RU2427441C1 - Fluid mix with increased thermochemical stability for pattern casting 3d moulds - Google Patents
Fluid mix with increased thermochemical stability for pattern casting 3d moulds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427441C1 RU2427441C1 RU2010119734/02A RU2010119734A RU2427441C1 RU 2427441 C1 RU2427441 C1 RU 2427441C1 RU 2010119734/02 A RU2010119734/02 A RU 2010119734/02A RU 2010119734 A RU2010119734 A RU 2010119734A RU 2427441 C1 RU2427441 C1 RU 2427441C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- portland cement
- molds
- castings
- carboxymethyl cellulose
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано при изготовлении форм и стержней в производстве художественных и точных технических отливок, преимущественно из чугуна.The invention relates to the field of foundry and can be used in the manufacture of molds and cores in the production of artistic and precise technical castings, mainly from cast iron.
В настоящее время для изготовления объемных форм и стержней по выплавляемым моделям в художественном и ювелирном литье наибольшее распространение получили наливные смеси на гипсовом и цементном связующем.Currently, for the production of three-dimensional molds and cores for investment casting in art and jewelry casting, bulk mixtures based on gypsum and cement binders are most widely used.
Из уровня техники известна смесь (Патент РФ 2175902, МПК7 В22С 1/00. Смесь для изготовления форм и стержней на гипсовом связующем при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов, опубл. 20.11.2001), включающая гипс, мелкодисперсный кварцевый песок, пылевидный возгон шамотного производства, воду, дигидрофосфат натрия в качестве замедлителя схватывания гипса. Однако формы, изготовленные из данной смеси, не позволяют получать отливки из черных металлов с высокой температурой заливки. Гипс неустойчив при температурах выше 1200°С, а с углеродом чугуна он активно взаимодействует с разложением и выделением большого количества газообразных продуктов реакции (SO3, SO2), которые поражают отливки газовыми раковинами по всей поверхности.The prior art mixture (Patent RF 2175902, IPC 7 В22С 1/00. A mixture for the manufacture of molds and cores on a gypsum binder in the manufacture of castings from non-ferrous and precious alloys, publ. 20.11.2001), including gypsum, fine quartz sand, dust sublimation of chamotte production, water, sodium dihydrogen phosphate as a gypsum setting retarder. However, molds made from this mixture do not allow castings from ferrous metals with a high pouring temperature to be obtained. Gypsum is unstable at temperatures above 1200 ° C, and it actively interacts with cast iron carbon with the decomposition and release of a large number of gaseous reaction products (SO 3 , SO 2 ), which hit the castings with gas shells over the entire surface.
Наиболее близкой по технической сущности является самотвердеющая смесь с цементом в качестве связующего (Патент РФ 2252103, МПК7 В22С 1/00. Смесь наливная самотвердеющая для изготовления форм и стержней при производстве отливок по выплавляемым моделям, опубл. 20.05.2005). В соответствии с указанным прототипом смесь включает кварцевый песок, портландцемент, нитрат алюминия девятиводный и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:The closest in technical essence is a self-hardening mixture with cement as a binder (RF Patent 2252103, IPC 7 В22С 1/00. Self-hardening liquid mixture for the manufacture of molds and cores in the manufacture of investment castings, publ. 05/20/2005). In accordance with the specified prototype, the mixture includes quartz sand, Portland cement, aluminum nitrate and water in the following ratio of ingredients, wt.%:
Данная формовочная смесь позволяет получать крупногабаритные отливки из цветных сплавов, а также мелкие и тонкостенные отливки из чугуна и стали. Вместе с тем основной недостаток смеси-прототипа состоит в том, что портландцемент также содержит гидрат сульфата кальция (гипс) в количестве 3…6%, который согласно технологическому процессу на заводе-изготовителе вводится в процессе помола клинкера для увеличения сроков схватывания цемента. Поэтому при получении крупногабаритных отливок из чугуна в массивных узлах происходит разложение гипса, содержащегося в портландцементе, и из-за очень низкой газопроницаемости формы поражение отливки газовыми раковинами.This molding mixture allows you to get large castings from non-ferrous alloys, as well as small and thin-walled castings from cast iron and steel. However, the main disadvantage of the prototype mixture is that Portland cement also contains calcium sulfate hydrate (gypsum) in the amount of 3 ... 6%, which, according to the manufacturing process, is introduced in the milling process of the clinker to increase the cement setting time. Therefore, upon receipt of large castings from cast iron in massive nodes, the gypsum contained in Portland cement decomposes, and due to the very low gas permeability of the mold, the casting is damaged by gas shells.
