RU2146983C1 - Suspension for manufacture of shell molds in investment casting - Google Patents
Suspension for manufacture of shell molds in investment castingInfo
- Publication number
- RU2146983C1 RU2146983C1 RU99101162A RU99101162A RU2146983C1 RU 2146983 C1 RU2146983 C1 RU 2146983C1 RU 99101162 A RU99101162 A RU 99101162A RU 99101162 A RU99101162 A RU 99101162A RU 2146983 C1 RU2146983 C1 RU 2146983C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- suspension
- shells
- aluminum chloride
- content
- water
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к суспензиям для изготовления оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям. The invention relates to the field of foundry, in particular to suspensions for the manufacture of shell molds in investment casting.
Известно, что оболочки, сформированные из суспензии на этилсиликатном связующем материале и огнеупорном наполнителе из пылевидного кварца, обладают низкой термостойкостью (кн. Литье по выплавляемым моделям // Под общ. ред. Я.И. Шкленника и В.А. Озерова /Изд. 3-е перераб. и доп. - М.: Машиностроение. - 1984. - С. 203). Низкая термостойкость этилсиликатных оболочек связана с чрезмерным тепловым расширением кристаллического кремнезема из огнеупорного наполнителя, кристаллизующегося при промывке аморфного кремнезема, образованного при гидролизе этилсиликата. It is known that shells formed from a suspension on an ethyl silicate binder material and a refractory filler of dusty quartz have low heat resistance (Prince Lost wax casting // Ed. By Ya.I. Shklennik and V.A. Ozerov / Ed. 3rd rev. And add. - M.: Mechanical Engineering. - 1984. - S. 203). The low heat resistance of ethyl silicate shells is associated with excessive thermal expansion of crystalline silica from a refractory filler crystallizing upon washing of amorphous silica formed by hydrolysis of ethyl silicate.
Из-за низкой термостойкости оболочек, проявляющейся при их прокалке и заливке, в отливках образуются различные литейные дефекты типа бороздок, гребешков, керамических зазоров и др., что дает повышенный брак оболочек и литья (см. там же, с. 204). Due to the low heat resistance of the shells, which is manifested during their calcination and pouring, various casting defects such as grooves, scallops, ceramic gaps, etc. are formed in the castings, which gives an increased marriage of shells and castings (see ibid., P. 204).
Поэтому для повышения термостойкости оболочек стремятся заменить кварцевосодержащие огнеупорные наполнители на другие, с меньшим коэффициентом теплового расширения, например на корунд, шамот, дистенеилиманит и другие. Однако при этом из-за высокой стоимости и дефицитности этих материалов значительно повышается себестоимость литья и усложняется производство. Вместе с тем при этом проблема низкой термостойкости этилсиликатных оболочек не решатся только заменой огнеупорного наполнителя. Это связано с тем, что связующей основой материала оболочек, полученных с применением гидролизованного этилсиликата, является также кремнезем, хотя и в аморфной форме. При прокалке оболочек аморфный кремнезем в керамике претерпевает ряд превращений с переходом в кристаллическое состояние (см. там же с. 215). Поэтому при резком охлаждении нагретых оболочек, имеющем место во время выхода их из прокалочной печи, или при резком нагреве в процессе заливки их металлом кристаллизационный кремнезем связки подвергается деформации за счет термических и полиморфных его превращений и, следовательно, способствует появлению в оболочках напряжений, приводящих к их короблению или разрушению. Therefore, to increase the heat resistance of the shells, they seek to replace quartz-containing refractory fillers with others with a lower coefficient of thermal expansion, for example, corundum, chamotte, disteneilimanite and others. However, due to the high cost and scarcity of these materials, the cost of casting is significantly increased and production is complicated. At the same time, the problem of low heat resistance of ethyl silicate shells cannot be solved only by replacing the refractory filler. This is due to the fact that the bonding base of the shell material obtained using hydrolyzed ethyl silicate is also silica, although in an amorphous form. When shells are calcined, amorphous silica in ceramics undergoes a series of transformations with a transition to the crystalline state (see ibid., P. 215). Therefore, during sharp cooling of heated shells, which takes place during their exit from the calcining furnace, or during sharp heating during pouring them with metal, the crystallization silica of the binder undergoes deformation due to its thermal and polymorphic transformations and, therefore, contributes to the appearance of stresses in the shells, leading to their warping or destruction.
Термостойкость этилсиликатных оболочек можно повышать путем замены части аморфного кремнезема этилсиликата на кремнезем с более высокой стойкостью к кристаллизации и созданием условий релаксации напряжений в материале керамики, вызванных термическими и полиморфными превращениями кристаллического кремнезема. The heat resistance of ethyl silicate shells can be increased by replacing part of the amorphous silica of ethyl silicate with silica with a higher resistance to crystallization and by creating stress relaxation conditions in the ceramic material caused by thermal and polymorphic transformations of crystalline silica.
