Упрочняющая смесь для изготовления игольчатого кокиля

СОЮЭ СОВЕСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК О 15/00, В 2 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ УДАРС ДЕЛА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 21) 22) 146) 172) В.А. (7 1) инсти й Чел (53,) 56) ной стойкосв качестветру и догнеупорныйм соотноф е Нау 4-1 5 ва с.(54) 57) 1. УПРОЧНЯЮЩАИЗГОТОВЛЕНИЯ ИГОЛЬЧАТОвключаюцая пылевидныйнаполнитель, жидкое стниевый порошо:, воду ио т л и ч а ю ш а я счто, с целью повышения льство 04, 19 СМЕСЬ О КОК 1 гнеупо кло, а окислитем, газопр ваяраесь по и. 1, ося тем, чтовстекла оиа содесиликата натрия8 г/смф. 0,2-0,5 тличакачествержит водный плотностью ЛЯ,нылюм тел они АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ 340722122-0217.03,8207.07.83. Бюл. Р 25А.П. Никифоров, Ю,А, Дрягин, Папшев и С.А. НнкифоровЧелябинский политехнический тут им. Ленинского комсомола ябинский завод "Строммашина" 621. 746 . 073: 621. 742. 4 088. 8) 1. Вейник А.И. Кокиль, Минск, а и техника", 1972, с, 8-16.Вейник А.И. Кокили из нормалиных элементов. Минск, 1963ЯО 1026941 А цаемости и эксплуатаци ти кокиля, она содержи окислителя калиевую се полнительио - зерновой наполнитель при следующ шенин ингредиентов, маЗерновой огнеупорный. напол.нительПиле видныйогнеупорныйнаполнительЖидкое стекло АлюминиевыйпорошокВодаКалиеселит2. Смю щ а яжидкогораствор1,34-1,3Изобретение относится к отраслилитейного производства, в частности,к Изготовлению и применению кокилейдля получения отливок иэ различныхсплавов.В литейном производстве применяютцельнометаллические кокили, обладающие низкой технологической стойкостью,Известны кокили, которые для повышения технологической стойкостивыполняют не цельнометаллическими,а из отдельных элементов или иголок,скрепляемых между собой в единуюконструкцию. Для скрепления иголоккокиля в единую конструкцию применяют 15упрочняющую смесь. В качестве упрочнявщей могут быть применены различные смеси на основе огнеупорногонаполнителя в сочетании со связующимматериалом 1,20Известна упрочняющая смесь дляигольчатого кокиля, применяемаяв ниде пасты и состоящая из маршалита, жидкого стекла и воды 21 .Однако характерными для указанной смеси являются низкая гаэопроницаемость в готовом кокиле, низкиеупрочняющая способность и термостойкооть, так как при нагреве кокиля нпрбцессе заливки в него металласмесь растрескинается, что приводитк быстрому разрушению игольчатогококиля в процессе его эксплуатации.Для повышения прочности жидкостекольных смесей обычно совместнос жидким стеклом применяют различные З 5добавки, например окалину, алюминиевый порошок и др 30 3-1 2 3-. 36 Наиболее близкой по техническойсущности и достигаемому результату 40 к предлагаемой является смесь, применяемая в качестве упрочняющего покрытия керамических Форм и имеющая следующий состав, мас.%:Жидкое стекло 45плотностью 1, 2, г/см 38-40АлюминиевыйпорошокОкислитель(окалина)Кварц пылевидный ОстальноеЖидкое стекло в составе смеси представляет собой водный раствор силиката натрия. 38-40 мас,В жидкого стекла плотностью 1,2 г/см эквивалентно меньшему содержанию жидкого стекла с более высокой плотностью и дополнительному содержанию воды, Таким образом, в составе смеси-прототипа содержится также вода 60 в скрытом ниде) 3).Однако зта смесь характеризуется низкой газопроницаемостью, так как в качестне наполнителя применяют пылевидные, материалы с крупностью 65частиц 40-50 мкм и низкой эксплуатационной стойкостью, ввиду, хрупкого растрескивания и разрушения при многократном нагреве.Цель изобретения - повышение гаэопроницаемости и эксплуатационной стойкости кокиля.