Смесь для изготовления водорастворимых стержней
Владельцы патента RU 2591886:
Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (RU)
Изобретение относится к литейному производству. Смесь для изготовления водорастворимых стержней содержит, мас.%: галогенид аммония 5-10, нитрат натрия и нитрат калия в сумме 25-35, карбамид - остальное. Соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия составляет 0,81-0,83. Введение нитратов натрия и калия в состав смеси обеспечивает повышение прочности, свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня. 2 табл.
Настоящее изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей для изготовления водорастворимых стержней.
Смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида (техническая мочевина) широко используется в производстве точного литья благодаря высокой текучести в расплавленном состоянии, что в сочетании с малой усадкой позволяет получать сложные и тонкостенные модели или стержни методом свободной заливки расплава.
В частности, известна смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащая нитрат калия, мас. %: нитрат калия - 10; карбамид - 90 (Иванов, В.Н. Литье по выплавляемым моделям: под общей ред. Я.И. Шкленника, В.А. Озерова / В.Н. Иванов, С.А. Казенов, Б.С. Курчман и др.// 3 изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1984. - 408 с.).
Наряду с такими приемлемыми характеристиками, как относительно низкая температура плавления, высокая жидкотекучесть, приемлемое качество поверхности модели или стержня, данная смесь (КбНк 90-10) обладает существенным недостатком, связанным с разложением карбамида при нагреве данной смеси, что приводит к интенсивному выделению токсичного аммиака. Кроме того, наличие гигроскопичной соли повышает способность готовых моделей или стержней поглощать влагу из окружающей среды, что наряду с токсичностью значительно ухудшает качество поверхности, повышает свободную линейную усадку, нарушая технологический режим литейного производства.
Наиболее близким к изобретению по составу является смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащая галогенид аммония, а именно хлорид аммония или бромид аммония, при следующем соотношении компонентов, мас.%: галогенид аммония - 10-50; карбамид - 50-90 (SU 555966, МПК В22С 1/00 9/10. Смесь для изготовления водорастворимых стержней).
Наряду с приемлемыми характеристиками, как относительно низкие температура плавления, газовыделение аммиака при разложении карбамида и гигроскопичность, известная смесь обладает недостаточной прочностью, относительно высокой свободной линейной усадкой и не обеспечивает высокое качество поверхности модели.
Данную смесь принимаем в качестве прототипа.
Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка состава смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, обеспечивающего повышенную прочность, низкую свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня.
Технический результат достигается тем, что смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащая галогенид аммония, дополнительно содержит нитраты натрия (NaNO3) и калия (KNO3), при следующем соотношении компонентов (в масс.%): галогенид аммония 5-10; сумма компонентов NaNO3 и KNO3 25-35; карбамид - остальное, при этом соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия составляет 0,81-0,83.
Общим для известного и заявляемого составов смесей для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида является наличие в смесях карбамида и галогенида аммония.
Отличие от смеси-прототипа заключается в дополнительном введении в заявляемую смесь нитратов натрия и калия, при этом соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия составляет 0,81-0,83.
Выбор граничных значений параметров компонентов, указанных в формуле изобретения, установлен опытным путем.
Содержание карбамида в предлагаемой смеси обусловлено обеспечением требуемой прочностью - не менее 16 МПа. Содержание галогенида аммония в указанных пределах обеспечивает выделение аммиака. Рациональное соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия в пределах 0,81-0,83 обеспечивает образование эвтектики из этих компонентов, что значительно снижает как температуру плавления, так и свободную линейную усадку, но при этом существенно повышается качество поверхности модели.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует причинно-следственная связь. Дополнительное введение нитратов натрия и калия в состав смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащей галогенид аммония, обеспечивает повышенную прочность, низкую свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня.
Приготовление предлагаемой смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида проводили следующим образом:
1) проводят сплавления нитратов калия и натрия в соотношении 0,81-0,83 с последующим размолом до порошкообразного состояния;
2) полученный порошок смешивают с гранулами карбамида и порошком галогеногелида аммония с последующим сплавлением до однородного состояния.
Для исследования технологических свойств, изготовленных из предлагаемой смеси стержней, определялись механическая прочность, температура плавления, свободная линейная усадка, а после изготовления отливки типа уголок из алюминиевого сплава, например АД31, исследовали качество внутренней поверхности.
Для сравнения в таблицах 1 и 2 приведены составы заявляемой смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, физико-химические свойства, а также качество внутренней поверхности в сравнении с известными смесями для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида.
Как видно из таблиц, заявляемая смесь с различным химическим составом в заявленном диапазоне соотношения компонентов (смеси №№2-4) по сравнению с известными, благодаря рациональному сочетанию в сплаве компонентов в указанном количественном соотношении, обладает оптимальной прочностью 16-18 МПа, более низкой свободной линейной усадкой 0,20-0,22 мкм и обеспечивает высокое качество поверхности получаемых изделий, с чистотой поверхности по Ra, 0,63-1,00 мкм.
Таким образом, применение заявляемой смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида по сравнению с прототипом обеспечивает повышенную прочность, низкую свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня.
| Смесь для изготовления водорастворимых стержней Таблица 1 |
|||||
| № п/п | Смесь | Химический состав смесей, массовая доля компонента, в масс.% | |||
| карбамид | хлорид аммония | нитрат натрия | нитрат калия | ||
| 1 | с содержанием карбамида меньше 55% | 50,0 | 10,0 | 18,0 | 22,0 |
| 2 | 55,0 | 10,0 | 15,8 | 19,2 | |
| 3 | заявляемая | 62,5 | 7,5 | 13,5 | 16,5 |
| 4 | 70,0 | 5,0 | 11,3 | 13,7 | |
| 5 | с содержанием карбамида больше 70% | 75,0 | 5,0 | 9,0 | 11,0 |
| Таблица 2 | |||||
| № п/п | Смесь | Прочность, МПа | Свободная линейная усадка, % | Чистота внутренней поверхности Ra, мкм | Газовыделение |
| 1 | с содержанием карбамида меньше 55% | 19 | 0,24 | 1,25 | - |
| 2 | 18 | 0,22 | 1,00 | - | |
| 3 | заявляемая | 17 | 0,21 | 0,63 | - |
| 4 | 16 | 0,20 | 0,63 | - | |
| 5 | с содержанием карбамида больше 70% | 15 | 0,23 | 1,25 | + |
Смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащая карбамид и галогенид аммония, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит нитрат натрия и нитрат калия, при этом компоненты взяты в следующих соотношениях, мас.%: галогенид аммония 5-10, сумма компонентов нитрата натрия и нитрата калия 25-35, карбамид - остальное, а соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия составляет 0,81-0,83.
