BG62041B1

BG62041B1 - Method for the preparation of ceramic shell moulds for precision casting

Info

Publication number: BG62041B1
Application number: BG100862A
Authority: BG
Inventors: Недко А. Делчев; Васил В. Вьлков; Цвети Б. Цветков
Original assignee: Delchev Nedko A; Valkov Vasil V; Tsvetkov Tsveti B
Priority date: 1996-09-23
Filing date: 1996-09-23
Publication date: 1999-01-29
Also published as: BG100862A

Abstract

The invention relates to a method for making ceramic shellmoulds for precision moulding produced by the method of themeltable models It can be applied in metallurgy and the mechanicalengineering. By the method, suspension containing modified bindersolution of sodium metasilicate (soluble glass), refractory filler(marshallite, fireclay, zircon, corundum) and surfactant is used.The moulds are made by the immersion of the model unit in thesuspension, sprinkling with quartz sand and hardening and dryingof the layers after which layer treatment is made in10-20%-solution of a single-base carbonic acid. The bindingsolution includes the following components in %: solution ofsodium metasilicate from 53.0 to 67.0, solution of AlH3/PO4/2.3H20from 0.0 to 4.5, surfactant 0.1-1.1 and water from 27.4 to 46.7.The ceramic moulds have mechanical strength from 2.8 to 6.0 MPa,gas permeability from 140 to 160, deformation temperature over1400°C and refractoriness over 1650°C.

Description

Област на техникатаField of the art

Изобретението се отнася до метод за изработване на керамични черупкови форми за прецизни отливки, получавани по метода на стопяемите модели. Методът е приложим в металургичната и машиностроителната промишлености.The invention relates to a method of making ceramic shells for precision castings obtained by the method of the melting models. The method is applicable in the metallurgical and machine-building industries.

Предшестващо състояние на техникатаState of the art

Известен е метод за изработване на керамични черупкови форми с използване на свързващ разтвор от хидролизиран етилсиликат и огнеупорен пълнител /1/. Формите се получават чрез послойно нанасяне върху моделния блок на суспензия, състояща се от разтвор и финосмлян огнеупорен пълнител, обсипване с кварцов пясък и сушене на отделните слоеве при температура 24-26°С. Отстраняването на моделната смес от готовите форми се извършва във вода с температура от 90 до 95°С.A method is known for making ceramic shells using a bonded solution of hydrolyzed ethylsilicate and a refractory filler (1). The molds are prepared by depositing on the model block a slurry consisting of a solution and a finely divided refractory filler, sanding with quartz sand and drying the individual layers at a temperature of 24-26 ° C. Removal of the model mixture from the molds is carried out in water at a temperature of 90 to 95 ° C.

Недостатъците на метода са: висока утаителна способност на суспензията; ниска устойчивост във времето /4-6 денонощия/; висока чувствителност на керамичните слоеве към сушене /температура и влажност на въздуха/; токсичност на използваните компоненти.The drawbacks of the method are: high sedimentation capability of the suspension; low durability / 4-6 days /; high sensitivity of the ceramic layers to drying / temperature and humidity; toxicity of the components used.

Известни са и методи за изработване на керамични черупкови форми с използване на свързващи разтвори от силикозол или разредени водни разтвори на натриев метасиликат /разтворимо стъкло/ /1/. Тези разтвори не са намерили широко приложение в промишлеността поради следните недостатъци: тесен интервал на стабилно съществуване на силикозолния разтвор /рН=2,0-2,5 и 9,0-9,5/, технологични трудности при получаване на разтвора, невъзможност за отделяне на моделната смес във вода, ниска огнеупорност на натриевия метасиликат /под 11000С/ и висока разтворимост във вода.There are also known methods for making ceramic shells using silicosol binding solutions or dilute aqueous solutions of sodium metasilicate / soluble glass (1). These solutions have not been widely used in the industry due to the following shortcomings: a narrow range of stable silicone solution (pH = 2.0-2.5 and 9.0-9.5), technological difficulties in obtaining the solution, inability to separation of the model mixture in water, low fire resistance of the sodium metasilicate (below 11000C) and high solubility in water.