Известна суспензия для изготовления оболочек, в которой для увеличения термической стойкости и прочности этилсиликатной керамики применяют коллоидный кремнезем в виде подкисленного кремнезема, а обсыпку слоев оболочки производят высокоглиноземистым шамотом (см. журнал "Литейное производство", N 6, 1978, с. 19). A known suspension for the manufacture of shells in which colloidal silica in the form of acidified silica is used to increase the thermal stability and strength of ethyl silicate ceramics, and the shell layers are sprinkled with high-alumina chamotte (see Foundry, No. 6, 1978, p. 19).
Коллоидный кремнезем из кислого кремнезоля имеет более высокую стойкость к кристаллизации, чем аморфный кремнезем, образующийся при гидролизе этилсиликата, т. к. имеет более плотную структуру. Однако радикального повышения термостойкости оболочек при этом достичь не удается, т.к. кремнезем из кислого кремнезоля также кристаллизуется при прокалке оболочек и вызывает тепловое расширение керамического материала. Colloidal silica from acidic silica has a higher crystallization resistance than amorphous silica formed during the hydrolysis of ethyl silicate, because it has a more dense structure. However, a radical increase in the thermal stability of the shells cannot be achieved in this case, since silica from acidic silica also crystallizes upon calcination of the shells and causes thermal expansion of the ceramic material.
Известна суспензия по а.с. N 1156803, СССР, МКИ B 22 C 1/16, 1/02, заявл. 06.06.83, N 3628221/22-02, опубл. 23.05.85, бюл. N 19, в которой используют в качестве технологической добавки 15%-ный водный нейтрализованный раствор алюмометилсиликоната натрия (АМСР) и ортофосфорную кислоту. Добавки АМСР и ортофосфорной кислоты способствуют увеличению газопроницаемости оболочек за счет образования более пористой структуры керамики, но уменьшают скорость сушки и снижают их прочность после выплавки моделей. Known suspension by.with. N 1156803, USSR, MKI B 22
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является суспензия для изготовления оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям по патенту России N 2098217, МКИ B 22 C 1/16, 1/02, заявл. 12.03.96, N 96104596/02, опубл. 10.12.97, бюл. N 34, которая включает этилсиликат (ЭТС), воду, поверхностно-активное вещество (ПАВ), соляную кислоту, алюмометилсиликронат натри (АМСР), ортофосфорную кислоту, электрофильтровую пыль ферросплавных печей (ЭП), огнеупорный наполнитель. Closest to the technical nature of the claimed is a suspension for the manufacture of shell molds in investment casting according to the patent of Russia N 2098217, MKI B 22
Недостатком данной суспензии является то, что она не обеспечивает необходимой термостойкости при использовании в качестве огнеупорного наполнителя кварцевосодержащих материалов, например пылевидного кварца, маршаллита, кварцита и других. Это связано с тем, что в составе суспензии для нейтрализации АМСР используют ортофосфорную кислоту, которая в процессе нейтрализации образует с катионом натрия соединение фосфат натрия. Согласно известным данным (Химия стекла // А.А.Аппен / изд-во "Химия", Ленинград. - 1974. - С. 48), фосфаты, в том числе и фосфат натрия, являются сильными минерализаторами и способствуют кристаллизации аморфного кремнезема и полиморфному превращению кварцевосодержащих материалов при нагреве. Поэтому кристаллизация и полиморфные превращения в огнеупорном наполнителе этилсиликатной керамики усиливаются, что приводит к снижению термостойкости оболочек при их прокалке и заливке металломв. The disadvantage of this suspension is that it does not provide the necessary heat resistance when used as a refractory filler quartz-containing materials, such as pulverized quartz, marshallite, quartzite and others. This is due to the fact that phosphoric acid is used in the suspension to neutralize AMSR, which, in the process of neutralization, forms sodium phosphate with the sodium cation. According to known data (Glass Chemistry // A.A. Appen / Khimiya Publishing House, Leningrad. - 1974. - P. 48), phosphates, including sodium phosphate, are strong mineralizers and contribute to the crystallization of amorphous silica and polymorphic transformation of quartz-containing materials upon heating. Therefore, crystallization and polymorphic transformations in the refractory filler of ethyl silicate ceramics are enhanced, which leads to a decrease in the heat resistance of the shells when they are calcined and filled with metal.
Вместе с тем введение ортофосфорной кислоты в суспензию замедляет сушку оболочек на воздухе и увеличивает содержание в них остаточной влаги, т.к. образующиеся фосфатные соединения склонны к удерживанию значительного количества конституционной влаги. Поэтому при добавлении в суспензию ортофосфорной кислоты цикл формообразования оболочек увеличивается и возникает опасность отслаивания сформированных слоев оболочек при очередном обмакивании в суспензию. At the same time, the introduction of phosphoric acid into the suspension slows the drying of the membranes in air and increases the residual moisture content in them, since the resulting phosphate compounds tend to retain a significant amount of constitutional moisture. Therefore, when orthophosphoric acid is added to the suspension, the cycle of shell formation increases and there is a danger of peeling of the formed shell layers during the next dipping into the suspension.
