RU210048U1

RU210048U1 - Литейная форма

Info

Publication number: RU210048U1
Application number: RU2021135950U
Authority: RU
Inventors: Николай Алексеевич Кидалов; Наталья Владимировна Григорьева; Анна Сергеевна Адамова; Олег Сергеевич Сучков; Дмитрий Анатольевич Хамзин
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2022-03-25

Abstract

Полезная модель относится к технологии и оборудованию для литейного производства, в частности к литейным формам из жидкостекольных смесей. Литейная форма состоит из нижней и верхней полуформ, стержня и литниковой системы. Литейная форма выполнена из смеси 92 мас.% кварцевого песка 1К2О303, 6 мас.% жидкого стекла и 2 мас.% ультрадисперсного пиролитического углерода. Обеспечивается улучшение выбиваемости отливок и стержней. 8 ил.

Description

Полезная модель относится к технологии и оборудованию для литейного производства, в частности к литейным формам из жидкостекольных смесей.

Известна литейная форма, содержащая верхнюю и нижнюю полуформ, выполненных из жидкостекольной формовочной смеси, формообразующую полость, образованную с помощью разовой модели отливки из выплавляемого или выжигаемого материала, и литниковую систему (Патент RU 124606, МПК В22С 9/04, 2013).

Известна литейная форма, выполненная из сыпучей жидкостекольной смеси, содержащей огнеупорный наполнитель (кварцевый песок), жидкое стекло и жидкий отвердитель («Катасил 1М») (Патент RU 2512710, МПК В22С 9/00, 2014).

Недостатком данных литейных форм является сложность изготовления для получения крупногабаритных отливок сложной конфигурации.

Наиболее близкой является литейная форма, состоящая из нижней и верхней полуформ, разделенных диафрагмой, стержня и литниковой системы (Авт.св. SU 1660832, МПК В22С 9/08, 1991).

Недостаток данной литейной формы заключается в плохой выбиваемости стержня из цилиндрической отливки и разделительной диафрагмы, изготовленной из жидкостекольной смеси.

Задачей технического решения является снижение остаточной прочности жидкостекольных смесей.

Технический результат - улучшение выбиваемости отливок и стержней.

Технический результат достигается при использовании литейной формы, состоящей из нижней и верхней полуформ, стержня и литниковой системы, при этом литейная форма выполнена из смеси 92 мас. % кварцевого песка 1К₂О₃03, 6 мас. % жидкого стекла и 2 мас. % ультрадисперсного пиролитического углерода.

Выполнение полу форм и стержня литейной формы из песчано-жидкостекольной смеси с использованием разупрочняющей добавки - 2 мас. % ультрадисперсного пиролитического углерода, влияет на структуру пленки водного силиката натрия на зернах огнеупорного наполнителя - 92 мас. % кварцевого песка. В связи с окислением углерода и испарением воды, входящей в состав 6 мас. % жидкого стекла при повышении температуры нагрева образцов, активно протекает процесс карбонизации с ростом кристаллов карбонатов натрия, а также образуются поры, обусловленные выходом газов СО и СO₂ и парами воды. Наличие подобных дефектов снижает остаточную прочность литейной формы и стержня за счет нарушения сплошности силикатной пленки, образования ее надрывов, что положительно влияет на выбиваемость.

В таблице 1 представлены составы смесей для литейной формы - пример классической песчано-жидкостекольной смеси (пример 1) (Степанов, Ю.А. Формовочные материалы / Ю.А. Степанов, В.И. Семенов. - Москва: Машиностроение, 1969. - 158 с., стр. 67, таблица 13) и смеси, используемой для выполнения заявленной литейной формы с разупрочняющей добавкой - ультрадисперсным пиролитическим углеродом (пироуглерод) (пример 2).

Для подтверждения характеристик литейной формы, в соответствии с ГОСТ 23409.7-78, определялись следующие ее свойства: прочность на сжатие во влажном состоянии, предел прочности на сжатие и разрыв.

Определение прочности образцов на сжатие во влажном состоянии производилось на образцах диаметром и высотой 50 мм. Изготовление образцов производится при уплотнении смеси с помощью лабораторного копра модели 2М030 в гильзе с внутренним диаметром 50 мм и высотой 120 мм. После уплотнения гильзу с поддоном снимают с копра, отделяют поддон от гильзы и с помощью выталкивателя образец осторожно извлекают из гильзы. Образец устанавливают на площадку прибора модели 084М2. Испытание проводят на трех образцах, значение предела прочности принимают как среднее арифметическое значение трех определений.

Для определения предела прочности на сжатие цилиндрические образцы выдерживали в сушильном шкафу в течение 40 мин при температуре 150-180°С, а затем испытывались на приборе модели РМ-500.

Прочность образцов при растяжении в сухом состоянии определяли на образцах, имеющих форму «восьмерки». Образцы изготавливали в специальном стержневом ящике. На поддон устанавливали половины стержневого ящика, не допуская их перекоса, затем на ящик устанавливают воронку. Половины ящика скрепляют винтом. Навеску смеси (110-120 г) насыпали в собранный ящик, затем свободно устанавливают колодку. Смесь уплотняли на стандартном копре тремя ударами груза. Затем разбирали стержневой ящик, излишек смеси в ящике счищали колодкой. Образец помещают в сушильный шкаф. Время сушки образцов составляло 20 минут. Перед испытанием высушенный образец охлаждался на воздухе при комнатной температуре. Испытание на растяжение производилось на приборе модели РМ-500 на трех образцах одной и той же смеси. Результатом определения предела прочности являлось среднее арифметическое значение трех определений.