Известни са и методи за изработване на керамични черупкови форми с използване на фосфатни свързващи вещества /алумохромфосфатни свръзки/ /2,3,4/. В качеството на втвърдители на свързващото вещество при тези методи се използват: бариев хлорид /2/, разтворимо стъкло /3/, или комплексен втвърдител /4/, съдържащ органичен разтворител /спирт, ацетон/, неорганична киселина /сярна, солна, ортофосфорна/, и разтворимо стъкло, взети в отношения /0,02-31,0/ : /0,5-0,45/ :1.There are also known methods of making ceramic shells using phosphate binders / alumochromphosphate linkages (2,3,4). Barium chloride (2), soluble glass (3) or a complex hardener (4) containing organic solvent (alcohol, acetone), inorganic acid (sulfuric, hydrochloric, orthophosphoric) , and soluble glass, taken in a ratio of (0.02-31.0): (0.5-0.45): 1.

Недостатък на първите два метода /2,3/ е разтворимостта на крайните продукти, получени при втвърдяване на свързващото вещество във вода, и невисоката стабилност на получената суспензия във времето. Използването на комплексен втвърдител /4/ е нецелесъобразно поради големите трудности при неговото получаване предвид сложния му състав и високата прецизност на работа, което го прави икономически неизгоден, а също и използването на токсични и пожароопасни компоненти.The disadvantage of the first two methods (2,3) is the solubility of the final products obtained by curing the binder in water and the poor stability of the resulting suspension over time. The use of a complex hardener (4) is inappropriate due to the great difficulty in obtaining it due to its complex composition and high precision of work which makes it economically unprofitable as well as the use of toxic and fire-hazardous components.

Най-близък до настоящото изобретение е метод за изработване на керамични черупкови форми е използване на разтворимо стъкло, при който с цел отделяне на гел на силициевата киселина от втвърдяващия натриев метасиликат получените форми се обработват в 30% разтвор на оцетна киселина или ортофосфорна киселина, при температура на разтвора от 80 до 100°С и за време 3,5-4Ь. Обработката в киселинния разтвор се съчетава с отделяне на моделната смес от формите /5/.The closest to the present invention is a method of making ceramic shells using a soluble glass in which, in order to separate the silica gel from the curing sodium metasilicate, the resulting forms are treated in a 30% solution of acetic acid or orthophosphoric acid in solution temperature from 80 to 100 ° C and time 3.5-4b. The treatment in the acid solution is combined with the separation of the model mixture from the molds (5).

Недостатъците на метода са: недобро фиксиране на вътрешните слоеве на формата /напукване, издуване/, влошаване качествата на моделната смес, отделяща се от формите в разтвора, и непригодността й за повторна употреба.The drawbacks of the method are: improper fixation of the internal layers of the mold (cracking, swelling), degradation of the shape of the mixture formed from the molds in the solution and its inability to be reused.

Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION

Проблемът, който решава настоящото изобретение, е създаване на метод за изработване на керамични черупкови форми чрез послойно нанасяне върху моделния блок на обмазваща суспензия, състояща се от свързващо вещество, съдържащо: воден разтвор на натриев метасиликат /разтворимо стъкло/ от 53,0 до 67,0%; разтвор на А1НЗ/РО4/2 ЗН2О от 0 до 4,5%; повърхностно активно вещество 0,1 - 1,1%, вода от 27,4 до 46,7%, и огнеупорен пълнител, обсипване с фракциониран кварцов пясък, втвърдяване и сушене на керамичните слоеве, послойна химическа обработка в 1020%-ен разтвор на едноосновна карбонова киселина и отделяне на моделната смес във вода при температура от 80 до 95°С.The problem solved by the present invention is to provide a method for making ceramic shells by depositing on the model block a resuspension suspension consisting of a binder comprising: an aqueous solution of sodium metasilicate (soluble glass) from 53.0 to 67 , 0%; solution of AlH3 / PO4 / 2 3H2 O from 0 to 4.5%; surfactant 0.1-1.1%, water from 27.4 to 46.7%, and refractory filler, fractionated quartz sand spraying, curing and drying of the ceramic layers, sequential chemical treatment in 1020% solution of monobasic carboxylic acid and separating the model mixture in water at a temperature of 80 to 95 ° C.

