Смесь для изготовления форм и стержней и способ ее приготовления

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Восточный научно-исслетельский и проектный институпорной проияшленности(56) 1. Авторское свидетельР 523064, кл. С 04 В 15/00,2. Авторское свидетельстИ 551303, кл. С 04 В 29/02,3. Авторское свидетельстВ 583110, кл. С 04 В 29/02,4. Авторское свидетельстУ 806645, кл. С 04 В 29/02,5. Авторское свидетельстВ 604845, кл, С 04 В 15/00,(54) СИЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРЕИ СТЕРЖНЕЙ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ,(57) 1. Смесь для изготовленияформ и стержней, используемых преимущественно для получения отливокиз химически активных сплавов, включающая огнеупорный наполнитель ввиде магнезита, водный раствор полифосфата натрия плотностью 1,151,35 г/см и борную кислоту, о тл и ч а ю щ а я с я 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 ингредиен тов, мас.ЪгВодный раствор полифосфата натрия плотностью 1,15- 1,35 г /см 11,9-20,0Борная кислота 0,1-0,4Глиноземистый цемент 1,5-2,8Огнеупорный наполнитель в виде магнезита Остальное2, 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/см и пере 3 мешивание, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения срока схватывания смеси и повышения качества отливок, борную кислоту предварительно смешивают с водным раствором полифосфата натрия в массовом соотношении 1:50-120.50 1,5-2,В Остальное 55 60 б 5 Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам формовочных смесей для изготовления литейных форм при литье химически активных металлов: Тх, А)., МГ, 7, Ег и сплавов на их составе.Известна огнеупорная масса, включающая огнеупорный наполнитель, полифосфат натрия и воду )1) .Недостатком указанной огнеупорной массы является то, что, при повышенном содержании оксида кальция в огнеупорном наполнителе, например обожженном магнезите марки ПММ(СаО до 6); огнеупорная масса зачастую становится непригодной уже в момент приготовления из-за быстрого образования кальций-фосфатного соединения-рененита в гидратной форме НаСаР 04пН 0 ( гель )Известны также огнеупорные массы на основе огнеупорного наполнителя, полифосфата натрия в виде водного раствора и отвердителей на основе силикатов кальция. Массы рассчитаны на применение огнеупорных наполнителей с малым содержанием оксида кальция (до 3 ) 2, ЗД и 4 Д .Недостатком данных масс является наличие в отвердителях диоксида кремния, который при контакте с химически активными металлами, особенно в условиях вакуума, восстанавливается до металлического и, загрязняя основной металл, ухудшает их Физико- химические свойства. Последнее приводит к резкому снижению рабочего ресурса отливок.Наиболее близкой к предлагаемой является смесь 5) для изготовления форм и стержней при литье химически активных сплавов, содержащая, мас.В:Полифосфат натрия 1-10Вода 1-25Борсодержащаядобавка (борнаякислота) 0,5-2,0Окись алюминия 1-17Огнеупорный наполнитель (напримермагнезит) ОстальноеПолифосфат натрия предварительно растворяют в воде и вводят в смесь в виде полученного водного раствора,Известный способ приготовления смеси предусматривает раздельное введение борной кислоты и водного раствора полифосфата натрия в огнеупорный наполнитель.При недостаточной равномерности раСпределения борной порошкообраэной кислоты в огнеупорной массе ее контакт с раэливаемым металлом приводит к появлению газовых раковин, снижая тем самым качество металла. Помимо этого, полифосфат натрия при заливке металла не связан с более термодинамически устойчивыми оксидами (МНО, СаО, А 10), что также сказывается на качестве отливок эа счет восстановления оксидов натрия и фосфора химически активными расплавленными металлами.В связи с медленным растворением борной кислоты при введении ее непосредственно в массу и использовании огнеупорного заполнителя с высоким содержанием оксида кальция в виде крупных зерен доломита, либо свободной извести, изготовленные литейные Формы могут иметь отдельные дефекты в виде трещин и сколов иэ-эа быстрого химического взаимодействия оксида кальция с водным раствором полифосфата натрия,Кроме того, введение борсодержащей добавки замедляет не только начало схватывания в случае применения огнеупорного наполнителя с низким содержанием оксида кальция, но и конец схватывания. Поэтому литейные Формы необходимо сушить совместно с модельной оснасткой, что удлиняет технологический цикл изготовления литейных форм. Цель изобретения - сокращение сроков ее схватывания и повышение качества отливок.