SU1057162A1 - Смесь дл изготовлени форм и стержней и способ ее приготовлени - Google Patents

Abstract

1. Смесь дл  изготовлени  форм и стержней, используекых преимущественно дл  получени  отливок из химически активных сплавов, включанвда  огнеупорный наполнитель в виде магнезита, водный раствор полифосфата натри  плотностью 1,15 1 ,35 г/см и борную кислоту, о тличаюца с  тем, что, с целью сокращени  сроков ее схватывани  и повышени  качества отливок, смесь дополнительно содержит глиноземистый цемент, а борнс1  кислота и водный раствор полифосфата натри  имеет массовое соотног-юние 1:50-120 при следующем соотношении ингредиентов , мае.%; Водный раствор полифосфата Катри  плот- ностью 1,15-1,35 г/см 11,9-20,0 Борна  кислота 0,1-0,4 Глиноземистый цемент1 ,5-2,8 Огнеупорный наполнитель в виде магнезита . Остальное 2. Способ приготовлени  смеси (Л дл  изготовлени  форм и стержней, используемый преимущественно дл  получени  отливок из химически активных сплавов, включающий введение в огнеупорный наполнитель в виде магнезита борной кислоты и водного раствора полифосфата натри  плотностью 1,15-1,35 г/см и перемешивание , отличающийс  ел тем, что, с целью сокращени  срока схватывани  смеси и повышени  качества отливок, борную кислоту пред-, варительно смешивают с водным раствором полифос ата натри  в массовом соотношении 1: 50-120.

Description

Изобретение относитс  к литейному производству, а именно к составам формовочных смесей дл  изготовлени  литейных форм при литье химически активных металлов: Ti, А1, Mg, V, Zr и сплавов на их составе.

Известна огнеупорна  масса, включающа  огнеупорный наполнитель, полифосфат натри  и воду l .

Недостатком указанной огнеупорной массы  вл етс  то, что, при повышенном содержании оксида кальци  в огнеупорном наполнителе, например обожженном магнезите марки ПМГ-1-1 (СаО до 6%) югнеупорна  масса зачастую становитс  непригодной уже в момент приготовлени  из-за быстрого образовани  кальций-фосфатного соединени -рененита в гидратной форме: NaCaPO i пН20 (гель).

Известны также огнеупорные массы на основе огнеупорного наполнител , полифосфата натри  в виде водного раствора и.ртвердителей на основе силикатов кальци . Массы рассчитаны на применение огнеупорных наполнителей с малым содержанием оксида кальци  (до 3%)2 , З и 4.

Недостатком данных масс  вл етс  наличие в отвердител х диоксида кремни , который при контакте с химически активными металлами, особенно в услови х вакуума, восстанавливетс  до металлического и, загр зн   основной металл, ухудшает их физикохимические свойства. Последнее приводит к резкому снижению рабочего ресурса отливок.

Наиболее близкой к предлагаемой  вл етс  смесь з дли изготовлени  форм и стержней при литье химически активных сплавов, содержаща , мае.%:

Полифосфат натри  1-10 Вода1-25

Борсодержаща  добавка (борна  кислота)0,5-2,0

Окись алюмини  1-17 Огнеупорный наполнитель (например магнезит).Остальное

Полифосфат Натри  предварительно раствор ют в воде и ввод т в смесь в виде полученного водного раствора Известный способ приготовлени  смеси предусматривает раздельное вве дение борной кислоты и водного раствора полифосфата натри  в огнеупорный наполнитель. При недостаточной равномерности распределени  борной порошкообразной кислоты в огнеупорной массе ее , контакт с разливаемым металлом приводит к по влению газовых раковин, снижа  тем самым качество металла. Помимо этого, полифосфат натри  при

заливке металла не св зан с более термодинамически устойчивыми оксидами (MgO, СаО, AljO), что также сказываетс  на качестве отливок за счет восстановлени  оксидов натри  5 и фосфора химически активными расп- лавленными металлами.

В св зи с медленным растворением борной кислоты при введении ее непосредственно в массу и использова0 НИИ огнеупорного заполнител  с высоким содержанием оксида кальци  в виде крупных зерен доломита, либо свободной извести, изготовленные литейные формы могут иметь отдель5 ные дефекты в виде трещин и сколов из-за быстрого химического взаимодействи  оксида кальци  с водным раствором полифосфата натри .

Кроме того, введение борсодер0 жащей добавки замедл ет не только начало схватывани  в случае применени  огнеупорного наполнител  с низким содержанием оксида кальци , но и конец схватывани . Поэтому

5 литейнь1е формы необходимо сушить совместно с модельной оснасткой, что удлин ет технологический цикл изготовлени  литейных форм.

