Суспензия для изготовления литейных керамических форм,получаемых по выплавляемым моделям Советский патент 1981 года по МПК B22C1/16 

Изобретение относится к литейному производ ству, в частности к получению форм в производстве яитья по выплавляемым моделям. Известна суспензия для изготовления литейных форм, содержащая этилсиликат, органический растворитель, водный раствор соляной и серной кислот н огнеупорный наполнитель 1. Недостатком такой суспензии является сложность техпроцесса и большая трудоемкость изготовления таких форм. Кроме того, зтилсиликат дефицитен и дорог. Для замены зтилсиликата используют различные связующие, в том числе коллоидный крем незем 2. Однако несмотря на то, что гидрозоли поставляются литейным цехам как готовые связующие, они все же нуждаются при изготовлении суспензии в специальной обработке. Так, для первого слоя оболочковой формь их обрабатывают смачивающим ацетоном, так как гидрозоль не смачивает поверхность моделей. Если при перемешивании раствора коллоидного кремнезема со смачивателями появляется пена, то применяют пеногасители. Кроме того, эти связующие не отверждаются газообразным аммиаком и имеют низкую стойкость. Не разработана технология их использования в автоматических установках, потому что оболочка имеет большой цикл сушки, равная 4-5 ч. Оболочка, сформированная из такой суспензии, имеет невысокую прочность. Для устранения указанного недостатка к кислому кремнезолю добавляют различные добавки. Известна суспензия на комбинированном связующем (коллоидный кремнезем и этилсиликат) 31. Хотя суспензия на таком связующем и поз воляет получать оболочку с высокой механической прочностью, однако не устраняются присущие суспеизиям этого класса недостатки. Ее неудовлетворительные технологические параметры вызывают ужимины, пробой оболочки и другие дефекты, свойственные и труднопреодолимые в литье по выплавляемым моделям. Наиболее близкой по техническому существу и достигаемому результату к предлагаемой 3 является суспензия, включающая этилсиликат, органический растворитель (ацетон), подкисленную соляной и серной кислотой воду, тяжелый первичный спирт фракции Cj7-Cig и огнеупорный пылевидный наполнитель при заданном соотношении ингредиентов 4. Недостатком этой суспензии является невысокая прочность формы при высокой температуре, а также после ее прокаливания. Для ее затвердевания требуются строго контролируемые по влажности и температуре условия воздушной или воздушно-аммиачной среды, тр буется длительная сушка. Суспензия содержит много дорогого и дефицитного этилсиликата. Чтобы уменьшить расход суспензии и таким образом сэкономить этилсиликат, на два первых облицовочных слоя наносят последующие слои на жидкостекольном связующем. Но все это не обеспечивает высокого качества- отливок из-за ужимин, вмятин, зазоров и т.д. Цель изобретения - сокращение времени сушки и повышение прочности керамических форм после прокалки. Эта цель достигается тем, что, суспензия, включающая огнеупорный наполнитель, этилси кат, органический растворитель, подкисленную соляной и серной кислотами воду, дополнительно содержит продукт нейтрализации жидкого стекла минеральной кислотой с выделением кремниевой кислоты ацетоном, содержащей 11-12% ЗЮз, и уксусную кислоту, а в качестве органического растворителя - гид лизный спирт при следующем соотношении ингредиентов, в масс.%: Этилсиликат10,0-11,5 Спирт гидролизный4,5-5,5 Вода. 2,5-3,0 Соляная кислота0,1-0,15 Серная кислота0,2-0,4 Уксусная кислота0,1-0,35 Продукт нейтрализации жидкого стекла9,5-10,5 Огнеупорный наполнительОстальноеВходящий в суспензию продукт нейтрализации жидкого стекла минеральной кислоты с вьщелением кремниевой кислоты ацетоном (связующее АРК-1) повышает механические свойства формы при 900° С и после прокаливания. Гель, выпадающий при затвердевании суспензии из связующего АРК-1, имеет мелко дисперсную структуру и формулу двуокиси кремния SiOj. Плотная коагуляционная стру тура кремнезема спекается при термической обработке фбрмы, повышая ее механически свойства. Содержание связующего АРК-1 в суспензии (9,,5 масс.