Результат интеллектуальной деятельности: ОБСЫПОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению отливок по выплавляемым моделям.

Известна суспензия для изготовления оболочковых форм на основе этилсиликатного связующего, включающая этилсиликат, воду, поверхностно-активное вещество, соляную кислоту, ортофосфорную кислоту, алюмометилсиликонат натрия в виде 15%-ного водного нейтрализованного раствора с рН 2-6, огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит электрофильтровую пыль из отходов ферросплавных печей при выплавке кремнийсодержащих соединений: технического кремния, ферросилиция, силикохрома при следующих соотношениях ингредиентов, масс.: этилсиликат 4,0-11,7; вода 18,0-22,7; поверхностно-активное вещество 0,09-0,1; соляная кислота 0,5-0,1; ортофосфорная кислота 0,3-1,25; алюмометилсиликонат натрия в виде 15%-ного водного нейтрализованного раствора рН 2-6 1,9-2,5; электрофильтровая пыль ферросплавных печей 0,5-12,5; огнеупорный наполнитель - остальное [1].

Суспензия имеет ряд недостатков. Требуются дополнительные затраты на приобретение веществ, вводимых в состав суспензии. Кроме того, сложным является процесс подготовки водного нейтрализованного раствора алюмометилсиликоната натрия требуемых концентрации и рН.

Известен способ изготовления форм в производстве литья по выплавляемым моделям с применением кварцевого песка для присыпки первого слоя наносимой на блок суспензии, отличающийся тем, что с целью улучшения качества отливок для присыпки второго и последующих слоев используют размолотый шлак - отход ваграночного, доменного или мартеновского производств [2].

Данный способ не лишен недостатков. Вводится дополнительная операция по размалыванию шлаков, характеризующаяся высокой трудоемкостью. Использование диоксида кремния в качестве обсыпочного материала обусловливает возможные негативные последствия полиморфных превращений в кварце, приводящие к ослаблению прочности форм и снижению их трещиностойкости.

Известен способ изготовления форм для литья по выплавляемым моделям, включающий послойное нанесение на выплавляемую модель суспензии на основе огнеупорного материала с этилсиликатным связующим и последующую обсыпку кварцевым песком каждого слоя, отличающийся тем, что начиная с третьего слоя, обсыпку ведут кварцевым песком с добавлением электрокорунда в количестве до 30% от веса кварцевого песка [3].

Однако данный способ не лишен недостатков. Введение в состав материала оболочковых форм дорогостоящего электрокорунда приводит к повышению себестоимости отливок, полученных по известному способу.

Наиболее близким к изобретению является обсыпочный материал для изготовления форм по выплавляемым моделям, включающий огнеупорный зернистый материал на основе оксида кремния, отличающийся тем, что с целью повышения качества форм за счет повышения их прочности он дополнительно содержит отходы абразивной обработки отливок из черных сплавов, при следующем соотношении ингредиентов, масс.%: огнеупорный зернистый материал на основе оксида кремния 60-90; отходы абразивной обработки отливок из черных сплавов 10-40 [4].

Однако обсыпочный материал имеет ряд недостатков. Высокое содержание оксида кремния в обсыпочном материале (и в огнеупорном зернистом материале, и в составе отходов абразивной обработки) в превалирующем количестве обусловливает возможные негативные последствия полиморфных превращений в кварце в ходе операций прокаливания и заливки форм металлическим расплавом, что может провоцировать ослабление трещиностойкости и снижение прочности оболочковых форм.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Решается задача совершенствования технологического процесса в части использования в качестве материала оболочковой формы вещества, обеспечивающего стабильные прочность и трещиностойкость оболочковых форм.

Технический результат - повышение экономичности процесса литья по выплавляемым моделям за счет использования отходов производства во всех слоях оболочковой формы при высоком качестве оболочковых форм и отливок, достигаемом за счет полного исключения из состава обсыпочного материала диоксида кремния (кварц) и замены его оксидом алюминия (электрокорунд).

Технический результат достигается тем, что в качестве обсыпочного материала для изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям используют материал, содержащий отходы абразивной обработки деталей из черных сплавов, включающие электрокорунд, железную окалину и железо, имеющий следующий состав, % масс.: электрокорунд 30-40, железная окалина 25-35, железо - остальное.

Данный техногенный отход образуется на машиностроительных предприятиях, имеющих в своем составе цеха механической обработки, и в большинстве случаев отправляется непосредственно на полигоны промышленных отходов для захоронения.

Использование в качестве обсыпочного материала отходов абразивной обработки деталей из черных сплавов (абразивная пыль шлифовальных кругов обработки деталей из черных сплавов), представляющего собой механическую смесь электрокорунда, железной окалины и железа, позволяет обеспечить повышение прочности оболочковых форм за счет создания железом своеобразного армирующего каркаса с высокой теплопроводностью, а также увеличить трещиностойкость форм из-за присутствия в материале оболочки электрокорунда с коэффициентом линейного термического расширения, существенно меньшим, чем у кварца. Кроме того, одновременное присутствие в составе материала окислов железа и алюминия создает предпосылки для образования в рабочем слое оболочки при высоких температурах шпинелей ферраллитного типа, способных удерживать большое количество влаги, что в свою очередь обеспечивает ускоренное спекание керамики.

При этом уменьшаются затраты литейных цехов на приобретение дорогостоящих веществ, а также на мероприятия по захоронению промышленных отходов цехов механической обработки на специальных полигонах.

Техногенные отходы, используемые в качестве обсыпочного материала, обеспечивают создание оболочковой формы высокой прочности, способной выдерживать значительные механические и термические нагрузки. Кроме того, высокое содержание в материале электрокорунда способствует увеличению химической и коррозионной стойкости форм, что гарантирует получение качественных отливок.

Пример

Оболочковые формы изготавливали следующим образом. Для изготовления огнеупорной суспензии использовалось готовое связующее ГС-20Э ТУ 6-02-1-046-95 и маршалит (пылевидный кварц) марки А и Б по ГОСТ 9077-82. При необходимости для доводки связующего до рабочей вязкости использовалась добавка азотной кислоты.

В качестве обсыпочного материала применялась абразивная пыль электрокорундовых шлифовальных кругов обработки деталей из черных сплавов на бакелитовой связке, выгорающей при температуре 150-180°С. Испытания проводились для усредненного компонентного состава материала, прошедшего просеивание для распределения по фракциям. Для первого слоя применялся материал с размером фракции 0,2-0,3 мм, для последующих слоев - свыше 0,5 мм.

Общее количество слоев оболочковой формы - пять.

Результаты промышленных испытаний представлены в таблице 1. При использовании отходов абразивной обработки деталей из черных сплавов с отклонением от указанных параметров увеличилось количество форм, забракованных по трещинам после прокалки и из-за разрушения при заливке и снизился выход годных отливок.

Испытания показали эффективность использования предлагаемого материала при высоком качестве оболочковых форм и отливок.

Источники информации

1. Патент на изобретение РФ №2098217, кл. B22C 1/16, B22C 1/02, B22C 1/10, 1997.

2. Авторское свидетельство СССР №231069, кл. B22C 9/04, 1969.

3. Патент на изобретение РФ №2297302, кл. B22C 9/04, 2007.

4. Авторское свидетельство СССР №1364386, кл. B22C 1/00, 1988 - прототип.