Раствор для упрочнения оболочковых керамических литейных форм Советский патент 1978 года по МПК B22C9/04 

1

Изобретение Относится к области литейного производства, в частности к изготовлению литейных форм по разовым моделям, и может быть использовано в производстве литья по выплавляемым моделям.

В настоящее время в массовом производстве литья но выплавляемым моделям технология процесса формообразования, например, маршалитовых форм включает изготовление первых двух слоев с применением в качестве связующего гидролизованного раствора этилсиликата, а для последующих слоев - жидкого стекла.

Это связано с экономией дорогостоящего этилсиликата. Применение в качестве связующего при приготовлении суспензии жидкого стекла, хотя и снижает себестоимость литья. однако не обеспечивает получения качественных форм из-за низкой жаропрочности ц термической стойкости получаемых жидкостекольных слоев.

Поэтому жидкостекольные слои подвергают химической обработке в растворе какой-либо соли или кислоты, например в 18-20%-ных водных растворах хлористого или азотнокислого аммония.

Разработан также ряд составов закрепителей жидкостекольных слоев на основе соляных и уксусных кислот 1.

Однако, хотя все известные растворы и обеспечивают закрепление жидкостекольных слоев, при этом не достигается достаточная жаропрочность и термическая стойкость форм.

Например, прочность образцов на изгиб при 900° С не превыщает 17-20 кгс/см% низкая термическая стойкость к тепловому удару требует медленного нагрева форм (до за 3-5 ч). Поэтому формы помещают для

прокалки и заливки в опорный наполнитель, что в свою очередь резко снижает (в 2-Зраза) производительность процесса прокалки, повышая его энергоемкость. Следует отметить, что даже 10-12-слойные формы нельзя

заливать без опорного наполнителя вследствие их разрущения.

Известен состав для закрепления жидкостекольных слоев, представляющий собой 20- 30%-ный водный раствор ортофосфорной кислоты, нагретой до 80-100°С 2J.

Однако этот раствор, несмотря на некоторое повышение жаропрочности (до 35- 45 кгс/см), не обеспечивает быстрой сущки жидкостекольных слоев, например на формированис одного слоя уходит 3 ч.

Данный состав нельзя применять для закрепления каждого жидкостекольного слоя сразу же после его нанесения, так как это приводит к его размыву. Поэтому известным

составом обрабатывают уже готовые формы

после нанесения и просушки всех жидкостекольных слоев в процессе вытопки модельного состава.

Примеиецие нагретой до 80-100°С кислоты существешш загрязняет атмосферу цехов. Кроме того, вытопка форм в кислотном растворе приводит к его засорению, что требует специальной очистки.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является композиция, включающая алюмохлорид и ортофосфориую кислоту 3.

Недостатком этой композиции является также недостаточно быстрая сушка жцдкостеКОЛЫ1ЫХ слоев и невысокая термическая стойкость и жаропрочность.

С целью повышения жаропрочности форм и их термической стойкости форм предлагаемый раствор для упрочнения оболочковых керамических литейных форм дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении ингредиентов, вес. %:

Алюмохлорид25-45

Ортофосфорная кислота 23-45 Этиловый спиртОстальное

В предлагаемом растворе, алюмохлорид Aln(OH)3n-iCl и этиловый спирт С2Н5ОН служат для быстрого закрепления жидкостекольпых слоев. В то же время спирт как поверхностно-активное вещество снижает поверхностное натяжение смеси, способствуя ее проникновению в норы слоя, а следовательио, и его полной проработке раствором.

Наличие ортофосфорной кислоты НзРО4 обеспечивает повышение жаропрочности и термостойкости форм за счет образования фосфатсилицидов н алюмофосфатов при ее взаимодействии с алюмохлоридом, а также кремнеземом присыпки и суспензии.

Таким образом, исключение любого из указанных иигредиептов не обеспечивает достижения необходимых свойств, т. е. заданного эффекта.

Повышение содержания алюмохлорида и ортофосфорной кислоты выше 45% (верхний предел) не приводит к дальнейшему росту жаропрочности и термостойкости форм, а при содержании ниже 25% (нижний предел) они оказывают весьма слабое влияние на указанные свойства. Например, прочность форм при 900°С в этом случае не превышает 30- 35 кгс/см. Кроме того, содержания алюмохлорида ниже 25% ухудшает скорость закрепления слоев. Поэтому с целью улучшения процесса закрепления нижнему пределу алюмохлорида должен соответствовать верхний предел этилового спирта, равный 50%.