Поставленная цель достигается тем, что 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 и борную кислоту, дополнительно содержит глиноземистый цемент, а борная кислота и водный раствор полифосфата натрия имеют массовое соотношение 1;50-120 при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ъ:Водный раствор полифосфата натрия плотостью1,15-1,35 г/смБорная кислотаГлиноэемистыйцементОгнеупорный наполнитель в виде магнезита Согласно способу приготовления смеси для изготовления Форм и стержней, используемого преимущественно для полуюения отливок из химически активных сплавов, включающем введение и огнеупорный наполнитель в виде магнезита борной кислоты и водного раствора полифосфата натрия. плотностью 1,15-1,35 г/см и перемешивание, борную кислоту предварительно смешивают с водным раствором полифосфата натрия в массовом соотношении 1:50-120.Сущность изобретения заключаетсяв обеспечении самотвердения формо вочной смеси с образованием химических соединений, легко теряющихлетучие составляющие при низких температурах прокалки и имеющих повышенную инертность к химически активным металлам и их сплавам, например алюминию и титану, При этом достигается повышение технологичностимассы эасчет сокрашения сроков эатвердевания с 2-3 сут до 6-8 ч, применения вибруруемых и литых составов смесейвместо существующих внастоящее время набивныхснижениетемпературы термообработки с 9501050 С до 550 С. Применение в качестве вяжущего единой композицииводного раствора полифосфата натрияс борной кислотой позволяет обеспечить необходимую живучесть формовочной смеси даже при высоком содержании СаО в наполнителе эа счетобразования на поверхности зеренСаО тонких пленок боратов кальция,снижающих: химическую активностьоксида кальция. Совместное использование в качестве вяжущего водного раствора полифосфата натрияс борной кислотой позволяет равномерно распределить последнюю в формовочной смеси. В то же время, самотвердение формовочной смеси обеспечивается путем постепенного химического взаимодействия алюминатов кальция, содержащихся в глиноэемистом цементе, с полифосфатомнатрия и образованием двух гелейБаСаР 04 пНО и АЙ ОН), При обжиге в интервале температур 500800 фС алюмогель, реагируя с МяО,образует шпинель МяА 1 04, а БаСаР(хх пиО переходит в рененит ИаСаР 04 .Оба соединения обладают повышеннойинертностью к химически активнымметаллам и их сплавам,Пределы содержания борной кислоты (0,1-0,4) в вяжущем выбраны,исходя из необходимого времени пригодности массы к использованию (живучести) после ее приготовления,и времени ее растворения в водномрастворе полифосфата натрия. Пределы содержания глиноземистого цемента выбраны, исходя из оптимальных сроков живучести и сроков схватывания смеси и обеспечения необходимого количества высокостойких химических соединений: рененита и 1 апинели, а также обеспечения равномерности распределения цемента по объему смеси в приемлемых пределах.Нижний предел содержания вяжущего выбранисходя иэ возможности получения вибрируемой смеси, верхнийлитой смеси, что позволяет механизировать изготовление литейных форм,а также, исходя из получения требуемого количества образующегося химически стойкого соединения - рененита.П р и м е р 1. В водный растворполифосфата натрия пл. 1,15 г/сммассой 120 кг (12) вводят 1,0 кг10 (0,1) порошка борной кислоты и перемешивают 3-5 мин,В бетоносмеситель загружают864 кг (86,4) магнезитового порошка марки МЛФ и 15 кг (1,5) глино 15 земистого цемента и перемешивают3-5 мин, после чего заливают вяжущее,Смесь дополнительно перемешивают5-12 мин, после чего она готова купотреблению.П р и м е р 2. Электроплавленный периклаз фракций до 3,0 мм массой 828 кг (82,8) и глиноземистыйцемент массой 20 кг (2) загружаютв бетоносмеситель иперемешивают3-5 мин.Одновременно в раствор полифосфата натрия пл. 1,25 г/см 7, массой150 кг 15) вводят 2 кг (0,2) борной ксилоты,и перемешивают 3-5 мин,после чего вяжущее загружают в бетоносиеситель и смесь перемешивают5-12 мин, Масса готова к употреблению.