Огнеупорный гипс для отливки металла

Обновлено: 20.09.2024

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к гипсовым формовочным смесям.

Известны составы гипсовых формовочных смесей, содержащие в качестве огнеупорного наполнителя кварцевый песок (О.Е.Кестнер, В.К.Бараданьянц и др., «Точное литье цветных сплавов в гипсовые и керамические формы», М.: - Машиностроение, 1968).

Недостатком известных изобретений является высокая стоимость огнеупорного наполнителя, низкая термостойкость и огнеупорность литейных форм.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, заключается в повышении термостойкости и огнеупорности гипсовых литейных форм.

Использование золы в качестве огнеупорного наполнителя позволяет повысить огнеупорность и трещиностойкость форм благодаря содержащемуся в золе обожженному кварцу с малым коэффициентом термического расширения, а также снизить стоимость литейных форм.

Предлагаемую гипсовую смесь используют при следующем количественном соотношении ингредиентов, мас.%:

гипс 30-35
вода 25-30
огнеупорный наполнитель остальное.

Исследование термической стойкости образцов литейных форм проводили согласно ГОСТ 7875.0-94 и ГОСТ 7875.2-94, определяя количество циклов теплосмен. В таблице приведены экспериментальные данные, характеризующие свойства форм, полученных из разных составов формовочных смесей.

Таблица
Наименование компонента Исходный состав Предложенный состав
1 2 3 4
Вода, мас.% 30 25 27 29 30
Гипс, мас.% 70 30 32 33 35
Огнеупорный наполнитель, мас.% - остальное остальное остальное остальное
Свойства литейных форм, полученных из смесей с разным составом компонентов.
Термостойкость 950-20°С, цикл 0 2 1 1 1

Как видно из представленных данных, изготовленные из предложенных составов смесей образцы, содержащие золу уноса ТЭЦ, выдерживают 1-2 теплосмены, что позволяет изготавливать качественные отливки. Образцы литейных форм, изготовленные из исходной смеси, без золы, разрушились при первой теплосмене. Гипсовую формовочную смесь готовят следующим образом.

1. Гипсовая смесь для изготовления форм точного литья, содержащая гипс, воду и огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного наполнителя она содержит золу уноса ТЭЦ при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

гипс 30-35
вода 25-30
огнеупорный наполнитель остальное

Способ изготовления стержней и форм на гипсовом связующем при производстве отливок из цветных и черных сплавов

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для изготовления стержней и форм на гипсовом связующем при производстве отливок из цветных и черных сплавов.

В настоящее время для этого наибольшее распространение получил "ЭНТИОХ-процесс" [1, 2]. Однако, являясь узкоспециализированным на производство ювелирных изделий, этот способ формообразования из импортных кристобалито-гипсовых смесей ("Суперкаст", "Ультравест" и др.) или отечественных динасо- гипсовых смесей ("Ювелирная-1", "Ювелирная-2") не обеспечивает требуемого качества изготовления литьем по выплавляемым моделям сложнопрофильных художественных и машиностроительных отливок. Кроме того, литье в гипсовые формы имеет ограниченность по температуре заливки расплавов (не выше 1100 o C) по причине разложения гипсового связующего с выделением газов [1], что не позволяет качественно изготавливать отливки из высокотемпературных, в том числе черных сплавов.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления керамических форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов [3] . В соответствии с указанным прототипом при приготовлении смеси, имеющей состав, мас.%: Гипс - 10-14 Динас - 50-63 Пылевидный возгон шамотного производства - 3,7-7,0 Алюмохромфосфатное связующее - 0,003-0,020 Вода - Остальное осуществляют предварительную обработку водного раствора алюмохромфосфатного связующего наносекундными электромагнитными импульсами с последующим перемешиванием ингредиентов и вакуумной обработкой полученной суспензии при ее вибрации.

Известное техническое решение обеспечивает технологичность операции формовки и стабильность свойств смеси. Вместе с тем прототип имеет следующие существенные недостатки: - используемая в способе вибровакуумная обработка создает условия для дегазации смеси и увеличения ее плотности, но не вызывает заметного повышения поверхностной прочности (твердости) изготавливаемых стержней и форм на гипсовом связующем после тепловой обработки; - применяемое в способе прототипа воздействие наносекундных электромагнитных импульсов на затворитель гипсовой формовочной массы обеспечивает значительное улучшение и стабильность реологических свойств смеси, но практически не приводит к существенному росту прочностных характеристик стержней и форм при прокалке и заливке высокотемпературных сплавов; - в связи с неудовлетворительным комплексом физико-механических свойств стержней и форм на гипсовом связующем в горячем состоянии наблюдается ограниченность их применения по температуре заливки расплавов (не выше 1100 o C);
- по мере увеличения массы и габаритов художественных и машиностроительных изделий способ прототипа вызывает повышение брака по засорам, наплывам, неточности геометрии указанных отливок.

