СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ СТЕРЖНЕЙ
MIX FOR PRODUCTION OF WATER-SOLUBLE RODS

Настоящее изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей для изготовления водорастворимых стержней.
Смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида (техническая мочевина) широко используется в производстве точного литья благодаря высокой текучести в расплавленном состоянии, что в сочетании с малой усадкой позволяет получать сложные и тонкостенные модели или стержни методом свободной заливки расплава.
В частности, известна смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащая нитрат калия, мас. %: нитрат калия - 10; карбамид - 90 (Иванов, В.Н. Литье по выплавляемым моделям: под общей ред. Я.И. Шкленника, В.А. Озерова / В.Н. Иванов, С.А. Казенов, Б.С. Курчман и др.// 3 изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1984. - 408 с.).
Наряду с такими приемлемыми характеристиками, как относительно низкая температура плавления, высокая жидкотекучесть, приемлемое качество поверхности модели или стержня, данная смесь (КбНк 90-10) обладает существенным недостатком, связанным с разложением карбамида при нагреве данной смеси, что приводит к интенсивному выделению токсичного аммиака. Кроме того, наличие гигроскопичной соли повышает способность готовых моделей или стержней поглощать влагу из окружающей среды, что наряду с токсичностью значительно ухудшает качество поверхности, повышает свободную линейную усадку, нарушая технологический режим литейного производства.
Наиболее близким к изобретению по составу является смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащая галогенид аммония, а именно хлорид аммония или бромид аммония, при следующем соотношении компонентов, мас.%: галогенид аммония - 10-50; карбамид - 50-90 (SU 555966, МПК В22С 1/00 9/10. Смесь для изготовления водорастворимых стержней).
Наряду с приемлемыми характеристиками, как относительно низкие температура плавления, газовыделение аммиака при разложении карбамида и гигроскопичность, известная смесь обладает недостаточной прочностью, относительно высокой свободной линейной усадкой и не обеспечивает высокое качество поверхности модели.
Данную смесь принимаем в качестве прототипа.
Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка состава смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, обеспечивающего повышенную прочность, низкую свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня.
3
3
3
3
Технический результат достигается тем, что смесь для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащая галогенид аммония, дополнительно содержит нитраты натрия (NaNO) и калия (KNO), при следующем соотношении компонентов (в масс.%): галогенид аммония 5-10; сумма компонентов NaNO и KNO 25-35; карбамид - остальное, при этом соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия составляет 0,81-0,83.
Общим для известного и заявляемого составов смесей для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида является наличие в смесях карбамида и галогенида аммония.
Отличие от смеси-прототипа заключается в дополнительном введении в заявляемую смесь нитратов натрия и калия, при этом соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия составляет 0,81-0,83.
Выбор граничных значений параметров компонентов, указанных в формуле изобретения, установлен опытным путем.
Содержание карбамида в предлагаемой смеси обусловлено обеспечением требуемой прочностью - не менее 16 МПа. Содержание галогенида аммония в указанных пределах обеспечивает выделение аммиака. Рациональное соотношение содержания нитрата натрия к нитрату калия в пределах 0,81-0,83 обеспечивает образование эвтектики из этих компонентов, что значительно снижает как температуру плавления, так и свободную линейную усадку, но при этом существенно повышается качество поверхности модели.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует причинно-следственная связь. Дополнительное введение нитратов натрия и калия в состав смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, содержащей галогенид аммония, обеспечивает повышенную прочность, низкую свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня.
Приготовление предлагаемой смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида проводили следующим образом:
1) проводят сплавления нитратов калия и натрия в соотношении 0,81-0,83 с последующим размолом до порошкообразного состояния;
2) полученный порошок смешивают с гранулами карбамида и порошком галогеногелида аммония с последующим сплавлением до однородного состояния.
Для исследования технологических свойств, изготовленных из предлагаемой смеси стержней, определялись механическая прочность, температура плавления, свободная линейная усадка, а после изготовления отливки типа уголок из алюминиевого сплава, например АД31, исследовали качество внутренней поверхности.
Для сравнения в таблицах 1 и 2 приведены составы заявляемой смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида, физико-химические свойства, а также качество внутренней поверхности в сравнении с известными смесями для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида.
a
Как видно из таблиц, заявляемая смесь с различным химическим составом в заявленном диапазоне соотношения компонентов (смеси №№2-4) по сравнению с известными, благодаря рациональному сочетанию в сплаве компонентов в указанном количественном соотношении, обладает оптимальной прочностью 16-18 МПа, более низкой свободной линейной усадкой 0,20-0,22 мкм и обеспечивает высокое качество поверхности получаемых изделий, с чистотой поверхности по R, 0,63-1,00 мкм.
Таким образом, применение заявляемой смеси для изготовления водорастворимых стержней на основе карбамида по сравнению с прототипом обеспечивает повышенную прочность, низкую свободную линейную усадку и высокое качество поверхности стержня.
Смесь для изготовления водорастворимых стержнейТаблица 1
№ п/п
Смесь
Химический состав смесей, массовая доля компонента, в масс.%
карбамид
хлорид аммония
нитрат натрия
нитрат калия
1
с содержанием карбамида меньше 55%
50,0
10,0
18,0
22,0
2
55,0
10,0
15,8
19,2
3
заявляемая
62,5
7,5
13,5
16,5
4
70,0
5,0
11,3
13,7
5
с содержанием карбамида больше 70%
75,0
5,0
9,0
11,0
Таблица 2
№ п/п
Смесь
Прочность, МПа
Свободная линейная усадка, %
Чистота внутренней поверхности Ra, мкм
Газовыделение
1
с содержанием карбамида меньше 55%
19
0,24
1,25
-
2
18
0,22
1,00
-
3
заявляемая
17
0,21
0,63
-
4
16
0,20
0,63
-
5
с содержанием карбамида больше 70%
15
0,23
1,25
+