В основу изобретения положена техническая задача - создание наливной самотвердеющей смеси для изготовления отливок по выплавляемым моделям, в том числе крупногабаритных из чугуна, обеспечивающей отсутствие в них газовых дефектов, за счет применения связующего с повышенной термохимической стойкостью.The invention is based on a technical problem - the creation of a self-hardening liquid mixture for the manufacture of investment castings, including large cast iron, ensuring the absence of gas defects in them, due to the use of a binder with increased thermochemical resistance.
Указанная техническая задача решается тем, что смесь наливная с повышенной термохимической устойчивостью для изготовления форм и стержней при производстве отливок по выплавляемым моделям, включающая мелкодисперсный наполнитель на основе кремнезема, кристаллогидратное связующее, воду, согласно изобретению смесь дополнительно содержит натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, а в качестве кристаллогидратного связующего содержит диспергированный портландцементный клинкер при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:The specified technical problem is solved in that the bulk mixture with increased thermochemical stability for the manufacture of molds and cores in the production of investment castings, including finely divided filler based on silica, a crystalline hydrate binder, water, according to the invention, the mixture further comprises a sodium salt of carboxymethyl cellulose, and as a crystalline hydrate the binder contains dispersed Portland cement clinker in the following ratio of ingredients, wt.%:
Предложенное технологическое решение позволяет предотвратить поражение газовыми раковинами отливок из чугуна с массивными узлами, так как заявляемая смесь не содержит сульфата кальция (гипса), разлагающегося при высокотемпературном взаимодействии с углеродом с образованием большого количества газообразных продуктов.The proposed technological solution allows to prevent gas shells from casting iron with massive nodes, since the inventive mixture does not contain calcium sulfate (gypsum), which decomposes during high-temperature interaction with carbon to form a large number of gaseous products.
В качестве связующего рекомендуется применять портландцементный клинкер, например, выпускаемый цементным заводом товарный клинкер ТУ 5739-002-00284339-94, который необходимо подвергнуть диспергированию, например, в шаровой вращающейся или вибрационной мельнице до удельной поверхности 300…500 м2/кг для последующего полноценного протекания процессов гидратации и формирования прочности литейных форм.As a binder, it is recommended to use Portland cement clinker, for example, the TU 5739-002-00284339-94 commodity clinker manufactured by a cement plant, which must be dispersed, for example, in a ball rotating or vibration mill to a specific surface of 300 ... 500 m 2 / kg for subsequent high-grade the course of hydration processes and the formation of strength of molds.
Содержание в предлагаемой смеси клинкера менее 12,00 мас.% не обеспечивает необходимой прочности формовочной смеси и, следовательно, качества поверхности отливки. Напротив, содержание клинкера более 18,00 мас.% приводит к чрезмерному увеличению прочности и ухудшению выбиваемости, а также удорожанию формовочной смеси.The content of the proposed clinker mixture of less than 12.00 wt.% Does not provide the necessary strength of the molding mixture and, therefore, the surface quality of the casting. On the contrary, the clinker content of more than 18.00 wt.% Leads to an excessive increase in strength and deterioration of knockout, as well as the cost of the molding sand.
Диспергированный портландцементный клинкер отличается от выпускаемого цементными заводами портландцемента отсутствием сульфата кальция, замедляющего гидратацию алюминатных фаз и регулирующего таким образом процессы схватывания и твердения цемента, что для наливной формовочной смеси является положительным моментом, так как для нее сроки схватывания строительных растворов являются слишком длительными. Продолжительный период от заполнения опоки до начала схватывания наливной формовочной смеси приводит к седиментации наполнителя, растрескиванию форм при сушке и прокалке и образованию на отливках дефектов «облой» и «засор». Отсутствие сульфата кальция сокращает время начала схватывания по сравнению с портландцементом с нескольких часов до 35…50 мин, однако для высоких форм этого оказывается недостаточно, чтобы предотвратить седиментацию наполнителя, особенно при наличии в ней фракции более 100 мкм. Для этой цели в предлагаемую наливную формовочную смесь вводится натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы.Dispersed Portland cement clinker differs from Portland cement produced by cement plants in the absence of calcium sulfate, which slows down the hydration of aluminate phases and thus regulates the setting and hardening of cement, which is a positive moment for the bulk molding sand, since the setting time for building mortars is too long for it. A long period from filling of the flask to the beginning of setting of the bulk sand mixture leads to sedimentation of the filler, cracking of the forms during drying and calcination, and the formation of defects “fouling” and “blockage” on the castings. The absence of calcium sulfate reduces the start time of setting compared with Portland cement from several hours to 35 ... 50 minutes, but for high forms this is not enough to prevent sedimentation of the filler, especially if there is a fraction of more than 100 microns in it. For this purpose, the carboxymethyl cellulose sodium salt is introduced into the proposed bulk molding sand mixture.