Кроме того, недостатки способа прототипа приводят к ухудшению технологических свойств смесей на гипсовом связующем при их прокалке и заливке высокотемпературных расплавов.

В основу изобретения положена задача создать такой способ изготовления стержней и форм на гипсовом связующем, который обеспечил бы увеличение их прочности при прокалке и заливке высокотемпературных расплавов с сохранением высокой выбиваемости для улучшения качества производства сложнопрофильных художественных и машиностроительных отливок различных габаритов и массы.

Пропитку раствором АБФК затвердевшей формовочной смеси на гипсовом связующем проводят на глубину (1-5)10 -3 м.

Поверхностная сушка затвердевшей формовочной смеси обеспечивает ее пористость, необходимую для последующей пропитки на оптимальную глубину. Пропитка раствором АБФК создает условия для формирования высокопрочной и термостойкой оболочки стержней и форм, способной саморазупрочняться после изготовления отливок. Использование в качестве пропитывающего раствора АБФК, являющегося высокотемпературным связующим материалом, позволяет повысить прочность (общую и поверхностную) стержней и форм на гипсовом связующем, в особенности в горячем состоянии после прокалки. В результате появляется возможность их заливки высокотемпературными расплавами (чугун, сталь и др.) с формированием сложнопрофильных отливок улучшенного качества.

Глубина пропитки затвердевшей формовочной смеси раствором АБФК в пределах (1-5)10 -3 м является оптимальной с позиций получения повышенных прочностных характеристик стержней и форм, а также обеспечения их улучшенной выбиваемости за счет саморазупрочнения гипсовой основы при высоких температурах прогрева.

Таким образом, в заявляемом способе сочетаются преимущества гипса по обеспечению технологичности процесса формовки и улучшенной выбиваемости стержней и форм с достоинствами АБФК, как высокотемпературного связующего материала. В результате создается комплекс условий для повышения качества изготовления сложнопрофильных художественных и машиностроительных отливок из цветных и черных сплавов, в том числе высокотемпературных.

Предлагаемый способ изготовления стержней и форм на гипсовом связующем осуществляют следующим образом.

Готовят затворитель смеси. Засыпают в него сухую формовочную массу, в качестве которой могут быть использованы отечественные смеси на гипсовом связующем: "Ювелирная-1", "Ювелирная-2", импортные - "Ультравест", "Суперкаст" и др. [1, 2]. При этом наилучшие результаты для изготовления сложнопрофильных художественных и машиностроительных отливок дает смесь, предлагаемая в прототипе. После подготовки жидкоподвижной формовочной смеси проводят ее вибровакуумирование по режиму: продолжительность обработки - 2,4 мин, остаточное давление воздуха в камере - 1400-2000 Па, амплитуда вибрации - 0,5-0,8 мм при частоте 50 Гц.

Глубина пропитки менее 10 -3 м не обеспечивает заметного повышения физико-механических свойств стержней и форм. При глубине пропитки более 510 -3 м затрудняются условия удаления стержней из отливок и выбивки форм. На заключительном этапе изготовления стержней и форм проводят их прокалку (450-500 o C, 3-4 ч). Прокаленные стержни и формы используются для изготовления сложнопрофильных, тонкорельефных отливок из цветных и черных сплавов.

Предлагаемый способ изготовления стержней и форм на гипсовом связующем иллюстрируется следующим примером.

Пример. Используют смесь состава прототипа при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Гипс - 14
Динас - 60
Пылевидный возгон шамотного производства - 4
Алюмохромфосфатное связующее - 0,01
Вода - Остальное
При подготовке смеси воду перемешивают с АХФС и заливают полученный раствор в емкость. Сухую формовочную массу засыпают в водный раствор АХФС из расчета 360-380 мл затворителя на 1 кг сухих составляющих смеси. После перемешивания ингредиентов осуществляют вибровакуумную обработку жидкоподвижной формовочной смеси. Для этого емкость со смесью устанавливают в камеру, создают в ней разрежение (остаточное воздушное давление 1400-2000 Па) с одновременной вибрацией частотой 50 Гц и амплитудой 0,5-0,8 мм. По окончании вибровакуумной обработки смеси в течение 3,4 мин ее заливают в технологическую оснастку (стержневые ящики или опоки).

