Суспензия для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям Советский патент 1980 года по МПК B22C1/00 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению литья в формах по выплавляемым моделям. Эффективная область использования изобретения - получение литья по выплавляемым моделям из углеродистых и легированных сталей. Известна суспензия для изготовления керамических форм,полученных по выплавляемым моделям, содержащая огнеупорный наполнитель, этилсилийат, этиловый спирт, неорганическую кисло ту, воду и криолит 1 . Однако при использовании суспензий указанного состава необходим дли тельный процесс прокалки оболочек, связанный с тем, что выплавление модельного состава из- полости керамической оболочки не обеспечивает полного его удаления из формы. Наличие остатка модельной массы в полости формы недопустимо, так как оно приво дит к образованию литейного.брака, связанного со вскипом и газовыделением. Для удаления остатков модельно го состава оболочки прокаливают при высоких температурах (ЭОС-ЮСО С) в течение 6-8 ч, причем остатки модель ного состава испаряются и врзгоняются. Кроме того, процесс прокалки длителен. Известна суспензия, в которой в наполнитель введены кислородсодержащие вещества, что обеспечивает определенную интенсификацию .процесса прокалки 2 . Однако доступ кислорода непосредственно к остаткам модельного состава затруднен, так как он зависит от Газопроницаемости корки и изменения ее в процессе горения модельного состава (за счет избыточного давления, образуемого продуктами горения). Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является суспензия, содержащая огнеупорный наполнитель, этилсиликат, спирт, воду,,неорганическую кислоту, криолит и окислитель, в качестве которого суспензия содержит бертолетовую соль и флогопит при заданном соотношении З. Известная суспензия не может быть использована при получении отливок из легированных сплавов, особенно содержащих хром, никель и с низким содержанием углерода, например, ОХ13, Х18Н9ТЛ, так как процесс обезуглероживания при литье по выплавляемым моделим незначителен. Вызвано это, вопервых, невысоким градиентомdcM концентрации углерода и, как следствие, малой интенсивностью диффузии углеро да, а во-вторых, устойчивостью окислов легирующих элементов (хрома). Кроме того, имеет место побочный про цесс, связанный с возможным газовыде лением при температуре более 1150°С, что приводит к некоторому ухудшению поверхности отливок. Цель изобретения - повышение чистоты поверхности и ударной вязкости отливок из нержавеющих сталей. Указанная цель достигается тем, что суспензия в качестве кислородсодержащих веществ содержит марганцевокислый калий и пятиокись ванадия при следующем соотношении ингредиентов. вес.% Этилсиликат 11,0-13,0 Спирт14,0-16,0 Неорганическая кислота0,6-1,5 Вода1,0-2,0 Криолит2,4-4,5 Марганцевокислый калий0,01-0,2 Пятиокись ванадия 0,001-0,01 Огнеупорный наполнитель Остальное Выбор указанных окислителей продиктован тем, что они должны разлагаться и выделять кислород в интервале температур 200-800с. Температура разложения окислителя должна быть не менее 200°С, так как это мо жат привести к его преждевременному разложению, т.е. во время удаления модельной массы, которое производят горячим воздухом, либо в расплаве м дельной массы при 100-200°С. Кроме го, температура- разложения не должн превышать 800°С, так как это требуе температуру прокалки свыше и, кроме того, замедляется процесс оки ления остатка модельного состава, уменьшается эффективность ввода оки лителя, имеется возможность разупро нения оболочки. Марганцевокислый калий (кМпОд.) разлагается при 240С. Однако относительно низкая температура разложе ния не обеспечивает равномерного (п мере нахождения форм в прокалочной печи и повышения температуры до 700 900°С) выделения кислорода за время прокалки и тем самым приводит к неполному сгоранию модельного состава и возможному повреждению оболочки (при интенсивном газовьаделении). В процессе нагревания оболочек в прокалочной печи в первый этап до 200-450С происходит полное разложе ние KMnOjj с выделением атомарного кислорода 2КМп04 КдО + 2МпО + StOl При дальнейшем нагреве оболочек о бЗО-бОО С начинается разложение олее термостойкой пятиокиси ванашия 2V205 - «tVOj + 21:03, что обеспечивает постоянное и более равномерное выделение кислорода в процессе прокалки. На чертеже схематически представлена зависимость объема вьеделившегЬся кислорода от времени вьадержки оболочки в прокалочной печи, где 1 - кривая выделения кислорода при разложении КМпОд; 2 - кривая вьщелёния кислорода при разложении ,.; Т - время разложения КИпОд; tf врекм разложения ; V - объем кислорода, вьзделившегося при полном разложении КНпОф ; V полный объем вьщелившегося кислорода после разложения Гх jfCMnQ и УгО у. в случае ввода в суспензию одного КМп04 образуется избыток кислорода, который реализуется неэффективно. Связано это с тем, что процесс выделения кислорода обусловлен скоростью химической реакции перманганата калия, процесс прокалки оболочек - скоростью нагрева печи, которая значительно ниже, а процесс сгорания модельного состава лимитируется скоростью подвода кислорода к активной поверхности. Поэтому процесс горения, связаннЕЛй с наличием свободного кислорода, возможен только во время вьаделения кислорода. А так как кислород вьщеляется (полностью) уже при 250-400 С (применительно к КМпОл), то дальнейший нагрев до 700-900 С, необходимый по технологическим требованиям,не приводит к горению 1 эдельного остатка (ввиду отсутствия свободного кислорода) . В случае одновременного ввода окислителей с температурами разложения 200-450С (КМпО) и 550-800С (Уц&д происходит вьаделение свободного кислорода в течение всего процес- са нагрева, вначале при низких температурах за счет разложения, например КМпОд, а при более высоких - при разложении, например VgO. Следовательно, в течение всего процесса прокалки обеспечивается вьвделение свободного кислорода и, как следствие, интенсификация процесса горения модельного остатка. Количественные пределы введения добавок окислителей определяются экспериментально . При введении КИпО и VjOj- в суспензию в количествсцс менее 0,01 вес.% и 0,001 вес.%, соответственно, эффективного влияний практически не отмечено, так как количество вьщеляющегося кислорода явно недостаточно. При увеличении добавок КНп04 и VjOj соответственно свыше 0,2 вес.% и 0,01 вес.% степень уменьшения времени прокалки оболочек незначительна.