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (марка КМЦ 85/400 ТУ 6-55-39-90) вводится растворением ее в водопроводной или дистиллированной воде в процессе приготовления формовочной смеси. Добавка, растворяясь в воде, обволакивает зерна наполнителя и создает в объеме смеси «полимерный каркас», препятствующий оседанию частиц наполнителя.The sodium salt of carboxymethyl cellulose (grade KMTs 85/400 TU 6-55-39-90) is introduced by dissolving it in tap or distilled water during the preparation of the molding mixture. The additive, dissolving in water, envelops the filler grains and creates a “polymer skeleton” in the volume of the mixture, which prevents the settling of filler particles.
Количество натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в составе смеси 0,3…0,45 мас.% является оптимальным с позиции седиментационной устойчивости суспензии. Содержание ее в смеси менее 0,3 мас.% не обеспечивает необходимой седиментационной устойчивости, приводит к расслоению смеси, чрезмерному увеличению времени начала затвердевания смеси, расслоению ее, растрескиванию форм при сушке и прокалке и образованию на отливках дефектов «облой» и «засор». Содержание натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 0,45% полностью предотвращает седиментацию и дальнейшее увеличение ее количества, ведет лишь к удорожанию формовочной смеси.The amount of sodium salt of carboxymethyl cellulose in the composition of the mixture of 0.3 ... 0.45 wt.% Is optimal from the standpoint of sedimentation stability of the suspension. Its content in the mixture of less than 0.3 wt.% Does not provide the necessary sedimentation stability, leads to delamination of the mixture, an excessive increase in the onset time of the solidification of the mixture, its delamination, cracking of the forms during drying and calcination, and the formation of defects “breakdown” and “blockage” on castings . The content of sodium salt of carboxymethyl cellulose 0.45% completely prevents sedimentation and a further increase in its amount, leads only to an increase in the cost of the molding mixture.
Диспергирование частиц кварцевого песка до зернистости 50…160 мкм обеспечивает высокое качество отпечатка форм на клинкерном связующем, а также их требуемые физико-механические характеристики. При этом диспергирование может быть осуществлено простым помолом кварцевого песка, например марок 2K2O2O3 или 3K3O2O3 (ГОСТ 2138-91) в шаровой вращающейся или вибрационной мельнице.The dispersion of quartz sand particles to a grain size of 50 ... 160 microns provides high quality imprint forms on a clinker binder, as well as their required physical and mechanical characteristics. In this case, dispersion can be carried out by simple grinding of quartz sand, for example, grades 2K 2 O 2 O3 or 3K 3 O 2 O3 (GOST 2138-91) in a ball rotating or vibration mill.
Затворитель (вода) оказывает непосредственное влияние на реологические свойства суспензии (текучесть, формозаполняемость, седиментационная устойчивость) и готовой формы (прочность, осыпаемость, трещиноустойчивость). Оптимальное количество воды находится в пределах 35…38 масс.ч. на 100 масс. частей сухих компонентов смеси. Такое содержание затворителя делает смесь суспензией по консистенции пригодной для изготовления наливных объемных форм для литья как мелких, так и крупногабаритных пустотелых изделий.The aggregate (water) has a direct effect on the rheological properties of the suspension (fluidity, formability, sedimentation stability) and the finished form (strength, shedding, crack resistance). The optimal amount of water is in the range of 35 ... 38 mass.h. per 100 mass. parts of the dry components of the mixture. Such a content of the grout makes the mixture a suspension of consistency suitable for the manufacture of bulk bulk molds for casting both small and large-sized hollow products.
Подготовку заявляемой смеси для изготовления форм и стержней на клинкерном связующем при производстве отливок из цветных, черных и драгоценных сплавов осуществляют следующим образом. Навешивают расчетное количество портландцементного клинкера и диспергированного кварцевого песка. Затем отмеряют необходимое количество воды и растворяют в ней нужное количество натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы.The preparation of the inventive mixture for the manufacture of molds and cores on a clinker binder in the manufacture of castings from non-ferrous, ferrous and precious alloys is as follows. Estimate the amount of Portland cement clinker and dispersed silica sand. Then measure the required amount of water and dissolve in it the right amount of sodium salt of carboxymethyl cellulose.