Заключительную стадию технологического процесса изготовления стержней и форм проводят путем их прокалки при температуре 450-500 o C в течение 3-4 ч.

Параллельно для получения сравнительных данных осуществляют подготовку смеси и изготовление стержней и форм на гипсовом связующем согласно прототипу. При этом фиксируются их физико- механические свойства.

Показателями для сравнения являются твердость (поверхностная прочность) по прибору LTW 3122 (Польша), прочность на сжатие стандартных цилиндрических образцов (диаметр и высота 50 мм) до прокалки и в горячем состоянии при температуре 900 o C, а также выбиваемость стержней и форм, оцененная по их остаточной прочности после прокалки и охлаждения до комнатной температуры.

Влияние разработанного способа изготовления стержней и форм на их свойства в сравнении с прототипом представлено в таблице.

Результаты испытаний показывают, что по сравнению с прототипом заявленный способ изготовления стержней и форм обеспечивает увеличение более чем на 60% твердости смеси, повышение прочности, в особенности в горячем состоянии в 1,6-2,0 раза, при сохранении улучшенной выбиваемости смесей на гипсовом связующем.

Заявленный способ опробован при изготовлении литьем по выплавляемым моделям художественных и машиностроительных изделий из высокотемпературных сплавов, показав улучшение качества этих сложнопрофильных отливок.

Учитывая повышенный комплекс получаемых технологических свойств, заявленный способ приготовления смеси для изготовления форм и стержней на гипсовом связующем может быть также использован для получения сложной литейной оснастки, в зубопротезном деле, ювелирном литье, в производстве машиностроительных заготовок ответственного назначения из цветных и черных сплавов.

Список литературы
1. Урвачев В.П., Кочетков В.В., Горина Н.Б. Ювелирное и художественное литье по выплавляемым моделям сплавов меди. - Челябинск: Металлургия, 1991. - 168 с.

2. Магницкий О.Н., Пирайнен В.Ю. Художественное литье. - СПб.: Политехника, 1996. - 213 с.

3. Патент РФ N 2129932. Смесь для изготовления керамических форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов и способ ее приготовления / Знаменский Л.Г., Кулаков Б.А., Крымский В.В. и др., Бюл. N 13, 1999 (прототип).

1. Способ изготовления стержней и форм на гипсовом связующем при производстве отливок из цветных и черных сплавов, включающий подготовку жидкоподвижной формовочной смеси, ее вибровакуумирование, заливку и отверждение с последующей прокалкой, отличающийся тем, что после отверждения смесь подвергают поверхностной сушке для образования пористого поверхностного слоя и осуществляют пропитку раствором алюмоборфосфатного концентрата, после чего смесь подвергают прокалке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхностную сушку смеси проводят на воздухе в течение 8 - 10 ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхностную сушку смеси проводят в сушильной камере при 150 - 200°С в течение 1,5 - 2,0 ч.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что пропитку раствором алюмоборфосфатного концентрата затвердевшей формовочной смеси на гипсовом связующем проводят на глубину (1 - 5) 10 -3 м.

Смесь для изготовления гипсовых форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов и способ ее приготовления

Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит, мас.%: гипс 10-14; динасовый порошок 15-26; пылевидный возгон шамотного производства 3-7; пылевидный кварц 25-40; алюмохромфосфатное связующее 0,05-0,12; поверхностно-активное вещество 0,007-0,015; вода - остальное. Пылевидный кварц компенсирует расширение динасового порошка при нагреве. При приготовлении смеси осуществляют предварительную подготовку гипсовоздушной смеси и обработку ее электрическим полем. Напряженность поля составляет 500-1000 В/м. Обеспечивается повышение физико-механических свойств форм и стержней, улучшение качества художественных отливок, в особенности, массивных и крупногабаритных. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано при изготовлении гипсовых форм и стержней, преимущественно в производстве из цветных и драгоценных сплавов художественных отливок, получаемых литьем по выплавляемым моделям (ЛВМ).

В настоящее время наибольшее распространенные получили гипсовые смеси: импортные "К"-90", "Суперкаст", "Сатинкаст", "Ультравест" [1, 2], а также отечественные "Ювелирная-1" и "Ювелирная-2" [2]. Однако, являясь узкоспециализированными на производство ювелирных изделий, эти смеси не обеспечивают требуемого качества художественных отливок, в особенности массивных и крупногабаритных.