Цель изобретени  - сокращение сроков ее схватывани  и повышение качества отливок.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что смесь дл  изготовлени  форм и стержней, используемых,пре5 имущественно дл  получени  отливок из химически активных сплавов, включающа  огнеупорный наполнитель в виде магнезита, водный раствор полифосфата натри  плотностью 1,150 1,35 г/см и борную кислоту, дополнительно содержит глиноземистый цемент, а борна  кислота и водный раствор полифосфата натри  имеют массовое соотношение 1:50-120 при 5 следугацем соотношении ингредиентов, мае.%:

Водный раствор полифосфата натри  плотностью 1,15-1,35 г/см 11,9-20,0 Борна  кислота 0,1-0,4 Глиноземистыйцемент1 ,5-2,8

Огнеупорный наполнитель в виде магнезита Остальное 60 65 Согласно способу приготовлени  смеси дл  изготовлени  форм и стержней , используемого преимущественно дл  получени  отливок из химически активных сплавов, включающем введение и огнеупорный наполнитель в виде магнезита борной кислоты и водного раствора полкфосфата натри .плотностью 1,15-1,35 г/см и перемешивание , борную кислоту предварительно смешивают с водным рас.твором полифосфата натри  в массовом соотношении 1:50-120.

Сущность изобретени  заключаетс  в обеспечении самотвердени  формовочной смеси с образованием химических соединений, легко тер гацих летучие составл ющие при низких температурах прокалки и имеющих повышенную инертность к химически активным металлам и их сплавам, например алюминию и титану. При этом достигаетс  повышение технологичности массы за счет сокращени  сроков затвердевани  с 2-3 сут до 6-8 ч, применени  вибруруемых и литых составов смесей вместо существующих в насто щее врем  набивных/снижение температуры термообработки с 9501050 0 до 550°С. Применение в качестве в жущего единой композиции водного раствора полифосфата натри  с борной кислотой позвол ет обеспечить необходимую живучесть формовочной смеси даже при высоком содержании СаО в наполнителе за счет образов&ни  на поверхности зерен СаО тонких пленок боратов кальци , снижающих: химическую активность оксида кальци . Совместное использование в качестве в жущего водного раствора полйфосфата натри  с борной кислотой позвол ет равномерно распределить последнюю в формовочной смеси, В то же врем , самотвердение формовочной смеси обеспечиваетс  путем постепенного химического взаимодействи  алюминатов кальци , содержащихс  в глиноземистом цементе, с полифосфатом натри  и образованием двух гелей NaCaP04- пН20 И AJ(OH) . При обжиге в интервале температур 500 алюмогель, реагиру  с МкО. образует шпинель , аKaCaPQiX X пНдО переходит в рененит NaCaPO. Оба соединени  обладают повьдшенной инертностью к химически активным металлам и их сплавам.

Пределы содержани  борной кислоты (0,1-0,4%) в в жущем выбраны, исход  из необходимого времени пригодности массы к использовании (живучести ) после ее приготовлени , и времени ее растворени  в водном растворе полифосфата натри .

Пределы содержани  глиноземистого цемента выбраны, исход  из оптимальных сроков живучести и сроков схватывани  смеси и обеспечени  необходимого количества высокостойких химических соединений: рененита и 1|шинели, а также обеспечени  равномерности распределени  цемента по объему смеси в приемлеьмх пределах .

Нижний предел содержани  в жущег выбран,, исход  из возможности получени  вибрируемой смеси, верхний литой смеси, что позвол ет механизировать изготовление литейных форм, а также, исход  из получени  требуемого количества образующегос  химически стойкого соединени  - рененита .

Пример 1.В водный раствор полифосфата натри  пл. 1,15 г/см, массой 120 кг (12%) ввод т 1,0 кг (0,1%) порошка борной кислоты и пе0 ремешивают 3-5 мин.

В бетоносмеситель загружают 864 кг (86,4%) магнезитового порошка марки МЛФ и 15 кг (1,5%) глино5 земистого цемента и перемешивают 3-5 мин, после чего заливают в жущее .

Смесь дополнительно перемешивают 5-12 мин, после чего она готова к употреблению.

0

Пример 2. Электроплавленный периклаз фракций до 3,0 мм массой 828 кг (82,8%) и глиноземистый цемент массой 20 кг (2%) загружают в бетоносмеситель и перемешивгиот

5 3-5 мин.

Одновременно в раствор полифосфата натри  пл. 1,25 г/см, массой 150 кг (15%) ввод т 2 кг (0,2%) борной ксилоты .и перемешивают 3-5 мин,

0 после чего в жущее загружают в бетоносмеситель и смесь перемешивают 5-12 мин. Масса готова к употреблению .

J Пример 3. В растворомешал- .

5 ку загружают 768 кг (76,8%) магнезитового порошка марки ПММ-1 и 28 кг (2,9%) глинозёмистого цемента и перемешивают 3-5 мин, В раст- ч вор полифосфата натри  пл. 1,35 г/см и массой 200 кг (20%) ввод т 4 кг

0 ( о,4%) борной кислоты и перемешивают 3-5 мин. Готовое в жущее заливают в растворомешалку и перемешивают 5-12 мин. Лита  масса готова к упот .реблению.

