Спосіб лиття за виплавлюваними моделями з використанням як сполучне рідке скло
Власники патенту UA 2266172:
Винахід відноситься до ливарного виробництва. При виготовленні багатошарової керамічної форми готують суспензію шляхом змішування рідкого скла з водним розчином хлористого амонію та пилоподібним кварцом. Суспензію пошарово наносять на моделі, що виплавляються і здійснюють обсипку кожного шару вогнетривкого покриття кварцовим піском. У перший шар вогнетривкого покриття вводять олію для гідромеханічних та гідрооб'ємних передач. Починаючи з другого шару, вогнетривке покриття вводять 0,01-0,03 мас.% екструзійного крохмальреагенту. Кожен шар отверждают у розчині хлористого амонію. Потім виплавляють моделі в гарячій воді, прожарюють форми і заливають металом. Введення екструзійного крохмальреагенту у зазначеній кількості забезпечує підвищення міцності керамічних форм як після виплавки моделей, так і після прокалювання. 1 табл.
Відомі способи лиття по моделях, що виплавляються в багатошарові керамічні форми з використанням в якості сполучного гідролізованого розчину етилсилікату або рідкого скла. Способи включають такі операції: приготування рідкої вогнетривкої суспензії, пошарове нанесення її на воскові моделі, що виплавляються, обсипку кожного шару кварцовим піском або іншим вогнетривким наповнювачем, сушіння або хімічне затвердіння кожного шару, виплавлення моделей в гарячій воді, прожар. Через незначну товщину багатошарових оболонок (найчастіше форма містить 4-5 шарів товщиною 1-1,5 мм) форми мають недостатню міцність і існує небезпека їх руйнування при заливанні металу.
Тому для запобігання подібним явищам застосовують різні способи зміцнення форм. Наприклад, в рідку суспензію додають електродний пек з борною кислотою [1,2]; як обсипальний матеріал застосовують дунітовий пісок [3], гранульований шлак різної зернистості [4]; кожен просушений шар просочують ефіром кремнієвої кислоти [5]; на висушені шари, приготовані з використанням етилсилікату, наносять шар з водяного розчину рідкого скла [6]; пропускають повітря через наповнювач [7] тощо.
При використанні в якості сполучного рідкого скла з метою зміцнення форм застосовують різні способи впливу на суспензії і форми: обробляють рідке скло розчинними солями алюмінію [8], сушать кожен шар суспензії, нанесеної на моделі, при інтенсивному повітрообміні; просочують блоки моделей з нанесеним на нього першим шаром суспензії протягом 10-15 хвилин водним розчином хлористого кальцію та борної кислоти [9, 10].
Перераховані способи додаткової обробки шкідливі для суспензії на основі рідкого скла, особливо присадки солей алюмінію, соляної кислоти, електродного пеку, контакту Петрова, оскільки мають кислу реакцію і з лужним розчином рідкого скла несумісні. Взаємодія таких матеріалів з рідинноскляною суспензією призводить до розшарування останньої, одержання міцних та однорідних оболонкових форм стає неможливим. Введення додатків, що зміцнюють, у обсипальний матеріал призводить до нерівномірного розподілу зміцнювачів, в результаті міцність вогнетривкого покриття нестабільна.
З усіх відомих способів лиття за моделями, що виплавляються, в багатошарові керамічні форми найбільш близький за технічною сутністю до пропонованого спосіб [11], що складається з наступних послідовних операцій:
- попереднє приготування вогнетривкої суспензії шляхом змішування рідкого скла з водним розчином хлористого амонію та пилоподібним кварцем;
- пошаровенанесення суспензії на воскові моделі, що виплавляються, причому в суспензію для першого шару додатково вводять 0,05-0,1 мас.% масла для гідромеханічних і гідрооб'ємних передач;
- обсипання кожного шару вогнетривкого покриття кварцовим піском;
- затвердіння кожного шару шляхом витримки блоку водному розчині хлористого амонію;
- видалення моделей з оболонок шляхом витоплення їх у гарячій воді;
- прокалювання оболонок та заливання їх розплавленим металом.
Застосування відомого способу, обраного як прототип, забезпечує отримання виливків з чистою, гладкою поверхнею, вільних від газових, піщаних та інших раковин подібного типу, завдяки чому значно знижується трудомісткість очищення та обрубування лиття. Разом з тим, міцність оболонок після прожарювання при температурі понад 800 градусів Цельсія недостатня, в результаті має місце підлога та розтріскування оболонок під час заливання їх металом. Для усунення цього явища можна було б знизити температуру прокалювання оболонок на 30-50 градусів, але тоді з'являються газові раковини у виливках через неповне прокалювання форм, крім того, форми часто розміцнюються при транспортуванні до місця заливання.
