Суспензия для изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям и способ ее получения

 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовления форм по выплавляемым моделям. В процессе приготовлении суспензии перемешивают 15,0-21,0 мас. % продукта частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0 мас. %, 0,7-1,0 мас. % минеральной кислоты и огнеупорный наполнитель. Перед введением огнеупорного наполнителя вводят 8,0-11,0 мас. % воды, взятой в соотношении к продукту частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0 мас. %, 1: (2-2,1), что способствует снижению газотворности форм. 2 с. п. ф-лы, 6 табл.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению керамических форм в производстве литья по выплавляемым моделям.

Известна суспензия, приготовленная совмещенным способом гидролиза, которая содержит кремнийорганическое связующее (этилсиликат, вода, спирт минеральная кислота) и огнеупорный наполнитель (кварц, шамот, электрокорунд и др. ), например, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Этилсиликат - 10-15 Вода - 0,8-1,13 Спирт - 17,0-22,0 Минеральная кислота - 0,4-0,5 Огнеупорный наполнитель - Остальное (Литье по выплавляемым моделям. Под редакцией Шклейник Я. И. и Озеров В. А. , Машиностроитель, М. 1971 г. , с. 227-231).

Известен и способ получения суспензии, при котором введение компонентов производят при непрерывном перемешивании и в определенной последовательности: этилсиликат, растворитель, огнеупорный материал - 0,7-0,8% от общего количества, вода, подкисленная кислотой, и огнеупорный материал - оставшаяся часть. (РТМ З-372-73, стр. 58. п. 6.4.4. ).

Однако суспензия известного состава и изготовленная по известному способу обладает нестабильностью технологических свойств, что приводит к низкой живучести ее, потере седиментационной устойчивости. Покрытие на основе данной суспензии склонно к трещинообразованию, что ведет к ухудшению качества отливок.

Наиболее близкой по составу к предлагаемой суспензии, по технической сущности и достигаемому результату является суспензия, включающая в качестве кремнийорганического связующего продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0%, минеральную кислоту, огнеупорный наполнитель при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: Продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0% - 28,0-40,0 Минеральная кислота - 0,45-0,65 Огнеупорный наполнитель - Остальное
Способ получения суспензии данного состава включает последовательное введение кремнийорганического связующего, в качестве которого используют продукт частичной переэтерификации олигоэтоксилоксанов полиэтиленгликолями, минеральной кислоты, перемешивание жидких составляющих в течение 1-2 мин с последующим введением огнеупорного наполнителя при перемешивании (патент РФ 2082537, кл. В 22 С 1/18, 1977 г. , прототип)
Использование суспензии известного состава, полученной по указанному способу, обеспечивает седиментационную устойчивость суспензии и трещиноустойчивость покрытий в процессе сушки.

Однако в процессе использования данного состава суспензии в условиях массового производства литья по выплавляемым моделям наблюдается быстрое нарастание ее вязкости, связанное с высокой скоростью испарения летучих органических составляющих суспензии, что приводит к увеличению толщины слоя покрытия, следствием чего является повышение газотворной способности керамических форм. При дальнейшем процессе прокалки и заливке металлом форм снижается качество отливок за счет повышения брака по непрокалу и газовым дефектам.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение качества отливок, а именно снижение брака отливок по непрокалу и газовым дефектам за счет уменьшения газотворной способности керамических форм.

Для решения указанной задачи суспензия, включающая в качестве кремнийорганического связующего продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1-0-2,0 мас. %, минеральную кислоту, огнеупорный наполнитель, дополнительно содержит воду при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
Продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0 мас. % - 15,0-21,0
Минеральная кислота - 0,7-1,0
Вода - 8,0-11,0
Огнеупорный наполнитель - Остальное
В способе получения суспензии, включающем смешение продукта частичной переэтерификации олигооэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями, минеральной кислоты, перемешивание жидких составляющих в течение 1-2 мин и введение огнеупорного наполнителя с последующим перемешиванием, перед введением огнеупорного наполнителя дополнительно вводят воду при соотношении к кремнийорганическому связующему 1: (2-2,1) и производят дополнительно перемешивание жидких составляющих в течение 7-10 мин.

Кремнийорганическое связующее, в качестве которого используют продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0 мас. %, выпускается централизованно, под промышленным названием "Реагент ВТОКС марки А(Силан-101)" по ТУ 6-02-1-045-94.

Введение воды в количестве 8,0-11,0 мас. % в подкисленный раствор продукта частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1-0-2,0 мас. % способствует более полному диспергированию его и увеличению скорости гидролиза и поликонденсации полиэтоксисилоксанов, содержащихся в продукте, а в дальнейшем к равномерному распределению продуктов гидролиза и поликонденсации на поверхности зерен огнеупорного наполнителя, а также к уменьшению содержания органических групп (-C₂H₅-) в суспензии. В результате чего не происходит быстрого нарастания вязкости суспензии, повышается ее живучесть и при нанесении слоя суспензии на модельные блоки формируемые слои оболочки имеют минимальную толщину, что дает в процессе прокаливания и заливке форм наименьшую газотворность. В конечном итоге это приводит к уменьшению брака отливок по непрокалу и газовым дефектам.

