ПРОТИВОПРИГАРНОЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ИЗЛОЖНИЦ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
NON-STICK THERMAL INSULATION COATING FOR CENTRIFUGAL CASTING MOLDS

Изобретение относится к литейному производству, в частности к противопригарным теплоизоляционным краскам, наносимым на внутреннюю поверхность крупногабаритных изложниц при изготовлении массивных (до 10 т) износостойких бандажей методом центробежного литья. Покрытие также может использоваться при производстве стального, чугунного и цветного литья в песчаных и металлических формах (кокиль).
При изготовлении подобных заготовок роль разделительного покрытия между изложницей и отливкой становится определяющей, так как ее воздействие сказывается на формировании качества рабочего слоя износостойких бандажей (чистота поверхности, величина припуска на механообработку), а также на эксплуатационную стойкость изложниц.
Основная проблема в этом случае состоит в необходимости разработки такого состава покрытия, отличающее высокой термостойкостью и хорошей кроющей способностью, что обеспечит высокую чистоту поверхности отливки.
В настоящее время при изготовлении крупногабаритных заготовок из чугуна и стали методом центробежного литья получили широкое применение противопригарные теплоизоляционные покрытия на основе сыпучих материалов: диатомита и бентонита (патент РФ 2089326) или диоксид циркония с индустриальным маслом (патент РФ 2297300).
Несмотря на высокие теплоизолирующие свойства указанных покрытий, все они обладают рядом серьезных недостатков:
- отсутствие ровной поверхности, бугристость;
- резко выраженный пригар на поверхности отливки;
- сравнительно высокая толщина покрытия (4-8 мм);
- разрушение покрытия и его вымывание при заливке металла;
- высокая трудоемкость при извлечении отливки.
Требования к современным покрытиям сводятся к следующему:
2
- высокий уровень прочности к истиранию, в пределах 0,8-2,0 кг/мм;
- высокая термостойкость, обеспечивающая чистоту поверхности отливок;
- достаточная толщина слоя покрытия - до 2,0 мм;
- высокая седиментационная устойчивость 90-95%;
- хорошая кроющая способность;
- отсутствие токсичных компонентов.
Известен состав антипригарного покрытия, используемого для покраски кокилей при изготовлении чугунных отливок типа мелющих тел (патент РФ 2164457).
Недостатком указанного покрытия является низкая прочность сцепления с поверхностью формы, что приводит к вымыванию покрытия при заливке больших масс металла (до 5 т) и как следствие к привариванию отливки к изложнице.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является патент РФ 2453391, используемый при заливке отливок массой до 5 т.
Недостатком прототипа является низкая термостойкость при заливке металла массой более 5 т, что приводит к появлению пригара и привариванию отливки к изложнице и ее последующему разрушению.
Указанный недостаток, присущий прототипу, объясняется наличием в его составе карбида титана, обладающего недостаточно высокой температурой плавления (3160°С) [1].
Предлагаемое покрытие в заявленном составе позволяет за счет высокой термостойкости (трещиноустойчивости) обеспечить наряду с чистотой поверхности отливки и необходимые защитные теплоизоляционные свойства, позволяющие наносить достаточную толщину слоя покрытия (до 2 мм) на внутреннюю поверхность вращающейся изложницы при заливке больших масс металла (до 10 т) с высокими прочностными характеристиками.
Указанный технический результат достигается тем, что в противопригарном теплоизоляционном покрытии для изложниц центробежного литья, содержащее синтетический огнеупорный наполнитель, в качестве которого применяются, карбид циркония 39 - 42 мас. %; оксид алюминия 41-43 мас. %; оксид магния 5-7 мас. %; оксид натрия 7-9 мас. %; и лак на основе поливинилового спирта (ПВС-1), содержащего порошок поливинилового спирта 3-5 мас. % и воду 97-95 мас. % при следующем содержании компонентов, маc. %:
синтетический огнеупорный наполнитель
25-40
лак на основе поливинилового спирта (ПВС-1)
60-75
Добавление в синтетический огнеупорный наполнитель карбида циркония (ZrC), обладающего по сравнению с карбидом титана TiC (3160°С) более высокой температурой плавления (3535°С) [1], позволяет повысить термостойкость покрытия и, соответственно, трещиноустойчивость при термической деформации. Последнее свойство предотвращает появление в покрытии трещин в процессе заливки металла массой 5,5-10,0 т и, как следствие, пригара на поверхности отливки, что исключает возможность приваривания отливки к изложнице.
Увеличенное содержание карбида циркония в синтетическом огнеупорном наполнителе свыше 42 мас. % способствует повышению вязкости покрытия, что ухудшает его кроющую способность, а понижение его менее 39 мас. % может привести привариванию отливки к внутренней поверхности изложницы.
В таблицах 1-3 приведены составы и основные свойства предлагаемого покрытия по сравнению с прототипом.
Пример приготовления предлагаемого покрытия и его пользования.
Предварительно измельченные компоненты огнеупорного наполнителя в заявленных количествах смешиваются в смесителе валкового типа. В перемешанную сухую смесь добавляют лак ПВС-1. Затем ее основу перемешивают до получения однородной суспензии.
Лак (ПВС-1) засыпают порошок поливинилового спирта и перемешивают до образования прозрачной жидкости. Вязкость суспензии проверяется на отобранной пробе, и она должна составлять по В3-4 10,0-11,0 с.
Трещиноустойчивость покрытия определяли следующим образом: образцы с отвержденным противопригарным слоем покрытия последовательно помещали в предварительно нагретую до 1000-1050°С печь с окошком из кварцевого стекла и выдерживали в ней, фиксируя визуально (через окошко) время начала появления трещин. За критерий трещиноустойчивости покрытий принимали среднее арифметическое данных трех определений [2]. Подготовленное покрытие наносилось методом пульверизации на внутреннюю поверхность, предварительно прогретой до температуры 200-250°С, изложницы в процессе ее вращения.
Апробирование заявленного состава покрытия производилось при изготовлении бандажей массой 10 т. Поверхность отливок, полученных с применением заявленного состава покрытия, отличалась ровным рельефом и не имела пригара, а внутренняя поверхность изложницы не имела сетки разгара и других дефектов.
Свойства полученных бандажей с использованием заявленного изобретения состава противопригарного теплоизоляционного покрытия отвечали всем предъявленным техническим условиям и требованиям к их качеству.
Источники информации
1. Твердые материалы Р. Киффер, Ф. Бенезовский / Издательство «Металлургия». Москва. 1968. С. 57, 67.
2. Литейные противопригарные покрытия. Справочник. Н.И. Давыдов / Издательство «Машиностроение» 2009. С. 66.