противопригарное покрытие для литейных форм и стержней
| Классы МПК: | B22C3/00 Выбор составов для покрытия поверхности литейных форм, стержней или моделей |
| Автор(ы): | Леушин Игорь Олегович (RU), Беляев Сергей Владимирович (RU), Крюкова Ирина Сергеевна (RU) |
| Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (ГОУВПО НГТУ) (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2008-05-27 публикация патента:
27.12.2009 |
Изобретение относится к литейному производству. Покрытие содержит, мас.%: отходы ванн травления 43-47%, отходы ванн фосфатирования 43-47%, декстрин 8-12%, вода остальное. Воду добавляют до плотности 1600 кг/м3. Достигается облегчение удаления пригара отливки и снижение глубины обезуглероженного слоя на стальных отливках. 3 табл.
Формула изобретения
Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней, содержащее отходы производства, в том числе оксид железа, связующее и воду, отличающееся тем, что в качестве отходов производства, содержащих оксид железа, использованы отходы ванн травления и ванн фосфатирования деталей из железоуглеродистых сплавов в виде осадков, а в качестве связующего использован декстрин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| отходы ванн травления | 43-47% |
| отходы ванн фосфатирования | 43-47% |
| декстрин | 8-12% |
| вода | остальное до плотности 1600 кг/м3 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для приготовления противопригарных покрытий литейных форм и стержней для стальных и чугунных отливок.
Известен состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях (А.С. SU № 1217552 А, кл. В22С 3/00, опубл. 15.03.86, бюл. № 10) следующего состава, мас.%:
Отход очистки газов металлургического производства - 55-60
Бишофит - 12-16
Вода - остальное
В данном изобретении отход очистки газов металлургического производства используется в качестве огнеупорного наполнителя, который при контакте с жидким металлом спекается и препятствует проникновению оксидов металла в поры формы.
Однако бишофит имеет высокую гигроскопичность (15%), что на порядок выше гигроскопичности противопригарных покрытий, применяемых в литейном производстве. Противопригарное действие данного состава возможно при наличии в составе бишофита, при снижении содержания которого на отливках образуется пригар и ухудшается шероховатость поверхности.
Известен состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней (А.С. SU № 1407652 А1, кл. В22С 3/00, опубл. 07.07.88, бюл. № 25), имеющего следующий состав, мас.%:
Отход производства карбида кремния - 60-64
Органическое связующее (сульфитно-дрожжевая бражка) - 6-10
Бентонит - 3-5
Вода - 24-28
Данный состав применяется при изготовлении чугунных отливок и не может использоваться при изготовлении отливок из стали, так как жидкая сталь в отличие от жидкого чугуна растворяет карбид кремния, являющегося основой огнеупорного наполнителя. Это происходит потому, что углеродистая сталь для машиностроительных отливок содержит гораздо меньше углерода (0,2-0,5%) и кремния (0,2-0,4%), чем машиностроительный серый чугун (3,3-3,6% и 1,7-2,4% соответственно). Кроме этого, температура заливки стали (1560-1600°С) выше температуры заливки серого чугуна (1320-1360°С). При растворении карбида кремния в жидкой стали уменьшается толщина противопригарного покрытия и возникает пригар на поверхности стальных отливок.
Наиболее близким по составу к предлагаемому является противопригарное покрытие литейных форм и стержней для стальных отливок (Пат. РФ № 2170155, В22С 3100, опубликован 2001.07.10), имеющее следующий состав, мас.%:
Отход очистки газов металлургического производства, содержащий оксид железа - 30-34
Отход производства карбида кремния - 37-40
Органическое связующее - 4-5
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза - 1-2
Вода - остальное
Недостатком данного изобретения является применение данного покрытия только для стальных сплавов.
Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.
Решаемая задача - расширение технологических возможностей покрытия за счет использования его как для стальных, так и для чугунных отливок.
Технический результат - снижение глубины обезуглероженного слоя на стальных отливках при легком отделении корки пригара.
Этот технический результат достигается тем, что в противопригарном покрытии для литейных форм и стержней, включающем отходы производства, содержащие оксид железа, связующее и воду, в качестве отходов производства, содержащих оксид железа, использованы отходы ванн травления и ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов, а в качестве связующего - декстрин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| отходы ванн травления отливок | |
| из железоуглеродистых сплавов | 43-47% |
| отходы ванн фосфатирования отливок | |
| из железоуглеродистых сплавов | 43-47% |
| связующее - декстрин | 8-12% |
| вода до плотности | 1600 кг/м3 |
В результате сложных химических реакций на поверхности отливки формируется толстая корка пригара, состоящая из оксидов железа Fе2 О3, Fе3O4, FeO и фаялита (2FeO·SiO 2), которая за счет внутренних напряжений и термической усадки металла легко отделяется от поверхности отливки. Кроме того, оксид фосфора (Р2О5), входящий в состав отходов гальванического производства и образующий с железом фосфид FeP, переходящий в пригарную корку, обеспечивает пригару дополнительную хрупкость.
Улучшение экологической безопасности покрытия достигается за счет применения отходов, высокотемпературный нагрев которых не приводит к изменению экологической обстановки цеха. С другой стороны, применение отходов гальванического производства способствует снижению затрат на утилизацию выбросов, что, в свою очередь, не может не отразиться на сохранении земель, предназначенных под полигоны.
