облицовочный материал для литейных форм и стержней

Формула изобретения

Облицовочный материал для литейных форм и стержней, включающий хромитовый песок, отличающийся тем, что он дополнительно содержит дистен-силлиманит, являющийся смесью дистена кианита Al₂ O₃[SiO₄] и силлиманита Al[AlSiO₅ ], средний размер зерна которого составляет 0,3-0,65 от среднего размера хромитового песка, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хромитовый песок	55-65
Дистен-силлиманит	45-35

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к составам облицовочных материалов, используемых при изготовлении литейных форм и стержней, предназначенных для литья крупных стальных и чугунных отливок.

Известно использование высокоогнеупорного и химически инертного циркониевого песка в качестве облицовочного слоя формы для получения отливки (см., например, Иванов В.И. «Словарь-справочник по литейному производству», М.: Машиностроение, 1990 г., стр.341). Недостатком применения такого песка являются его нетехнологичность, высокая стоимость и экологические характеристики, связанные с повышенной радиоактивностью.

Для облицовки литейных форм и стержней, а именно хромитовый песок (см., например, Болдин А.Н. и др. Литейные формовочные материалы. Справочник, М.: Машиностроение, 2006 г., стр.35-36). Недостатками этого материала являются его невысокая технологичность для облицовки вертикальных поверхностей, спекание с образованием корки при низких температурах, около 1100°С. Имеется указание на это (см., например, Болдин А.Н. и др. Литейные формовочные материалы. Справочник, М.: Машиностроение, 2006 г., стр.36. - прототип). При этом указанная корка является трудноудалимой при последующей очистке отливки. Кроме того, недостаточная теплопроводность хромитового песка определяет высокий расход его в тепловых узлах отливки, т.к. для обеспечения холодящих свойств формы требуется большая толщина слоя. Поверхности формы и стержня получаются с относительно высокой шероховатостью. Все вышеперечисленные особенности приводят к образованию химического и механического пригара, ужимин, ухудшают кристаллизацию металла. Помимо этого недостаточные теплопроводность и теплоаккумулирующая способность не позволяют осуществлять направленность затвердевания отливки и бороться с горячими трещинами.

Задачей настоящего технического решения является устранение указанных недостатков.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в увеличении температуры спекания облицовки, уменьшении шероховатости поверхности, увеличении теплопроводности, уменьшении показателя смачиваемости жидким металлом, повышении технологичности нанесения облицовки.

Указанный технический результат достигают тем, что облицовочный материал для литейных форм и стержней, включающий хромитовый песок, дополнительно содержит дистен-силлиманит, являющийся смесью дистена кианита Al₂O₃ [SiO₄] и силлиманита Al[AlSiO₅], средний размер зерна которой составляет 0,3-0,65 от среднего размера хромитового песка, при следующем соотношении в целом компонентов, мас.%: хромитовый песок 55-65 и дистен-силлиманит 45-35.

Данное соотношение обеспечивает максимально плотную упаковку зерен в смеси, при сохранении достаточной газопроводности.

Благодаря наличию приведенных отличительных признаков обеспечивается сокращение затрат на исправление брака по пригару, горячим трещинам, усадочным дефектам.

В таблице 1 приведены физические характеристики предлагаемого облицовочного материала. В таблице 2 приведен пример химического состава облицовочного материала. В таблице 3 приведены в качестве примера физические характеристики компонентов предлагаемого материала.

Таблица 1
Массовая доля влаги, %	Внешний вид	Форма	Цвет	Запах	Температура плавления	Растворимость в воде
Менее 0,2	Кристаллический	Твердое вещество	Серый	Отсутствует	1800-2000°С	Нет

Таблица 2
Показатель	Огнеупорная песчаная зернистая добавка, %	Хромитовый песок Hevi sand, %
Cr2O3	-	Min 46
SiO2	Мах 38	Max 1
СаО	Менее 0,5	Менее 0,5
Fe2O3	Мах 2	От 25,0 до 29,0
Al 2O3	Min 55	От 1,0 до 17
MgO	Мах 0,2	От 80 до 1,0

Таблица 3
Показатель	Огнеупорная песчаная (зернистая) добавка	Хромитовый песок Hevi sand
Средний размер зерна	0,09-0,21 мм	0,28-0,32 мм
Насыпная плотность	1860-1920 кг/м2	2300-2800 кг/м2

Облицовочный материал в соответствии с изобретением приготавливают следующим образом. В смеситель загружают компоненты: хромитовый песок и огнеупорную песчаную зернистую добавку, имеющую более мелкую фракцию, а именно на 55-65% меньше по размерам, чем у хромитового песка. При этом соотношение в облицовочном материале хромитового песка и огнеупорной песчаной зернистой добавки более мелкой фракции должно составлять по весу: 55-65% - хромитовый песок и 45-35% - огнеупорная песчаная зернистая добавка. Полученный после смешивания материал используется в качестве облицовочного для литейных форм и стержней. Предлагаемый облицовочный материал был практически изготовлен и испытан, при этом полученные результаты приведены в таблицах 1, 2, 3.