Повысить термостойкость этилсиликатных оболочек можно за счет применения в суспензиях таких технологических добавок, которые образовывали бы в керамическом материале прослойки между частицами кремнезема, способствующие замедлению их кристаллизации при прокалке и обеспечивали бы релаксацию напряжений при термических деформациях огнеупорного наполнителя. Наиболее подходящим материалом для этого является оксид алюминия (Al2O3), имеющий малый коэффициент теплового расширения. Однако введение в суспензию готового оксида алюминия в виде известных материалов, например корунда, глинозема, каолинита и других подобных материалов в малых количествах, не обеспечивает необходимый компенсационный эффект. Этот эффект может быть достигнут тогда, как оксид алюминия образуется непосредственно в суспензии при ее приготовлении, причем при условии формирования оксида алюминия в коллоидном виде.It is possible to increase the thermal stability of ethyl silicate shells by using technological additives in suspensions that would form interlayers between the silica particles in the ceramic material, which would slow their crystallization during calcination and ensure stress relaxation during thermal deformation of the refractory filler. The most suitable material for this is alumina (Al 2 O 3 ) having a low coefficient of thermal expansion. However, the introduction into the suspension of finished alumina in the form of known materials, for example corundum, alumina, kaolinite and other similar materials in small quantities, does not provide the necessary compensation effect. This effect can be achieved when alumina is formed directly in the suspension during its preparation, provided that alumina is formed in colloidal form.
Задачей изобретения является разработка такой суспензии, которая при использовании этилсиликатного связующего обеспечила бы за счет введения в ее состав коллоидообразующей химической добавки сокращение времени сушки оболочек на воздухе, повышение водостойкости и прочности оболочек при выплавке моделей в горячей воде, повышение термостойкости и трещиностойкости керамики при прокалке оболочек и заливке их металлом. The objective of the invention is to develop such a suspension, which, when using an ethyl silicate binder, would provide due to the introduction of a colloid-forming chemical additive to reduce the drying time of the shells in air, increase the water resistance and strength of the shells when smelting models in hot water, increase the heat resistance and crack resistance of ceramics when calcining the shells and pouring them with metal.
Поставленная задача решается тем, что суспензия для изготовления оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям, включающая этилсиликат (ЭТС), воду, поверхностно-активное вещество (ПАВ), соляную кислоту, алюмометилсиликонат натрия (АМСР), электрофильтровую пыль ферросплавных печей (ЭП), огнеупорный наполнитель и технологическую добавку, согласно изобретению в качестве технологической добавки содержит хлористый алюминий при следующих соотношениях ингредиентов, мас. %:
Этилсиликат - 4,0 - 11,7
Вода - 18,0 - 22,7
ПАВ - 0,1 - 0,12
Соляная кислота - 0,1 - 0,5
АМСР - 0,1 - 1,5
ЭП - 12,5 - 0,5
Хлористый алюминий - 0,3 - 2,5
Огнеупорный наполнитель - Остальное
Нижний предел содержания ЭТС принят 4 мас.%, т.к. при меньшем содержании прочность керамики после выплавки моделей становится опасно малой и может привести к разрушению оболочек. Содержание ЭТС более 11,7 мас.% экономически нецелесообразно, т. к. достигаемая прочность керамики достаточно высока для самых сложных по конфигурациям оболочек.The problem is solved in that the suspension for the manufacture of shell molds in investment casting, including ethyl silicate (ETS), water, surface-active substance (surfactant), hydrochloric acid, sodium aluminomethyl siliconate (AMSR), electrostatic dust of ferroalloy furnaces (EP), refractory filler and technological additive according to the invention as a technological additive contains aluminum chloride in the following ratios of ingredients, wt. %:
Ethyl silicate - 4.0 - 11.7
Water - 18.0 - 22.7
Surfactant - 0.1 - 0.12
Hydrochloric acid - 0.1 - 0.5
AMSR - 0.1 - 1.5
EP - 12.5 - 0.5
Aluminum chloride - 0.3 - 2.5
Refractory Filler - Else
The lower limit of the content of ETS adopted 4 wt.%, Because at a lower content, the strength of ceramics after smelting models becomes dangerously small and can lead to destruction of the shells. An ETS content of more than 11.7 wt.% Is not economically feasible, since the achieved ceramic strength is high enough for the most complex shell configurations.
Нижний предел содержания воды принят 18 мас.%, т.к. при меньшем ее содержании имеет место чрезмерное увеличение вязкости суспензии и ухудшение ее кроющей способности при обмакивании моделей. Содержание воды на верхнем пределе принято 22,7 мас. %, т.к. при большем ее содержании вязкость суспензии чрезмерно уменьшается, что приводит к уменьшению толщины наносимого на модель слоя суспензии и уменьшению общей толщины оболочки и ее прочности. The lower limit of water content is 18 wt.%, Because with its lower content, there is an excessive increase in the viscosity of the suspension and the deterioration of its hiding power when dipping models. The water content at the upper limit is 22.7 wt. % since at a higher content, the viscosity of the suspension decreases excessively, which leads to a decrease in the thickness of the suspension layer applied to the model and a decrease in the total thickness of the shell and its strength.
