Смесь для изготовления форм и стержней и способ ее приготовления

 

1. Смесь для изготовления форм и стержней, используекых преимущественно для получения отливок из химически активных сплавов, включанвдая огнеупорный наполнитель в виде магнезита, водный раствор полифосфата натрия плотностью 1,15 1 ,35 г/см и борную кислоту, о тличаюцаяся тем, что, с целью сокращения сроков ее схватывания и повышения качества отливок, смесь дополнительно содержит глиноземистый цемент, а борнс1я кислота и водный раствор полифосфата натрия имеет массовое соотног-юние 1:50-120 при следующем соотношении ингредиентов , мае.%; Водный раствор полифосфата Катрия плотностью 1,15-1,35 г/см 11,9-20,0 Борная кислота 0,1-0,4 Глиноземистый цемент1 ,5-2,8 Огнеупорный наполнитель в виде магнезита . Остальное 2. Способ приготовления смеси (Л для изготовления форм и стержней, используемый преимущественно для получения отливок из химически активных сплавов, включающий введение в огнеупорный наполнитель в виде магнезита борной кислоты и водного раствора полифосфата натрия плотностью 1,15-1,35 г/см и перемешивание , отличающийся ел тем, что, с целью сокращения срока схватывания смеси и повышения качества отливок, борную кислоту пред-, варительно смешивают с водным раствором полифос ата натрия в массовом соотношении 1: 50-120.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ СИИ Х

РЕСПУБЛИК (1% (11) А

3(59 В 22 С 1 16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTKPbfTI44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3486418/22-02 (22) 24.08.82 (46) 30.11.83. Бюл. 9 44 (72) A.È.Спрыгин, .Л.Б.Хорошавин, A.Â.Òèõîìèðoâ, I0.A.Ôèëèí и Н.П.Иванов (71) Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной проьаяшленности (53) 621.742.4(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 523064, кл. С 04 В 15/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

И 551303, кл. С 04 В 29/02, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

9 583110, кл. С 04 В 29/02, 1976.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 806645, кл. С 04 В 29/02, 1979.

5. Авторское свидетельство СССР

Р 604845, кл. С 04 В 15/00, 1978. (54) СИЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРЕ

И СТЕРЖНЕЙ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ. (57) 1. Смесь для изготовления форм и стержней, используемых преимущественно для получения отливок из химически активных сплавов, включающая огнеупорный наполнитель в виде магнезита, водный раствор полифосфата натрия плотностью 1,15

1,35 г/см и борную кислоту, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью сокращения сроков ее схватывания и повышения качества отливок, смесь дополнительно содержит глиноземистый цемент, а борная кислота и водный раствор полифосфата натрия имеет массовое соотношение 1:50-120 при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ъ(Водный раствор полифосфата натрия плотностью 1,15- 1,35 г jcM 11,9-20,0

Борная кислота 0,1-0,4

Глиноземистый цемент 1,5-2,8

Огнеупорный наполнитель в виде магнезита Остальное

2. Способ приготовления смеси для изготовления форм и стержней, используемый преимущественно для получения отливок из химически активных сплавов, включающий введение в огнеупорный наполнитель в виде магнезита борной кислоты и водного раствора полифосфата натрия плотностью 1,15-1,35 г/см и пере9 мешивание, отличающийся тем, что, с целью сокращения срока схватывания смеси и повышения качества отливок, борную кислоту предварительно смешивают с водным раствором полифос ата натрия в массовом соотношении 1 :50-120.

1057162

1-10

1-25

Известный способ приготовления смеси предусматривает раздельное введение борной кислоты и водного раствора полифосфата натрия в огнеупорный наполнитель.

При недостаточной равномерности раСпределения борной порошкообраэ- 60 ной кислоты в огнеупорной массе ее контакт с раэливаемым металлом приводит к появлению газовых раковин, снижая тем самым качество металла.

