Раствор для обработки керамических литейных форм

СОЮЭ СООЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ МИТЕТ СССРИЙ И ОТКРЫТИИ РЕТЕ тугооениеф,др. Поверхностный , В кн.: Повышез легких сплавов,2,7-12,0 1,3-8,0тальное,слой титан ние качест Пермь, 19 3. Ав83965 4. Ав8019590848 ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 07 05 84 Бюль1.7 (72) Б.А. Кулаков, В.М. Александров А,А. Солодянкин и О.Г. Баранов (71) Челябинский политехнический институт, им. Ленинского комсомола (53) 621.744.079 (088.8) (56) 1. Гуляев Б.Б. и др, Литье плавких металлов. М., фМашиностр 1964, с.13-18.2 Ковалев Ю Г и овых отливоква отливок и77, с. 74-78.торское свидетельство СССР1, кл. В 22 С 3/00, 1979.торское свидетельство СССР9, кл. В 22 С 3/00, 1970.торское свидетельство СССР2, кл. В 22 С 3/00, 1980.(54) (57) РАСТВОР ДЛЯ ОБРАБОТКИ КЕРАМИЧЕСКИХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ, включаюший водорастворимую соль соляной кислоты и воду, о т л и ч а юш и й с я тем, что, с целью снижения химической активности форм, а также уменьшения концентрации солей в водном/растворе и их возгонки, он содержит в качестве водорастворимой соли соляной кислоты хлорид калия и дополнительно фторид кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:Фторид кальцияХлорид калияВода Ос3 109рида бария. Его применение позволяетпредотвратить образование альфированного слоя только на наружных поверхностях титановых отливок53,Однако этот раствор обладает ря 5дом недостатюв.В растворе отсутствует наполнитеа.,так как данный раствор является истин еным, и поэтому для получения сплошногосолевого покрытия на форме требуетсявысокая концентрация соли порядка 24 Збо 6Для получения солевого покрытиятребуется две изотермических выдержки и медленная скорость нагрева (3 о9. С/мин от первой изотермической выдержки до второй).Относительно низкая температуракипения флорида бария, не превышаюошая 1830 С при. стандартном давлении(1 атм). В условиях вакуума порядка10 , 10мм рт.ст., при которомпроисходит плавка и заливка титана,она снижается до 1200-1250 С, т,е.становится ниже температуры плавлениясплава (1600 С).Снижение температуры кипения солив вакууме до 1000 С приводит к еео3возгонке с тех частей формы, которыеобразуют внутренние поверхности отливзоки, так как именно эти части формынрогреваются практически до температуры плавления металла. Особенно этохарактерно для отливок с толщиной стенки более 100 мм и при использованиипод заливку нагретых форм.В результате возгонки солевого покрытия заливаемый титан вступает вовзаимодействие с оголенной керамической основой формы, что приводит к образованию на внутренних поверхностяхальфированного слоя глубиной до 150-200 мкм. Хлорид бария способен окислятьсяпри температурах выше 900 С, поэтому при возгонке пары ссаи с содержащи.мися оксидами, попадая в бустерныевакуумные насосы, нарушают их работу,так как вызывают повышение вязкостимасла, Практически через 40-50 пю-"вок вакуумное масло (ВМ, ВМ)паромаслянных бустерных насосов БН 2000 становится негодным для эксплуатации,Бель изобретения - снижение химической активности форм, а также уменьшение концентрации солей в водномрастворе и их возгонки. 0483 4Поставленная цеа достигается тем, что раствор для обработки керамическихлитейных форм, включающий водорастворимую соль соляной кислоты и воду, содержит в качестве водорастворимой солисоляной кислоты хлорид калия и дополнительно фторид кальция при следующемсоотношении ингредиентов, мас. %:Фторид кальция 2,7-12,0Хлорид калия 1,3-8,0Вода Остальноефторид кальция является одним иэсамых тугоплавких солевых соединенийи имеет очень высокую температурукипения. Он не вступает в химическоевзаимодействие с титановыми сплавамии магериалом литейных форм вплотьдо температуры кипения, которая приостандартном давлении составляет 2500 С.