Верхний и нижний пределы содержания соляной кислоты приняты по рекомендуемым расчетам (Литье по выплавляемым моделям // Под. общ. ред. Я.И. Шкленника и В.А.Озерова / 3 изд. перер. и доп. - М.: Машиностроение. -1984.- С. 216). При этом 0,1 мас.% применяют при содержании ЭТС в суспензии 4 мас. %, а 0,5 мас.% при его содержании 11,7 мас.%. The upper and lower limits of the content of hydrochloric acid are taken according to the recommended calculations (Lost wax casting // Ed. General ed. By Ya.I. Shklennik and V.A. Ozerov / 3rd ed. Re. And add. - M.: Mechanical Engineering. -1984.- S. 216). In this case, 0.1 wt.% Is used when the content of ETS in a suspension of 4 wt. %, and 0.5 wt.% with its content of 11.7 wt.%.
Содержание ПАВ принимается от 0,1 до 0,12 мас.%, т.к. увеличение его количества более 0,12 мас. % к существенному изменению свойств суспензии не приводит. При содержании ПАВ меньше 0,1 мас.% необходимая вязкость и кроющая способность суспензии не достигается. The surfactant content is taken from 0.1 to 0.12 wt.%, Because an increase in its amount more than 0.12 wt. % does not lead to a significant change in the properties of the suspension. When the surfactant content is less than 0.1 wt.%, The required viscosity and hiding power of the suspension is not achieved.
Содержание АМСР принимается в соответствии с содержанием ЭТС: чем больше в суспензии ЭТС, тем больше необходимо вводить АМСР. Для содержания ЭТС 4 мас. % достаточно содержание АМРС 0,1 мас.%, а для содержания ЭТС 11,7 мас.% содержание АМРС достаточно 1,5 мас. % при условии применения совместно с хлористым алюминием. Большее содержание АМСР в суспензии экономически нецелесообразно. The content of AMRS is taken in accordance with the content of ETS: the more in the suspension of ETS, the more it is necessary to introduce AMSR. For the content of
Из таких же соображений принимается содержание электрофильтровой пыли (ЭП). Чем меньше содержание ЭТС, тем необходимо больше вводить ЭП. Для содержания ЭТС в суспензии 4 мас.% необходимая прочность керамики достигается при содержании ЭП 12,5 мас.%. Более высокое содержание ЭП экономически нецелесообразно. При содержании ЭТС 11,7 мас.% содержание ЭП 0,5 мас.% обеспечивает необходимые прочность и газопроницаемость керамики. For the same reasons, the content of electrostatic dust (EF) is taken. The lower the content of the ETS, the more it is necessary to introduce EP. For the content of ETS in a suspension of 4 wt.%, The required ceramic strength is achieved with an EP content of 12.5 wt.%. A higher content of EP is not economically feasible. With an ETS content of 11.7 wt.%, An EP content of 0.5 wt.% Provides the necessary strength and gas permeability of the ceramic.
Содержание хлористого алюминия выбрали согласно экспериментальным данным и в соответствии с тем, что чем больше содержания в суспензии ЭТС и АМСР, тем больше необходимо вводить хлористого алюминия. При содержании ЭТС 4 мас. % и 0,1 мас.% АМРС в суспензии достаточно иметь 0,3 мас.% хлористого алюминия. При содержании хлористого алюминия меньше чем 0,3 мас.% значительно снижается термостойкость оболочек. Содержание хлористого алюминия более 2,5 мас.% экономически нецелесообразно. The content of aluminum chloride was chosen according to experimental data and in accordance with the fact that the higher the content of ETS and AMSR in the suspension, the more aluminum chloride must be added. When the content of the
Сущность изобретения состоит в том, что хлористый алюминий в составе суспензии совместно с АМРС повышает термостойкость керамики, способствует повышению скорости сушки оболочек на воздухе и увеличивает их гидростойкость и прочность при выплавке моделей в горячей воде. Это связано с тем, что при взаимодействии хлористого алюминия с АМРС между ними протекает химическая реакция, в результате которой в растворе образуются коллоидные частицы гидроксида алюминия - Al(OH)3. Эти частицы гидроксида алюминия равномерно распределены по всему объему суспензии при ее приготовлении и располагаются между частицами кремнезема, образующегося при гидролизе ЭТС, и частицами кремнезема огнеупорного наполнителя в виде межчастичных прослоек. При этом хлористый алюминий в силу своего кислотного характера, с одной стороны, совместно с соляной кислотой увеличивает глубину гидролиза ЭТС, особенно в нанесенных на оболочку слоях суспензии, с другой стороны, обеспечивает нейтрализацию щелочного АМРС и тем самым стабилизирует свойства суспензии. Поэтому длительность хранения суспензии увеличивается и скорость высыхания слоев оболочек на воздухе возрастает, что позволяет сократить по времени цикл их формообразования и стабилизировать качество оболочек. При этом образующийся гидроксид алюминия характеризуется гораздо большей влагоотдачей при сушке на воздухе в сравнении с фосфатными соединениями. Поэтому остаточная влажность керамики после одинаковой по времени сушки в оболочках, сформированных из суспензии с хлористым