Наиболее близкими по технической сущности являются смесь для изготовления керамических форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов и способ ее приготовления [3]. В соответствии с указанным прототипом смесь включает гипс, динасовый порошок, пылевидный возгон шамотного производства, алюмохромфосфатное связующее и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Гипс - 10 - 14 Динасовый порошок - 50 - 63 Пылевидный возгон шамотного производства - 3,7 - 7,0 Алюмохромфосфатное связующее - 0,003 - 0,02 Вода - Остальное Способ подготовки этой смеси заключается в предварительной обработке наносекундными электромагнитными импульсами водного раствора алюмохромфосфатного связующего (АХФС), перемешивание ингредиентов и их вибровакуумирование.

Известное техническое решение обеспечивает требуемые текучесть, седиментационную устойчивость и продолжительность затвердевания гипсовой смеси для изготовления литьем по выплавляемым моделям художественных отливок.

Вместе с тем прототип имеет следующие существенные недостатки: - прочностные характеристики и газопроницаемость гипсовых форм и стержней не позволяют изготавливать методом ЛВМ качественные художественные отливки повышенной массы и габаритов; - расширение смеси при 150 - 350 o C со значительной скоростью вызывает необходимость в выдержке и плавном подъеме температур в указанном интервале для предупреждения трещинообразования формы и стержней при вытопке моделей, что увеличивает энергоемкость и себестоимость производства; - низкая смачиваемость водной гипсовой суспензией выплавляемых воскообразных моделей приводит к нарушению качества тонкорельефной поверхности художественных отливок (наплывы, неточность геометрии и повышенная шероховатость поверхности отливок).

В основу изобретения положена задача создать такие смесь и способ ее подготовки, которые обеспечили бы повышение физико-механических свойств гипсовых форм и стержней и за счет этого улучшили качество изготовления из цветных и драгоценных сплавов художественных отливок, в особенности массивных и крупногабаритных.

Указанная задача решается таким образом, что смесь для изготовления гипсовых форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов, включающая гипс, динасовый порошок, пылевидный возгон шамотного производства, алюмохромфосфатное связующее и воду, согласно изобретению она дополнительно содержит пылевидный кварц и поверхностно-активное вещество (ПАВ) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Гипс - 10 - 14
Динасовый порошок - 15 - 26
Пылевидный возгон шамотного производства - 3 - 7
Пылевидный кварц - 25 - 40
Алюмохромфосфатное связующее - 0,05 - 0,12
Поверхностно-активное вещество - 0,007 - 0,015
Вода - Остальное
Введение в смесь пылевидного кварца за счет дополнительной с гипсом и пылевидным возгоном шамотного производства компенсации расширения динасового порошка при нагреве в интервале температур 150 - 350 o C обеспечивает уменьшение коэффициента термического линейного расширения (КТЛР) форм и стержней, повышение их точности и прочности вследствие высоких значений дисперсности и удельной поверхности указанной технологической добавки.

Снижение КТЛР гипсовой смеси приводит к ее "плавному" расширению при 150 - 350 o C с постоянной скоростью и позволяет в процессе вытопки моделей увеличить интенсивность тепловой обработки форм и стержней без их разрушения и трещинообразования. В результате появляется возможность снизить энергоемкость и себестоимость производства художественных отливок, в особенности массивных и крупногабаритных.

Введение в состав смеси ПАВ уменьшает поверхностное натяжение водного затворителя и обеспечивает требуемую смачиваемость гипсовой суспензией поверхности воскообразных выплавляемых моделей. Поэтому наблюдается высокая степень воспроизводимости формой особосложной конфигурации моделей и достигается повышение качества тонкорельефной поверхности художественных отливок.

Указанная задача решается также тем, что в способе приготовления смеси для изготовления гипсовых форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов, включающем предварительную электрофизическую обработку одного из ингредиентов смеси, ее перемешивание и вибровакуумирование, согласно изобретению смесь имеет следующий состав, мас.%:
Гипс - 10 - 14
Динасовый порошок - 15 - 26
Пылевидный возгон шамотного производства - 3 - 7
Пылевидный кварц - 25 - 40
Алюмохромфосфатное связующее - 0,05 - 0,12
Поверхностно-активное вещество - 0,007 - 0,015
Вода - Остальное
а перед перемешиванием ингредиентов осуществляют подготовку гипсовоздушной смеси и последующую обработку ее электрическим полем. Причем напряженность электрического поля составляет 500 - 1000 В/м.

