Способ литья по выплавляемым моделям с использованием в качестве связующего жидкого стекла

Изобретение относится к литейному производству. При изготовлении многослойной керамической формы приготавливают суспензию путем смешивания жидкого стекла с водным раствором хлористого аммония и пылевидным кварцем. Суспензию послойно наносят на выплавляемые модели и осуществляют обсыпку каждого слоя огнеупорного покрытия кварцевым песком. В первый слой огнеупорного покрытия вводят масло для гидромеханических и гидрообъемных передач. Начиная со второго слоя, в огнеупорное покрытие вводят 0,01-0,03 мас.% экструзионного крахмалреагента. Каждый слой отверждают в растворе хлористого аммония. Затем выплавляют модели в горячей воде, формы прокаливают и заливают металлом. Введение экструзионного крахмалреагента в указанном количестве обеспечивает повышение прочности керамических форм как после выплавки моделей, так и после прокалки. 1 табл.

 

Известны способы литья по выплавляемым моделям в многослойные керамические формы с использованием в качестве связующего гидролизованного раствора этилсиликата или жидкого стекла. Способы включают следующие операции: приготовление жидкой огнеупорной суспензии, послойное нанесение ее на выплавляемые восковые модели, обсыпку каждого слоя кварцевым песком или другим огнеупорным наполнителем, сушку или химическое отверждение каждого слоя, выплавление моделей в горячей воде, прокалку форм, заливку их расплавленным металлом. Из-за незначительной толщины многослойных оболочек (чаще всего форма содержит 4-5 слоев толщиной 1-1,5 мм) формы имеют недостаточную прочность и существует опасность их разрушения при заливке металла.

Поэтому для предупреждения подобных явлений применяют различные способы упрочнения форм. Например, в жидкую суспензию добавляют электродный пек с борной кислотой [1, 2]; в качестве обсыпочного материала применяют дунитовый песок [3], гранулированный шлак различной зернистости [4]; каждый просушенный слой пропитывают эфиром кремниевой кислоты [5]; на высушенные слои, приготовленные с использованием этилсиликата, наносят слой из водного раствора жидкого стекла [6]; пропускают воздух через наполнитель [7] и т.д.

При использовании в качестве связующего жидкого стекла с целью упрочнения форм также применяют различные способы воздействия на суспензии и формы: обрабатывают жидкое стекло растворимыми солями алюминия [8], сушат каждый слой суспензии, нанесенной на модели, при интенсивном воздухообмене; пропитывают блоки моделей с нанесенным на него первым слоем суспензии в течение 10-15 минут водным раствором хлористого кальция и борной кислоты [9, 10].

Перечисленные способы дополнительной обработки вредны для суспензии на основе жидкого стекла, особенно присадки солей алюминия, соляной кислоты, электродного пека, контакта Петрова, так как имеют кислую реакцию и с щелочным раствором жидкого стекла несовместимы. Взаимодействие таких материалов с жидкостекольной суспензией приводит к расслоению последней, получение прочных и однородных оболочковых форм становится невозможным. Введение упрочняющих добавок в обсыпочный материал приводит к неравномерному распределению упрочнителей, в результате прочность огнеупорного покрытия нестабильна.

Из всех известных способов литья по выплавляемым моделям в многослойные керамические формы наиболее близок по технической сущности к предлагаемому способ [11], состоящий из следующих последовательных операций:

- предварительное приготовление огнеупорной суспензии путем смешивания жидкого стекла с водным раствором хлористого аммония и пылевидным кварцем;

- послойное нанесение суспензии на выплавляемые восковые модели, причем в суспензию для первого слоя дополнительно вводят 0,05-0,1 мас.% масла для гидромеханических и гидрообъемных передач;

- обсыпка каждого слоя огнеупорного покрытия кварцевым песком;

- отверждение каждого слоя путем выдержки блока в водном растворе хлористого аммония;

- удаление моделей из оболочек путем вытопки их в горячей воде;

- прокалка оболочек и заливка их расплавленным металлом.