алюминием, гораздо меньше, а их гидростойкость при выплавке моделей в горячей воде гораздо выше.The essence of the invention lies in the fact that aluminum chloride in the composition of the suspension together with AMRS increases the heat resistance of ceramics, helps to increase the drying speed of the shells in air and increases their hydrostability and strength when smelting models in hot water. This is due to the fact that during the interaction of aluminum chloride with AMRS, a chemical reaction proceeds between them, as a result of which colloidal particles of aluminum hydroxide - Al (OH) 3 are formed in the solution. These particles of aluminum hydroxide are uniformly distributed throughout the volume of the suspension during its preparation and are located between the particles of silica formed during the hydrolysis of ETS and the particles of silica of a refractory filler in the form of interparticle interlayers. In this case, aluminum chloride due to its acidic nature, on the one hand, together with hydrochloric acid increases the depth of hydrolysis of ETS, especially in suspension layers deposited on the shell, on the other hand, neutralizes alkaline AMRS and thereby stabilizes the properties of the suspension. Therefore, the shelf life of the suspension increases and the drying rate of the layers of the shells in air increases, which reduces the time cycle of their formation and stabilizes the quality of the shells. In this case, the resulting aluminum hydroxide is characterized by much greater moisture loss during drying in air in comparison with phosphate compounds. Therefore, the residual moisture content of ceramics after drying at the same time in shells formed from a suspension with aluminum chloride is much less, and their hydrostability during smelting of models in hot water is much higher.
Термостойкость оболочек, сформированных из предлагаемой суспензии с добавкой хлористого алюминия совместно с АМРС, увеличивается за счет компенсационного эффекта прослоек между частицами кремнезема из образованных в суспензии коллоидных частиц гидроксида алюминия и физико-химических превращений, протекающих в них при сушке и прокладке оболочек. При сушке оболочек происходит равномерное и глубокое удаление испарителя (спирта) и воды из оболочек с образование более гидростойкой и пористой структуры керамики. Это связано с тем, что гидроксид алюминия имеет слабую химическую связь с водой и легко отдает в атмосферу при сушке на воздухе и нагреве. При этом размерные параметры прослоек из гидроксида алюминия меняются мало в связи с ее коагуляционными структурным строением. Поэтому после сушки прослойки имеют более пористую структуру, чем структура кремнезема, образованную из ЭТС при его гидролизе. Это приводит к тому, что тепловые напряжения в оболочках при их погружениях в горячую воду в процессе выплавления моделей легко релаксируются в пористых прослойках оксида алюминия. Пористая структура прослоек из оксида алюминия также способствует быстрому поглощению воды в ванне вытопки при погружении оболочек и тем самым уменьшают градиент напряжений в стенках оболочки, приводящих к трещинообразованию в оболочках. Напряжения в оболочках, связанные с расширением модельного состава при выплавке моделей, также существенно релаксируют за счет пористых прослоек из оксида алюминия. The heat resistance of the shells formed from the proposed suspension with the addition of aluminum chloride together with AMRS increases due to the compensation effect of the interlayers between the silica particles from the colloidal particles of aluminum hydroxide formed in the suspension and the physicochemical transformations that occur during drying and laying of the shells. When drying the shells, a uniform and deep removal of the evaporator (alcohol) and water from the shells occurs with the formation of a more water-resistant and porous ceramic structure. This is due to the fact that aluminum hydroxide has a weak chemical bond with water and easily releases into the atmosphere when air-dried and heated. In this case, the dimensional parameters of the interlayers of aluminum hydroxide change little in connection with its coagulation structural structure. Therefore, after drying, the interlayers have a more porous structure than the structure of silica formed from ETS during its hydrolysis. This leads to the fact that thermal stresses in the shells when they are immersed in hot water during the smelting process easily relax in the porous layers of aluminum oxide. The porous structure of the alumina interlayers also contributes to the rapid absorption of water in the flooding bath when the shells are immersed and thereby reduce the stress gradient in the walls of the shell, leading to cracking in the shells. The stresses in the shells associated with the expansion of the model composition during the smelting of models also significantly relax due to porous interlayers of aluminum oxide.
