Облицовочный материал для литейных форм и стержней
Владельцы патента RU 2450885:
Общество с ограниченной ответственностью "РОДОНИТ" (RU)
Изобретение относится к области литейного производства. Облицовочный материал содержит в мас.%: хромитовый песок 55-65 и дистен-силлиманит 45-35, средний размер зерна которого составляет 0,3-0,65 от среднего размера хромитового песка. Обеспечивается увеличение температуры спекания облицовки, уменьшение шероховатости поверхности, увеличение теплопроводности, уменьшение показателя смачиваемости жидким металлом, повышение технологичности нанесения облицовки. 6 табл.
Изобретение относится к области литейного производства, а именно к составам облицовочных материалов, используемых при изготовлении литейных форм и стержней, предназначенных для литья крупных стальных и чугунных отливок.
Известно использование высокоогнеупорного и химически инертного циркониевого песка в качестве облицовочного слоя формы для получения отливки (см., например, Иванов В.И. «Словарь-справочник по литейному производству», М.: Машиностроение, 1990 г., стр.341). Недостатком применения такого песка являются его нетехнологичность, высокая стоимость и экологические характеристики, связанные с повышенной радиоактивностью.
Для облицовки литейных форм и стержней, а именно хромитовый песок (см., например, Болдин А.Н. и др. Литейные формовочные материалы. Справочник, М.: Машиностроение, 2006 г., стр.35-36). Недостатками этого материала являются его невысокая технологичность для облицовки вертикальных поверхностей, спекание с образованием корки при низких температурах, около 1100°С. Имеется указание на это (см., например, Болдин А.Н. и др. Литейные формовочные материалы. Справочник, М.: Машиностроение, 2006 г., стр.36. - прототип). При этом указанная корка является трудноудалимой при последующей очистке отливки. Кроме того, недостаточная теплопроводность хромитового песка определяет высокий расход его в тепловых узлах отливки, т.к. для обеспечения холодящих свойств формы требуется большая толщина слоя. Поверхности формы и стержня получаются с относительно высокой шероховатостью. Все вышеперечисленные особенности приводят к образованию химического и механического пригара, ужимин, ухудшают кристаллизацию металла. Помимо этого недостаточные теплопроводность и теплоаккумулирующая способность не позволяют осуществлять направленность затвердевания отливки и бороться с горячими трещинами.
Задачей настоящего технического решения является устранение указанных недостатков.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в увеличении температуры спекания облицовки, уменьшении шероховатости поверхности, увеличении теплопроводности, уменьшении показателя смачиваемости жидким металлом, повышении технологичности нанесения облицовки.
Указанный технический результат достигают тем, что облицовочный материал для литейных форм и стержней, включающий хромитовый песок, дополнительно содержит дистен-силлиманит, являющийся смесью дистена кианита Al2O3[SiO4] и силлиманита Al[AlSiO5], средний размер зерна которой составляет 0,3-0,65 от среднего размера хромитового песка, при следующем соотношении в целом компонентов, мас.%: хромитовый песок 55-65 и дистен-силлиманит 45-35.
Данное соотношение обеспечивает максимально плотную упаковку зерен в смеси, при сохранении достаточной газопроводности.
Благодаря наличию приведенных отличительных признаков обеспечивается сокращение затрат на исправление брака по пригару, горячим трещинам, усадочным дефектам.
В таблице 1 приведены физические характеристики предлагаемого облицовочного материала. В таблице 2 приведен пример химического состава облицовочного материала. В таблице 3 приведены в качестве примера физические характеристики компонентов предлагаемого материала.
| Таблица 1 | ||||||
| Массовая доля влаги, % | Внешний вид | Форма | Цвет | Запах | Температура плавления | Растворимость в воде |
| Менее 0,2 | Кристаллический | Твердое вещество | Серый | Отсутствует | 1800-2000°С | Нет |
| Таблица 2 | ||
| Показатель | Огнеупорная песчаная зернистая добавка, % | Хромитовый песок Hevi sand, % |
| Cr2O3 | - | Min 46 |
| SiO2 | Мах 38 | Max 1 |
| СаО | Менее 0,5 | Менее 0,5 |
| Fe2O3 | Мах 2 | От 25,0 до 29,0 |
| Al2O3 | Min 55 | От 1,0 до 17 |
| MgO | Мах 0,2 | От 80 до 1,0 |
| Таблица 3 | ||
| Показатель | Огнеупорная песчаная (зернистая) добавка | Хромитовый песок Hevi sand |
| Средний размер зерна | 0,09-0,21 мм | 0,28-0,32 мм |
| Насыпная плотность | 1860-1920 кг/м2 | 2300-2800 кг/м2 |
Облицовочный материал в соответствии с изобретением приготавливают следующим образом. В смеситель загружают компоненты: хромитовый песок и огнеупорную песчаную зернистую добавку, имеющую более мелкую фракцию, а именно на 55-65% меньше по размерам, чем у хромитового песка. При этом соотношение в облицовочном материале хромитового песка и огнеупорной песчаной зернистой добавки более мелкой фракции должно составлять по весу: 55-65% - хромитовый песок и 45-35% - огнеупорная песчаная зернистая добавка. Полученный после смешивания материал используется в качестве облицовочного для литейных форм и стержней. Предлагаемый облицовочный материал был практически изготовлен и испытан, при этом полученные результаты приведены в таблицах 1, 2, 3.