Обработка гипса в виде газовзвеси в электрическом поле указанной напряженности вызывает ионизацию воздуха. Ионы газов взаимодействуют с частицами гипса, адсорбируются на их поверхности, образуя электрических заряд. Заряженные частицы гипса обеспечивают увеличение сил адгезии при формообразовании и повышение прочностных характеристик форм и стержней, что особенно важно при производстве методом ЛВМ крупногабаритных художественных отливок. Кроме того, адсорбция ионов газов на частицах гипса и воздействие ПАВ создают условия для увеличения газопроницаемости форм и стержней.

Затем осуществляют подготовку гипсо-воздушной смеси и ее обработку электрическим полем напряженностью 500 - 1000 В/м. Это может быть реализовано, например, с помощью устройства [4], состоящего из распылительной камеры и камеры зарядки частиц гипса с подключенным к ней источником высокого напряжения. Установка выполняется в виде вертикального трубопровода, помещенного между дозатором гипса и смесителем.

Напряженность электрического поля в интервале 500 - 1000 В/м диктуется необходимостью электрофизической активации гипса, как связующего материала смеси. При напряженности менее 500 В/м не достигаются требуемая "зарядка" частиц гипса и повышение прочности форм и стержней. Увеличение значения напряженности электрического поля более 1000 В/м представляется нецелесообразным, поскольку дальнейшего заметного улучшения физико-механических свойств гипсовых форм и стержней не происходит.

После электрофизической активации гипса готовят сухую смесь. Для этого перемешивают в смесителе расчетные количества сухих ингредиентов: активированного гипса, динасового порошка, пылевидного возгона шамотного производства и пылевидного кварца.

Перед непосредственным изготовлением форм и стержней сухую смесь засыпают в предварительно подготовленный затвердитель из расчета 360 - 400 мл затворителя на 1 кг сухих составляющих. Смесь перемешивают и подвергают вибровакуумной обработке в течение 3 - 4 мин. После чего смесь может быть использована для изготовления форм и стержней.

Содержание в предлагаемой смеси пылевидного кварца (ГОСТ 9077-82) меньше 25 мас. % оказывается недостаточным для существенного снижения КТЛР в интервале температур 150 - 350 o C, повышения энергоемкости их тепловой обработки при вытопке моделей. Введение в состав смеси указанной добавки в количестве более 40 мас.% не обеспечивает требуемых реологических свойств гипсовой суспензии (текучесть, продолжительность затвердевания).

Количество ПАВ в составе смеси - 0,007 - 0,015 мас.% является оптимальным с позиций смачиваемости гипсовой суспензией поверхности воскообразных выплавляемых моделей. Количество ПАВ больше 0,015 мас.% вызывает вспенивание смеси и нарушает технологичность операции формовки, в особенности для крупногабаритных отливок.

В разработанном составе и способе подготовки смеси предпочтительнее использовать высокопрочный гипс марок Г-16 и выше Самарского гипсового комбината и динас марки ЭД Первоуральского динасового завода. Кроме того, может быть применен раздробленный и просеянный бой динасового кирпича, являющегося отходом производства при замене футеровки металлургических печей. Наилучшие результаты получены при использовании пылевидного кварца марки А (ГОСТ 9077-82).

Представляемые состав и способ подготовки смеси для изготовления гипсовых форм и стержней иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1. Готовят сухую смесь из гипса марки Г-16, динасового порошка, пылевидного возгона шамотного производства и пылевидного кварца. Перед изготовлением форм и стержней смесь вводят в затвердитель - предварительно подготовленный водный раствор АХФС и ПАВ (ОП-7) в количестве 380 мл на 1 кг сухих составляющих с последующими перемешиванием и вибровакуумной обработкой в течение 3 - 4 мин. Применяют вибрацию с амплитудой 0,3 - 0,55 мм и частотой 50 Гц. Поддерживают разряжение в емкости с гипсовой суспензией с остаточным воздушным давлением 1400 Па [2].

Параллельно для получения сравнительных данных осуществляют приготовление гипсовой смеси согласно прототипу, соблюдая то же наполнение суспензии и указанные параметры вибровакуумной обработки смеси. Составы смесей приведены в табл. 1.

Подготовленные смеси используют для изготовления гипсовых форм и стержней с фиксацией их физико-механических свойств.

Показателями для сравнения являются коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) смеси в интервале температур 20 - 300 o C, смачивающая способность затворителя, прочность форм при изгибе после сушки и максимальная скорость их тепловой обработки в интервале температур 100 - 400 o C, при которой не происходит трещинообразования форм и стержней.

