Суспензия для изготовления керамических литейных форм по выплавляемым и выжигаемым моделям

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ И ВЫЖИГАЕМЫМ МОДЕЛЯМ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(72) Авторы Бойко Андрей Андреевич Павленок Александр ВикторовичПодденежный Евгений НиколаевичМорозов Вячеслав Вячеславович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(56)2274510 1, 2006.2283720 1, 2006.2185260 1, 2002.2358827 1, 2009.1256846 1, 1986.772673, 1980.57460 , 2003.3583468, 1971. МАРТЫНОВ К.В. Керамические формы на кремнезольном связующем для литья по выплавляемым моделям Автореферат диссертации. - Санкт-Петербург, 2005. - С. 3, 8.(57) Суспензия для изготовления керамических литейных форм по выплавляемым и выжигаемым моделям, включающая кремнезольное связующее с содержанием 2 2027 мас.и огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного наполнителя содержит порошок плавленого кварцевого стекла и дополнительно содержит порошок синтетического диоксида кремния при следующем соотношении компонентов,мас.кремнезольное связующее с содержанием 2 20-27 мас.25-40 порошок синтетического диоксида кремния 1,5-17,5 порошок плавленого кварцевого стекла остальное. Изобретение относится к литейному производству, а именно к составу суспензии для изготовления керамических форм, предназначенных для литья изделий из нержавеющих сталей и тугоплавких сплавов по выплавляемым и выжигаемым моделям. Известен состав керамической суспензии 1, используемой для изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям, который включает, мас.раствор гидролизованного этилсиликата 20-40 алюминиевый порошок 1,5-8,0 перхлорат калия 0,1-1,0 огнеупорный наполнитель - остальное. Недостатком суспензии является ограниченное время живучести из-за развития процессов гелеобразования при хранении суспензии. Срок годности такой суспензии не превышает 15-20 суток, что повышает себестоимость 14728 1 2011.08.30 керамических форм за счет значительных безвозвратных потерь материалов, особенно в случае изготовления крупногабаритных форм. Процесс приготовления, использования и хранения суспензии характеризуется экологической вредностью из-за использования легкоиспаряющихся органических жидкостей и аммиака. Известна суспензия для изготовления керамических оболочковых форм (ОФ) по выплавляемым моделям 2, включающая в мас.кремнезоль 34,3-29,75 этилсиликат 0,7-5,25 поверхностно-активное вещество 0,1-0,2 огнеупорный наполнитель остальное. Недостатками указанной выше суспензии являются содержание в ней токсичного этилсиликата (до 5,25 ), недостаточное время живучести суспензии (до 7 суток), низкая прочность получаемой оболочковой формы, разваривание форм в процессе выплавления моделей, повышенный брак отливок из-за трещинообразования и разрушения форм в процессе литья, из-за недостаточной устойчивости материала форм к термоудару. Наиболее близкой по составу к заявляемой суспензии является суспензия для изготовления ОФ 3, включающая кремнезольное связующее и огнеупорный наполнитель, алюминиевый порошок и насыщенный водный раствор гидрооксида магния при следующем соотношении компонентов, мас.кремнезольное связующеесодержанием 2 20-30,8 мас.20-40 алюминиевый порошок 2-25 насыщенный водный раствор гидрооксида магния 1-8 огнеупорный наполнитель остальное. Использование в суспензии металлического порошка алюминия приводит к расслаиванию готовой суспензии за счет его оседания и, следовательно, к уменьшению времени живучести суспензии и, соответственно, к удорожанию суспензии. Формирование при обжиге кристаллических сростков высокоогнеупорных фаз форстерита (22) имагнезиальной шпинели ( 23) при взаимодействии алюминиевого порошка с гидрооксидом магния приводит к недостаточно высокой стойкости стенок оболочковой формы к термоудару. Это может приводить к растрескиванию оболочковой формы при заливке в нее расплавленного металла без предварительного ее нагрева. Другим недостатком этой суспензии при получении оболочковых форм является необходимость проведения высокотемпературного обжига форм при 1400-1500 С в течение 3-6 часов. Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение живучести суспензии, повышение устойчивости форм к термоудару, повышение выхода годной продукции. Для решения поставленной задачи предлагается суспензия для изготовления керамических литейных форм по выплавляемым и выжигаемым моделям, включающая кремнезольное связующее с содержанием 2 20-27 мас.и огнеупорный наполнитель,отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного наполнителя содержит порошок плавленого кварцевого стекла и дополнительно содержит порошок синтетического диоксида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.25-40 кремнезольное связующее с содержанием 2 20-27 мас.порошок синтетического диоксида кремния 1,5-17,5 порошок плавленого кварцевого стекла остальное. Сочетание составляющих в заявляемой суспензии кремнезольного связующего с содержанием 2 20-27 мас. , доведенного до необходимой вязкости наноразмерным порошком синтетического диоксида кремния и порошком плавленого кварцевого стекла, а также обсыпанное на форме частицами боя плавленого кварцевого стекла разныхфракций обеспечивает повышение прочности форм за счет формирования при обжиге в условиях сравнительно невысоких температур (700-900 С) высокопрочной кварцевой керамики с высоким сопротивлением термоудару. 