%) определено расчетным путем исходя из того, что максимальная прочность суспензии после ее отверждения достигается при содержании кремнезема в связующем 16-18%. Это является основой для снижения содержания в суспензии этилсиликата (10,011,5 масс.7о). Указанная кислота, обратимо реагируя с гидролизным спиртом, образует этилацетат и воду, которые в совокупности являются хорошим растворителем этилсиликата. При комбинированном способе изготовления форм с использованием жидкого стекла, уксусная кислота обуславливает мелкодисперсность выделяемого геля кремниевой кислоты и его высокую химическую чистоту, образуя с окислами металлов, входящими в состав жидкого стекла, легкорастворимые соли. Эти соли при выплавлении моделей полностью вымываются. Количественный диапазон уксусной кислоты в суспензии установлен на основе математической модели, характеризующей ее влияние на свойства суспензии, так и формы, что подтверждено экспериментальной проверкой. Гидролизный спирт, выполняющий функции растворителя, менее летуч, чем ацетон и поэтому уменьщает обсыхаемость суспензии, что обеспечивает затвердевающему слою формы равномерную толщину и прочность. Кроме того, он нетоксичен и менее пожаро- и взрывоопасен. Учитывая колебания Si02 в исходном этилсиликате 32 и граничные значения его содержания, установлен количественный диапазон концентрации гидролизного спирта в суспензии (4,5-5,5 масс.%). При затвердевании связующего АРК-1 набтодается только явление переноса и испарения растворителя. Высокая летучесть растворителяацетона, отсутствие длительного процесса поликонденсации и оптимальное количество воды в суспензии ускоряют процесс ее затвердевания и сокращают цикл сушки форм на оздухе с 3-5. ч. Для известной формы до 1,52,5 ч для форм, изготовленных из предлагаемой суспензии. Приготовление суспензии осуществляют в механической мешалке с числом оборотов 1400-2800 в мин. В бак мешалки наливают воду, подкисляют ее соляной и уксусной кислотами, добавляют гидролизный спирт и вводят этилсиликат 32, перемешивают в течение 30-40 мин, получая гидролизованный раствор этилсиликата. Перед его использованием для изготовления огнеупорной суспензии вводят связующее АРК-1, пылевидный огнеупорный наполнитель и серную кислоту. Полученную суспензию перемешивают в течение 20-30 мин и применяют для изготовления форм, нанося ее на модельные блоки путем 5 их окунания в суспензию и обсыпки наполнителем. Пример приготовления суспензии состава. В смесителе емкостью 60 л смешивают, подкисленную воду (воды 6 п., соляной кнс лоты 200 мл, уксусной кислоты 500 мл) с 10 л. гидролизного спирта и 20 л зтилсиликата 32. После перемешивания в течение 30 мин. получают связуюшее - гидролизованный раст вор зтилсиликат 32. Полученнь й раствор переливают в смеситель емкостью в 200 л., вводят в него 18 л. связующего АРК-1, 121 кг пылевидного огнеупорного наполнителя и 300 мл серной кислоты. Суспензию перемеш1тают в течение 30 мин. Вязкость суспензии по ВЗ-4 находится в пределах 35-50 с. Это оптимальная величина. Суспензию можно использовать сразу после ее приготовления. Газопроницаемость оболочки, полученной после отвердения суспензии, равна 0,107- 0,112 ед. (у известной суспензии - 0,120ед Изменение состава суспензии приводит к более плотной упаковке зерен цилиндрического кварца и незначительному снижению газопроницаемости. Достаточная газопроницаемость формы позволяет получать отливки без газовых раковин. Живучесть суспензии составляет 2-4 сут. Это на 20-50% выше, чем у известной суспензии. Испытания показывают, что осаждение пылевидного кварца в ацетоновом растворителе происходит быстрее, чем в этиловом спирте. Кроме того, уменьшение расхода зтилсиликата также повышает -живучесть суспензии. Луч шие известные суспензии по живучести имеют ее величину 3-7 сут. Прочность оболочки на изгиб после удаления моделей в воде несколько ниже, чем у оболочки изготовленной из известной суспен зии и составляет 18-24 кгс/см. Но после 2-4 ч. выдержки оболочки на воздухе, а затем подсушки ее, что являе1ся крайне необходимой технологической операцией для предотврашения растрескивания оболочки при . ее прокаливании, прочность увеличивается до 30-40 кгс/см. После выплавки Хюдели в модельном составе, прочность оболочки не снижается и, как и у известной составляет 25-30 кгс/см. Сущность изобретения поясняется составами и свойствами смесей, которые соответственно приведены в таблицах 1, 2 и 3. Из таблицы 2 видно, что образцы, изготовленные из предлагаемой суспензии обеспечивают достаточные мехагапеские свойства непрокаленной оболочке, а приТ 900°С и после прокалки ее механические на SO- 70% .выше. Из табтщл 3 , что онтимальное соотношение ингредиентов в суспензии позволяет сократить время ее отвержде иия и сущ&ггвенио упростить технологию гоготовлеиия форм. Их сушка прсжзводятсж в потоке воздуха со сксфостью 0,1-10 м/с при его влажности от О др 35% и 20-27 С (для моделей ПС-50-50). Широкие щшпазовы изменения параметров среды, в которой Ефоизводят сушку форм, обеспефюают фостоту и универсальность техпроцесса, повышая его производительность. Предлагаемая суспеизия усксфяет сушку форм в 4-5 раз, становится возможяшл обработка газообразным аммиаком и хоршпее смачивание вскковых моделей (нет игобходимости вводить в № состав ПАВ). Себестоимость 1 кг суспензш на 10-20% ниже известной за счет снижения расхода этилсшгаката и необходимых ингредиентов для его гидролиза. 1

