Формовочная смесь для дифференцированного охлаждения отливок

(71) Заявитель Институт проблем литья АН Украин(54) ФОРМОВОЧНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ОХЛЮКДЕНИЯ ОТЛИВОК Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам смесей для дифференцированногоохлаждения отливок, преимущественно из черных сплавов.Для регулирования скорости эатвердевания и охлаждения отливок известно использование чугунных или стальных холодильников 1 .Кроме того, известно применение1 Ф для указанных целей силикокарбидных кирпичей или забивка в местах, требующих повышенной скорости охлаждения, специальных металлических конусных шпилек 2 .МХарактерной особенностью металлических холодильников или кирпичей из материалов с повышенной теплопроводностью является то, что эти материалы практически не деформируются в процессе охлаждения и усадки отливок и поэтому в охлаждаемых частях отливок возникают повышенные остаточные напряжения и часто образуются тре" щины.Известна смесь для изготовления литейных форм и стержней, преимущественно оболочковых, содержащая огнеФ упорный наполнитель в виде алюминия или его сплавов с размером частиц 0,1-0,4 мм и связующее, например синтетическую смолу 3).Данная смесь обладает высокой теплопроводностью, однако ввиду своей пониженной огнеупорности она не применима для получения. отливок из желе-. эоуглеродистых сплавов. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является формовочная смесь для дифференцированного охлаждения отливок, содержащая огнеупорный наполнитель, например кварцевый песок, стружку или дробь из желеэоуглеродистых сплавов, например чугунную дробь, огнеупорную глину или бентонит, свя 85900415-45 В качестве огнеупорного, наполнителя смеси могут использоваться. кварцевый песок, шамот, хромомагнезит и дру; гие формовочные материалы. Они вводят ся для регулирования охлаждающей способности смеси. Оптимальное.их количество составляет 10-357. При меньшем содержании огнеупорного наполнителя смесь имеет большую теплопроводзующее, например жидкое стекло и воду. Данная смесь обеспечивает полу,чение прочности в сыром состоянии 0,2 - 0,3 кгс/см 4.Однако при нагреве указанной смеси ни один из ее компонентов не изменяет своего агрегатного состояния, поэтому она мало изменяет свои теплофиэические и физико-механические свойства, особенно пористость и податливость в процессе усадки отливки. Это приводит к значительному градиенту по плотности, микроструктуре и механическим свойствам металла в тонких и толстых частях отливок и по сечению стенок отливок.Цель изобретения - повышение теплопроводности смеси в процессе получе-, ния отливки, легирование поверхностного слоя отливок модифицирующими элементами, снижение различий по микроструктуре и механическим. свойствам металла в тонких и толстых частях отливок и по сечению стенок отливок,Указанная цель достигается тем, что формовочная смесь для дифференци рованного охлаждения отливок, преимущественно из железоуглеродистых сплавов, включающая огнеупорный наполнитель, стружку или дробь из желе. зоуглеродистых сплавов, огнеупорную глину или бентонит, связующее и воду, дополнительно содержит крупку алюминия или его сплава с температурой плавления менее 850 С при следующем соотношении ингредиентов, вес,%:Огнеупорный наполнитель 10-35Стружка или дробьиэ желеэоуглеродистых сплавовОгнеупорная глинаили бентонит б Связующее 5,0-8,5Вода 0,5-18,0Крупка алюминияили его сплавас температурой плавления менее 800 С 5,0-22,0ность и в поверхностных .слоях стенок чугунных отливок появляется структурно-свободный цементит. При содержании наполнителя больше 357. теплопроводность смеси получается малой и в стенках отливок появляется пористость,Стружка или дробь иэ желеэоуглеродистых сплавов, в первую очередь из углеродистых сталей и чугуна, спо.собствуют значительному повьппению теплофизических свойств смеси, При их содержании менее 157 теплопроводность смеси не обеспечивает необходимую скорость затвердевания и охлаждения стенок отливок, а при содержании их вьппе 457. скорость охлажденияметалла отливок получается большеоптимальной и это приводит к ухудшению микроструктуры и уменьшениюсвойств металла отливок.