Противопригарное покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Плотность краски контролируется ареометром. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут.
Состав отходов гальванического производства - ванн травления и ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов - приведен в таблице 1. В таблице 2 приведены составы противопригарных покрытий по примерам 1-4. Ниже приведены примеры противопригарных покрытий на основе отходов гальванического производства и результаты их использования.
Пример 1
Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней стального литья (сталь 35Л ГОСТ 380-88). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:
| Отходы ванн травления отливок | |
| из железоуглеродистых сплавов | 43% |
| Отходы ванн фосфатирования | |
| из железоуглеродистых сплавов | 47% |
| Декстрин | 10% |
| Вода до плотности | 1600 кг/м3 |
Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С и течение 8-10 минут. Форма запинается металлом, имеющим температуру 1600°С. Результаты приведены в таблице 3.
Пример 2
Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней для стального литья (сталь 35Л ГОСТ 380-88). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:
| Отходы ванн травления | |
| из железоуглеродистых сплавов | 45% |
| Отходы ванн фосфатирования | |
| из железоуглеродистых сплавов | 45% |
| Декстрин | 10% |
| Вода до плотности | 1600 кг/м3 |
Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут. Форма заливается металлом, имеющим температуру 1600°С для стали. Результаты приведены в таблице 3.
Пример 3
Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней для чугунного литья (СЧ25 ГОСТ 1412-85). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:
| Отходы ванн травления | |
| из железоуглеродистых сплавов | 47% |
| Отходы ванн фосфатирования | |
| из железоуглеродистых сплавов | 43% |
| Декстрин | 10% |
| Вода до плотности | 1600 кг/м3 |
Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут. Форма заливается металлом, имеющим температуру 1320-1340°С. Результаты приведены в таблице 3.
Пример 4
Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней для чугунного литья (СЧ25 ГОСТ 1412-85). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:
| Отходы ванн травления | |
| из железоуглеродистых сплавов | 48% |
| Отходы ванн фосфатирования | |
| из железоуглеродистых сплавов | 48% |
| Декстрин | 4% |
| Вода до плотности | 1600 кг/м3 |
Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут. Форма заливается металлом, имеющим температуру 1320-1340°С. Результаты приведены в таблице 3. В этом случае резко снижается седиментационная устойчивость.
В других примерах меняли содержание компонентов, проверяя его оптимальное значение. При этом установлено следующее:
1. При снижении количества отходов гальванического производства ниже 43% каждого вида, т.е. применение его в качестве технологической добавки, неэффективно, так как снижается количество оксида железа Fе2О3, входящего в состав отходов, что влечет за собой образование трудноотделимого пригара и ухудшает качество поверхности как чугунных, так и стальных отливок.
2. Увеличение содержания отходов в противопригарном покрытии неэффективно, так как приводит к увеличению содержания фосфора, которое может перейти в отливку и увеличить ее хрупкость.
3. Снижение количества связующего приводит к снижению кроющей способности покрытия и растрескиванию слоя покрытия при предварительной сушке форм.
4. Снижение плотности покрытия ниже 1600 кг/м3 приводит к образованию подтеков на поверхности формы и стержня и увеличению расхода покрытия. Увеличение плотности снижает качество покрытия.
Применение представленного состава покрытия для литейных форм и стержней не вызовет трудностей при переходе к его применению, так как покрытие на основе доступных материалов. Применение данного противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях для стального и чугунного литья позволит снизить трудоемкость очистных операций и получать чистую от пригара поверхность отливок, снизить затраты на приобретение ингредиентов. Кроме того, применение данного покрытия является экологически безопасным.
| Таблица 1 Состав отходов гальванического производства | ||
| Компонент | Содержание, % | |
| | Осадок ванн травления отливок из железоуглеродистых сплавов | Осадок ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов |
| Железо (Fe 2O3) | 52 | 59 |
| Цинк (ZnO) | 0,0003 | 0,0002 |
| Натрий (NaO) | 1,3 | 0,5 |
| Фосфор (P2O5) | 0,75 | 2,1 |
| Нитраты | 0,01 | |
| Хлориды | 0,21 |
| Таблица 2 Составы противопригарных покрытий | ||||
| Ингредиенты | Содержание, мас.% | |||
| | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Отходы ванн травления отливок из железоуглеродистых сплавов | 43 | 45 | 46 | 48 |
| Отходы ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов | 47 | 45 | 43 | 48 |
| Декстрин | 10 | 10 | 11 | 4 |
| Вода | До плотности 1600 кг/м3 | До плотности 1600 кг/м3 | До плотности 1600 кг/м3 | До плотности 1600 кг/м3 |
| Таблица 3 Свойства противопригарных покрытий | |||||
| Свойство | Показатель | ||||
| | Прототип | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Прочность к истиранию, кг/мм | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 2,9 | 3,0 |
| Глубина обезуглероживания (для стальных отливок), мкм | 43-54 | 30 | 35 | 42 | 37 |
| Область применения | Сталь | Чугуны и углеродистые стали |
Класс B22C3/00 Выбор составов для покрытия поверхности литейных форм, стержней или моделей
