Способ изготовления форм по выплавляемым моделям Советский патент 1992 года по МПК B22C9/04 B22C3/00 

СП

С

Изобретение предназначено для изготовления форм по выплавляемым моделям на основе жидкостекольного и этилсиликат- ного связующих при производстве точных отливок из черных и цветных металлов. Цел ь изобретения - повышение прочности оболочек на всех этапах их формирования и сокращение брака отливок по вине формы. Поставленная цель достигается нанесением на оболочки защитного покрытия на основе синтетической смолы и отверждением его в кислотном отвердителе. которые производятся перед операцией удаления из формы модельного состава. Реализация способа позволяет повысить прочность формообо- лочек в 1.5-2,5 раза и существенно снизить брак отливок, вызываемый дефектами формы. 1 табл.

Изобретение относится к литейному производству и может найти широкое применение при изготовлении отливок методом литья по выплавляемым моделям.

Известен способ изготовления форм по выплавляемым моделям, в котором прокаленную керамическую форму пропитывают водным раствором железоаммонийоксала- та. Эта операция выполняется с целью повышения качества формы за счет уменьшения взаимодействия ее с металлом и стабилизации процесса обезуглероживания поверхности отливок. Железоаммоний- оксалат, разлагаясь при нагреве, создает восстановительную атмосферу, что предотвращает обезуглероживание и повышает качество отливок за счет выравнивания их химического состава и механических свойств.

Недостатком такого способа является то, что он не позволяет повысить прочность форм на этапах удаления модельного состава и прокаливания форм. Пропитка остывшей прокаленной формы водным раствором требует дополнительной сушки ее перед заливкой металла. Кроме того, железоаммо- нийоксалат имеет довольно большую стоимость по сравнению с другими материалами, используемыми при изготовлении керамических форм. Известный способ не позволяет также сократить брак отливок, возникающий из-за низкой прочности форм в процессе их формирования.

Целью изобретения является повышение прочности формооболочек на всех этапах их формирования, сокращение брака отливок по вине форм.

Поставленная цель достигается тем, что пропитку защитным покрытием прозводят

VJ

ГО

о о

00

после сушки последнего слоя перед удалением модельного состава, при этом защитное покрытие отверждается погружением формы в кислотный отвердитель и содержит следующие ингредиенты, мас.%: Молотая глина15-40

Синтетическая смола Остальное Наносимое защитное покрытие может также иметь следующий состав, мас.%: Молотая глина15-40

Вода5-15

Синтетическая смола Остальное В качестве синтетической смолы можно использовать смолы, позволяющие получать после отверждения прочную пленку, не растворимую в горячей воде. Эти смолы должны также быть недефицитны, недороги и водорастворимы до отверждения. Таким требованиям соответствует, например, большинство смол, применяемых в других видах литейного производства (мочевино- формальдегидные, карбамидиофурановые и т.п.).

В качестве кислотного отвердителя можно использовать водные растворы неорганических кислот, воздействие которых на указанные смолы как катализаторов процесса твердения известно. Прочность получаемого на поверхности формы защитного покрытия зависит от его толщины и степени отверждения. Поэтому при определении оптимального соотношения ингредиентов необходимо руководствоваться следующими соображениями, Во-первых, вязкость исходной смолы может колебаться в довольно широких пределах. Во-вторых, экспериментально установлено, что оптимальной для наносимого состава является вязкость 30- 60 с по ВЗ-4. При меньшей вязкости на поверхности формы не образуется сплошного покрытия, при большей - покрытие получается толстым и не прорабатывается отвердителем на всю глубину, что ведет к снижению прочности. В-третьих, использование в качестве наполнителя смолы материалов, не придающих наносимому составу дополнительных связующих свойств, приводит к резкому (в 5-10 раз) снижению прочности покрытия.

Исходя из перечисленных фактов предлагается регулировать вязкость наносимого состава, а следовательно, и прочностные характеристики получаемого покрытия за счет введения в смолу воды и молотой глины. Вода является растворителем, а глина - наполнителем, причем наличие в составе последней повышает прочность получаемого покрытия в 1.5-2 раза.

Для смол, имеющих исходную вязкость ниже 30 с по ВЗ-4, разбавление водой не

требуется и необходимые технологические .свойства покрытия достигаются только введением в смолу молотой глины. Для более вязких смол обязательно наличие в составе

всех трех компонентов. При этом их соотношение должно быть таким, что меньшей вязкости смолы соответствует минимальное количество вводимой воды и максимальное количество глины. При большей вязкости

смолы берется соответственно максимум воды и минимум глины. При вязкости смолы, например, 45 с оптимальным является введение в нее 25% глины и 7% воды (смола 68%).