при этом увеличивается глубина обеэуглероженного слоя отливки за счет избыточного кислорода, имеющегося в полости форма; увеличение количества окислителя приводит к снижению прочностиых свойств оболочки, а также ув личина:ется их стоимость.

Максимальное количество ввода окислителей должно коррелироваться даннЕлми по растворикюсти BeiqecTB прв нормальных температураис.

Оптимальным технологачес1сии процессом приготовления суспензии является следующий.

КМпОд и VgO в необходимом количестве растворяют в дистиллированной воде, подкисленной соляной . Эти вещества с соляной кислотой при данных концентрациях не реагируют. Ввод серной или азотной кислоты во избежание прохождения реакции мвукцу перманганатрм калия и указанной кислотой рекомендуется производить непосредственно в дуспензию. Вода с растворенными в йей окислителями добавляется в гидролизер в процессе приготовления суспензии. После Ш1топки июдельнозрр состава оболочки, заформованные в наполнителе, прокаливаются.

Состав предлагаемой суспензии позволяет снизить температуру прокалки кер амических оболочек с 950-1000 С до 750-800 С, а время прокалки с б8 ч до 2-2,5.

Проведенные исследования показывают, что при использовании известной суспензии D на поверхности образуют-i ся локальные вмятины глубиной 0,10,3 мм, а при использовании предлага, емой суспензии поверхность отливки чистая (без вмятин). Образование вмятин связано с тем, что бертолетова соль (HCfO) вводимая в состав суспензии, при прокалке разлагается(кислород расходуется на сжигание модельного состава, а соль - KCf остается а 1юрах Оболочки). При резком разогреве оболочки во время заливки расплава начинается кипение KCf (температура плавления - , температура кипения - ), Выделяюошйся хлор способствует образованию вмятин на поверхности. К тому же хлор, насыщая расплав, частично снижает свойства металла.

2&

в тагбл. 1-3 приведены свойства суспензий и результаты исследований применительно к отливкам из стали Х18Н9Т, полученным в формах, изготовленных из предлагаемых суспензий.

25

Из табл. 3 следует, что процесс обезуглероживания существенен применительЕЮ, в основном, к углеродистым сталям с повышенным содержанием углерода, при этсж отливки получают повышенной чистоты с высокой ударной вязкостью.

Таблица 1

Огнеупорный

наполнительмаршалит

Этилсиликат Спирт

Неорганические кислоты

Вода Криолит

Бертолетова

сольМарганцевокислый калий

Пятиокись вана

1,5

1

4,5

0,3

0,01 0,05 0,1

0,2 0,4 0,01 0,015 0,003 0,005 пользуемых при получении отливок из легированных сплавов, включающая огне упорный наполнитель, этилсиликат, спирт, воду, неорганическую кислоту, криолит, окислитель в виде кислородсодержащего вещества, отличающаяся тем, что, с целью повышения чистоты поверхности и ударной вяз кости отливок из нержавеющих сталей, суспензия в качестве кислородсодержащих веществ содержит марганцевокислый калий и пятиокись ванадия при следующем соотношений ингредиентов, вес.%: Этилсиликат 11,0-13,0 Спирт14,0-16,0

Т а б л и ц а 2

Таблица Марганцевокислый калий0,01-0,2 Пятиокись ванадия 0,001-0,01 Онеупорный наполнитель Остальное Источники информации, инятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 512852, кл, В 22 С 1/00, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР 111562, кл, В 22 С 1/00, 1964. 3.Авторское свидетельство СССР заявке № 2679263,кл. В 22 С 1/02, 78.