Помимо этого, полифосфат натрия при 65

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам формовочных смесей для изготовления литейных форм при литье химически активных металлов: Ti, A1, Mg, V, Zr и сплавов на их составе. 5

Известна огнеупорная масса, включающая огнеупорный наполнитель, полифосфат натрия и воду (1) .

Недостатком указанной огнеупорной массы является то, что при повышенном содержании оксида кальция в огнеупорном наполнителе, например обожженном магнезите марки ПММ-1 (СаО до 6%); огнеупорная масса зачастую становится непригодной уже 15 в момент приготовления из-за быстрого образования кальций-фосфатного соединения-рененита в гидратной форме NaCaP04 пН О (гель)

Известны также огнеупорные массы на основе огнеупорного наполнителя, полифосфата натрия в виде водного раствора и отвердителей на основе силикатов кальция. Массы рассчитаны на применение огнеупорных наполнителей с малым содержанием оксида кальция (до 3% ) (2), (3) и (4) .

Недостатком данных масс является наличие в отвердителях диоксида кремния, который при контакте с химически активными металлами, особенно в условиях вакуума, восстанавливается до металлического и, загрязняя основной металл, ухудшает их физикохимические свойства. Последнее приводит к резкому снижению рабочего ресурса отливок.

Наиболее близкой к предлагаемой является смесь (5) для изготовления форм и стержней при литье химически активных сплавов, содержащая, 40 мас.В:

Полифосфат натрия

Вода

Борсодержащая добавка (борная

45 кислота) 0,5-2,0

Окись алюминия 1-17

Огнеупорный наполнитель (например магнезит) Остальное

Полифосфат натрия предварительно растворяют в воде и вводят в смесь в виде полученного водного раствора, .Цель изобретения -- сокращение сроков ее схватывания и повышение качества отливок.

Поставленная цель достигается тем, что смесь для изготовления форм и стержней, используемых преимущественно для получения отливок из химически активных сплавов, включающая огнеупорный наполнитель в виде магнезита, водный раствор полифосфата натрия плотностью 1,151,35 г/см и борную кислоту, дополнительно содержит глиноземистый цемент, а борная кислота и водный раствор полифосфата натрия имеют массовое соотношение 1:50-120 при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ъ:

Водный раствор полифосфата натрия плотностью

1,15-1,35 г/см

Борная кислота

Глиноэемистый цемент

Огнеупорный наполнитель в виде магнезита Остальное

11,9-20,0

0,1-0,4

1,5-2,8

Согласно способу приготовления смеси для изготовления форм и стержней, используемого преимущественно для полу юения отливок из химически активных сплавов, включающем введение и огнеупорный наполнитель в виде магнезита борной кислоты и водного раствора полифосфата натрия. плотностью 1,15-1,35 г/см и перемешивание, борную кислоту предварительно смешивают с водным раствором полизаливке металла не связан с более термодинамически устойчивыми оксидами (МНО, СаО, А1 0 ), что также сказывается на качестве отливок эа счет восстановления оксидов натрия и фосфора химически активными расплавленными металлами.

В связи с медленным растворением борной кислоты при введении ее непосредственно в массу и использовании огнеупорного заполнителя с высоким содержанием оксида кальция в виде крупных зерен доломита, либо свободнои извести, изготовленные литейные формы могут иметь отдельные дефекты в виде трещин и сколов иэ-эа быстрого химического взаимодействия оксида кальция с водным раствором полифосфата натрия.

Кроме того, введение борсодержащей добавки замедляет не только начало схватывания в случае применения огнеупорного наполнителя с низким содержанием оксида кальция, но и конец схватывания. Поэтому литейные формы необходимо сушить совместно с модельной оснасткой, что удлиняет технологический цикл изготовления литейных форм.

1057162 фосфата натрия в массовом соотношении 1:50-120.

