Суспензия для изготовления легкоочищаемых литейных керамических форм

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям при производстве точных отливок из черных и цветных сплавов.

Известны суспензия на этилсиликатном связующем для изготовления литейных керамических форм, получаемых по выплавляемым моделям, содержащая натрий фтористый в количестве 0,1-0,3 вес. % (Пат. RU 2177856, МПК В22С 9/04, 10.01.2002), а также суспензия для изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям, включающая продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0-2,0 мас. %, минеральную кислоту, воду и огнеупорный наполнитель (Пат. RU 2179492, МПК В22С 1/16, 20.02.2002).

Общим недостатком данных суспензий является сохранение керамическими формами высокой прочности после получения отливок, что затрудняет очистку отливок от форм.

Наиболее близкой является суспензия для изготовления керамических оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям, включающая этилсиликат, воду, соляную кислоту, поверхностно-активное вещество, дисперсный кремнезем, пылевидный огнеупорный наполнитель, ортофосфорную кислоту, органические растворители ацетон или этиловый спирт в качестве растворителя этилсиликата, в качестве поверхностно-активного вещества содержит глицерин и в качестве технологической добавки - азотнокислую соль с одно-, двух-, или трехвалентным катионом (Пат. RU 2358827, МПК В22С 1/00, 20.06.2009).

Однако достигаемая благодаря составу суспензии прочность форм затрудняет очистку отливок и требует дополнительных механических воздействий, что приводит к образованию дефектов на поверхности отливок.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение очистки отливки от керамической формы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение очистки отливок от керамических форм и повышение качества поверхности отливки.

Технический результат достигается при использовании суспензии для изготовления легкоочищаемых литейных керамических форм, включающей этилсиликат, ацетон, воду, соляную кислоту, пылевидный огнеупорный наполнитель маршалит и технологическую добавку - соль с двухвалентным катионом, при этом в качестве соли с двухвалентным катионом суспензия содержит хлорид меди или сульфат магния и имеет вязкость 45 с, при следующих соотношениях компонентов, мас. ч.:

Сущностью изобретения является специфическое действие технологических добавок на структуру образующейся из суспензии керамической формы, сохраняющее ее изначальную высокую прочность до заливки жидкого металла и обеспечивающее разупрочнение керамической формы после заливки жидкого металла, вследствие ее деструкции.

Суспензия приготавливается смешиванием гидролизованного раствора этилсиликата с предварительно прокаленным пылевидным огнеупорным наполнителем - маршалитом. Гидролиз этилсиликата производится при смешении этилсиликата, ацетона, воды и соляной кислоты. В гидролизованный этилсиликат вводят технологическую добавку. Количество вводимого маршалита выбирается из условия соответствия условной вязкости получаемой суспензии, равной 45 секунд (по вискозиметру ВЗ-4, ГОСТ 9070).

Керамическую форму изготавливают методом послойного нанесения готовой суспензии на выплавляемую модель с последующей обсыпкой огнеупорным материалом - кварцевым песком, предварительно прокаленным, и сушкой каждого слоя.

После формирования требуемого количества слоев керамического покрытия модель удаляют из внутренней полости литейной формы одним из общепринятых методов: выплавляют в печи, в кипящей воде, в бойлерклаве, в расплаве модельной массы, струей воды и так далее.

После удаления модели для удаления избыточной влаги проводят сушку керамической формы. Последующая прокалка при температуре 800-900°С керамической формы предназначена для удаления остатков модельной массы из внутренней полости, а также для спекания керамики. Готовая керамическая форма после прокалки имеет достаточную прочность и ее структура не нарушена - трещин и пор не наблюдается.

Готовая керамическая форма заливается жидким металлом. При заливке металла, благодаря, заявленному составу суспензию, происходит деструкция: образуются микротрещины и микропоры, и тем самым происходит разупрочнение формы. После затвердевания и охлаждения отливки в керамической форме, отливку очищают путем механических воздействий на керамическую форму. При этом образовавшиеся микротрещины и микропоры обеспечивают быстрое разрушение керамической формы под действием меньшего воздействия на нее, что позволяет ускорить процесс очистки и сохранить поверхность отливки не поврежденной.

Примеры составов суспензии представлены в таблице 1.

С целью определения прочностных характеристик керамических форм из заявленной суспензии были изготовлены образцы сечением 8×25 мм и длинной 120 мм. Образцы подвергались термическому воздействию температурой, соответствующей температуре заливки жидкого металла.

После этого прочность образцов определяли на изгиб по стандартной методике (ГОСТ 8462-85 - Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе).

Результаты прочностных испытаний после термического воздействия приведены в таблице 2.

Из таблицы видно, что прочность керамических форм после воздействия на них температур, соответствующих температуре заливки жидкого металла (например, бронза оловянная литейная БрО10 - температура заливки 1070 °С или сталь 45Л - температура заливки 1540 °С), уменьшается благодаря введенной в суспензию технологической добавки.

Понижение прочности керамической формой после воздействия на нее температуры заливки металла способствует разупрочнению керамической формы и тем самым облегчает очистку отливок от керамической формы.

При содержании в суспензии хлористой меди или магния сернокислого меньше 1 мас. ч. разупрочнение керамических форм недостаточно для качественной и быстрой очистки отливок.

При содержании в суспензии технологических добавок в количестве больше указанных максимальных пределов, после заливки жидким металлом керамической формы появляются крупные трещины и поры, которые могут привезти к дефектам отливок в процессе их получения, что недопустимо.

Образцы, не содержащие в своем составе указанных технологических добавок, имеют повышенную прочность после термической воздействия температурой, соответствующей температуре заливки жидкого металла.

Таким образом, в результате использования суспензии для изготовления легкоочищаемых литейных керамических форм, включающей этилсиликат, ацетон, воду, соляную кислоту, пылевидный огнеупорный наполнитель маршалит и технологическую добавку - хлорид меди или сульфат магния в заявленных соотношениях, обеспечивает упрощение очистки отливок от керамических форм и повышение качества поверхности отливки.