5

Предлагаема  формовочна  смесь. показывает высокую инертность к расплавленному сшюминию и титаносодержащим сплавам. Определение инертнос0 ти смеси к алюминию производ т тигеЛьным методом путем определени  степени взаимодействи  металла с поверхностью тигл , выполненной из предлагаемой смеси. Тигель после

5 формовани  обжигают при 800®С, после чего -в тигель загружают навеску алюмини  в виде цилиндра диаметром 30 мм и высотой 30 мм. Тигель в закрытом состо нии нагревают до

0 в шахтной силитовой печи и вьадержнвают 8 ч. Затем тигель распиливают и определ ют степень взаимодействи  алюмини  с его поверхностью. Помимо этого провод т рентгенофазовый ана5 лиз вещества с поверхности тигел . Взаимодействие практически не обнар жено. Определение инертности смеси к титансодержащим сплавам провод т по показател м величины поверхностного сло  отливки с повышенной твердостью и максимальной и минимальной твердости по Виккерсу на приборе ПМТ-3 у опытных отливок после их взаимодействи  в вакууме при 1700175о С с литейными стержн ми. Стерж ни готов т из предлагаемой смеси, массы-Прототипа и базовой, .примен е мой На производстве в насто щее вре Данные по составам смесей приведен в табл. 1. Результаты испытаний смесей 1-8 приведены в табл. 2. Снижение величины сло  повышенной твердости с 0,38-0,40 мм (смесь по прототипу) и с 0,8-0,85 мм (базова  смесь) до 0,10-0,11 мм (предлагаема  смесь) и твердости отливок по-максимальному значению вдвое сви детельствует о практическом отсутст вии взаимодействи  металла с материалом стержней. Ингредиенты Содержание 1 I 2 Магнезитовый 86,5 83,0 77,2 порошок марки МЛФ Водный раствор полифосфата натри , модифицированный борной кисло12 15 20 той: водный раствор полифосфата 11,9 14,8 19,6 натри  0,1 0,2 0,4 борна  кислота Глиноземистый 1,5 2,0 2,8 цемент Жидкое стекло плотностью 1,35 г/см Диоксид алюмини  (глинозем)

Х-.

Кусковой полифосфат

Таблица 1 Одновременно определ ют живучеесмесей путем определени  их пригодности дл  изготовлени  форм, и врем  затвердевани , позвол ющее освобождать формы от модельной оснастки. Данные по этим показател м показывают , что масса-прототип по.срокам схватывани  (48 ч) неприемлема дл  использовани  в качестве формовочной смеси, так как требует сушки форм в модельной оснастке, в то врем  как предлагаема  смесь имеет приемлемые сроки затвердевани . Кроме того, смесь позвол ет готовить формы без дефектов, в то врем  как стержни из базовой смеси и смеси-прототипа имеют дефекты в в де трещин. Использование предлагаемой формовочной смеси позволит улучшить качество отливок, увеличить их рабочий ресурс р 2-3 раза, обеспечить сокращение сроков схватывани  по сравненню с массой-прототипом не менее, чем в 8 раз, снизить врем  термообработки форм в 1,5-2,О раза, температуру термообработки с 9501050°С до 550®С и энергозатраты на 300 кВтч/т литейных форм. ингредиентов в смес х, мас.% 3 1 по прототипу базовый вариант 9,5 77,0 90,0 91,0 92,0 , 0 5,0 ,52,0 0,0 1,50 10,0 9,0 8,0 17,0 1,0

Тчблица 2.

Живучесть смеси, ч1-2 Врем  затвердевани , с6-8 Температура прокаливани  стержней,с 550 Величина поверхностного сло  отливок с повышенной микротвердостью , мм0,10 Твердость поверхностного сло  отливок ( макс/миним), по Виккерсу 360/2

Не затвердевали при выдержке 48 ч Отверждалйсь после продувки СО/ 1-2 24 24 . 1-2 2-3 3-4 6-8 If) , 550 550 550 1000 1000 1000 0,11 0,38 0,40 0,80 0,85 0,85 75/ 660/ 625/ 910/ 890/ 895/ 40 260 245 286 252 265

Claims (2)

1. Смесь для изготовления форм и стержней, используемых преимущественно для получения отливок из химически активных сплавов, включающая огнеупорный наполнитель в виде магнезита, водный раствор полифосфата натрия плотностью 1,15 1,35 г/см^э и борную кислоту, о тличающаяся тем, что, с целью сокращения сроков ее схватывания и повышения качества отливок, смесь дополнительно содержит глиноземистый цемент, а борная кислота и водный раствор полифосфата натрия имеет массовое соотношение 1:50-120 при следующем соотношении тов, мае.%:

Водный раствор полифосфата Натрия плотностью 1,15-1,35 г /см’ Борная кислота Глиноземистый цемент

Огнеупорный наполингредиен11,9-20,0 0,1-0,4

1,5-2,8 нитель в виде магнезита Остальное

2. Способ приготовления смеси для изготовления форм и стержней, используемый преимущественно для получения отливок из химически активных сплавов, включающий введение в огнеупорный наполнитель в виде магнезита борной кислоты и водного раствора полифосфата натрия плотностью 1,15-1,35 г/см³и перемешивание, отличающийся тем, что, с целью сокращения срока схватывания смеси и повышения каче ства отливок, борную кислоту предварительно смешивают с водным раствором полифосфата натрия в массовом соотношении 1:50-120.