2 14728 1 2011.08.30 Содержание порошка синтетического диоксида кремния в составе суспензии в интервале 1,5-17,5 мас.обусловлено требованием создания суспензии с определенной величиной вязкости, что является необходимым условием на этапе изготовления первого и последующих слоев оболочковой формы. Превышение содержания синтетического диоксида кремния в составе суспензии выше 17,5 мас.приводит к быстрому ее затвердеванию,недостаточное количество не обеспечивает необходимых прочностных характеристик. Кроме того, при формировании оболочковой формы уменьшается необходимое количество нанесенных слоев за счет повышения прочностных свойств кварцевой керамики. Наличие в составе ОФ боя плавленого кварцевого стекла разных фракций, а также синтетического диоксида кремния приводит при обжиге к формированию прочных химических связей между частицами плавленого кварца и частицами синтетического диоксида кремния, что, в свою очередь, способствует повышению механической прочности ОФ и устойчивости ее к термоудару. Наряду с этим, за счет снижения склонности к трещинообразованию форм в процессе получения отливок из нержавеющих сталей и тугоплавких сплавов, уменьшается количество бракованных изделий и повышается выход годной продукции. Живучесть заявляемой суспензии в закрытой емкости составляет около 4-х месяцев. Заявляемую суспензию получают следующим образом. В неметаллическую емкость(полиэтиленовую, полипропиленовую, стеклянную) заливают необходимое количество кремнезольного связующего с содержанием 2 20-27 мас.марки СК-25/20, ТУ 216800114344269-03 (торговое название КОВЕЛОС, производства предприятия ООО Синтетические кремнеземы, Москва), имеющего живучесть два года, - 25-40 мас.и при постоянном механическом перемешивании вводят порошок синтетического диоксида кремния 1,5-17,5 порошок кварцевого стекла остальное. Через час суспензия готова к использованию. Изменением количества порошка синтетического диоксида кремния изменяют плотность суспензии, что необходимо при формировании слоев ОФ. Для нанесения первых слоев используют более плотную суспензию с целью точного повторения формы модели. Уменьшение плотности суспензии при нанесении слоев ОФ производят от внутреннего слоя к внешнему. Плотность суспензии измеряют ореометром АОН-4 ГОСТ 184818120 С кг/м 3114. Примеры получения суспензии показаны в табл. 1. Таблица 1 Зависимость плотности суспензии от количества порошка синтетического диоксида кремния при постоянном количестве порошка плавленого кварцевого стекла Плотность суспензии, кг/м 3 Плотность Количество Масса синте- сразу после ввечерез кремнезоль сус- кремнезольтического дения синтети- через 1 час 72 часа ного связупензии ного связудиоксида ческого после го- после ющего,ющего, мл кремния, г диоксида крем- товности готовкг/см 3 ния ности 1 1000 1,160 15 1,168 1,170 1,170 2 1000 1,160 45 1,175 1,176 1,176 3 1000 1,160 85 1,179 1,182 1,182 4 1000 1,160 170 1,200 1,210 1,210 начало полное 5 1000 1,160 500 затвердения затверд. Из таблицы видно, что превышение содержания синтетического диоксида кремния в составе суспензии выше 17,5 мас.при постоянном количестве порошка плавленого кварцевого стекла приводит к быстрому затвердеванию и невозможности использовать ее. 3 14728 1 2011.08.30 Таблица 2 Сравнительные характеристики полученных на основе заявляемой суспензии оболочковых форм Температура прока- Время прокаливания, Прочность ОФ, МПазаявляемой суспензии мин ливания, , С при 20 С 1 900 60 5,4 2 900 60 5,3 3 900 60 6,0 4 900 60 6,1 прототип 900 60 4,26 Для определения предела прочности при изгибе оболочковые формы изготовили на основе заявленной суспензии. Отожгли при температуре 900 С. Из отожженных оболочковых форм выпилили образцы нужных размеров. С использованием машины разрывной- 0,5 ГОСТ 7855-74 определили силу разрушающей нагрузки, кН. Предел прочности при изгибе образцов вычислили по ГОСТ 10635-88. Огнеупорный наполнитель - порошок плавленого кварцевого стекла - повышает прочность керамических литейных форм при высоких температурах, а сама предложенная суспензия обеспечивает устойчивость ОФ к термоудару. Процесс создания ОФ на полимерной или восковой модели производят послойно путем окунания в суспензию с последующей обсыпкой крупнозернистым материалом. В качестве обсыпочного материала применяют бой плавленого кварцевого стекла различных фракций, причем размер зерен при обсыпке последовательно увеличивают от лицевого (первого слоя) к наружному. Применение предлагаемой суспензии обеспечивает уменьшение количества слоев ОФ,что приводит к уменьшению количества исходного сырья. Предлагаемая суспензия не содержит токсичного этилсиликата, т.е экологически безопасна, обеспечивает повышение стойкости материала оболочковых форм к термоудару. Получаемые на основе предлагаемой суспензии для изготовления керамических литейных форм оболочковые формы повышают выход годной продукции, что в свою очередь приводит к уменьшению количества брака и отходов, а следовательно, и улучшению экологии. Источники информации 1. А.с. СССР 1238880 , опубл. 23.06.86. 2. Патент РФ на изобретение 2191656, МПК 1/16, опубл. 27.10.2002. 3. Патент на изобретение РФ 2274510, МПК 22 1/00, опубл. 20.04.2004. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4