КТЛР определяли на дилатометре "PAULIK", используя образцы диаметром 5 мм и высотой 30 мм.

Прочность форм оценивали, испытывая на изгиб образцы размером (40 х 20 х 5) 10 -3 м после сушки на воздухе.

Результаты испытаний смесей приведены в табл. 2.

Пример 2. Аналогично примеру 1 готовят смесь для изготовления гипсовых форм и стержней из состава 2 (см. табл. 1), показавшего оптимальные технологические свойства. Однако, используя способ приготовления смеси, по которому перед перемешиванием ингредиентов осуществляют предварительную подготовку гипсовоздушной смеси и ее обработку электрическим полем. Для этого используют устройство в виде вертикального трубопровода, расположенного между дозатором гипса и смесителем. Устройство состоит из распылительной камеры и камеры зарядки гипса с подключенным к ней источником высокого напряжения. В ходе испытаний варьируют напряженность электрического поля: 500, 800 и 1000 В/м.

Показателями для сравнения являются прочность форм при изгибе и их газопроницаемость после сушки и прокалки, определяемая по ГОСТ 23409.6-78. Влияние способа приготовления смеси на свойства форм и стержней представлено в табл. 3.

Результаты испытаний показывают, что по сравнению с прототипом заявленные состав и способ приготовления смеси позволяют в 3 и более раз уменьшить КТЛР, обеспечить смачиваемость гипсовой суспензией тонкорельефной поверхности моделей, в 1,5 - 2,0 раза ускорить процесс тепловой обработки форм и стержней, более чем в 2 раза повысить их прочность и газопроницаемость.

Смесь и способ ее приготовления опробованы в художественном литье по выплавляемым моделям на номенклатуре отливок, отличающихся особосложной конфигурацией, повышенной массой и габаритами, показав улучшение качества их производства.

Заявленные состав и способ приготовления смеси рекомендуются для изготовления гипсовых форм и стержней при производстве из цветных и драгоценных сплавов отливок. В том числе, учитывая улучшенный комплекс технологических свойств, предлагаемые смесь и способ ее приготовления могут быть использованы в зубопротезном деле, в производстве машиностроительных литых изделий, в частности, для изготовления алюминиевых турбин компрессора и других ответственных, сложнопрофильных отливок.

Список литературы
1. Урвачев В.П., Кочетков В.В., Горина Н.Б. Ювелирное и художественное литье по выплавляемым моделям сплавов меди. - Челябинск: Металлургия. - 1991. - 168 с.

2. Магницкий О.Н., Пирайнен В.Ю. Художественное литье. - СПб.: Политехника. - 1996. - 213 с.

3. Патент РФ N 2129932. Смесь для изготовления керамических форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов и способ ее приготовления /Знаменский Л.Г., Кулаков Б.А., Крымский В.В. и др. Бюл. N 13, 1999 (прототип).

4. Патент РФ N 2073362. Способ электростатической обработки цемента/ Павловская О.О., Едренин Э.Д., Жабреев В.С. Бюл. N 4, 1997 (10.02.97)а

1. Смесь для изготовления гипсовых форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов, включающая гипс, динасовый порошок, пылевидный возгон шамотного производства, алюмохромфосфатное связующее и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пылевидный кварц и поверхностно-активное вещество при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Гипс - 10 - 14
Динасовый порошок - 15 - 26
Пылевидный возгон шамотного производства - 3 - 7
Пылевидный кварц - 25 - 40
Алюмохромфосфатное связующее - 0,05 - 0,12
Поверхностно-активное вещество - 0,007 - 0,015
Вода - Остальное
2. Способ приготовления смеси для изготовления гипсовых форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов, включающий предварительную электрофизическую обработку одного из ингредиентов смеси, их перемешивание и вибровакуумирование, отличающийся тем, что ингредиенты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Гипс - 10 - 14
Динасовый порошок - 15 - 26
Пылевидный возгон шамотного производства - 3 - 7
Пылевидный кварц - 25 - 40
Алюмохромфосфатное связующее - 0,05 - 0,12
Поверхностно-активное вещество - 0,007 - 0,015
Вода - Остальное
при этом предварительной электрофизической обработке подвергают гипс путем смешивания его с воздухом и последующей обработки гипсовоздушной смеси электрическим полем.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что напряженность электрического поля составляет 500 - 1000 В/м.