Использование воды в суспензии менее 8% по массе экономически нецелесообразно.

Повышение содержания воды в суспензии более 11% по массе не дает положительного эффекта по повышению качества отливок вследствие ухудшения качества поверхности отливок за счет снижения смачиваемости моделей суспензией.

Использование продукта частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями в суспензии менее 15,0% по массе нецелесообразно, т. к. ведет к снижению прочности керамических форм, а повышение более 21,0% не дает положительного эффекта по снижению брака отливок по газовым дефектам и непрокалу. Следовательно, оптимальное содержание продукта частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями в предлагаемой суспензии должно быть 15,0-21,0% по массе.

Уменьшение содержания минеральной кислоты менее 0,7% по массе приводит к снижению живучести суспензии за счет нарушения коагуляционных процессов. Увеличение содержания минеральной кислоты более 1,0% по массе нецелесообразно, т. к. снижается живучесть суспензии и повышается склонность покрытий к трещинообразованию. Оптимальное содержание минеральной кислоты в суспензии 0,7-1,0 мас. %. В качестве минеральной кислоты используют соляную, серную и др. В качестве огнеупорного наполнителя используют пылевидный кварц, электрокорунд, шамот и другие.

Введение воды в состав предлагаемой суспензии сразу в кремнийорганическое связующее нецелесообразно, так как приводит к выделению белого осадка двуокиси кремния из раствора, что снижает связующие свойства его и приводит к снижению прочности форм. Введение минеральной кислоты в кремнийорганическое связующее и перемешивание в течение 1-2 мин приводит к увеличению активных центров на поверхности частиц полиэтоксисилоксанов для дальнейшего прохождения процессов гидролиза и поликонденсации с водой, поэтому количество вводимой воды определяется соотношением 1: (2,0-2,1) к продукту частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями. Введение воды после огнеупорного наполнителя не дает положительного эффекта, так как не происходит полного диспергирования связующего и воды и равномерного распределения их на поверхности зерен наполнителя. Оптимальное время перемешивания жидких составляющих 7-10 мин. Перемешивание полученной смеси менее 7 мин неэффективно, а более 10 мин нецелесообразно.

Пример. Предлагаемые составы суспензий готовили согласно предлагаемому способу в установке модели 661. Общее время перемешивания составляющих 60 мин.

В качестве кремнийорганического связующего использовали продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0%. "Реагент ВТОКС Марки А (Силан-101)"
В бак установки заливали кремнийорганическое связующее, минеральную кислоту, перемешивали 1-2 мин, затем вводили воду и перемешивали жидкие составляющие в течение 7-10 мин.

Затем вводили огнеупорный наполнитель и снова перемешивали. Вязкость суспензии для первого слоя покрытия составила 50-60 с, для последующих 30-35 с. Керамические формы готовили путем нанесения слоев покрытий на модельный блок. Каждый слой покрытия сушили на воздухе при режимах:
Температура воздуха, С - 24-27
Оптимальная влажность воздуха, % - 40-60
Время сушки, ч. - 2
Керамические формы прокаливали с опорным наполнителем в течение 8 ч при температуре 900-950^oС. Заливку производили сталью марки 50Л.

В качестве минеральной кислоты использовали азотную или соляную кислоту.

Отливки визуальным осмотром контролировали на качество поверхности. Прочность форм определяли при статическом изгибе по общеизвестной методике (НИИТавтопром, РТМ37.003-00003-70).

Склонность к растрескиванию при сушке оценивали в баллах по методике РТМ37.002. Для сравнения параллельно изготавливали формы по известным составам суспензий и способам их приготовления (прототип и аналог).

Составы суспензий, технологические и физико-механические свойства керамических форм представлены в табл. 1 - 6.

В качестве огнеупорного наполнителя использовали пылевидный кварц (табл. 1,2) или микропорошки электрокорунда (табл. 3,4) или пылевидный шамот (табл. 5,6).

Как следует из таблиц, оптимальными вариантами составов и способов получения предлагаемой суспензии являются варианты 1,2,3.

Предлагаемая суспензия и способ ее получения по сравнению с известными позволяет получить керамические формы достаточной прочности, повысить качество отливок за счет снижения брака отливок по непрокалу и газовым дефектам в 1,5-2,0 раза. Кроме этого, снижается расход кремнийорганического связующего на 30%, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда на производстве за счет снижения выделения паров органических составляющих из суспензии.

Формула изобретения

1. Суспензия для изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям, включающая продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0 мас. %, минеральную кислоту и огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит воду при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0 мас. % - 15,0-21,0
Минеральная кислота - 0,7-1,0
Вода - 8,0-11,0
Огнеупорный наполнитель - Остальное
2. Способ получения суспензии, включающий перемешивание продукта частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0 мас. % и минеральной кислоты в течение 1-2 мин, введение огнеупорного наполнителя и последующее перемешивание компонентов, отличающийся тем, что перед введением огнеупорного наполнителя дополнительно вводят воду при соотношении к продукту частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0 мас. % 1: (2-2,1) и производят их перемешивание в течение 7-10 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3