Ввод в состав смеси огнеупорнойглины или бентонита обеспечивает получение необходимой прочности, впервую очередь в сыром состоянии.Приих содержании менее 6% величина сырой прочности смеси получается низкой,а при содержании их больше 157 дальнейшего повьнпения прочностных свойствне происходит при одновременном сниженин охлаждающей способности смеси.Присутствие в составе смеси органического или неорганического связующего обеспечивает получение оптимальных прочностных свойств в сухом состоянии. Нижний предел оптимальнойвеличины прочностных свойств получается при содержании в смеси 5,0% связующего. Увеличение содержания связующего более 8,5% нецелесообразно ввиду достаточности достигнутых прочностных свойств смеси.Дополнительный ввод в состав смесикрупки из алюминия или его сплава сотемпературой плавления менее 850 С 45 позволяет значительно повысить охлаждающие свойства смеси. Это объясняется тем, что алюминий, являющийся основой сплава крупки, имеет коэффициент теплопроводности значительно боль ший, чем огнеупорный наполнитель илистружка, или дробь из железоуглеродистых сплавов. Кроме того, благодарянизкой температуре плавления сплавовна основе алюминия при прогреве по верхностных слоев смеси происходитоплавление крупки, что сопровождается дополнительной затратой тепла наоплавление. Оплавление крупки дает35 40 45 50 55 возможность проводить дифференцироваи.иое охлаждение эатвердевающего металла. Чем толще охлаждаемая стенкаотливки, тем быстрее происходитпрогрев охлаждающей смеси и тем больше тепла тратится на оплавление круп.ки, т.е. имеет место процесс саморегулирования отвода тепла,В процессе прогрева формы призаливке расплавленный сплав крупкизаполняет поры смеси, уменьшает еепористость и значительно увеличиваеттеплопроводность, Кроме того, расплавленный сплав вытесняется на поверхность соприкосновения смеси с жидкимметаллом и модифицирует поверхностный слой затвердевающего или затвердевшего чугуна модифицирующими элементами (алюминием, кремнием и др,)и препятствует образованию структурно-свободного цементита.Положительное влияние на охлаждающие свойства смеси, модифицированиеповерхностного слоя отливок и ликвидацию структурно-свободного цементита проявляется при содержании в смесикрупки 57, При увеличении ее содержа,ния более 227 поверхность форм в условиях избытка расплавленной крупкисильно деформируется и теряется гео"метрическая точность отливки.Содержание воды зависит от природы и количества используемого связующего. Если используется жидкое стекло, то содержание воды достаточно0,57, а при использовании органических связующих, например декстрина,содержание воды должно выбираться поверхнему пределу.В табл, 1 приведены составы предлагаемых и известной смесей, а втабл. 2 - их свойства.Алюминиевая крупка, входящая всостав смеси, имеет следующий химический состав, вес.Х: кремний 11,36;медь 0,26; магний 0,19; алюминий остальное. Из данных табл. 2 видно, что предлагаемая смесь имеет более высокие прочностные свойства на сжатие в сыром состоянии и на разрыв в сухом состоянии при практически близких ко величине прочностных свойствах на сжатие образцов в сухом состоянии, а также более высокую газопроницаемость в сухом состоянии. Кроме того, она имеет также меньший объемный вес за счет частичной замены чугунной дроби алюминиевой крупкой. 5 10 5 20 25 30 Теплопроницаемость предлагаемой охлаждающей смеси в интервале темпеоратур 20-1350 С по сравнению с теплопроницаемостью известной смеси выше, что объясняется более высоким коэффициентом теплопроводности алюминиевой крупки и расходом тепла на ее плавление.Эффективность действия охлаждающих смесей (табл. 1) исследуют при изготовлении разностениых корпусов насосов из высокопрочного чугуна с шаровидной Формой графита марки ВЧН 50-1 О. Преобладающая толщина стенок отливок 9 им. Толщина обрабатываемых фланцев н приливов 35-40 мм. Для уменьшения пористости утолщенных мест отливок используют стержни иэ смесей, составы которых приведены в табл. 1.