СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ
MIX FOR MAKING CASTING CORES AND MOULDS

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для облегчения операций изготовления форм и стержней из жидкостекольных смесей.
Наиболее близкой к изобретению по физико-химическому составу и достигаемому техническому результату является смесь, содержащая (мас.%) жидкое стекло в количестве 5-14, отход, содержащий глину 7-26, кварцевый песок - остальное [2].
Смесь данного состава имеет высокие физико-механические свойства, однако для приготовления смеси необходимо значительное количество жидкого стекла - 5-14%, кроме того, стержни необходимо прокаливать.
Заявляемое изобретение направлено на создание способа изготовления стержней и форм на жидкостекольном связующем, расширяющего границы области применения используемых материалов.
Техническим результатом является создание литейных стержней и форм из жидкостекольной смеси с повышенными технологическими характеристиками (выбиваемость, регенерируемость, то есть возможность более эффективного повторного использования смеси, что не позволяет прототип).
Этот технический результат достигается тем, что в смесь для изготовления литейных стержней и форм, содержащую: кварцевый песок, технологическую добавку и жидкое стекло, в качестве технологической добавки введены алюмокалиевые квасцы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Жидкое стекло
4-6
Алюмокалиевые квасцы
0,5-1,5
Кварцевый песок
остальное.
Квасцы - кристаллогидраты двойных сернокислых солей одновалентных (K, Na и др.) или трехвалентных (Al, Fe, Cr и др.) металлов; хорошо растворимы в воде. Применяют преимущественно в кожевенном производстве, в фотографии, при крашении тканей, в бумажной промышленности, в медицине [3].
Введение алюмокалиевых квасцов (ГОСТ 15028-77) в смесь в указанных выше количествах позволяет получить стержневую и формовочную смесь с высокими физико-механическими и технологическими свойствами, обеспечивающими изготовление качественных стержней и форм и элементов литниково-питающей системы для литейной формы, сводящих к минимуму возможность их разрушения при заливке формы расплавленным металлом. На стадии формирования стержня или формы алюмокалиевые квасцы при отверждении способствуют достижению максимальных значений прочности стержней за счет того, что при 92°С они связывают кристаллизационную воду, а затем плавятся в ней и при 120°С вновь ее теряют, превращаясь в «жженые квасцы».
2
4
2
4
3
2
2
4
2
4
3
2
KSO·Al(SO)·12HO→KSO+Al(SO)+12HO↑
При контакте стержня и формы с расплавом при заливке безводные «жженые квасцы» разлагаются, тем самым снижают работу выбивки по сравнению с прототипом. Позволяют снизить трудоемкость процесса, сохраняя экологическую безопасность применения жидкостекольных смесей.
Стержни и формы изготавливают из предлагаемой жидкостекольной смеси по технологии: в смеситель добавляют кварцевый песок в количестве 95,5-93,5% от массы стержня или формы и алюмокалиевые квасцы в количестве 0,5-1,5%. Все эти компоненты перемешивают 5-10 минут. Добавляется жидкое стекло в количестве 4-6% от массы стержня. Перемешивание смеси продолжается 10-15 минут. Далее из полученной смеси изготавливают литейный стержень или форму. Длительность сушки зависит от массы литейного стержня или формы. Готовые стержень или форма выдерживаются на воздухе в течение ~1 часа.
Пример
1
1
Были изготовлены образцы из предлагаемого состава: кварцевый песок марки 1KO016 (ГОСТ 2138-91) - 94 мас.%, жидкое стекло (ГОСТ 13078-81) М=2,4 ед. - 5 мас.%, алюмокалиевые квасцы (ГОСТ 15028-77) - 1 мас.%. Состав смеси, ее физико-механические свойства в сыром состоянии и после сушки приведены в табл.1 и 2.
Для сравнения рассмотрен пример прототипа, где количество компонентов соответствует предлагаемому: жидкое стекло в  мас.% - 5, отход производства керамических изделий - 7, кварцевый песок - остальное.