Сущность изобретения заключается в обеспечении самотвердения формо вочной смеси с образованием химических соединений, легко теряющих летучие составляющие при низких температурах прокалки и имеющих повышенную инертность к химически активным металлам и их сплавам, например алюминию и титану. При этом достигается повышение технологичности массы эа счет сокращения сроков эатвердевания с 2-3 сут до 6-8 ч, применения вибруруемых и .литых составов смесей вместо существующих в настоящее время набивных снижение температуры термообработки с 9501050 С до 550 С. Применение в качестве вяжущего единой композиции водного раствора полифосфата натрия с борной кислотой позволяет обеспечить необходимую живучесть формовочной смеси даже при высоком содержании СаО в наполнителе эа счет образования на поверхности зерен

СаО тонких пленок боратов кальция, снижающих: химическую активность оксида кальция. Совместное использование в качестве вяжущего водного раствора полифосфата натрия с борной кислотой позволяет равномерно распределить последнюю в формовочной смеси. В то же время, самотвердение формовочной смеси обеспечивается путем постепенного химического взаимодействия алюминатов кальция, содержащихся в глиноэемистом цементе, с полифосфатом натрия и образованием двух гелей

БаСаР04 пН О и Al(OH) . При обжиге в интервале температур 500800 С алюмогель, реагируя с MgO, образует шпинель М8А1 04, à БаСаРО,х х пН О переходит в рененит ИаСаР04 .

Оба соединения обладают повышенной инертностью к химически активным металлам и их сплавам.

Пределы содержания борной кислоты (0,1-0,4%) в вяжущем выбраны, исходя из необходимого времени пригодности массы к использованию (живучести) после ее приготовления, и времени ее растворения в водном растворе полифосфата натрия.

Пределы содержания глиноземистого цемента выбраны, исходя из оптимальных сроков живучести и сроков схватывания смеси и обеспечения необходимого количества высокостойких химических соединений: рененита и 1апинели, а также обеспечения равномерности распределения цемента по объему смеси в приемпемых пределах.

Нижний предел содержания вяжущего выбран,.исходя иэ возможности получения вибрируемай смеси, верхний литой смеси, что позволяет механизировать изготовление литейных форм, а также, исходя из получения требуемого количества образующегося химически стойкого соединения — рененита.

Пример 1. В водный раствор полифосфата натрия пл. 1,15 г/см

3 массой 120 кг (12%} вводят 1,0 кг

10 (0,1Ъ) порошка борной кислоты и перемешивают 3-5 мин.

В бетоносмеситель загружают

864 кг (86,4Ъ) магнезитового порошка марки МЛФ и 15 кг (1,5%) глино 5 земистого цемента и перемешивают

3-5 мин, после чего заливают вяжущее.

Смесь дополнительно перемешивают

5-12 мин, после чего она готова к употреблению.

Пример 2. Электроплавленный периклаз фракций до 3,0 мм массой 828 кг (82,8Ъ) и глиноземистый цемент массой 20 кг (2Ъ) загружают в бетоносмеситель и перемешивают

3-5 мин.

Одновременно в раствор полифосфата натрия пл. 1,25 г/см7, массой

150 кг (15Ъ) вводят 2 кг (0,2Ъ) борной ксилоты,и перемешивают 3-5 мин, после чего вяжущее загружают в бетоносиеситель и смесь перемешивают 5-12 мин. Масса готова к употреблению.

Пример 3. В растворомешалку загружают 768 кг (76,8Ъ) магнезитового порошка марки ПМИ-1 и

28 кг (2,9Ъ) глиноземистого цемента и перемешивают 3-5 мин. В раствор полифосфата натрия пл. 1,35 г/см

40 и массой 200 кг (20%) вводят 4 кг (0,4Ъ) борной кислоты и перемешива- ют 3-5 мин. Готовое вяжущее заливают в растворомешалку и перемешивают

5-12 мин. Литая масса готова к упот4$ .реблению.

Предлагаемая формовочная смесь . показывает высокую инертность к расплавленному алюминию и титаносодержащим сплавам. Определение инертности смеси к алюминию производят тигельным методом путем определения степени взаимодействия металла с поверхностью тигля, выполненной иэ предлагаемой смеси. Тигель после формования обжигают при 800ОС, после чего в тигель з агружают н аве ску алюминия в виде цилиндра диаметром

30 мм и высотой 30 мм. Тигель в зао крытом состоянии нагревают до 900 С

6О в шахтной силитовой печи и выдерживают 8 ч. Затем тигель распиливают и определяют степень взаимодействия алюминия с его поверхностью. Помимо этого проводят рентгенофазовый ана65 лиз вещества с поверхности тигеля.