Кроме этого, на содержание спирта оказывает влияние плотность применяемой суспензии и зернистость присыпки: чем ниже плотность суспензии и выше зернистость присыпки, тем меньше содержание спирта должно быть в растворе и наоборот.

Это объясняется тем, что в пористые формы по сравнению с плотными могут проникать

более вязкие растворы. Поэтому с увеличением плотности слоя необходимо снизить поверхностное натяжение раствора, что достигается вводом большого количества спирта. Оптимальиый состав следующий, вес. %; Алюмохлорид33

Ортофосфорная кислота33

Этиловый спирт34

Оптимальная плотность раствора 1,14- 1,18 г/см. При этом оптимальное весовое соотношение алюмохлорида и ортофосфорной кислоты 1 ; 1.

Алюмохлорид используют в виде водного раствора плотностью 1,24-1,29 г/см по ТУ6-01-797-73. Ортофосфорная техническая кислота может ирименяться 40-90%-ной концентрации, которой соответствует плотность 1,26-1,74 г/см С применением концентрации кислоты пропорционально увеличивается ее количество, вводимое в раствор. Уменьшение концентрации ортофосфорной кислоты ниже 40% приводит к снижению прочностных свойств форм.

В качестве этилового спирта можно использовать спирты как гидролизного, так и синтетического производства плотностью 0,8- 0,86 г/см.

Пример 1. Маршалитовые формы по выплавляемым моделям изготавливают по следующей технологии. Первые два слоя выполняют из этилсиликатной, а четыре остальных - из жидкостекольной суспензии. В качестве присыпки используют песок Кичигинский, фракции 0315.

После нанесения каждого жидкостекольного слоя его обрабатывают в течение 1 мин в растворе следующего состава, вес. %:

Алюмохлорид (1,25 г/см)25

Ортофосфорная кислота (1,7 г/см) 25

Этиловый спирт (0,82 г/см)50

Плотность раствора составляет 1,14 г/см. Прочность образцов на изгиб при 900°С 68- 75 кг/см. Формы прокаливают без опорного наполнителя при 950°С в течение 3 ч. Заливка форм сталью ЛЖТ при 1540-1580°С показывает полную возможность исключения опорного наполнителя и повыщение скорости прокалки.

Пример 2. Формы изготавливают по технологии, указанной в примере 1. Жидкостекольные слон обрабатывают в течение 0,65 мин раствором следующего состава, вес. %: Алюмохлорид (1,27 г/см)33

Ортофосфорная

кислота (1,42 г/смЗ)33

Этиловый спирт (0,84 г/см)34

Плотность раствора составляет 1,17 г/см Прочность образцов на изгиб при 900°С 72- 80 кг/см. Прокаленные без опорного наполнителя при 950±15°С в течение 3 ч формы заливают сталью ЛЖТ при 1540-1580°С. Формы полиостью выдерживают гидравлический и термический удары заливаемого металла.

Пример 3. Формы изготавливают по техпологий, указанной в примере 1. Хидкостекольные слои обрабатывают в течение 1 мин раствором следующего состава, вес. %: Алюмохлорид (1,28 г/см)45 Ортофосфорная кислота (1,26 г/см)45 Этиловый снирт (0,84 г/см)10 Плотность раствора составляет 1,22 г/см. Прочность образцов при 900°С 60-65 кг/см. Прокалка форм производится в течение 3 ч без опорного наполнителя при 950±20°С. Формы также полностью выдерживают заливку металла при 1540-1580°С. Во всех случаях растрескивания форм при заливке не наблюдается. Таким образом, обработка жидкостекольных слоев предложенным раствором позволяет в 5-6 раз ускорить формирование жидкостекольных слоев, повысить жаропрочность форм в 3-3,5 раза и увеличить их термическую стойкость, что в свою очередь исключает применение опорного наполнителя и обеспечивает снижение продолжительности прокалки в 2-3 раза. 6 Формула изобретения Раствор для упрочнения оболочковых керамических литейных форм, включающий алюмохлорид, ортофосфорную кислоту, отличающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности форм и их термической стойкости, он дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении ингредиентов, вес, %: Алюмохлорид25-45 Ортофосфорная кислота 25-45 Этиловый спиртОстальное Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Сладкова М. В, и др. Новый способ применения жидкого стекла при литье по выплавляемым моделям, МДНТП им, Дзержинского, М,, 1958, с, 9, 2, Абрамсон И, Д, и др. Изыскание способа изготовления жаростойких оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям с применением жидкого стекла. М., БНТП, 1960, с, И. 3, Авторское свидетельство ЧССР № 153171, кл, В 22С 1/16, 1974,