Применение известного способа, выбранного в качестве прототипа, обеспечивает получение отливок с чистой, гладкой поверхностью, свободных от газовых, песчаных и других раковин подобного типа, благодаря чему значительно снижается трудоемкость очистки и обрубки литья. Вместе с тем, прочность оболочек после прокалки при температуре более 800 градусов Цельсия недостаточна, в результате имеет место полом и растрескивание оболочек во время заливки их металлом. Для устранения этого явления можно было бы снизить температуру прокалки оболочек на 30-50 градусов, но тогда появляются газовые раковины в отливках из-за неполной прокалки форм, кроме того, формы часто разупрочняются при транспортировке к месту заливки.

Целью настоящего изобретения является создание такого способа, при котором повышалась бы прочность оболочек не только после выплавления моделей, но и после их прокалки при температуре не ниже 800 градусов Цельсия, формы не растрескивались бы после заливки их металлом, не наносилось бы ущерба качеству отливок.

Эта цель достигается тем, что в суспензию для упрочняющих слоев огнеупорного покрытия (второго, третьего, четвертого и пятого) дополнительно вводят 0,01-0,03 массовых % экструзионного крахмалреагента (ЭКР).

Примеры конкретного выполнения

Для выбора оптимального количества ЭКР в лабораторных условиях готовили образцы выплавляемых моделей, представляющих собой пластинки длиной 110 мм, шириной 60 мм, толщиной 15 мм, на которых обозначены секции длиной 40 мм, шириной 20 мм, при помощи специальных выступов высотой 0,5 мм. Образцы по 4 штуки припаивали к цилиндрическому стояку диаметром 40 мм с литниковой воронкой и наносили испытуемые огнеупорные покрытия: лицевое (1-й слой) - в соответствии с прототипом, упрочняющие (последующие 2-й, 3-й, 4-й, 5-й слои) - в соответствии с предлагаемым техническим решением, то есть с добавкой 0,005-0,04 массовых процентов ЭКР. ЭКР вводили в суспензии, начиная со второго слоя, после введения пылевидного кварца, то есть в последнюю очередь. Параллельно готовили образцы с лицевым покрытием, соответствующим прототипу (с добавкой 0,05% масла для гидромеханических и гидрообъемных передач), в упрочняющие слои суспензии никаких добавок не вводили. Формы готовили следующим образом. На выплавляемые восковые модели наносили первый (лицевой) слой огнеупорной суспензии, содержащей 0,05 мас.% гидравлического масла «Р», сразу же обсыпали кварцевым песком со средним размером зерен 0,16 мм, отверждали в водном растворе хлористого аммония 18-процентной концентрации в течение 1 минуты, после выдержки первого слоя в течение 10 минут последовательно наносили еще 4 слоя упрочняющей суспензии без добавок, каждый слой обсыпали более крупным кварцевым песком со средним размером зерен 0,315 мм, отверждали каждый слой в 18-процентном водном растворе хлористого аммония, вытапливали, или выплавляли, модели в горячей воде, полученные формы прокаливали в печи при температуре 800 и 850 градусов Цельсия, охлаждали. Часть форм заливали металлом (углеродистой сталью марки Сталь 35Л). После охлаждения и очистки внешним осмотром оценивали качество поверхности отливок. Другую часть прокаленных образцов отделяли от литниковой системы, распиливали лобзиком на секции и определяли предел прочности при изгибе каждой секции на универсальной разрывной машине модели Р18. Определяли толщину оболочек при использовании добавки ЭКР и без добавки ЭКР. Параллельно готовили формы по изложенной выше технологии, но при этом на выплавляемые модели наносили первый слой огнеупорной суспензии с добавкой 0,05 масс.% гидравлического масла «Р», в упрочняющие слои огнеупорной суспензии вводили 0,005; 0,01; 0,02; 0,03; 0,04 масс.% экструзионного крахмалреагента по ТУ 18-8-14-80. При этом также половину образцов использовали для исследования прочности, а другую половину - для получения отливок и оценки их качества. Результаты испытаний образцов приведены в таблице.