Таким образом, заявленный облицовочный материал используется для разовых форм и стержней с неорганическими и органическими связующими при изготовлении стальных и чугунных отливок с целью обеспечения направленного затвердевания, захолаживания тепловых узлов, повышения качества поверхности отливки за счет уменьшения пригара.
Для обоснования возможности достижения указанного технического результата в формовочной лаборатории ЗАО «Невский Завод НЗЛ» проводилось исследование на следующих пробах:
Проба №1 - чистый хромитовый песок, средний размер 0,3 мм.
Проба №2 - смесь хромитового песка, средний размер 0,3 мм и дистен-силлиманит со средним размером зерна 0,1 мм (т.е. 0,33 от размера хромита) в соотношении соответственно 55% по массе и 45% по массе.
Проба №3 - смесь хромитового песка, средний размер 0,3 мм и дистен-силлиманит со средним размером зерна 0,1 мм (т.е. 0,33 от размера хромита) в соотношении соответственно 65% по массе и 35% по массе.
Проба №4 - смесь хромитового песка, средний размер 0,3 мм и дистен-силлиманит со средним размером зерна 0,1 мм (т.е. 0,33 от размера хромита) в соотношении соответственно 60% по массе и 40% по массе.
Смесь хромитового песка и дистен-силлиманита получена путем перемешивания до состояния однородного цвета.
Определение спекаемости было проведено по следующей методике. Фарфоровая стандартная емкость (типа «лодочка») заполняется одинаковым объемом материала проб и прокаливается в муфельной печи при температуре 900°С в течение 3 часов.
Получены следующие результаты:
Проба №1 - спеклась до твердого состояния.
Пробы №2, 3, 4 - остались сыпучими в исходном состоянии.
Интерпретация результатов следующая.
Спекаемость предложенного в изобретении материала не происходит во всем заявленном интервале, в то время как чистый хромитовый песок спекся.
Определение захолаживающих свойств (характеристика теплопроводности) было проведено по следующей методике:
- изготовлены стандартные цилиндрические образцы диаметром 50 мм и высотой 50 мм с применением 2,5% по массе жидкостельного связующего и 10% от массы жидкого стекла отвердителя (жидкий эфир);
- образцы устанавливались на электрической плитке, нагретой до 230°С, и на верхней поверхности производился замер температуры через 30 мин в течение 2 часов. Этот показатель характеризует теплопроводность материала и захолаживающую способность.
Получены следующие результаты:
| Температура на верхней поверхности образца, °С | ||||
| Время прогрева, мин | 30 | 60 | 90 | 120 |
| Проба №1 | 84 | 105 | 124 | 137 |
| Проба №2 | 88 | 112 | 129 | 155 |
| Проба №3 | 90 | 114 | 132 | 162 |
| Проба №4 | 91 | 115 | 134 | 169 |
Интерпретация результатов следующая.
Теплопроводность и захолаживающая способность предложенного в изобретении материала выше, чем чистого хромитового песка.
Определение шероховатости образцов было проведено путем определения высоты неровностей профиля поверхности.
Получены следующие результаты:
Проба №1 - линия выступов и линия впадин достигают 0,2 мм.
Проба №2 - линия выступов и линия впадин достигают 0,07 мм.
Проба №1 - линия выступов и линия впадин достигают 0,12 мм.
Проба №1 - линия выступов и линия впадин достигают 0,1 мм.
Интерпретация результатов следующая.
Шероховатость предложенного в изобретении материала значительно ниже, чем в образце из чистого хромитового песка
Определение смачиваемости жидким металлом не проводилось в связи с невозможностью проведения данного исследования в условиях формовочной лаборатории.
Химический состав исходных материалов:
| Показатель | Дистен - силлиманит % | Хромитовый песок Hevi sand, % |
| Cr2O3 | - | Min 46 |
| SiO2 | Мах 43 | Max 1 |
| СаО | Менее 0,5 | Менее 0,5 |
| Fe2O3 | Мах 0,8 | От 25,0 до 29,0 |
| Al2O3 | Мin 55 | От 1,0 до 17 |
| MgO | Мах 0,4 | От 8,0 до 12,0 |
Гранулометрический состав исходных материалов:
| Показатель | Огнеупорная песчаная (зернистая) добавка | Хромитовый песок Hevi sand |
| Средний размер зерна | 0,09-0,21 мм | 0,28-0,32 мм |
| Насыпная плотность | 1860-1920 кг/м2 | 2300-2800 кг/м2 |
Облицовочный материал для литейных форм и стержней, включающий хромитовый песок, отличающийся тем, что он дополнительно содержит дистен-силлиманит, являющийся смесью дистена кианита Al2O3[SiO4] и силлиманита Al[AlSiO5], средний размер зерна которого составляет 0,3-0,65 от среднего размера хромитового песка, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Хромитовый песок | 55-65 |
| Дистен-силлиманит | 45-35 |