Метою цього винаходу є створення такого способу, при якому підвищувалася б міцність оболонок не тільки після виплавлення моделей, але і після їх прокалювання при температурі не нижче 800 градусів Цельсія, форми не розтріскувалися б після заливання їх металом, не завдавала б шкоди якості виливків.
Ця мета досягається тим, що суспензію для зміцнювальних шарів вогнетривкого покриття (другого, третього, четвертого і п'ятого) додатково вводять 0,01-0,03 масових % крохмалреагенту екструзійного (ЕКР).
Приклади конкретного виконання
Для виборуоптимальної кількості ЕКР в лабораторних умовах готували зразки моделей, що являють собою пластинки довжиною 110 мм, шириною 60 мм, товщиною 15 мм, на яких позначені секції довжиною 40 мм, шириною 20 мм, за допомогою спеціальних виступів висотою 0,5 мм. Зразки по 4 штуки припаювали до циліндричного стояка діаметром 40 мм з литниковою лійкою і наносили випробувані вогнетривкі покриття: лицьове (1-й шар) - відповідно до прототипу, зміцнюючі (наступні 2-й, 3-й, 4-й, й шари) - відповідно до запропонованого технічного рішення, тобто з добавкою 0,005-0,04 масових відсотків ЕКР. ЕКР вводили в суспензії, починаючи з другого шару, після введення пилоподібного кварцу, тобто в останню чергу. Паралельно готували зразки з лицьовим покриттям, відповідним прототипу (з добавкою 0,05% олії для гідромеханічних та гідрооб'ємних передач), у зміцнювальні шари суспензії ніяких добавок не вводили. Форми готували так. На воскові моделі, що виплавляються, наносили перший (лицьовий) шар вогнетривкої суспензії, що містить 0,05 мас.% гідравлічного масла «Р», відразу ж обсипали кварцовим піском із середнім розміром зерен 0,16 мм, отверждали у водному розчині хлористого амонію протягом 1 хвилини, після витримки першого шару протягом 10 хвилин послідовно наносили ще 4 шари зміцнюючої суспензії без добавок, кожен шар обсипали більшим кварцовим піском з середнім розміром зерен 0,315 мм, отверждали кожен шар в 18-процентному водному розчині. , або виплавляли моделі в гарячій воді, отримані форми прожарювали в печі при температурі 800 і 850 градусів Цельсія, охолоджували. Частину форм заливали металом (вуглецевою сталлю марки Сталь 35Л). Після охолодження та очищення зовнішнімоглядом оцінювали якість поверхні виливків. Іншу частину прожарених зразків відокремлювали від литникової системи, розпилювали лобзиком на секції та визначали межу міцності при згинанні кожної секції на універсальній розривній машині моделі Р18. Визначали товщину оболонок при використанні добавки ЕКР та без добавки ЕКР. Паралельно готували форми за викладеною вище технологією, але при цьому на моделі, що виплавляються, наносили перший шар вогнетривкої суспензії з добавкою 0,05 мас.% гідравлічного масла «Р», в зміцнюючі шари вогнетривкої суспензії вводили 0,005; 0,01; 0,02; 0,03; 0,04 мас.% екструзійного крохмальреагенту за ТУ 18-8-14-80. При цьому також половину зразків використовували для дослідження міцності, а іншу половину - для отримання виливків та оцінки якості. Результати випробувань зразків наведено у таблиці.
З таблиці слід, що добавка ЕКР у будь-якій кількості підвищує міцність оболонок як відразу після виплавлення моделей, так і після прожарювання при температурі 800 і 850 градусів Цельсія. Оптимальною слід вважати добавку ЕКР у кількості 0,01-0,03 мас.%, так як у зазначеному інтервалі міцність оболонок підвищується більш ніж 2 рази в порівнянні з прототипом. При збільшенні добавки понад 0,03 мас.% міцність зразків практично не збільшує або незначно підвищує. Товщина п'ятишарових оболонкових форм також підвищується в середньому на 15 відсотків, форми не розтріскуються при заливанні, не ламаються при транспортуванні, виливки відповідно не мають дефектів типу «корольків», ужимін, тріщин та гребінців, тобто якість оливок задовільна.
Пропонований спосіб має такі суттєві ознаки, загальні з прототипом: попереднє приготування суспензії шляхом змішування рідкого скла з водним розчином хлористого амонію,пилоподібним кварцем і маслом для гідромеханічних і гідрооб'ємних передач, пошарове нанесення покриття на моделі, що виплавляються, обсипання кожного шару кварцовим піском, виплавлення моделей в гарячій воді, прокалювання оболонок, заливання їх металом. Відмітна ознака полягає в тому, що зміцнювальну вогнетривку суспензію, починаючи з другого шару, додатково вводять 0,01-0,03 мас.% екструзійного крохмальреагенту.
Застосування запропонованого способу підвищує міцність оболонкових форм і покращує якість виливків за моделями, що виплавляються.