Перед изготовлением форм и стержней в предварительно подготовленный затворитель, из расчета 350…380 мл затворителя на 1 кг сухих составляющих засыпают перемешанные друг с другом портландцементный клинкер и кварцевый песок. Далее смесь тщательно перемешивают при скорости вращения крыльчатки 3000…6000 об/мин в течение 1…2 мин. После этого суспензия используется для изготовления форм и стержней. После изготовления форма сушится, затем производится вытопка (удаление) модельного состава горячим воздухом при температуре 120…160°С и прокалка форм при 550°…600°С. Температура форм перед заливкой металла снижается до 400-500°С.Before making molds and cores, a Portland cement clinker and quartz sand mixed with each other are poured into a pre-prepared grout, at the rate of 350 ... 380 ml of grout per 1 kg of dry components. Next, the mixture is thoroughly mixed at an impeller rotation speed of 3000 ... 6000 rpm for 1 ... 2 minutes. After that, the suspension is used to make molds and cores. After manufacturing, the mold is dried, then the model composition is extruded (removed) with hot air at a temperature of 120 ... 160 ° C and calcined at 550 ° ... 600 ° C. The temperature of the molds before pouring the metal is reduced to 400-500 ° C.
Предлагаемый состав смеси для изготовления форм и стержней на клинкерном связующем иллюстрируется следующим примером.The proposed composition of the mixture for the manufacture of molds and cores on a clinker binder is illustrated by the following example.
Пример. Готовят сухую смесь из портландцементного клинкера марки ТУ 5739-002-00284339-94 и диспергированного кварцевого песка. Затем взвешивают натриевую соль и растворяют ее в затворителе - дистиллированной воде, далее вводят саму сухую смесь с последующим перемешиванием в течение 1…2 мин.Example. A dry mixture is prepared from Portland cement clinker grade TU 5739-002-00284339-94 and dispersed quartz sand. Then the sodium salt is weighed and dissolved in a hardener - distilled water, then the dry mixture itself is introduced, followed by stirring for 1 ... 2 minutes.
Параллельно для получения сравнительных данных осуществляют приготовление смеси на цементном связующем согласно прототипу. Составы смесей приведены в табл.1.In parallel, to obtain comparative data, the mixture is prepared on a cement binder according to the prototype. The compositions of the mixtures are given in table 1.
Подготовленные смеси используют для изготовления форм и стержней на цементном связующем с фиксацией их физико-механических свойств.Prepared mixtures are used for the manufacture of molds and cores on a cement binder with fixation of their physical and mechanical properties.
Формы заливают серым чугуном СЧ20 при температуре 1300°С. По каждому варианту было изготовлено 12 отливок.The molds are filled with gray cast iron SCh20 at a temperature of 1300 ° C. For each option, 12 castings were made.
Показателями для сравнения являются коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) каждой смеси в интервале температур 20…700°С, прочность форм на сжатие после сушки и после прокалки, осыпаемость формовочной смеси после прокалки форм, шероховатость поверхности отливок, полученных в эти формы, наличие в отливках газовых дефектов.Indicators for comparison are the coefficient of thermal linear expansion (CTE) of each mixture in the temperature range of 20 ... 700 ° C, the compressive strength of the molds after drying and after calcining, the tearability of the molding mixture after calcining the molds, the surface roughness of castings obtained in these molds, the presence of gas defect castings.
КТЛР определяют на дилатометре «PAULIK», используя образцы диаметром 5 мм и высотой 30 мм.CTLR is determined on a PAULIK dilatometer using samples with a diameter of 5 mm and a height of 30 mm.
Прочность форм определяют, испытывая на сжатие стандартные образцы диаметром и высотой 50 мм после выдержки в воздухе через 24 и 72 часа, после прокалки (700°С, 3 часа) и охлаждения до комнатной температуры.The strength of the molds is determined by testing standard samples with a diameter and a height of 50 mm for compression after exposure to air after 24 and 72 hours, after calcination (700 ° C, 3 hours) and cooling to room temperature.
Осыпаемость формовочной смеси оценивают по стандартной методике на приборе модели 056 для определения осыпаемости формовочных смесей.The tearability of the molding sand is evaluated according to the standard procedure on the model 056 instrument to determine the trituration of the molding sand.
Шероховатость отливок из серого чугуна СЧ20 определяют на профилометре модели 296.The roughness of gray castings SCh20 is determined on the model 296 profilometer.
Наличие дефектов газового происхождения на поверхности отливок оценивают визуально, в теле отливок - с помощью рентгеновского контроля.The presence of defects of gas origin on the surface of the castings is assessed visually, in the body of the castings - using x-ray control.
Результаты испытаний смесей (по прототипу и заявленной) приведены в табл.2.The test results of the mixtures (prototype and declared) are given in table.2.