П р и м е р 3. В растворомешалЗ 5 ку загружают 768 кг (76,8) магнезитового порошка марки ПМИи28 кг (2,9) глиноземистого цемента и перемешивают 3-5 мин. В раствор полифосфата натрия пл. 1,35 г/см40 и массой 200 кг (20) вводят 4 кг(0,4) борной кислоты и перемешива-ют 3-5 мин. Готовое вяжущее залива"ют в растворомешалку и перемешивают5-12 мин. Литая масса готова к употреблению. Предлагаемая формовочная смесь .показывает высокую инертность к расплавленному алюминию и титаносодержащим сплавам. Определение инертности смеси к алюминию производят тигельным методом путем определениястепени взаимодействия металла споверхностью тигля, выполненной иэпредлагаемой смеси. Тигель послеформования обжигают при 800 ОС, после чего в тигель загружают навескуалюминия в виде цилиндра диаметром30 мм и высотой 30 мм. Тигель в заокрытом состоянии нагревают до 900 С 60 в шахтной силитовой печи и выдерживают 8 ч. Затем тигель распиливаюти определяют степень взаимодействияалюминия с его поверхностью. Помимоэтого проводят рентгенофазовый ана лиз вещества с поверхности тигеля.1057162 Таблица 1 Содержание ингредиентов в смесях, мас.% Ингредиенты 2 3 по прототипу базовый вариант Магнезитовыйпорошок марки МЛф 77,2 69,5 77,0 90,0 91,0 92,0 86,5 83,0 Водный растворполифосфата натрия, модифицированный борной кислотой: 15 20 12 водный растворполифосфатанатрия 14,8 19,6 3,0 5,00,2 0,4 0,5 2,0 11,9 0,1 борная кислота Глиноземистыйцемент 2,8 10,0 1,50 2,0 1,5 Вода Жидкое стеклоплотностью1,35 г/см 10,0 9,0 8,0 Диоксид алюминия(глинозем) 17,0 1,0 ф.Кусковой полифосфат Взаимодействие практически не обнару-жено.Определение инертности смеси ктитансодержащим сплавам проводят попоказателям величины поверхностногослоя отливки с повышенной твердостью и максимальной и минимальнойтвердости по Виккерсу на прибореПМТу опытных отливок после ихвзаимодействия в вакууме при 17001750 С с литейными стержнями. Стержни готовят иэ предлагаемой смеси,массы-прототипа и базовой, применяемой на производстве в настоящее время еДанные по составам смесей приведено в табл. 1,Результаты испытаний смесей 1-8приведены в табл, 2,Снижение величины слоя повышенной твердости с 0,38-0,40 мм (смесьпо прототипу) и с 0,8-0,85 мм (базовая смесь) до 0,10-0,11 мм(предлагаемая смесь) и твердостиотливокпо максимальному значению вдвое свидетельствует о практическом отсутствии взаимодействия металла с материалом стержней. Одновременно определяют живучестьсмесей путем определения их пригодности для изготовления форм, и времяэатвердевания, позволяющее освобождать формы от модельной оснастки.Данные по этим показателям показывают, что масса-прототип по. срокамсхватывания (48 ч) неприемлема дляиспользования в качестве формовочнойсмеси, так как требует сушки формв модельной оснастке, в то время какпредлагаемая смесь имеет приемлемыесроки затвердевания. Ероме того,смесь позволяет готовить Формы беэдефектов, в то время как стержнииз базовой смеси и смеси-прототипаимеют дефекты в виде трещин,Использование предлагаемой формовочной смеси позволит улучшить качество отливок, увеличить их рабочий ресурс в 2-3 раза, обеспечитьсокращеййе сроков схватывания посравнению с массой-прототипом неменее, чем в 8 раэ, снизить времятермообработки форм в 1,5-2,0 раза,температуру термообработки с 9501050 С до 550 С и энергоэатратына 300 кВтч/т литейных Форм,1057162 Таблица 2. Свойства Показатели свойств для смесей Живучесть смеси,ч 1-2 1-2 24 Время затвердевания, с 6-8 6-8 +) 6-8 550 550 550 550 5501000 1000 1000 Величина поверхностного слояотливок с повышенной микротвердостью,мм О,11 0,10 Твердостьповерхностногослоя отливокмакс/миним) рпо Виккерсу 575/257 375/ 660/ 625/ 910/ 890/ 895/ 240 260245 286 252 265 360/245 Не затвердевали при выдержке 48 чОтверждались после продувки СО Составитель С,ТепляковТехред А.Бабинец . Корректор О,Билак редактор А.Власенко Заказ 9441/12 Тираж 813 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное филиал ППП "Патентф, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Температура прокаливания стержней,ВС . по прототипу базовый вариант 4 5 6 7 8 24 . 12 23 34 й,а%) м ) % Ф 0,11 0,38 0,40 0,80 0,85 0,85