В вакууме 10 2 -10-3 мм рт.ст. еготемпература кипения понижается до2900-1800 С, но все равно остаетсямного выше температуры прогрева по= верхности формы, т.е. возгонки СаГ не происходит и он надежно защищает металл отливки от взаимодействия с оксидами формы.Однако в связи с тем, что фторидкальция, как и все фториды щелочеземельных металлов практически не растворяется ни в каких растворителях, егонеобходимо получать в виде коллоидныхрастворов, например, путем. химического взаимодействия растворимых солей с водорастворимыми солями фтористоводородной кислоты, например, по реакцииСаС +2 КР - Сс 1 Р Ф+2 КСС и другими е В результате даннОй реакции образуется коллоидный раствор Са Гс размером частиц 10 -10 см, выполняющих функции химически инертногонаполнителя. Возможно также предварительное диспергирование наполнителяСсР ДО коллоидного состояниЯ(10 ф, , 10см) в колдоидных мельницах с последующим его вводом в под-.готовпенный с необходимой концентрацией солевой раствор связующего, например хлорида калия; Коллоидное состояние раствора позволяет получать на поверхности форм сплошное и равномерное покрытие, не на рушающего геометрию формы, а сждовательно, и точность отливок.Использование суспенэионных растворов с размерами частиц наполнителя483 6 1090более 10 ф- см не позволяет полу -.чать качественное покрытие на рабочейповерхности готовых литейных керамических форм,В качестве солевого связующего целесообразно использовать хлорид калия,который не вступает в химическое взаимодействие с титаном и материалом формы до температур заливки металла ипрактически до этих же температур, онне подвергается окислению. Как связующее хлорид калия после удаления растворителя (воды) обеспечивает необходимую прочность сцепления между частицами наполнителя в образующемся слое,а также межсг, наполнителем и поверхностью литейной формы.После заполнения формы металломпроисходит частичная возгонка связующего, но в связи с небольшой концентрацией и отсутствием окисления до температур заливки металла он не оказывает отрицательного влияния на работупаромасляных вакуумных бустерных на.сосов. Копичество возгоняемого хторидакалия в объеме печив 4-7 раз меньше,чем, например, хлорида бария в растворе, взятом в качестве нрототипатаккак его концентрация в предлагаемомрастворе также ниже в 4-7 раз.30Несмотря на возгонку КС 6 на поверх-,ности формы остается слой напопнителяраствора фторида кальция, который приданных условиях не воэгоняется и надежно защищает металл отливки от взаимо 35действия с огнеупорными оксидами формы.В предлагаемом растворе при любыхтемпературах не происходит образованиеоксидных фаз типа Со(ОН),СцО НО, НМ,способных окислять заливаемый металли вызывать образование на поверхности,например, титановых отливок, альфированного слоя. Это обьясняется тем,что коллоидный раствор СОР поцучают по укаэанной в материалах заявкереакции при нормальных температурах(20-30 С), когда гидролиз СаС собразованием Са(ОН ) 2 не протекает ипродуктами реакции являются только СоРи КС 9 . Кроме того, получение данногЪраствора возможно также путем ввода50в готовый солевой водный раствор заданной концентрации предварительно диспвргированного в коллоидных мельницах порошкаСОР 2 в требуемых количествах.Порошки СаР выпускаются в больших55обьемах в нашей стране.Таким образом, предлагаемый дляобработки форм готовый коллоидный раствор СаР 2 не содержит оксидных фаэ и по своему составу и строению полностью отличается от известных истинных водных растворов по 31 и Г 4, включающих солиоИ и КГПредлагаемый водйый расуод содержит мочевину, борную кислоту, сернокивлый глинозем и является истинным, а не коллоидным.