Для экспериментов изготавливались формы путем нанесения на модели четырех и пяти слоев на основе огнеупорной суспензии, приготовленной совмещенным методом на ЭТС-40. Вязкость суспензии 35 с по

вискозиметру ВЗ-4, все слои сушились на воздухе при 25°С 4 ч. В качестве огнеупорного наполнителя использовали пылевидный кварц марки КП-3, обсыпочный материал - кварцевый песок марки К0315.

После сушки последнего слоя форму погружали в емкость со смоляным составом, после чего ее окунали в кислотный отвердитель, имеющий состав, мас.%: Соляная техническая

кислота, (концентрированная, 37%)о25 Вода75 Закрепление производили 30 с. После 10-минутной сушки на воздухе из форм выплавляли модельный состав в воде при 95- 98°С в течение 20 мин.

Для сравнения готовили параллельно форму по тому же режиму, но без нанесения смоляного слоя. Для определения прочности керамики в сыром (после вытопки) и в горячем (при 900°С) состояниях изготавливали стандартные образцы на статический изгиб.

Для экспериментов использовали карбамидно-фурановую смолу КФ-40 (ТУ 6-05- 1785-83) с вязкостью 40 с по ВЗ-4, а также молотую глину марки НУ-1 (ТУ 14-8-336-80). В таблице приведены результаты проведенных экспериментов.

Анализ данных свидетельствует о возможности замены одного слоя формообо- лочки на основе дорогостоящего ЭТС слоем на основе смолы, улучшая при этом технологические характеристики формы.

5 Повышение прочности форм в сыром состоянии объясняется образованием проч-. ной смоляно-глинистой пленки, которая после отверждения повышает сопротивление формы расширению модельного состава

при выплавлении, предохраняя оболочку от дефектов типа подутие, трещины и т.п.

Во время прокалки (900°С) образующийся на поверхности формы коксовый ос- таток как дополнительное связующее упрочняет формооболочки в горячем состоянии.

Для выявления влияния оболочки на качество получаемых отливок изготавливали формы по серийной (5 этилсиликатных слоев) и по предлагаемой технологии (4 этилси- ликатных слоя и смоляно-глинистое защитное покрытие). Далее формы прикали- вались в опорном наполнителе (песок) при 900°С в течение 6 ч и заливались сталью 45Л с температурой 1550°С.

Анализ качества отливок, полученных в традиционных и опытных формооболочках из металла одной плавки, показал: брак от- ливок по вине формы (газовые раковины, керамический засор, прорыв и т.п.)составил соответственно 26,8 и 16% общего брака отливок.

Металлографические исследования по- казали на отливках, полученных по предлагаемому способу, сокращение глубины обезуглероженного слоя в 2 раза по сравнению с серийными отливками. Эти результаты объясняются тем, что оставшийся после прокалки на поверхности формы коксовый остаток емоляно-глинистого слоя подвергается при заливке металлом дальнейшему пиролизу. Углеродсодержащие газы диффундируют к поверхности металл - форма, способствуя замедлению окисления углерода в поверхностном слое отливки.

Таким образом/предлагаемый способ изготовления форм позволяет так же как и известный способ сократить обезуглерожи-

вание поверхности отливок, используя при этом более дешевые материалы. Стоимость литейных смол в среднем в 5-10 раз меньше стоимости железоаммонийоксалата и с учетом известных концентраций используемых материалов осуществление нового способа обойдется в два раза дешевле.

Наряду с этим, предлагаемый способ, как было показано, позволяет повысить прочность формооболочек на всех этапах их формирования и снизить брак отливок по вине форм в 1,5-2 раза, что дает экономический эффект 30-50 руб на 1 т годного литья. Формулаизобретения 1. Способ изготовления форм по выплавляемым моделям, включающий послойное нанесение на модельный блок керамической суспензии, обсыпку огнеупорным материалом, сушку, выплавление модельного состава, пропитку защитным покрытием, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности оболочки на всех этапах формирования оболочки, сокращения брака отливок по вине форм, пропитку защитным покрытием производят после сушки последнего слоя перед удалением модельного состава, при этом защитное покрытие содержит следующие ингредиенты, мас.%:

Молотая глина15-40

Синтетическая смола 60-85, а затем его отверждают погружением формы в кислотный отвердитель.

Молотая глина15-40

Вода5-15

Синтетическая смола Остальное