Результаты испытаний показывают, что по сравнению с прототипом заявленный состав смеси практически не уступает по всем основным физико-механическим характеристикам, при этом позволяет предотвратить образование газовых дефектов на чугунных отливках с массивными частями.The test results show that, compared with the prototype, the claimed composition of the mixture is practically inferior in all basic physical and mechanical characteristics, while preventing the formation of gas defects on cast iron with massive parts.
Предлагаемая смесь прошла испытания на ЗАО «Уральская бронза» (г.Челябинск). Были получены качественные художественные отливки из серого чугуна массой до 72 кг без газовых дефектов.The proposed mixture has been tested at CJSC Ural Bronze (Chelyabinsk). High-quality artistic castings from gray cast iron weighing up to 72 kg without gas defects were obtained.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010119734/02A RU2427441C1 (en) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | Fluid mix with increased thermochemical stability for pattern casting 3d moulds |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010119734/02A RU2427441C1 (en) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | Fluid mix with increased thermochemical stability for pattern casting 3d moulds |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2427441C1 true RU2427441C1 (en) | 2011-08-27 |
Family
ID=44756682
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010119734/02A RU2427441C1 (en) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | Fluid mix with increased thermochemical stability for pattern casting 3d moulds |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2427441C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106825387A (en) * | 2017-02-15 | 2017-06-13 | 苏州兴业材料科技股份有限公司 | A kind of 3 D-printing increasing material moulding material |
CN114031322A (en) * | 2021-11-26 | 2022-02-11 | 沈阳理工大学 | Energy-saving environment-friendly magnesium phosphate cement clinker and preparation method and application thereof |
-
2010
- 2010-05-17 RU RU2010119734/02A patent/RU2427441C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106825387A (en) * | 2017-02-15 | 2017-06-13 | 苏州兴业材料科技股份有限公司 | A kind of 3 D-printing increasing material moulding material |
CN106825387B (en) * | 2017-02-15 | 2019-08-02 | 苏州兴业材料科技股份有限公司 | A kind of 3 D-printing increasing material moulding material |
CN114031322A (en) * | 2021-11-26 | 2022-02-11 | 沈阳理工大学 | Energy-saving environment-friendly magnesium phosphate cement clinker and preparation method and application thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104259379B (en) | For the defeated and dispersed toughener of sodium silicate sand | |
SA516380523B1 (en) | Ultra–High Performance Concretes Having A Low Cement Content | |
RU2302311C1 (en) | Method for making ceramic shell molds for casting with use of investment patterns | |
RU2427441C1 (en) | Fluid mix with increased thermochemical stability for pattern casting 3d moulds | |
RU2252103C1 (en) | Pouring self-setting molding sand for making molds and cores at producing castings with use of investment patterns | |
US1901052A (en) | Composition for molding investment inlays | |
CN106554186B (en) | Utilize the accurate measurement platform and its method of the preparation of superhigh intensity silicate material | |
Nor et al. | Porosity and strength properties of gypsum bonded investment using Terengganu local silica for copper alloys casting | |
RU2326750C1 (en) | Poured self hardening blend on cement binding for fabrication of precision castings | |
RU2383410C1 (en) | Moulding filling sand with increased gas permeability for production of casts out of non-ferrous alloys | |
RU2385782C1 (en) | Mix for manufacturing of shapes and rods in precision casting and method of its manufacturing | |
Alina et al. | X-RAY phase analysis (XPA) of a cold-hardening mixture (CHM) and the effect of the mixture properties on the casting | |
CN113811405B (en) | Investment powder | |
RU2207932C1 (en) | Sand for making of moulds | |
EP3050858B1 (en) | A method for lining metallurgical vessels using self hardening refractory material | |
RU2756075C1 (en) | Method for manufacturing a ceramic casting mold using liquid-filling self-hardening mixtures for casting according to smelted models | |
Yaman et al. | Effect of particle size variations of gypsum bonded investment powders on metallurgical quality of investment castings | |
RU1782695C (en) | Shell mold reinforcement compound | |
CN108774070A (en) | Superplastic forming electric-heating ceramic platform refractory material and preparation method thereof | |
Sun et al. | Effect of sucrose on the mechanical properties of magnesium and potassium phosphate cements at low temperatures and its mechanism of action | |
RU2524724C1 (en) | Method of producing wollastonite-based ceramic articles | |
Dubrovin et al. | Making castings of nonferrous alloys in bulk investment molds | |
SU1142213A1 (en) | Sand mixture for manufacturing investment moulds | |
US4965228A (en) | Gelation of aluminum solutions using magnesium oxide | |
Stec et al. | Technological Properties of Thermo-insulating Moulding Sands with Organic Binder |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130518 |