Примери за изпълнение на изобретениетоEmbodiments of the invention

Получаването на керамичните черупкови форми се илюстрира със следния пример.The preparation of ceramic shell forms is illustrated by the following example.

Пример I. Получаване на суспензията.Example I. Preparation of the suspension.

Към определено количество вода /от 27,4 до 46,7%/ при непрекъснато разбъркване се добавят от 43,0 до 67,0% разтворимо стъкло и разтворът се хомогенизира добре. Към получения разтвор при интензивно разбъркване на малки порции, през равен интервал от време, се внася разтвор на А1Н₃/РО₄/_ГЗН₂О в количество 0,0-4,5%. За подобряване на омокрящата способност на разтвора се добавя повърхностно активно вещество в количество 0,1-1,1%.To a certain amount of water (from 27.4 to 46.7%), with continuous stirring, 43.0 to 67.0% of soluble glass was added and the solution homogenized well. To the resulting solution, under vigorous stirring, in small portions, in equal intervals, is introduced a solution of A1N ₃ / PO ₄ / _D H ₂ O in an amount of from 0.0 to 4.5%. To improve the wettability of the solution, a surfactant is added in an amount of 0.1-1.1%.

Полученият свързващ разтвор се характеризира с плътност 1,19 §/ст³-1,22£/ст³.The resulting binding solution is characterized by a density of 1.19 g / cm ³ -1.22 g / cm ³ .

Към определено количество свързващ разтвор /от 38,0 до 46,0%/ при непрекъснато разбъркване се внася прахообразен огнеупорен пълнител от 54,0 до 62,0%. Внасянето на последния става на порции за 20 до 30 πιίη, с цел пълно омокряне на прахообразните частици от разтвора. След внасяне на последната порция огнеупорен пълнител суспензията допълнително се разбърква от 30 до 40 ιηϊη.To a certain amount of binder solution (from 38.0 to 46.0%) is added a powder refractory filler from 54.0 to 62.0% with continuous stirring. The introduction of the latter is done in portions for 20 to 30 minutes in order to completely wet the powder particles of the solution. After the last batch of refractory filler has been introduced, the slurry is further stirred from 30 to 40 minutes.

Получената суспензия се характеризира с вискозитет 21-25з, измерен с вискозиметър ВЗ-4.The resulting suspension is characterized by viscosity 21-25 3 measured with a viscometer B3-4.

Пример II. Изработване на черупковата форма.Example II. Making the shell shape.

Моделният блок се потапя в суспензията за омокряне на неговата повърхност, след което се обсипва с кварцов пясък в кипящ слой. Нанесеният върху моделния блок керамичен слой се втвърдява и се суши във въздушна среда при температура от 23 до 28°С и влажност на въздуха от 50 до 70% за 3 до 6Ь. След изтичане на определеното време се извършва химическа обработка на положения слой чрез потапяне на моделния блок във воден разтвор на едноосновна карбонова киселина с концентрация от 10 до 20%, с цел пълно отстраняване на алкалните йони от свързващия разтвор и отделяне на гел на силициевата киселина. Времето за обработка на слоевете в киселинния разтвор е от 30 до 90з, в зависимост от концентрацията на разтвора. След изваждане от разтвора моделният блок се потапя във вода за отстраняване на вторично образувалите се алкални продукти. Водната обработка на керамичните слоеве продължава 1-3 пип.The model block is immersed in the wetting slurry of its surface, then quenched with quartz sand in a fluidized bed. The ceramic layer applied to the model block is cured and dried in air at a temperature of 23 to 28 ° C and air humidity of 50 to 70% for 3 to 6 hours. After the specified time, chemical treatment of the applied layer is performed by immersing the model block in an aqueous solution of monobasic carboxylic acid at a concentration of 10 to 20% in order to completely remove the alkaline ions from the binding solution and release the silica gel. The processing time of the layers in the acid solution is from 30 to 90%, depending on the concentration of the solution. After removal from the solution, the model block is immersed in water to remove secondary alkali products. The water treatment of the ceramic layers lasts 1-3 times.

