаэдрическими пакетами типа брусита Mg(OH)2 или гидраргили- та А1(ОН)э. Длотность - 2,6 - . 3,4 г/см, твердость - 2-2,5.

Гидрослюды являются промежуточными образованиями между слюдами и глинистыми минералами слоистой

+г

структуры. Вермикулит (Mg, Ге (OH) (Al,Si),0,,. харак- теризуется чешуйчатой и ленточной формой кристаллов. Плотность 2,4 - 2,7 г/см , твердость 1,0-1,5. Химический состав, мас.%: MgO FejO, 3-17; FeO 1-3; SiOj 34-42; AliO-, 10-17; 8-18. Глауконит K(Fe ,Al,),,(OH)x AlSijq,-nH характеризуется чешуйчато-волокнистым строением. Плотность - 2,2 - 2,9 г/см, твердость - 2-3.

Перед использованием минералы размальюают в обычных бегунах до фракции 0,1-0,2 мм с последующей подсушкой при 373-393 К.

Разупрочняющая добавка может применяться в составах песчано-смоляных смесей для изготовления стержней и форм, твердеющих как в холодной,так и в нагреваемой оснастке.

В качестве огнеупорного зернистого материала скликат юй природы используют кварцевый песок, зернистый дистен-силлиманит, циркон и др.

Для изготовления объемных стерж- ней и форм в нагреваемой и холодной оснастке в качестве связующего используют композиции на основе смол фенольного, фенол-карбамидного, фенол-фуранового, фенол-карбамидофура- нового и карбамидофуранового типов.

При изготовлении объемных стержней в нагреваемой оснастке более предпочтительно использование карба- мидной смолы, модифицированной фури- ловым спиртом, поскольку она характеризуется наибольшей реакционной активностью. В качестве катализато- ров для горячего отверждения объемных стержней используют различные соединения неорганического и органического происхождения, а также комплексные материалы, например комплекс ный катализатор ЛСФ-А, М-1, ФС 26/6

Для изготовления оболочковых форм и стержней по изобретению применяют синтетические твердые и жидкие смолы фенолоформальдегидного типа ,(ПК 104, СФ-ОЮ, СФ-015, СФ-241, СФЖ 3042 и :т.д,). Представляющие собой продукт поликонденсации фенола с формальдегиг дом.

в качестве отвердителя плакированных песчано-смоляных смесей для оболочковых форм используют технический уротропин.

G Q

t5 20

25

, ЗО

дд - 45

г

35

50

55

Для холоднотвердеющих стержней выбор типа связующего и катализатора определяется конкретными условиями производства, конструкцией отливки и методом формирования стержня или формы.

Для приготовления смеси согласно изобретению огнеупорный зернистый материал силикатной природы перемешивают с разупрочняющей добавкой - веществом чешуйчато-волокнистого строения - в бегунах в течение 30 - 60 с. Дальнейший регламент приготовления и использования смеси остается без изменений и выбирается в соответствии с особенностями технологического процесса приготовления объемных и оболочковых стержней в холодной или нагреваемой оснастке.

В табл.1 приведены составы смесей для объемных стержней, отверждаемых в нагреваемой оснастке.

Свойства смесей согласно табл.1 приведены в табл. 2 и 3.

Величину податливости стержней оценивали по величине деформации смеси при нагрузках 0,05; 0,1; 0,2 МПа при температурах 523 и 723 К, а также по уровню остаточных напряжений в отливках типа блок-картер двигателя. Уровень остаточных напряжений в блок-картерах определяли методом тензометрирования. Датчики наклеивали в узлах, склонных к образова- нию трещин.

Влияние состава смесей на геометрическую и размерную точность отливок оценивали по изменению базовых размеров отливок блок-картеров. Обмер отливок производили универсальным мерительным инструментом по 15 основным приемосдаточным параметрам в соответствии с картой контроля.

В табл.3 приведены данные по овальности отверстий с номинальным размером 36...50 мм под гильзы цилиндров .

Деформацию смеси под постоянной нагрузкой определяли на лабораторном приборе типа ПД-120. Образец размером 36...50 мм, изготовленный пескодувным способом на лабораторной установке мод, 4733 А, устанавливали на нижний штемпель прибора, прикладывали заданную нагрузку и нагревали со скоростью 3 К/мин до 523 К и 723 К. После вьщержки в течение

10 мин по стрелочному индикатору прибора отсчитьшали величину деформации

Анализ данных в табл. 2 и 3 показывает, что смеси по изобретению обеспечивают достижение уровня технологических характеристик, удовлетворяющих требованиям современного литейного производства. В то же время из данных в табл. 2 и 3 следует, что введение в состав смеси чешуйчато- волокнистых силика тов позволяет изменить характер деформации образцов под нагрузкой, что благоприятно влияет на улучшение податливости стерж- ней, а также повышение размерной и геометрической точности отливок.

При 523 К смеси по изобретению характеризуются положительной деформацией, что свидетельствует о терми- ческом расширении смеси, способствующем более точному воспроизведению стержнем конфигурации рабочей полости оснастки.

При 723 К смеси по изобретению обеспечивают повьш1ение отрицательной деформации в 2-3 раза, что позволяет снизить уровень остаточных напряжений отливок в 1,5-4 раза и уменьшить отклонение от номинальных разме- ров в 1,5-2 раза.