Повышение термостойкости оболочек от добавок хлористого алюминия проявляется при прокатке и резком охлаждении их при выходе из печи под заливку. При прокалке оболочек прослойки из оксида алюминия, с одной стороны, препятствуют прямому контакту частиц кремнезема между собой и тем самым замедляют его кристаллизацию и последующие полиморфные превращения. Это уменьшает тепловые деформации в частицах кремнезема, образованных при гидролизе ЭТС. С другой стороны, в прослойках из оксида алюминия при нагреве происходит уплотнение структуры, что способствует компенсации теплового расширения частиц кремнезема огнеупорного наполнителя. При этом между частицами кремнезема и прослойками из аморфного оксида алюминия протекает химическая реакция в виде твердофазного взаимодействия и спекания с образованием шамотизированных зон между ними. Поэтому тепловые деформации и связанные с ними напряжения в частицах кремнезема уменьшаются, что приводит в целом к увеличению термостойкости оболочек. An increase in the heat resistance of the shells from the addition of aluminum chloride is manifested during rolling and their sharp cooling when leaving the furnace for pouring. When calcining the shells, the alumina interlayers, on the one hand, interfere with direct contact of silica particles with each other and thereby slow down its crystallization and subsequent polymorphic transformations. This reduces thermal deformations in the silica particles formed during the hydrolysis of ETS. On the other hand, in the layers of aluminum oxide during heating, the structure is densified, which helps to compensate for the thermal expansion of the silica particles of the refractory filler. In this case, a chemical reaction proceeds between silica particles and interlayers of amorphous alumina in the form of solid-phase interaction and sintering with the formation of chamotized zones between them. Therefore, thermal deformations and the associated stresses in the particles of silica are reduced, which generally leads to an increase in the heat resistance of the shells.
Для приготовления предлагаемой суспензии используют этилсиликат любой марки, соляную кислоту, ПАВ в виде сульфанола, пасты РАС и др., АМСР, поставляемый по ТУ 6-02-700-86, водопроводную воду, электрофильтровальную пыль ферросплавных печей, поставляемую по ТУ 7-249533-01-90, любой огнеупорный наполнитель. В качестве технологической добавки используют хлористый алюминий, выпускаемый по ГОСТ 3759-95, поставляемый в стеклянной упаковке. For the preparation of the proposed suspension, ethyl silicate of any brand is used, hydrochloric acid, a surfactant in the form of sulfanol, PAC paste, etc., AMSR supplied according to TU 6-02-700-86, tap water, electrostatic dust of ferroalloy furnaces supplied according to TU 7-249533 -01-90, any refractory filler. As a technological additive, aluminum chloride is used, manufactured according to GOST 3759-95, supplied in glass packaging.
При изготовлении суспензии после загрузки в гидролизер всех компонентов в последнюю очередь добавляют предварительно приготовленный раствор из 30% водного раствора АМСР и 50% водного раствора хлористого алюминия в расчетных количествах. При этом pH раствора должен быть 2,2...3,8 ед. In the manufacture of the suspension, after loading all the components into the hydrolyzer, the previously prepared solution of 30% aqueous solution of AMSR and 50% aqueous solution of aluminum chloride in the calculated quantities is added last. In this case, the pH of the solution should be 2.2 ... 3.8 units.
Пример реализации изобретения
Для приготовления суспензии использовали огнеупорный наполнитель - пылевидный кварц марки КП-1 (ГОСТ 907-92), связующее - этилсиликат марки ЭТС-40, соляную кислоту с плотностью 1180 кг/м3, алюмометилсиликонат натрия марки АМРС-3 в виде 30% водного раствора, электрофильтровую пыль ферросплавных печей марки МК85, водопроводную воду и хлористый алюминий в виде 50% водного раствора. АМСР и хлористый алюминий предварительно перемешивали между собой до pH 2,2...3,8 ед. Гидролиз этилсиликата проводили совмещенным способом при приготовлении суспензии. Вязкость суспензии для первого слоя составляла 80.. . 90 секунд, для последующих слоев - 35 - 50 сек. Сушку каждого слоя проводили в камерах сушки в течение 2,2 часов при температуре 26...27oC и относительной влажности 45 -50%. Модели из оболочек удаляли выплавкой в горячей воде при 97-98oC. Готовые формы прокаливали при 850-900oC в течение 4 часов.An example implementation of the invention
For the preparation of the suspension, a refractory filler was used - dusty quartz of the KP-1 brand (GOST 907-92), a binder - ethyl silicate of the ETS-40 brand, hydrochloric acid with a density of 1180 kg / m 3 , sodium aluminomethyl siliconate of the AMRS-3 brand in the form of a 30% aqueous solution , electrostatic dust of MK85 ferroalloy furnaces, tap water and aluminum chloride in the form of a 50% aqueous solution. AMSR and aluminum chloride were pre-mixed with each other to a pH of 2.2 ... 3.8 units. The hydrolysis of ethyl silicate was carried out in a combined manner in the preparation of a suspension. The viscosity of the suspension for the first layer was 80 ... 90 seconds, for subsequent layers - 35 - 50 sec. Drying of each layer was carried out in drying chambers for 2.2 hours at a temperature of 26 ... 27 o C and a relative humidity of 45 -50%. Models from the shells were removed by smelting in hot water at 97-98 o C. Prepared forms were calcined at 850-900 o C for 4 hours.