Исследование гидроплотности отливок и плотности металла в тонких и толстых стенках отливок показывает. что в случае изготовления отливок без охлаждающих стержней в 70-807 отливок наблюдаются течи и потение стенок, особенно в местах перехода тонких стенок в утолщенные приливы и фланцы. При применении охлаждающих стержней иэ известной смеси брак по гидроплотности составляет 12-143, а при применении стержней из предлагае мой смеси 2,5-3,8 Х. Установлено, что различие плотности металла в тонких и толстых стенках при использовании известной смеси составляет 3,8-5,1 Х, а при использовании предлагаемой смеси только 1,9-3,2 Х.В смесях по изобретению наблюдается интенсивное оплавление алюминиевой крупки на глубину 22-27 мм от поверхности раздела стержень-отливка что обуславливает интенсивное увеличение теплопроницаемости смеси при темпео ратуре прогрева выше 655 С (температура плавления алюминиевой крупки).Повышение содержания алюьщиия и кремния в поверхностных слоых отливок благоприятно влияет иа подавление выпадания структурно-свободного цементита. Повышение их содержания при" мерно соответствует количеству алюминиевой крупки в смеси.Как видно из данных табл. 2, использование предлагаемой смеси позволяет лучше выравнять механические свойства металла в тонких и толстых стенках отливок.859004 Таким образом, предлагаемая смесь обладает повыаенной теплопроводностью и "е печнвает легирование поверхностного слоя отливок из аелезоуглеродистых сплавов модифицирующими элементами (алюминием, кремнием), Это в свою очередь позволяет по микроструктуре свойствам металла снизить градиенти механическим в тонких и толстыхи по сечениют.е. повысить сечениях отливок3 стенок отливок, их качество. Т а б л и ц а 1 Предлагаемая Известная Ингредиенты Кварцевый песок1 Иамот 18,0 27,0 -Чугунная дробь Огнеупорная глина 6,0 12,0 12,0 15,0 8,0 15,0 15,0 9,1 Крупка из алюминиевокремниевогосплава 5,0 5,0 -Вода Жидкое стеклоСульфитная бардаДекстрин Содеркание ингредиентов вес.йд в смесях 1 2 3 4 . 5 6 7 8 10,0 25,0 20,0 30,0 35,0 -- 27,25 45,0 30,0 35,0 15,0 37,0 27,0 18,0 54,5 22,0 20,0 13,0 20,0 5,0 18,0 18,0 - 6 э 5 6 эО 8 э 5 7 эО 5 эО 6 э 4 10,5 7,0 11,5 13,0 10,0 17,0 17,0 2,75(О. СЧ л о 1 3 (Ч л о О (Ч л оО (Ч л о. СО (Ч л о 1 л СЧ л о Ъ СЬ л м 1 Ъ л л м о МЪ л (О иЪ л (О о л сО иЪ СЧ л Ю 1 3л 1 33 д О онн е (Ф л м 1 иЪ л м о л мЮ СЧ л м Щ Ъ л м 1 Ъ м л м о (о л м 1 о м л м Ъ СЧ л м 1 о л м ИЪ м 1 (ГЪ м л м о (О л 1 о (О л м о м 1 о Ъ о м о О м 1 о м о СО (Ч 3 о 00 (Ч о (О мо (О о м о м м 1 о (О о м. о (ч 1 о м м лоэ О,Ое эоРфЬ фо д х1 н ээо 313 чййаО СЬ ил СО л м а 1 О л СЧ л О о л о13 859004 14Огнеупорная глинаили бентонитСвязующееВодаЗ Крупка алюминияилч его сплавас температуройплавления менее850 С 6-155,0-8,50,5-8,0 Формовочная смесь для дифференцированного охлаждения отливок, включающая огнеупорный наполнитель, стружку или дробь из желеэоуглеродистых сплавов, огнеупорную глину или бентонит, связующее и воду, о т л и ч а ю щ а - я с я тем, что, с цеяью поввинения теплопроводности смеси в процессе по- лучения отливки, легирования поверхностного слоя отливок модифицирующими элементами, повышения однородности микроструктуры и механических свойств металла в тонких и толстых частях отливок и по сечению стенок отливок, она дополнительно содержит крупку алюминия или его сплава с температуройоплавления менее 850 С при следующем соотношении ингредиентов, вес.Х:Огнеупорный наполнитель 10-35 Стружка нли дробь изжелезоугперодистыхсплавов 15-45 5-22- Формула изобретения Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Буталов В. А. Модельщик, М.,1 з Мазпиз, 1959,2. Додин Я,Л. Современная техно-.логия производства станочного литьяСпециальное приложение.к журналу"Литейное производство". М., Машгиэ,Э 1957.3. Авторское свидетельство СССРУ 593647, кл. В 22 С 1/00, 1974.4, Справочник литейщика "Чугунноелитье". Под ред. проф. Рубцова Н.Н,М., Машгиз, 1961, с. 419.Составитель С. ТепляковРедактор Ю. Ковач Техред ААч Корректор В. СиницкаяЗаказ 7416/2 Тираж 869 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва, Жд Ратшская наб. д. 4/5 .Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4