Предел прочности при изгибе, кгс/см

Непрокаленные, Нагретые до 900°С, Прокаленные и охлажденные

Предел прочности на .разрыв,

кгс/см :

30 30 17,0

80,0

40

17,0

Характеристика отливок и условия Оболочка формы, изготовленная отверждения слояиз составов суспензий № 1, № 2,

N 3, NO 4 (по табл. 1) состоит из 4-х слоев, однородная

Класс точности отливок Чцртота поверхности отливок Время отверждения, час. Температура, °С Влазкность среды, % Скорость воздушного потока, м/с

Формула изобретения

Суспензия для изготовления литейных керамических форм, получаемых по вьшлавляемым моделям, включающая огнеупорный наполнитель, зтилсиликат, органический растворитель, подкисленную соляной ,и серной кислотами воду, отличающаяся тем, что, с целью сокращения времени сушки и повышения прочности керамической формы 1юсле прокалки, суспензия дополнительно содержит ггродукт нейтрализации жидТаблица 3

Оболочка формы, изготовленная 1 и 2 слой из составов суспензий N 1, N 2, NO 3, N 4 (по табл. 1) а 3 и 4 слои состоят из жидкостекольной смеси

7-9

1-3

3-5 20-27 40-60

0,1-1,0

кого стекла минеральной кислотой с выделением кремниевой кислоты ацетоном, содержащей 11-12% SiOj, и уксусную кислоту, а в качестве органического растворителя гидролизный спирт при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Этилсиликат10,0-11,5

Гидролизный спирт4,5-5,5

Вода2,5-3,0

Соляная кислота0,1-0,15

Серная кислота . 0,2-0,4

Уксусная кислота0,1 0,35 9863141 Продукт нейтра:изации жидкого стекла 9,5-10,5 Огнеупорный наполкитель Остальноеs Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Литье по выплавляемым моделям. Под ред. Шкленника Я. И. и Озерова В. А. (инженер10. ная монография), М., Машиностроение, 1971, с. 219. 2. Литейное производство, 1978, № 5, с. 28. 3. Авторское свидетельство СССР № 616039, кл. В 22 С 1/16, 1977. . 4. Авторское свидетельство СССР N 353784, кл. В 22 С 9/04, 1971.