Остаточная прочность определялась аналогично испытанию на определение предела прочности на сжатие. Предварительно цилиндрические образцы в течении 40 мин прокаливались в печи при температурах 180°С, 400°С, 600°С, 900°С.

Результаты испытаний на остаточную прочность представлены в таблице 2.

По результатам, представленным в таблице 2 видно, что при введении в материал литейной формы разупрочняющей добавки пироуглерод (пример 2), в сравнении с классической песчано-жидкостекольной смесью (пример 1), наблюдается снижение остаточной прочности в каждом интервале температур.

Структура пленок жидкого стекла на огнеупорном наполнителе исследовалась с помощью двухлучевого электронного сканирующего микроскопа «Versa 3D».

На фигурах 1-4 - показана структура жидкостекольных пленок на зернах огнеупорного кварцевого наполнителя без добавок при температуре нагрева образца, равной соответственно 180°С (увеличение х1000), 400°С (увеличение х1000), 600°С (увеличение х500), 900°С (увеличение х131).

На фигурах 5-8 - показана структура жидкостекольных пленок на зернах огнеупорного кварцевого наполнителя с добавлением пироуглерода при температуре нагрева образца, равной соответственно 180°С (увеличение х2000), 400°С (увеличение х500), 600°С (увеличение х2000), 900°С (увеличение х2000).

Литейная форма из песчано-жидкостекольной смеси, содержащей заявленное соотношение жидкого стекла, кварцевого песка и ультрадисперсного пиролитического углерода состоит из нижней и верхней полуформ, стержня-вставки и литниковой системы. Для приготовления песчано-жидкостекольной смеси в лабораторные бегуны загружались компоненты смеси в следующей последовательности: кварцевый песок (92 мас. %), разупрочняющая добавка (2 мас. % ультрадисперсного пиролитического углерода) и жидкое стекло (6 мас. %). Литейная форма работает следующим образом.

При заливке металла в литейную форму, выполненную из песчано-жидкостекольной смеси с разупрочняющей добавкой пиролитическим углеродом, литейная форма нагревается. По мере нагревания формы, при температуре 180°С структура пленки также имеет дефекты, образованные за счет испарения воды, входящей в состав водного раствора силиката натрия, (фиг. 5). На поверхности огнеупорного наполнителя после нагрева формы при температуре 400°С (фиг. 6) наблюдается рост игольчатых кристаллов за счет процесса карбонизации, приводящего к дефектам пленки. Процесс карбонизации протекает интенсивнее с повышением температуры до 600°С (фиг. 7) и сопровождается образованием точечных пор, обусловленных выходом газов СО и СO₂. При этой температуре происходит более интенсивное окисление пироуглерода, поток выхода газов усиливается, что приводит к дефектам пленки связующего.

При температуре 900°С (фиг. 8) происходит оплавление пленки связующего, но присутствие углеродистых образований на поверхности огнеупорного наполнителя препятствует полному сплавлению дефектов силикатной пленки.

После образования отливки в заявленной литейной форме, она подвергается разрушению для извлечения отливки. За счет образования дефектов на пленке связующего при деструкции углеродосодержащей добавки снижаются прочностные показатели, что ведет к снижению трудозатрат при извлечении отливки и улучшению ее выбиваемости.

При этом при нагреве (после заливки металла) литейной формы, выполненной из классического песчано-жидкостекольного материала, до температуры 180°С на пленке жидкого стекла образуются дефекты за счет удаления (испарения) влаги, входящей в его состав, что приводит к ее разрушению (фиг. 1). Повышение температуры до 400°С и 600°С приводит к протеканию данного процесса с большей интенсивностью за счет удаления кристаллизационной, конституционной и гидратной воды (фиг. 2, 3). Жидкостекольная пленка в данном интервале температур имеет глобулярную структуру, целостность ее нарушена, что приводит к снижению прочностных характеристик литейной формы. При этом изменения кристаллической решетки кварцевого наполнителя в районе 573°С сопровождающее изменение его объема создают дополнительные внутренние напряжения негативно влияющие на целостность пленки связующего. Однако, при нагреве литейной формы до температуры 900°С, структура пленки становится сплошной, надрывов не имеет, что связано со способностью связующего расплавляться при температуре свыше 793°С, сопровождая сплавление дефектов (фиг. 4). В связи со сплавлением силикатной пленки литейная форма имеет монолитную структуру, что увеличивает ее прочность. Процесс выбивки в данном случае усложняется, что провоцирует увеличение трудозатрат данной операции, снижает выбиваемость и производительность.

Таким образом, использование литейной формы, выполненной из смеси 92 мас. % кварцевого песка 1К₂О₃03, 6 мас. % жидкого стекла и 2 мас. % ультрадисперсного пиролитического углерода, состоящей из нижней и верхней полуформ, стержня и литниковой системы, обеспечивает улучшение выбиваемости отливок и стержней.

Claims

Литейная форма, состоящая из нижней и верхней полуформ, стержня и литниковой системы, отличающаяся тем, что литейная форма выполнена из смеси 92 мас.% кварцевого песка 1К₂О₃03, 6 мас.% жидкого стекла и 2 мас.% ультрадисперсного пиролитического углерода.