Поставленная цель достигается тем, что упрочняющая смесь для изготовления игольчатого кокиля, включающая пылевидный огнеупорный наполнитель, жидкое стекло, алюминиевый порошок, воду и окислитель, содержит в качестве окислителя калиевую селитру и дополнительно - зерновой огнеупорный наполнитель при следующем соотношении ингредиентов, мас,З:Зерновойогнеупорныйнаполнитель 62-80 ПылевидныйогнеупорныйнаполнительЖидкое стеклоАлюминиевыйпорошокВодаКалиеваяселитра 4-10 5-10 5-150,7-8,5 0,2-0,5 В качестве жидкого стекла смесь содержит водный раствор силиката натрия плотностью 1,34-1,38 г/смПри принятых соотношениях ингредиентов в процессе нагрева алюминиевый порошок расплавляется и связывает упрочняющую смесь игольчатого кокиля при его охлаждении. Хорошему соединению алюминия и смеси способствует калиевая селитра, которая понижает межфаэное натяжение металла и оксидон, образующихся на поверхности алюминия при окислении. При охлаждении, когда алюминий затвердевает, смесь упрочняется и обесцечивает игольчатому кокилю нысокую прочность в исходном состоянии и при заливке. После заливки кокиль постепенно прогревается от залитого металла, связующий алюминиевый каркас размягчается в направлении от отливки к наружнойповерхности и релаксирует напряжения в иголках. Таким образом, имея высокую прочность в холодном состоянии, игольчатый кокиль приобретает высокую эксплуатационную стойкостьт.е, увеличивается количестно циклов эалинки и охлаждения беэ разрушения) и податливость при высокой температуре, Вместе с этим укаэанный состав упрочняющей смеси обеспечивает Высокую газопроницаемость эа счет добавления в смесь зернового наполнителя.В качестве зернового наполнителя могут быть применены известныеогнеупорные материалы с крупностьючастиц 0,16-0,315 ьм, но наиболеепредпочтительны материалы с малымкоэффициентом линейного расширения,такие, как циркон и корунд,В качестве пылевидного наполнителя применяют известные огнеупорныенаполнители с крупностью частиц40-100 мкм, но предпочтительнымявляется использование цирконовогопорошка.В составе упрочняющей смеси применяют жидкое стекло плотностью1,34-1,38 г/см и с модулем 2,3-2,6,Алюминиевый порошок применяютс крупностью частиц 0,315-0,20 мм 15марки АСД-Т (ГОСТ 51667-72) .Калиевую селитру предварительнорастворяют в воде и вводят в смесьв виде концентрированного 20-30-ногораствора, Содержание калиевой селитРы приведено в пересчете на сухоевещество.При содержании калиевой селитрыниже нижнего предела не достигаетсятребуемого повышения эксплуатационной стойкости кокиля, а при содержании ее выше верхнего предела ненаблюдается дальнейшего улучшенияэксплатационных свойств кокиля.При содержании зернового огнеупорного наполителя выше верхнего предела снижается эксплуатационнаястойкость кокиля, а при содержанииего ниже нижнего предела происходитнежелательное снижение газопроницаемости смеси.35На Фиг. 1 приведена схема игольчатого элемента и его испытания;на Фиг, 2 - график изменения прочнос.ти игольчатого элемента с использованием состава Р 5 (табл. 1) при 40первом нагреве и охлаждении, Снлошная линия соответствует нагреву,пунктирная - охлаждению элемента.П р и м е р. Испытание проводятсначала на игольчатых элементах, 45затем на реальном игольчатом кокиледля стальной отливки ступицы. Прииспытании определяют изменение прочности игольчатых элементов вхолодном состоянии с увеличением,количества теплосмен, характеризующих эксплуатационную стойкость кокиля,Элемент для испытания на числотеплосмен и газопроницаемость выполнен в виде цилиндра диаметром ивысотой 50 мм, а при испытании напрочность в процессе нагрева - ввиде цилиндра диаметром и высотой10 мм. При этом для изготовленияэлементов используются иголки диаметром соответственно 8 и 2 мм,Составы предлагаемых смесейРР 1-8) и смеси-прототипа ( Р 9)приведены в таблице 1.