Смесь для изготовления водорастворимых стержней Советский патент 1989 года по МПК B22C1/18 

1

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей для изготовления водорастворимых стержней развесом от 0,05 до 10 кг и толщиной стенок менее 2 мм, используемых при литье алюминиевых сплавов.

Известна смесь, содержащая дегидратированный сульфат магния и его насьщенный раствор.

Недостатком смеси является низкая растворимость, так как для удаления ее из полости необходимо применение удара или вибрации, что недопус- -тимо при изготовлении тонкостенного литья из алюминиевых сплавов.

Известны также смеси на основе водорастворимых солей, удаление которых из отливок не требует применения механических воздействий.

Известна сухая водорастворимая неорганическая соль (NaCl или КС1), имеющая остаточную влажность менее

1%. Из этой смеси, получают стержни прессованием 1,5-4 тс/м . Прессованные стержни прокаливают при 100- .. .

Прессованные стержни прокаливают при 100-300 С. Предел прочности на сжатие полученных стержней более 1000 кгс/см. Стержни применяют для получения отливок из алюминиевых и цинковых сплавов. Полн1- е. удлление стержней происходит за 1 при промывке водой охлажденной отливки.

4

ОЬ

00

о

00

00

Недостатком этой смеси является низкое качество поверхности стержней из-за их гигроскопичности и невозможность получения стержней сложной конфигурации, что во многих случаях является определяющим.

Известна смесь для изготовления водорастворимых стержней, содержащая водорастворимую минеральную соль (Nad, NaCO , NaNOj), быстротвердею- щее лакокрасочное покрытие (глифта- левую или пейтафталевую грунтовку ГФ-02) и огнеупорный наполнитель (огнеупорная глина, окись магния, кварцевый песок и др.).

Стержни, изготовленные из этой смеси, обладают низкой гигроскопичностью (гигроскопичность может достигнуть нуля), свободно вымываются из полостей отливок струей воды и могут отварждаться самопроизвольно или при тепловой обработке.

Однако скорость отверждения указанной смеси очень мала,, что обуславливает высокую степень деформации стержней в сьфом состоянии. При транспортировке частично искажается . геометрия стержней, что не обеспечивает получение отливок с высокой размерно-весовой точностью. Особенно высокая деформация наблюдается у стержней, имеющих большую массу и высоту. Кроме того смесь токсична за счет содержания в ней лакокрасоч ного грунта.

Известна смесь для изготовления водорастворимых стержней, содержащая окись алюминия, стеарин, пара- фин и хлористый натрий. Для получения стержневой смеси указанного состава применяют хлористый натрий с размером частиц до 100 мк и безводную окись алюминия. Эти порошкооб- разные материалы в указанных количествах смещивают с органическими составляющими при 70-80 °С. Полученную суспензию запрессовывают в пресс-формы при давлении 1,5- 3,0 кгс/С1 Затем стержни-сырцы обжигают в слое адсорбента при 700- .

Полученные стержни характеризу-- ются снижением огневой усадки в пр 1цессе их сушки. Предел прочности пр сжатии составляет 180-210 кгс/см . Удаление стержней из отливки производится холодной водой за 4-5 мин.

0

5

0

5

0

35

дд 45 Q

Применение известной смеси для изготовления водорастворимых стержней позволяет получать сложные полости отливок с чистотой поверхности по 6-7 классу.

Недостатками данных водорастворимых стержней являются их невысокая механическая прочность, невысокая скорость вь№1ывания из отливки, а также наличие в составе стержня нерастворимого остатка, который может оставаться в полости отливки после растворения стержня.

Наиболее близкой к изобретению является смесь для изготовления водорастворимых стержней, включающая мае. %:

Хлористый

натрий60-90

Частично дегидратированныйсульфат

алюминия10-40

Частично дегидратированньй сульфат алюминия по составу и по свойствам отличается от сульфата алюминия, что позволяет использовать его в качестве связующего в составе водорастворимого стержня.

Из предлагаемой смеси стержни изготовляют следующим образом. Порошкообразные материалы в указанных количествах смешивают и заливают -водой из расчета получения массы полусухой, пластичной или ядадкопод- вижной консистенции и заформовьшают путем прессования или заливки в форму. Затем стержни-сырцы обжигают при 550-65О с в течение 2-4 ч.

Полученные из известной смеси стержни имеют следующие характеристики:

предел прочности на сжатие,кгс/см 215-290 скорость удаления стержней,

г/мин3-5

водорастворимость, %100

прочность стержней, МПа15-20 Водорастворимые стержни, изготовленные из известной смеси обладают высокой механической прочностью, полной водорастворимостью и имеют высокую скорость вымывания из отливки.

Недостатком данных водорастворимых стержней является их высокая ;степень деформации в сыром состоянии, так как скорость отверждения указанной смеси мала, что приводит искажению геометрии стержней и получению отливок с низкой размерно-весовой точностью.

Получение стержней из известной смеси требует повьппенных энергозатрат в связи с необходимостью обжига стержней-сырцов при многочасовом нагреве до бЗО С.