Свойства смеси оценивались по: ГОСТ 23409.0-78 (Общие требования к методам испытаний), ГОСТ 23409.7-78 (Методы определения прочности при сжатии), ГОСТ 23409.9.-78 (Метод определения осыпаемости); выбиваемость стержней оценивалась по работе, затрачиваемой на выбивку («пробивку») образцов, предварительно нагретых до различных, заданных условиями опытов, температур [4, 5]; поверхностная прочность оценивалась на стандартных образцах (Д-50 мм и Н-50 мм), изготовленных в стержневом ящике модели 037 М, на копре модели 031 или 2М030 тремя ударами груза массой 6,35±0,015 кг, падающего с высоты 50±0,25 мм.
Стержни изготавливают из испытываемой жидкостекольной смеси по технологии:
1) в смеситель добавляют кварцевый песок (в количестве ~94% от массы стержня) и алюмокалиевые квасцы (~1%);
2) сухие компоненты перемешивают 5-10 минут;
3) добавляют жидкое стекло (~5%);
4) перемешивают смесь (~10 минут);
5) посредством механического уплотнения набивают стержень;
6) стержни отверждают сушкой СВЧ-воздействием с максимальной мощностью излучения 700 Вт, рабочей частотой 2450 МГц, длиной излучаемых волн 12 см, в течение 30 с.
7) готовый стержень выдерживают на воздухе в течение ~1 часа;
8) стержни окрашивают противопригарной краской по ГОСТ 10772-78 (Покрытия литейные противопригарные водные. Общие технические условия).
В других примерах меняли количество компонентов (см. табл.2).
Из таблицы 2 видно, что, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ обеспечивает более высокие физико-механические свойства по прочности на сжатие в отвержденном состоянии (МПа) и снижает работу выбивки (КДж).
Введение в смесь квасцов не оказывает влияние на ее живучесть.
Уменьшение количества квасцов менее 0,5 мас.% вызывает: снижение предела прочности на разрыв и на сжатие в отвержденном состоянии, снижение поверхностной прочности, повышение работы выбивки (табл.2).
Увеличение количества квасцов более 1,5 мас.% вызывает: уменьшение предела прочности на разрыв, который, хотя и меньше прототипа (в табл.2), однако может быть повышен до 1,0 МПа путем увеличения времени сушки; уменьшение прочности на сжатие в отвержденном состоянии, при этом значительно снижает работу выбивки (табл.2). Смесь успешно испытана в производственных условиях и найдет широкое применение в промышленности.
Таблица 1
№ п/п
Ингредиенты, мас.%
Состав смесей, мас.%
№1 прототип
№2
№3
№4
№5
1
2
3
4
5
6
7
2
Жидкое стекло
5
5
5
5
5
Отход производства
3
керамических изделий
7
4
Квасцы
-
0,5
1,0
1,5
0
5
Кварцевый песок
88,0
94,5
94,0
93,5
95
Таблица 2
№ п/п
Физико-механические свойства
Al-K-квасцы, мас.%
№1 прототип
№2 (0,5%)
№3 (1,0%)
№4 (1,5%)
№5 (0%)
1
2
3
4
5
6
7
1
Поверхностная прочность, МПа
-
2,1
2,2
2,25
2,0
Прочность на разрыв в отвержденном
2
состоянии, МПа
0,82
0,28
0,25
0,2
0,3
Прочность на сжатие в отвержденном
3
состоянии, МПа
1,95
2,2
2,3
2,5
2,0
4
Живучесть, мин
-
30
30
30
30
5
Работа выбивки, КДж
120
110
90
70
250
Источники информации
1. Лясс А.М. Быстротвердеющие формовочные смеси с жидким стеклом / А.М.Лясс. - М.: Машиностроение, 1965. - 332 с.
2. Патент РФ №2224619, B22C 1/18, опубл. 27.02.2004.
3. Артоболевский И.И. Политехнический словарь / И.И.Артоболевский. - М: Советская энциклопедия, 1977. - 222 с.
4. Лясс A.M. Пути улучшения выбиваемости смеси с жидким стеклом: журнал / A.M.Лясс, И.В.Валисовский. - М.: Труды ЦНИИТМАШ. - 1960, №6. - 81-95 с.
5. Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов: 2-е издание, перераб. и доп. / Я.И.Медведев, И.В.Валисовский. - М.: Машиностроение, 1973. - 298 с.