Тази последователност от операции се повтаря толкова пъти, колкото слоеве е необходимо да се нанесат върху моделния блок.This sequence of operations is repeated as many times as layers need to be applied to the model block.

Броят на последователно нанесените керамични слоеве се определя от желаната дебелина на черупковата форма, нейната механична якост и метод на леене.The number of successively applied ceramic layers is determined by the desired thickness of the shell, its mechanical strength and the casting method.

Следва отделяне на моделната смес от получената керамична форма чрез изваряване във вода с температура от 80 до 95°С за 8 до 15 πιίη.Subsequently, the model mixture of the resulting ceramic form is separated by boiling in water at a temperature of 80 to 95 ° C for 8 to 15 minutes.

Керамичните черупкови форми, получени по предлагания метод, се характеризират със следните физични и физикомеханични показатели:The ceramic shells obtained by the proposed method are characterized by the following physical and physical-mechanical characteristics:

Механическа якост, МРа:Mechanical strength, MPa:

- след сушене при 1100С 2,8 - 3,5;- after drying at 1100C; 2.8 - 3.5;

- след накаляване 11000С 4,5 - 6,0;- after incineration 11000C 4,5 - 6,0;

Газопропускливост 140 -160Gas permeability 140 -160

Температура на деформация при натоварване 0,2 МРа, ОС над 1400Load deformation temperature 0.2 MPa, OS over 1400

Огнеупорност, ОС над 1650.Fire resistance, OS over 1650.

Предимствата на предлагания метод са: използване на достъпни и масово произвеждани материали, нетоксични, пожаробезопасни; простота на метода за получаване на свързващия разтвор; повишена стабилност на свързващия разтвор и суспензията във времето; повишена механична якост, висока огнеупорност и добра газопропускливост на получаваните черупкови форми; практическа неразтворимост на образуващите се крайни продукти и възможност за отделяне на моделната смес във вода при запазване качествата на моделната смес; възможност за регенериране на стабилизиращия разтвор в процеса на работа; точност на геометричните размери на получаваните детайли; висока икономическа ефективност на метода.The advantages of the proposed method are: use of accessible and mass-produced materials, non-toxic, fire-safe; simplicity of the method for preparing the binding solution; increased stability of the binding solution and the suspension over time; increased mechanical strength, high fire resistance and good gas permeability of shell shells obtained; the practical insolubility of the resulting end products and the possibility of separating the model mixture in water while preserving the properties of the model mixture; possibility to regenerate the stabilizing solution in the process of operation; accuracy of geometric dimensions of received details; high cost-effectiveness of the method.

Claims

1. A method of making ceramic shell molds for precision castings, characterized in that the ceramic molds are obtained by coating the modern block with a suspension comprising a binder solution comprising: soluble glass from 53.0 to 67.0 %; solution of A1N ₃ / PO _{_4/2} .ZN ₂ O 0.0 to 4.5% surfactant 0.1 - 1.1%; water from 27.4 to 46.7% and refractory filler, quartz sanding, curing and drying of ceramic layers in air at a temperature of 23 to 28 ° C, and air humidity of 50 to 70%, aiming at complete removal of the alkali ions from the binder solution and separation of the silicic acid gel15 of the individual ceramic layers are treated in a 10-20% aqueous solution of monobasic carboxylic acid, and the separation of the model mixture from the forms is carried out in water at a temperature of 80 to 95 ° C.