Из таблицы следует, что добавка ЭКР в любом количестве повышает прочность оболочек как сразу после выплавления моделей, так и после прокалки при температуре 800 и 850 градусов Цельсия. Оптимальной следует считать добавку ЭКР в количестве 0,01-0,03 масс.%, так как в указанном интервале прочность оболочек повышается более чем в 2 раза по сравнению с прототипом. При увеличении добавки сверх 0,03 масс.% прочность образцов практически не увеличивает или повышает незначительно. Толщина пятислойных оболочковых форм также повышается в среднем на 15 процентов, формы не растрескиваются при заливке, не ломаются при транспортировке, отливки соответственно не имеют дефектов типа «корольков», ужимин, трещин и гребешков, то есть качество оливок удовлетворительное.

Предлагаемый способ имеет следующие существенные признаки, общие с прототипом: предварительное приготовление суспензии путем смешивания жидкого стекла с водным раствором хлористого аммония, пылевидным кварцем и маслом для гидромеханических и гидрообъемных передач, послойное нанесение покрытия на выплавляемые модели, обсыпку каждого слоя кварцевым песком, выплавление моделей в горячей воде, прокалку оболочек, заливку их металлом. Отличительный признак заключается в том, что в упрочняющую огнеупорную суспензию, начиная с второго слоя, дополнительно вводят 0,01-0,03 масс.% экструзионного крахмалреагента.

Применение предложенного способа повышает прочность оболочковых форм и улучшает качество отливок по выплавляемым моделям.

Таблица
Показатели	Размерность	Добавка ЭКР в массовых процентах
0 прототип	0,005	0,01	0,02	0,03	0,04
Предел прочности после выплавления моделей	МПа	0,7	0,9	1,2	1,58	1,83	2,0
Предел прочности после прокалки при 800°С в течение 30 минут	МПа	1,5	1,8	2,24	3,14	3,87	3,01
Предел прочности после прокалки при 850°С в течение 30 минут	МПа	нет	1,92	2,78	3,65	3,9	3,28
Примечание: все данные таблицы являются средним арифметическим трех определений

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Авторское свидетельство СССР №178952, кл. 31 с, 25/06, 1966 год.

2 Авторское свидетельство СССР №183908, кл. 31 с, 25/06, 1966 год.

3 Авторское свидетельство СССР №297425, кл. В 22 С 9/04, 1971 год.

4 Авторское свидетельство СССР №1136883, кл. В 22 С 9/04, 1985 год.

5 Авторское свидетельство СССР №1664451, кл. В 22 С 9/12, 1991 год.

6. Авторское свидетельство СССР №1129014, кл. В 22 С 9/04, 1984 год.

7. Авторское свидетельство СССР №1673250, кл. В 22 С 13/08, 1991 год.

8. Авторское свидетельство СССР №185017, кл. 31 с 25/06, 1966 год.

9. Авторское свидетельство СССР №298418, кл. В 22 С 9/04, 1971 год.

10. Авторское свидетельство СССР №1704900 (п.2). Кл. В 22 С 1/18, 1992 год.

11. Патент РФ №2200643 по заявке №2000131311/02 от 2000 г. Кл. В 22 С 9/04.

Способ литья по выплавляемым моделям с использованием керамических форм на жидкостекольном связующем, включающий предварительное приготовление суспензии путем смешивания жидкого стекла с водным раствором хлористого аммония и пылевидным кварцем, послойное нанесение суспензии на выплавляемые модели с введением в первый слой огнеупорного покрытия масла для гидромеханических и гидрообъемных передач, обсыпку каждого слоя кварцевым песком, отверждение в растворе хлористого аммония, выплавление моделей в горячей воде, прокалку форм и заливку их металлом, отличающийся тем, что в огнеупорное покрытие, начиная со второго слоя, вводят 0,01-0,03 мас.% экструзионного крахмалреагента.