Литье по выплавляемым моделям: Изготовление форм

В качестве огнеупорной основы формовочных смесей применяют кварцевый песок, пылевидный кварц, плавленый кварц, электрокорунд, циркон, дистен-силлиманит, шамот, магнезит, графит. Связующими материалами служат этилсиликат, жидкое стекло, гипс.

Приготовление огнеупорной суспензии и гипсовой массы.

Огнеупорные суспензии (этилсиликаты и жидкостекольные), как правило, готовят в специальных установках.

Приготовление этилсиликатной суспензии. Для приготовления этилсиликатной суспензии рекомендуется использовать установки. У которых частота вращения крыльчатки составляет до 2500 мин-1. На практике суспензию иногда готовят вручную, если к качеству поверхности отливки не предъявляется высоких требований.

Этилсиликатную суспензию готовят двумя способами - раздельным и совмещенным.

При раздельном способе предварительно готовят гидролизрованный этилсиликат, затем в него вводят огнеупорную составляющую при постоянном перемешивании. Суспензию выдерживают в течении получаса до полного удаления из нее пузырьков замешанного воздуха.

При использовании совмещенного метода в этилсиликат сначала вводят, непрерывно перемешивая, растворитель ( гидролизный спирт, ацетон или изопропиловый спирт). Затем всыпают часть (0,7-0,8 от общего количества) огнеупорного материала и перемешивают в течении 10-15 мин. Далее вливают воду, подкисленную соляной или азотной кислотой, продолжая перемешивать в течении 30-40 мин. Наконец, добавляют оставшуюся часть огнеупорного материала и специальные добавки (глицерин, борную кислоту и др.), перемешивают еще в течении 10-15 мин.

Приготовление жидкостекольной суспензии. Для приготовления жидкостекольной суспензии в жидкое стекло добавляют сначала огнеупорную глину (глинозем или шамот, а затем пылевидный кварц. Огнеупорные составляющие вводят при непрерывном перемешивании в течении часа. Для улучшения технологических свойств в суспензию иногда добавляют 4% веретенного масла. Готовую суспензию выдерживают в течении 5-8 мин до удаления пузырьков воздуха.

Приготовление гипсовой массы. Жидкую гипсовую массу для форм, в которые заливают алюминиевые и магниевые сплавы готовят обычно в смесителях пропеллерного типа. В воду предварительно вводят замедлитель схватывания (0,15-0,30% от массы сухой смеси).

Если форма предназначена для литья магниевых сплавов, добавляют также 1% борной кислоты для предотвращения загорания магния при заливке. Кислота, кроме того, замедляет схватывание гипса.

Составы некоторых огнеупорных покрытий приведены в таблице 3

Таблица 3. Составы огнеупорных покрытий

Заливаемые сплавы покрытия Состав суспензии Закрепляющая присыпка
Связующее Массовая доля связующего, % Огнеупорный материал Массовая доля огнеупорного материала, % Огнеупор Размер зерна, мм
Углеродистые стали, чугун Этилсиликатное Гидролизованный этилсиликат 30-40 Пылевидный кварц 60-70 Кварцевый песок 0,20-0,40
Комбинированное с упрочняющим жидкостекольным покрытием Гидролизованный этилсиликат (облицовочные слои) 30-40 Пылевидный кварц 60-70 Кварцевый песок 0,20-0,40
Жидкое стекло (упрочняющие слои) 40 Пылевидный кварц + глина (Н2О до 10-15%) 60 Кварцевый песок 0,20-0,40
Титановые сплавы Комбинированное Гидролизованный этилсиликат 43-48 Электрокорунд (м5-М7-20%, М40-80%) 52-57 Электрокорунд шлифзерно
Жидкое стекло 40 Электрокорунд М40 60 Электрокорунд
Цветные сплавы Гипсовая форма Вода (99,7%), замедлитель схватывания (0,3%) 40 Гипс (40%), кварцевый песок (50%), асбест (10%) 60 - -
Этилсиликатное Гидролизованный этилсиликат (98%), борная кислота (2%) 32 Электрокорунд (м5 - 70%), М7-30%) 78 Электрокорунд 0,40

Нанесение огнеупорного покрытия на модель

Перед нанесением огнеупорного покрытия модель обезжиривают 1,5 %-ным водным раствором нейтрального мыла, соды или олеиновой кислоты и т.п.