Таким образом, данный раствор является оксидной системой, интенсивно окисляющей тугоплавкие и химически активные металлы, в особенности с температу-, рами плавления вылив 770 С. Такие расгворытрадиционно находят применение только при литье магниевых сплавов с температурами плавления ниже 690 С,о так как способствуют образованию на поверхности отливки плотных защитных пленок типФФО В О, М 50+, которые предотвращают возгорание металла.Кроме того, в известном раствореГ 41 все составляющие. его компоненты химически активны по отношению к титану, ниобию, бериллию, поэтому не обеспечивают получение качественных отливок, напримео титановых, без альфированного слоя.еВажное значение имеет концентрация раствора. При содержании фторида кальция меньше 2,7% эффект обработки сни 1 жается из- а уменьшения толщины и нарушения сплошности покрытия. При концентрации хлорида калия ниже 1,3%ухудшается сцепление солевого покрытияс формой, что может привести к его смыванию и загрязнению металла. Повышение содержания фторида каль ция выше 12,0%, а хлорица калия выше 8,0% нецелесообразно, так как не приво с дит к дальнейшему повышению эффективности покрытия, а последующее уведиченив толщины покрытия негативно сказывается на размерной точности отливок, Уменьшение внутреннего диаметра отлии ки и увеличение толщины стенки требует повышения концентрации солей в расаворв. Необходимое соотношение между Саи КВ в подученном по указанной реакции растворе достигается путем его фИльтрации через фильтры, которые пропускают истинный водный раствор КИ, но задвржимют коллоидныв частя -, ки Са 1 . За счет сцвжимния части раствора соли (КС ) и послвдующего добавления воды можно получить любое нужнов соотношение между коллоидным наполвитвдвм и солввым связующим.7 1090483Обработку форм предлагаемым раствором производят следующим образом,Керамические формы после прокалкивыдерживают в растворе 2-3 мин, затем извлекают и подвергают тепловойобработке при 250-350 С в течение1,5-3 ч для удаления растворителя(воды). Скорость нагрева форм до указанных температур составляет 15 о20 С/мин. При использовании данного 1 Ораствора, имеющего. водонерастворимыйколлоидный наполнитель, отпадает необходимость в применении для обработанныхформ двух изотермических выдержек,в 1,5-2.раза увеличивается скорость 15нагрева форм. После тепловой обработкиформы поступают на заливку.Предлагаемый раствор по сравнениюс известным обладает следующими преимуществами: в среднем в 2-3 раза онижрется общая концентрация солей, а концентрация летучей соли уменьшаетсяв 4-7 раз в 4-7 раз уменьшается возгонка соли с поверхности формы при за- .лйвке металла, в 4-5 раз возрастает 25длительность работы паромасляных бус - ,терйых насосов, отпадает необходимостьприменения для тепловой обработки формдвух изотермических выдержек, в 1,52 раза возрастает скорость нагреваформ, снижается химическая активностькерамических форм, исключается образо-вание альфинированного слоя не толькона наружных, но и на внутренних поверхностях отливок, повышается качество отливок,35П р и м е р 1. Электрокорундовыеформы по выплавляемым моделям наэтилсиликатном связующем для отливок,имеющих вн треннее отверстие. диамеъ 40ром 72 мм и толщину стенки 106 мм,после прокалки при 1000-1050 С и охлаждения до 20-25 С обрабатываютраствором следующего состава, мас.%:фторид кальция 2,7Хлорид калия 1,3Вода 96,0После этого формы подвергают тепловой обработке при 300 С в течение 2 ч,затем заливают в гарнисажно-дуговойпечи ВДЛсплавом ВТБЛ.