1057162

Та блица 1

Ингредиенты

2 3 по прототипу базовый вариант

Магнезитовый порошок марки МЛф

77,2 69,5 77,0 ° 90,0 91,0 92,0

86,5 83,0

Водный раствор полифосфата натрия, модифицированный борной кислотой:

20

12 водный раствор полифосфата натрия

14,8 19,6 3 0 5,0

0,2 0,4 0,5 2,0

11,9

0,1 борная кислота

Глиноземистый цемент

2,8 10,0 1,50

2,0

1,5

Вода

Жидкое стекло плотностью

1,35 г/см

10,0 9,0 8,0

Диоксид алюминия (глинозем) 17,0 1. 0 ф

Кусковой полифосфат

Взаимодействие практически не обнару- жено.

Определение инертности смеси к титансодержащим сплавам проводят по показателям величины поверхностного слоя отливки с повышенной твердостью и максимальной и минимальной твердости по Виккерсу на приборе

ПМТ-3 у опытных отливок после их взаимодействия в вакууме при 17001750 С с литейными стержнями. Стерж- 10 ни готовят иэ предлагаемой смеси, массы-прототипа и базовой, .применяемой на производстве в настоящее время е

Данные по составам смесей при- 15 ведены в табл. 1, Результаты испытаний смесей 1-8 приведены в табл. 2.

Снижение величины слоя повышенной твердости с 0,38-0,40 мм (смесь по прототипу) и с 0,8-0,85 мм (базовая смесь) до 0,10-0,11 мм (предлагаемая смесь) и твердости отливок по.максимальному значению вдвое свидетельствует о практическом отсутст- 25 вии взаимодействия металла с материалом стержней.

Одновременно определяют живучесть смесей путем определения их пригодности для изготовления форм, и время эатвердевания, позволяющее освобождать формы от модельной оснастки.

Данные по этим показателям показывают, что масса-прототип по срокам схватывания (48 ч) неприемлема для использования в качестве формовочной смеси, так как требует сушки форм в модельной оснастке, в то время как предлагаемая смесь имеет приемлемые сроки затвердевания. Кроме того, смесь позволяет готовить формы беэ дефектов, в то время как стержни из базовой смеси и смеси-прототипа имеют дефекты в виде трещин.

Использование предлагаемой формовочной смеси позволит улучшить качество отливок, увеличить их рабочий ресурс в 2-3 раза, обеспечить сокращеййе сроков схватывания по сравнению с массой-прототипом не менее, чем в 8 раэ, снизить время термообработки форм в 1,5-2, 0 раза, температуру термообработки с 9501050 С до 550 С и энергоэатраты на 300 кВтч/т литейных Форм.

1057162

Таблица 2.

Свойства

Показатели свойств для смесей

Живучесть смеси, ч

1-2

1-2

1-2. 24

Время затвердевания, с 6-8

6-8 +) 6-8

550

550 550

550

550 1000 1000 1000

Величина поверхностного слоя отливок с повышенной микротвердостью, мм

0,11

0,10

Твердость поверхностного слоя отливок (макс/миним), по Виккерсу

575/257 375/ 660/ 625/ 910/ 890/ 895/

240 260 245 286 252 265

360/245

Не затвердевали при выдержке 48 ч

Отверждались после продувки С0

Составитель С.Тепляков

Техред A.Áàáûíåö . Корректор О.Билак редактор A.Власенко

Заказ 9441/12 Тираж 813

BHHHGH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Температура прокаливания стержней,ВС . по прототипу базовый вариант

4 5 6 7 8

24 . 1 2 2 3 34

И, "1

0,11 0,38 0,40 0,80 0,85 0,85