Таким образом, заявленный облицовочный материал используется для разовых форм и стержней с неорганическими и органическими связующими при изготовлении стальных и чугунных отливок с целью обеспечения направленного затвердевания, захолаживания тепловых узлов, повышения качества поверхности отливки за счет уменьшения пригара.

Для обоснования возможности достижения указанного технического результата в формовочной лаборатории ЗАО «Невский Завод НЗЛ» проводилось исследование на следующих пробах:

Проба № 1 - чистый хромитовый песок, средний размер 0,3 мм.

Проба № 2 - смесь хромитового песка, средний размер 0,3 мм и дистен-силлиманит со средним размером зерна 0,1 мм (т.е. 0,33 от размера хромита) в соотношении соответственно 55% по массе и 45% по массе.

Проба № 3 - смесь хромитового песка, средний размер 0,3 мм и дистен-силлиманит со средним размером зерна 0,1 мм (т.е. 0,33 от размера хромита) в соотношении соответственно 65% по массе и 35% по массе.

Проба № 4 - смесь хромитового песка, средний размер 0,3 мм и дистен-силлиманит со средним размером зерна 0,1 мм (т.е. 0,33 от размера хромита) в соотношении соответственно 60% по массе и 40% по массе.

Смесь хромитового песка и дистен-силлиманита получена путем перемешивания до состояния однородного цвета.

Определение спекаемости было проведено по следующей методике. Фарфоровая стандартная емкость (типа «лодочка») заполняется одинаковым объемом материала проб и прокаливается в муфельной печи при температуре 900°С в течение 3 часов.

Получены следующие результаты:

Проба № 1 - спеклась до твердого состояния.

Пробы № 2, 3, 4 - остались сыпучими в исходном состоянии.

Интерпретация результатов следующая.

Спекаемость предложенного в изобретении материала не происходит во всем заявленном интервале, в то время как чистый хромитовый песок спекся.

Определение захолаживающих свойств (характеристика теплопроводности) было проведено по следующей методике:

- изготовлены стандартные цилиндрические образцы диаметром 50 мм и высотой 50 мм с применением 2,5% по массе жидкостельного связующего и 10% от массы жидкого стекла отвердителя (жидкий эфир);

- образцы устанавливались на электрической плитке, нагретой до 230°С, и на верхней поверхности производился замер температуры через 30 мин в течение 2 часов. Этот показатель характеризует теплопроводность материала и захолаживающую способность.

Получены следующие результаты:

	Температура на верхней поверхности образца, °С
Время прогрева, мин	30	60	90	120
Проба № 1	84	105	124	137
Проба № 2	88	112	129	155
Проба № 3	90	114	132	162
Проба № 4	91	115	134	169

Интерпретация результатов следующая.

Теплопроводность и захолаживающая способность предложенного в изобретении материала выше, чем чистого хромитового песка.

Определение шероховатости образцов было проведено путем определения высоты неровностей профиля поверхности.

Получены следующие результаты:

Проба № 1 - линия выступов и линия впадин достигают 0,2 мм.

Проба № 2 - линия выступов и линия впадин достигают 0,07 мм.

Проба № 1 - линия выступов и линия впадин достигают 0,12 мм.

Проба № 1 - линия выступов и линия впадин достигают 0,1 мм.

Интерпретация результатов следующая.

Шероховатость предложенного в изобретении материала значительно ниже, чем в образце из чистого хромитового песка

Определение смачиваемости жидким металлом не проводилось в связи с невозможностью проведения данного исследования в условиях формовочной лаборатории.

Химический состав исходных материалов:

Показатель	Дистен - силлиманит %	Хромитовый песок Hevi sand, %
Cr2O3	-	Min 46
SiO2	Мах 43	Max 1
СаО	Менее 0,5	Менее 0,5
Fe2O3	Мах 0,8	От 25,0 до 29,0
Al2O3	Мin 55	От 1,0 до 17
MgO	Мах 0,4	От 8,0 до 12,0

Гранулометрический состав исходных материалов:

Показатель	Огнеупорная песчаная (зернистая) добавка	Хромитовый песок Hevi sand
Средний размер зерна	0,09-0,21 мм	0,28-0,32 мм
Насыпная плотность	1860-1920 кг/м2	2300-2800 кг/м2