Альфированный слой на наружной ивнутренней повераостях отливки отсутствует. Загрязнение вакуумного масла ВМ3 в бустерных насосах не происходит,т.е, его вязкость не изменяется. 7,0 5,0 88,0 П р и м е р 2. Электрокорундоакеформы по вьщлавляемым моделям на этилсиликатном связутацем для отливок, имеющих внутреннее отверстие диаметром 52 мм и толщину стенки 106 мм, после прокалки при 1000-1050 С и последующего охлаждения до 20-2," С обрабатывают раствором следующего сосостава, мас.%;фторид кальцияХлорид калияВода После обработки формы подвергают тепловой обработке при 350 С в течение 2 ч, а затем заливают в гарнисажнодуговой печи ВДЛсплавом ВТ 20 Л,Альфированный слой на наружной и внутренней поверхностях отсутствует.Загрязнение вакуумного масла ВМв бустерных насосах не происходит, так как вязкость не изменяется.П р и м е р 3. Электрокорундовые формы по выплавляемым моделям на этилсиликатном связующем для отливки, имеющей внутреннее отверстие диаметром 38 мм и толщину стенки 106 мм, после прокалки при 1000-1050 С и охо лаждения до 20-25 С обрабатывают раствором следующего состава, мас.%:фторид кальция 12,0Хлорид калия 8,0Вода80,0После обработки формы подвергают тепловой обработке при 350 С в течение 2 ч, а затем заливают в гарнисажнодуговой печи ВДЛсплавом ВТ 20 Л.Альфированный слой на наружной и внутренней поверхностях отливки отсутствует. Загрязнение вакуумного масла ВМв бустерных насосах не происходит и его вязкость не изменяется. Во всех случаях химсостав отливок соответствует ОСТ-71, а механические свойства ТУ 01-294.При использовании предлагаемого раствора после 206 плавок (в каждой плавке заливалось 6 форм) вакуумное . масло бустерных насосов находилось в работоспособном состоянии.Сопоставительный анализ эффективного действия различных растворов проводят на цилиндрическюй отливке массой 2,9 кг сплава ВТ 5 с толщиной стенки 62 мм и диаметром внутреннего отверстия 48 мм, изготовляемых в электрокорундовых керамических формах на этилсиликатном связующем.В таблице представдены результаты по оптимааьным составам растворов.1090483 Извес рид ба- Р 36 .тевю 64 изоте аэовая прсаитка в ие 10 мин. с рмнческой вы ржкой при 100-С и при 400 С-150 18,4 3 1,5 2 ч Мочеви- Разовая пропмтка ва 6,1 течение 10 мнн сБорная изотермической ии 8держкой прн 350400 ОС в течениеерно чкислый Известный Г 433 кислота 15 глинозем 2,5 Вода Ос . Известный Г а) хлор в да 26 2, 7 ре дла в фторид гаемый кажпня 7,5 Хлорид Разовая пропиткатечение 10 минпоследующей изотемической аыдервкопри 350-400 ОСтечение 2 ч 16 8-18 5 ЛТЗ 2 Нет Реализация изобретенияролучить экономический-руб. за счет исключенияслоя на поверхности отливокснижению химической акт позволяетэффект 236 тыс,альф ированногоблагодаряости форм. Разработанный растворйти применение дляспользуемых для литьяобия и гафния, а такжееталлоа, как бериллий, и может также обработки форм,тугоплавких нитаких активныхагний и дп. 987/11 Тирж 775 Подписное ал ППП Чартере, т. Уиороц, ул.Проектное Разовая пропнтка 74%-ком растаю Ре Сев течение 25 мнн с иэотер мнческой мюдерх- кой при 27 УС в течение 2,5 ч,последуюпюя пропнтка в 25%-ном растворе н промывка в проточной ворр 1,5 ч Применение предлагаемого раствора по сравнению с базовым объектом позволяет снизить концентрацию летучих солей в растворе в 4-7 раз, уменьшить в 4-7 раз степень возгонки покрытия, повысить в 4-5 раз длительность работы паромасляных бустерных насосов, исключить 2-ступенчатую изометрическую выдержку форм, снизить их химическую активность,предотвратить образование альфи-, рованного слоя, повысить качество отливок. 0-450 500-550 28 т 3-30,5 ЛТЗ 0-150 150-200 20,7-24,2 Л