Аналогичным образом проявляется влияние добавок чешуйчато-волокнистых силикатов в составах смесей для оболочковых форм, отверждаемых в нагре- ваемой оснастке и в составах холоднотвердеющих смесей.

Формула из обретения

1. Смесь для изготовления литейных стержней и форм при производстве преимущественно тонкостенных сложно- фасонных отливок, содержащая огне упорный зернистый материал силикат- ной природы, связующую композицию на основе синтетической смолы - продукта синтеза реакционноспособных мономеров с формальдегидом и отверди- теля или катализатора отверждения, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества стержней И форм за счет увеличения их податливости при силовом взаимодействии с затвердевающей отливкой, снижения уровня остаточных напряжений в отливке и повышения ее размерной точности.

5

0

5 0

0

0

смесь дополни1ельно содержит вещество чешуйчато-волокнистого строения из класса силикатов при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Связующая композиция на основе синт тетической смолы - продукта синтеза реакционноспособных мономеров с формальдегидом и отвердителя или катализатора отверждения2-8Вещество чешуйчато- волокнистого строения из класса силикатов .1 - 10 Огнеупорный зернистый материал силикатной природы Остальное

2,Смесь ПОП.1, отличающаяся тем, что в качестве вещества чешуйчато-волокнистого строения она содержит минерал, выбранный из группы амфиболов следующего ряда: антофилит, тремолит, актинолит., ры- бекит, глаукофан, родусит.

3.Смесь ПОП.1, о тлич аю- щ а я с я тем, что в качестве вещества чешуйчато-волокнистого строения она содержит минерал, выбранный

из группы серпентинов следующего ря- . да: серпентин, хризотил, асбест.

4.Смесь ПОП.1, отличающаяся тем, что в качестве вещества чешуйчато-волокнистого строения она содержит тальк или пирофиллит.

5.Смесь по п.1, отличаю- щ а я с я тем, что в качестве вещества чешуйчато-волокнистого строения она содержит минерал, выбранный из группы хлоритовых сланцев: пенин,кли- нохлор.

6.Смесь ПОП.1, о тлич аю- щ а я с я тем, что в качестве вещества чешуйчато-волокнистого строения она содержит минерал, выбранный из группы гидрослюд: вермикулит,глауконит.

7.Смесь поп.1,отли.чаю- щ а я с я тем, что в качестве реак- ционноспособного мономера содержит карбамид, и/или фенол, и/или фурило- вый спирт, а в качестве отвердителя или катализатора отверждения содержит кислоту-или кислую соль или амин.

Таблица 1

Изобретение относится к литейному производству, а именно к соета- вам смесей для изготовления литейных стержней и форм в нагреваемой или в холодной оснастке. Цель изобретения - улучшение качества стержней и форм за счет увеличения их податливости при силовом взаимодействии с затвердевающей отливкой, снижение уровня остаточных напряжений в отливке и повышение ее размерной точности. Состав смеси, мас.%: связующая композиция на основе синтетической смолы - продукта синтеза реакционно-способных мономеров (карбамида и/или фенола и/или фурилового спирта) с формальдегидом и отверди- теля или катализатора отверждения (кислоты или кислой соли, или амина) 2...8; вещество чешуйчатого волокнистого строения из класса силикатов (из группы амфиболов: антофилит, тремолит, рыбекит, актинолит, глауко- фан, родусит; из группы серпентинов: серпентин, хризотил, асбест; тальк или пирофиллит; из группы хлоритовых сланцев: пении, клинохлор; из группы гидрослюд: вермикулит, глауконит) 1...10; огнеупорный зернистый материал, силикатной природы - остальное. За счет реализации изобретения обеспечивается повышение деформации податливости смеси при 723 К в 2...3 раза, что позволяет снизить уровень остаточных напряжений отливок в 1,5 ... 4 раза и уменьшить отклонение от номинальных размеров в 1,5,,.2 раза. 6 з.п. ф-лы, 3 табл. о сл 00 00 00 00 4;:

Вещество чешуйчато- волокнистого строения из класса силикатов

Антофилит, или тремолит, или актин ол и т

или рыбекит, или глаукофан,

или родусит

или серпентин

или хризотил-асбест, или тальк или пирофиллит, или пенин, или клинохлор, или верминулит, или глауконит

Огнеупорный зернистый материал

силикатной природы

Кварцевый песок

1,0

5,5 10.,0

97,0 89,5 82,0

Свойства смеси

Осыпаемость, Актинолит

Серпентин Пирофиллит Пения Глауконит

.«

Газопроницаемость , Актинолит

Серпентин Пирофиллит Пекин Глауконит

В -числителе приведены показатели при 293 К, в знаменателе - при 493 К;

отверждение при Т 493 К 3 мин

Состав

0,07 0,07 0,07 0,08 0,08

168 161 164 158 160

0,07 0,07 0,07 0,07 0,07

156 150 152 150 153

Таблица 3

11

а деформация смеси, %, при 723К и нагрузке

0,1 МПа; б - максимальная величина остаточных

напряжений в отливке, МПа; с - максимальная величина овальности отверстия

под гильзы цилиндров, мкм.

138818412

Продолжение табл.3