Как видно из графика фиг, 2) при первом нагреве в интервале 700- 1000 С наблюдается уменьшение прочоности, что связано с расплавлением алюминиевых частиц, за счет чего обеспечивается податливость и релаксационная способность кокиля. Вместе с тем, кокиль сохраняет достаточно высокую прочность, обеспечивающую сопротивление динамическому и статическому воздействию жидкого металла. В реальном кокиле залитый металл создает одностороннее тепловое воздействие, и разогрев кокиля идет постепенно в направлении от рабочей поверхности и периферии, что практически не изменяет прочностные свойства кокиля в целом, но за счет релакаационных свойств упрочняющей смеси снижает напряженное состояние и увеличивает эксплуатационную стойкость кокиля.Результаты испытаний смесей РР 1-9 по указанной методике приведены в таблице 2,Из табл. 2 видно, что предлагаемая смесь обеспечивает повышение числа теплосмен при работе кокиля, а, следовательно, способствует увеличению его эксплуатационной стой- кости. сЭ Б Е о о 33 Ю О О Г) Ч 6 КЯ оцдЕ ЦЦО жоо КЕх Л Д 6 дАнооРФоаи нч4 2е оааооицокх цоМ ХаооС 3 С ВГ Ф 1 (31 1 1 1 11 11 3 11 1 11 3 Ф н о о 3 Ю жу о а с И Х о о ей Г-ф 010 джУа,4 ЮУ . О О/14 Тираж 813 Подписнос НИИПИ а лиал ППП "Патент", г.ужгород,ул, Проектная 1 Кроме того, предлагаемая смесь обладает повышенной газопроницаемостью, что снижает вероятность образования газовых дефектов в от ливках.Испытания игольчатого кокиля с предлагаемой упрочняющей смесью проводят н ли.ейном цехе при изготовлении стальной отливки втулки.Кокиль готовят следующим образом. Деревянную модель нтулки закрепляют на подмодельной плите, на которую устанавливают металлический жакет по своей конфигураци приближающийся к очертанию модели. Иголки из углеродистой стали диаметром 8-10 мм укладывают на поцмодельную . плиту, шлифованным концом примыкающим к модели. Каждый уложенный ряд иголок пересыпают упрочняющей смесью следующего состава, мас.%:Цирконовыйпесок 016 70Пылевидныйциркон, 60 мкм бЖидкое стеклос плотностью1,38 г/сми модулем 2,6 8Алюминиевыйпорошок 0315 10Калиевая селитраВода 5,5После пересыпки ряда иголок смесь уплотняют трамбовкой и затем укладывают следующий ряд иголок. Подготовленный кокиль выдерживают на воздухе 3 ч, затем переворачивают на 180 и удаляют иэ него модель,Готовый кокиль помещают в печь и нагревают со скоростью 5 С/мин до 760 С. Затем делают выдержку в течение 0,5 ч, Кокиль охлаждаютйдо 150 С, окрашивают рабочую поверхность краской плотностью 1,52 г/см из маршалита с 5 мас.% жидкого стекла плотностью 1,42 г/см, модулем 2,4 и водой и ставят под заливку. После первой залинки отливку из кокиля удаляют при 700 С. Охлаждают8о,кокиль до 20 С и вновь заливают. С таким циклом заливки изготовлено 6 отливок. Отливки и кокиль признаны годными,Экономический эффект от использования предлагаемой упрочняющей смеси достигается за счет повышенияэксплуатационной стойкости игольчатого кокиля, а также за счет повышения точности размеров отливок,так как исключается коробление иголь.чатого кокиля и устраняется необходимость закладывать повышенныйдопуск на размерные изменения. Крометого, улучшается качество отливок,особенно из стали, так как игольчатый кокиль обладает достаточновысокой газопроницаемостью и позволяет исключить образование н стальных отливках газовых раковин, а вотливках из чугуна предотвращаетповерхностный отбел.Таким образом, предлагаемая упрочняющая смесь для изготовленияигольчатого кокиля позволяет увели"чить газопроницаемость и эксплуатационную стойкость кокилей,