Кроме того, известная смесь в качестве связующего содержит частично дегидратированный сульфат алюминия, который обладает повышенной токсичностью, что ухудшает условия труда рабочих и требует создания мощной вентиляционной системы, а также принятия специальных мер по очистке сточных вод производства, так как растворимые соли алюминия то-ксичны и для растений. Таким образом, применение сульфата алюминия в литейном производстве влечет за собой дополнительные материальные затраты предприятий.

Цель изобретения - повышение сырой прочности стержней и предотвращение за счет этого их деформации - достигается тем, что смесь для изготовления водорастворимых стержней включающая хлористый натрий и неорганическое связующее, содержит в качестве неорганического связующего насьпценной водный раствор хлористого кальция и дополнительно сульфат магния при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Сульфат

магния2,0-20,0

Насыщенный .водный раствор хлористого кальция 5,0-20,0 Хлористый

натрий Остальное Для получения стержневой смеси указанного состава применяют хлористый натрий, который представляет собой кристаллический порошок белого цвета, т. пл. около 800°С, растворимость в воде при 20°С 36 г/100 HZ О сульфат магния - порошок бело- -го цвета, т. пл. , растворимость в воде при 107 г/100 г HjOi насьщенный водньп раствор хлр0

5

0

ристого кальция - концентрация при ZO c составляет 44 мас.%, т.пл. хлористого к.альция 772 С.

В данном составе стержневой смеси хлористый натрий является основным огнеупорным веществом, обеспечи- ваюпщм растворимость стержней после изготовления отливки, сульфат магния не токсичен и в указанных количест- ;вах является добавкой, обеспечивающей термостойкость стержей и стаби- лизирующей степень деформации их в сыром состоянии, насьаценный водный раствор хлористого кальция является связующим, обеспечивающим прочность стержней.

Упрочнение стержней происходит благодаря дополнительному.химическому взаимодействию между твердой и жидкой фазой смеси, по уравнению

MgS04 + CaClj MgCli2 + CaS04.

5

0

5

0

5

0

5

В результате этой обменной реакции выделяется гипс, который упрочняет стержень.

Соотношение компонентов в смеси является оптимальным. При содержании насьш1енного водного раствора хлористого кальция менее 5 мас.% смесь малоподвижна,что затрудняет формообразование стержней, при содержании его более 20 мас.% снижается прочность стержней, а степень деформации увеличивается.

При содержании сульфата магния менее 2 мас.% не обеспечивается прочность стержней при изготовлении и при извлечении их из пресс-формы они разрушаются, а при содержании его более 20% .снижается растворимость стержней (скорость растворения уменьшается в два раза).

В табл. 1 приведены составы смесей согласно изобретению (1,2,3) и по прототипу (А).

Из предлагаемой смеси стержни изготовляют следующим образом.

Порошкообразные материалы в указанных количествах смешивают и добавляют предварительно приготовленный насыщенный водный раствор хлористого кальция из расчета получения полусухой или пластичной массы. Полученную суспензию запрессовывают в подогретые до 70-80 с пресс-формы и выдерживают при этой температу714

ре в течение 3-5 мин, после чего стержни-сьфщя извлекают и сушат в слое силикагеля при 70-150°С в течение 3-6 ч.

Были проведены сравнительные испытания сухих стержней и стержней во влажном состоянии, изготовленных из предлагаемой и известной смесей.

Результаты испытаний приведены в табл. 2 (для сухих стержней) и 3 (для стержней во влажном состоянии).

Из приведенных в табл. 2 данных следует, что показатели сопоставляе- мых смесей в сухом состоянии существенно не отличаются.

Из приведенных в табл. 3 данных следует, что прочность стержней в сыром состоянии, изготовленных из сопоставляемых смесей, существенно отличается. При вьщержке в нагретой пресс-форме в течение 5 мин прочност смеси по предлагаемому изобретению в 200 раз выше,, чем прочность известной смеси (стержни практически не вынимались из пресс-формы). Последнее обстоятельство обусловливает существенное повьшение скорости отверждения смеси и соответственно уменьшение степени деформации стержней в сыром состоянии, а следовательно, получение улучшенного качества поверхности стержней и повышение их точности.

8

5

35

0

5

0

Стержни из смеси по изобретению затвердевают с образованием гипса в результате взаимодействия сульфата магния с насыщенным водным раствором хлористого кальция. После запрессовки смеси в оснастку она самозатвердевает без явления первичной усадки и не требует дополнительного многочасового нагрева, что обеспечивает сниж ение энергозатрат на получение cтepkнeй. Стержни выдерживают нагрев до 750 с в течение 10 ч без разрушения и изменения размеров.

Замена частичного дегидратированного сульфата алюминия сульфатом магния позволяет снизить токсичность при сохранении технологических свойств стержней.

PeajAi3auHH смеси согласно изобретению для изготовления водораствори- мьк стержней по сравнению с известной смесью (5) позволяет: резко сократить время изготовления литейных стержней без искажения их геометрии при сохранении высокой механической прочности, полной водорастворимости и высокой скорости удаления из отливки получать полости отливок стабильных геометрических размеров с чистотой поверхности по 6-7 кл. улучшить условия труда за счет снижения токсичности при сохранении технологических свойств стержней.

Таблица 1

Таблица 2