Огнеупорное покрытие наносят на модель путем однократного погружения в суспензию, или двух-, или трехкратного с интервалами 10-25 с для сушки очередного слоя на воздухе. Модельный блок после последнего погружения в суспензию обсыпают зернистым огнеупорным материалом. Если предусмотрено вытапливание модели в горячей воде, жидкостекольное покрытие закрепляют 18 %-ным водным раствором хлористого аммония, подкисленного 0,3 % соляной кислоты. Для закрепления покрытия модель после нанесения очередного слоя погружают в бачок с закрепителем на 40-90 с.

При изготовлении комбинированных форм для получения отливок из цветных сплавов модель погружают в подготовленную быстротвердеющую гипсовую массу и выдерживают в ней до затвердевания массы.

Сушка огнеупорного покрытия

Для формирования керамической оболочки огнеупорное покрытие подвергают воздушной, воздушно-аммиачной и вакуумно-аммиачной сушке.

Как показывает практика, огнеупорное покрытие на основе этилсиликата можно высушить на воздухе за 4-10 ч. Продолжительность сушки зависит от числа нанесенных слоев, от размеров и сложности модели. Продолжительность воздушно-аммиачной сушки составляет 1,0-3,5 ч, вакуумно-аммиачной сушке - 15-30 мин.

Комбинированные покрытия, включающие два или три упрочняющих жидкостекольных слоя, сушат на воздухе в течении 5-6 ч. Причем температура сушки составляет 22-28 o С для этилсиликатного слоя и 22-31 o С для жидкостекольного.

Ускоренную сушку комбинированных форм, основанную на взаимном закреплении чередующихся этилсиликатного и жидкостекольного слоев, производят потоке воздуха со скоростью 4-5 м/с при температуре 25-28 o С в течении 1,5-2 .

Удаление модельного состава из керамических оболочек

Модельный состав из керамических оболочек может удаляться несколькими способами, а именно: выплавлением (легкоплавкие модельные составы), растворением (составы на основе карбамида и пенополистирола) или выжиганием (блочный полистирол и пенополистирол).

Выплавление. Легкоплавкие модели выплавляют в горячей воде, в расплавленном модельном составе той же марки, горячим воздухом в камерных электрических печах, в паровой камере, в автоклаве.

Удаление моделей в горячей воде обычно производят в специальных емкостях при температуре 96-98 o С. Возврат модельного состава при этом составляет 90-95 %. Керамические оболочки после удаления моделей подсушивают на воздухе не менее 3 ч или в сушильном шкафу при 110-150 o С в течении 1-2 ч.

Удаление моделей в расплавленном и перегретом (на 30-40 o С) модельном составе той же марки обеспечивает некоторое упрочнение оболочек, но при этом увеличивается расход модельного состава (возврат составляет менее 70 %).

Выплавление модельного состава горячим воздухом производят в специальных установках при температуре 120-200 o С в течении 10-20 мин. Возврат модельного состава при этом равен 80-90 %.

При использовании камерных сушил удаление моделей продолжается 6-8 ч при температуре 110-120 o С.

Растворение. Модели из пенополистирола растворяют в толуолоацетоновом растворителе (1:1) от 15 мин до нескольких часов, в зависимости от плотности материала.

Выжигание. Модели из блочного полистирола выжигают обычно в печах, прокаливая при температуре 950-980 o С.

Модели из гипсовых форм выплавляют обычно в паровой камере под давлением 0,025 Мпа в течении 3-4 ч. Возврат модельной массы составляет90 %.

Прокаливание формы

После удаления модельного состава керамическую оболочку готовят к заливке металла. Возможны несколько вариантов. Если оболочка достаточно прочна, ее прокаливают и ставят под заливку. Если прочность оболочки недостаточно высока, чтобы исключить разрешение при заливке, ее заформовывают в опоки из жаростойкой стали и засыпают сухим наполнителем: кварцевым песком, отходами керамических покрытий, шамотом, магнезитом и др. иногда используют жидкий наполнитель с цементом, иногда ограничиваются применением "пробки" на сухом наполнителе.

Чтобы удалить остатки модельного состава и завершить формование керамики, опоки с помещенными в них оболочками прокаливают в электрических ли газовых камерных печах. Желательно оболочки на основе кварца, электрокорунда, циркона, шамота прокаливать при температуре 1200-1300 o С в течении 10-30 мин. Если температуру снизить до 900 o С, продолжительность прокаливания увеличивается на несколько часов.

Гипсовые формы для литья алюминиевых сплавов рекомендуется прокаливать при температуре до 600 o С в течении 3-12 ч, для литья медных сплавов - при температуре до 700 o С в течении 5-20 ч, для литья магниевых сплавов - при температуре до 500 о С в течении 12-15 ч.

Читайте также: