формовочная смесь для изготовления прессованной литейной формы

Формула изобретения

Формовочная смесь для приготовления прессованной литейной формы, включающая графит, отличающаяся тем, что содержит борную кислоту, алюминиевый порошок при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%:

Графит - 28-44

Борная кислота - 31-40

Алюминиевый порошок - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области литейного производства и может найти применение при получении отливок из химически активных тугоплавких сплавов методом литья в прессованные формы.

Известна формовочная смесь, содержащая графит, однозамещенный фосфат алюминия, керосин (а.с.СССР 486844 М.Кл. В 22 С 1/00).

Существенными недостатками известной смеси являются:

- недостаточная экологическая чистота форм (в приготовлении связующего - фосфата алюминия - используется ортофосфорная кислота, которая является веществом II класса опасности ПДК(Н₃РO₄) 1мг/м³. При термодеструкции Н₃РO₄(АlН₂РO₄) может образовываться оксид фосфата Р₂O₅, который тоже является веществом II класса опасности ПДК (Р₂O₅)=1 мг/м³);

- повышенная нестабильная усадка форм после обжига;

- низкая прочность в сыром и обработанном состоянии.

Наиболее близкой к заявляемой является формовочная смесь, содержащая графит/ Титановые сплавы. Производство фасонных отливок из титановых сплавов. Е.Л. Бибиков, С.Г. Глазунов, А.А. Неуструев. М. Металлургия. 1983, 296 с./.

Существенными недостатками известной формовочной смеси являются:

- недостаточная экологическая чистота форм. При термодеструкции связующего в процессе прокалки форм и далее при заливке, охлаждении и выбивке происходит выделение вредных веществ (формальдегид, фенол, бензол, цианиды, диоксины), являющихся веществами II класса опасности;

- нестабильная усадка форм после обжига с дисперсией усадки 0,52.

Задачей изобретения является создание формовочной смеси с повышенной экологической чистотой и стабильной усадкой при сохранении высоких прочностных характеристик.

Эта задача решается тем, что формовочная смесь, включающая графит, согласно изобретению содержит борную кислоту, алюминиевый порошок при следующих соотношениях ингридиентов, мас.%:

Графит - 28-44

Борная кислота - 31-40

Алюминиевый порошок - Остальное

Формовочная смесь имеет следующие существенные отличительные от прототипа признаки: содержит графит 28-44 мас.%, дополнительно содержит борную кислоту 31-40 мас.% и алюминиевый порошок - остальное.

Следовательно, предложенное решение соответствует критерию "новизна".

Введение в смесь 31-40% борной кислоты при содержании 28-44% графита, остальное алюминиевый порошок позволит увеличить экологическую чистоту и придать достаточную прочность за счет процессов, происходящих в смеси при термообработке.

Для приготовления связующего используется ортоборная кислота Н₃ВО₃ с ПДК (Н₃ВО₃)=10 мг/м³ (вещество III класса опасности), при термодеструкции которой образуется борный ангидрит В₂О₃ с ПДК (В₂О₃)=5 мг/м³, который также является веществом III класса опасности.

Таким образом, применение в качестве связующего Н₃ВО₃ позволяет улучшить экологическую чистоту форм понижением класса опасности составляющих и образующихся при термодеструкции веществ.

При нагревании ортоборная кислота, выступающая в качестве связующего, разлагается с образованием борного ангидрида: t=107^oC H₃BO₃ (ортоборная кислота); t=169-171^oC HBO₂ (метаборная кислота); t=294^oC B₂O₃ вязкая жидкость (борный ангидрит).

Образующийся борный ангидрит представляет собой аморфную бесцветную стекловидную массу, плавящуюся в свою очередь при температуре 294^oС с переходом в вязкую жидкость. Эта вязкая жидкость обволакивает при прокалке частицы наполнителя и стабилизатора, далее при охлаждении застывает, позволяя получить прочную спекшуюся структуру. Частицы алюминия покрываются оксидной пленкой и, находясь в смеси, при обжиге армируют слабо связанные друг с другом молекулярные слои графита. Таким образом, введение стабилизатора приводит к достижению необходимой прочности форм.

При содержании в формовочной смеси меньше 31 мас.% связующего прочность форм падает, так как недостаточно связующего для оптимальной пропитки чешуек графита.

Если связующего больше 40 мас.% в формовочной смеси, то наряду с высокой прочностью проявляется нестабильность усадки, так как связующее распределяется неравномерно между чешуйками графита, и его количество достигает значения больше верхнего оптимального предела.

При содержании графита (наполнителя) выше 44 мас.% падает прочность форм, так как при увеличении содержания наполнителя недостаточно связующего для полной пропитки наполнителя.

При содержании графита (наполнителя) меньше 28 мас.% уменьшается количество наполнителя, соответственно увеличивается количество связующего (связующее в избытке), что приводит к нестабильной усадке.

Таким образом, в предложенном решении все отличительные признаки взаимосвязаны с другими признаками, позволяют получить новый технический результат: повысить экологическую чистоту, стабилизировать усадку при сохранении прочностных характеристик формы.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами, представленными в табл. 1.

Исследование формовочных смесей показало следующие результаты, представленнык в табл.2.

Применение предлагаемой формовочной смеси позволит:

- повысить экологическую чистоту форм. Замена органического связующего неорганическим исключает выделение веществ II класса опасности, образующихся при термодеструкции органического связующего в процессе прокалки форм: формальдегида, фенола, цианидов, диоксинов, бензола и т.д.;

- стабилизировать величину усадки (дисперсия линейной усадки 0,23-0,28);

- получить прочность форм 15,8-17,3 МПа.

При этом обеспечивается требуемое качество поверхности отливок, происходит сокращение трудоемкости процесса приготовления смеси, исчезает необходимость в высокотемпературной вакуумной прокалке (достаточно обжига в графитовой засыпке при температуре 800^oС), что приводит к сокращению расхода электроэнергии, исключению необходимости применения дорогостоящего оборудования - высокотемпературных вакуумных печей.