Качество керамики оценивали при одинаковых условиях обработки образцов по остаточной влажности и прочности после вытопки моделей в горячей воде, прочности при 900oC, термостойкость оценивали по циклической прочности при сравнении после одноразового нагрева до 900oC и выдержки в течение 4-х часов и последующего охлаждения до 20oC и после 2-х кратного нагрева и охлаждения при тех же условиях, а также по показателям теплового расширения при нагреве до 900oC, снятым на высокотемпературном дилатометре марки H500 с двухкоординатной записью результатов "температура-деформация".The quality of ceramics was evaluated under the same conditions for processing samples according to residual moisture and strength after models were heated in hot water, strength at 900 o C, heat resistance was evaluated by cyclic strength when compared after a one-time heating to 900 o C and exposure for 4 hours and subsequent cooling to 20 o C and after 2-fold heating and cooling under the same conditions, as well as thermal expansion during heating to 900 o C, recorded on a H500 high-temperature dilatometer with two-coordinate recording s "temperature-strain".
Для сравнения параллельно с опытами готовили оболочки и образцы по тем же режимам с использованием известного состава суспензии (см. аналог в описании). For comparison, shells and samples were prepared in parallel with the experiments according to the same modes using a known suspension composition (see analogue in the description).
В табл. 1 приведены варианты испытанных суспензий, а в табл. 2 - физико-механические характеристики керамики. In the table. 1 shows the options for the tested suspensions, and in table. 2 - physical and mechanical characteristics of ceramics.
Как видно из таблиц, существенное влияние хлористого алюминия совместно с АМСР начинается при содержании его суспензии от 0,3 мас.% и более. Так, остаточная влажность керамики после сушки при прочих равных условиях уменьшается по сравнению с известной суспензией в 1,8...1,9 раза, а прочность после вытопки моделей в горячей воде увеличивается в 1,2 раза. As can be seen from the tables, a significant effect of aluminum chloride in conjunction with AMSR begins when its suspension content is from 0.3 wt.% Or more. So, the residual moisture of the ceramics after drying, ceteris paribus, decreases by 1.8 ... 1.9 times compared with the known suspension, and the strength after model heating in hot water increases by 1.2 times.
Особенно заметное влияние хлористого алюминия установлено на термостойкость керамики. Так, при прочих равных условиях (составы 1 и 6 табл. 1) тепловое расширение керамики из предлагаемой суспензии уменьшается по сравнению с известной суспензией в 3,2 раза. При этом происходит уменьшение циклической прочности при переходе с одноразового нагрева и охлаждения на 2-х разовый у керамики из известной суспензии в 3,6 раза, тогда как у керамики из предлагаемой суспензии - всего лишь в 1,7 раза (при содержании хлористого алюминия в суспензии 2,5 мас.%). При увеличении содержания хлористого алюминия в суспензии больше 2,5 мас.% показатели керамики улучшаются, но не менее существенно. При этом содержание хлористого алюминия более чем 2,5 мас.% экономически нецелесообразно. A particularly noticeable effect of aluminum chloride has been established on the heat resistance of ceramics. So, ceteris paribus (
Применение хлористого алюминия для нейтрализации АМСР взамен ортофосфорной кислоты позволяет несколько снизить содержание АМСР и тем самым уменьшить себестоимость суспензии, т.к. АМСР является дорогим материалом. При этом качественные показатели керамики не ухудшаются, т.к. выделяющийся при нейтрализации АМСР гидроксид алюминия компенсируется гораздо большим выделением его из хлористого алюминия. Причем выделяющийся гидроксид алюминия из хлористого алюминия характеризуется более развитой коллоидальностью и меньшей влагоемкостью, т.к. в нем отсутствуют ионы влагоемкого натрия, имеющегося в АМСР. The use of aluminum chloride to neutralize AMSR instead of phosphoric acid can slightly reduce the AMSR content and thereby reduce the cost of suspension, because AMCP is an expensive material. At the same time, the quality indicators of ceramics do not deteriorate, because the aluminum hydroxide released during the neutralization of AMSR is compensated by its much higher release from aluminum chloride. Moreover, the released aluminum hydroxide from aluminum chloride is characterized by a more developed colloidality and lower moisture capacity, because it lacks the ions of moisture-intensive sodium present in AMSR.
Поэтому за верхний предел содержания хлористого алюминия принято 2,5 мас.% при максимальном содержании ЭТС и АМСР. Therefore, 2.5 wt.% Was taken as the upper limit of the content of aluminum chloride with a maximum content of ETS and AMSR.
Таким образом, применение суспензии с добавкой хлористого алюминия позволяет снизить себестоимость оболочек на 15-20%, уменьшить их брак при формообразовании на 5-8%, а в процессе вытопки моделей - на 12 - 15%, при прокалке и заливке - на 10-12%, а за счет повышения термостойкости керамики уменьшить брак отливок на 3-5% и непроизводительный расход металла - на 15%, повысить качество и размерную точность отливок, стабильность производства и безопасность труда на заливочном участке. Thus, the use of a suspension with the addition of aluminum chloride can reduce the cost of shells by 15-20%, reduce their marriage during shaping by 5-8%, and in the process of refining models by 12-15%, when calcining and pouring, by 10- 12%, and by increasing the heat resistance of ceramics, reduce casting rejects by 3-5% and unproductive metal consumption by 15%, improve the quality and dimensional accuracy of castings, production stability and labor safety at the casting site.
Claims (1)
Этилсиликат - 4,0-11,7
Вода - 18,0-22,7
ПАВ - 0,1-0,12
Соляная кислота - 0,1-0,5
АМСР - 0,1-1,5
ЭП - 12,5-0,5
Хлористый алюминий - 0,3-2,5
Огнеупорный наполнитель - ОстальноеSuspension for the manufacture of shell molds in investment casting, including ethyl silicate (ETS), water, surface-active substance (SAS), hydrochloric acid, sodium aluminomethyl siliconate (AMSR), electrostatic dust of ferroalloy furnaces (EP), refractory filler and processing aid, characterized in that as a processing aid it contains aluminum chloride in the following ratios of ingredients, wt.%:
Ethyl silicate - 4.0-11.7
Water - 18.0-22.7
Surfactant - 0.1-0.12
Hydrochloric acid - 0.1-0.5
AMSR - 0.1-1.5
EP - 12.5-0.5
Aluminum chloride - 0.3-2.5
Refractory Filler - Else
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99101162A RU2146983C1 (en) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | Suspension for manufacture of shell molds in investment casting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99101162A RU2146983C1 (en) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | Suspension for manufacture of shell molds in investment casting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2146983C1 true RU2146983C1 (en) | 2000-03-27 |
Family
ID=20214891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99101162A RU2146983C1 (en) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | Suspension for manufacture of shell molds in investment casting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2146983C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446910C1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ "КОМПАС" | Binder for fabrication of shell moulds in investment casting |
| RU2688038C1 (en) * | 2018-09-11 | 2019-05-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Suspension for making shell molds in casting on molten models |
| US11072022B2 (en) | 2015-07-10 | 2021-07-27 | Imertech Sas | Moulds for investment casting, methods of making such moulds and use thereof |
-
1999
- 1999-01-18 RU RU99101162A patent/RU2146983C1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446910C1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ "КОМПАС" | Binder for fabrication of shell moulds in investment casting |
| US11072022B2 (en) | 2015-07-10 | 2021-07-27 | Imertech Sas | Moulds for investment casting, methods of making such moulds and use thereof |
| RU2688038C1 (en) * | 2018-09-11 | 2019-05-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Suspension for making shell molds in casting on molten models |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101844206B (en) | Collapsible mold and method of manufacturing the same | |
| KR0128008B1 (en) | Process for preparing refractory molded articles and binders therefor | |
| EP2950943B1 (en) | Calcium hexaluminate-containing mold and facecoat compositions and methods for casting titanium and titanium aluminide alloys | |
| CN105036768A (en) | High-performance castable | |
| CN1299850C (en) | Hot investment precision casting technique for rare earth ceramic cased titanium alloys | |
| CN104987093A (en) | Preparing method for high-performance pouring material | |
| RU2412019C1 (en) | Method of producing ceramic shell moulds for investment casting | |
| RU2411104C1 (en) | Method of producing silicaless ceramic moulds for precise metal investment casting | |
| RU2146983C1 (en) | Suspension for manufacture of shell molds in investment casting | |
| PL188600B1 (en) | Investment casting mold and method of manufacture | |
| KR20220029667A (en) | A sized mold obtainable from a casting material mixture comprising an inorganic binder and a phosphoric acid-based compound and an oxidizable boron compound, and a method for preparing the same and the use thereof | |
| RU2358827C1 (en) | Suspension for manufacturing of ceramic shell moulds into foundring by dispensable pattern | |
| JP2016501131A (en) | Composition of ceramic layers for making molds and other products | |
| CN108911772B (en) | Brick for embedding blast furnace cooling wall and production process thereof | |
| CN112979307A (en) | Aluminum titanate ceramic precursor material, aluminum titanate dense ceramic, and method for producing same | |
| CN87102126A (en) | Water soluble core for cast-steel piece | |
| CN112142485A (en) | Ceramic fiber material and preparation method thereof | |
| RU2375144C1 (en) | Manufacturing method of shell moulds by casted models forms | |
| JP3071060B2 (en) | Ceramic-metal insert and method of manufacturing the same | |
| JPH0636954B2 (en) | Composition for easily disintegrating mold | |
| RU2274510C1 (en) | Suspension for ceramic molds produced with use of investment patterns | |
| JPH04333343A (en) | Manufacture of ceramic shell mold | |
| SU948530A1 (en) | Method of producing shell moulds | |
| CN113811405B (en) | Investment powder | |
| RU2673873C1 (en) | Suspension for manufacture of easy-clean casting ceramic forms |