способ обработки форм для жаропрочного стального литья по выплавляемым моделям

Формула изобретения

1. Способ обработки формы для жаропрочного стального литья по выплавляемым моделям, включающий выплавление модели из формы и прокалку формы, отличающийся тем, что прокалку формы производят при температуре 450-480°С, а затем промывают форму водой с температурой 85-95°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для промывки форм используют водопроводную воду, которую подвергают электрической ионизации с рН 2 - 5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано при изготовлении жаропрочных стальных отливок по выплавляемым моделям.

Известен способ обработки форм для литья по выплавляемым моделям, при котором формы после удаления моделей прокаливают в термической печи в окислительной среде при температуре 800-1100°С (Литье по выплавляемым моделям, ред. Я.И.Шкленник, В.А.Озеров, М. Машиностроение, 1984, с.234-235).

Недостатком известного способа является низкое качество получаемых форм из кварца или корунда, т.к. в их составе имеются примеси железа и его окислов. После прокалки при указанных выше температурах и заливки в формы жаропрочных сталей происходит взаимодействие окислов железа (находящихся в форме) с химически активными компонентами сталей (например, титаном) и образование дефектов отливок - шлаковых раковин или пригара.

Наиболее близким к заявляемому является способ обработки формы для жаропрочного стального литья по выплавляемым моделям, включающий выплавление модели из формы и ее прокалку. В процессе нанесения оболочки на модель оболочку пропитывают раствором, включающим гидроксохлориды алюминия и воду. Такие формы после прокалки имеют на рабочей поверхности слой инертного глинозема, препятствующий взаимодействию залитой стали с формой, улучшающей качество поверхности форм и отливок (а.с. №489580, МКИ В 22 С 9/04, заявл. 03.06.74 г.).

Недостатком этого способа является образование раковин и засоров на поверхности отливок вследствие вспучивания и отслаивания гидроксохлорида при обжиге, что возникает при изготовлении сложных тонкостенных фасонных изделий.

Технической задачей изобретения является повышение качества отливок, предупреждение образования дефектов: засора, шлаковых раковин и пригара.

Поставленная техническая задача решается тем, что способ обработки форм для жаропрочного стального литья по выплавляемым моделям включает выплавление модели из формы и ее прокалку.

Новым в изобретении является то, что прокалку формы производят при температуре 450-480°, а затем форму промывают водой с температурой 85-95°.

Для достижения наибольшего эффекта за счет интенсификации процесса растворения солей при промывке форм используют водопроводную воду, подвергнутую электрической ионизации с рН=2...5.

Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе нанесения огнеупорного покрытия на модели вредные примеси железа находятся в форме в виде водорастворимых соединений FeCl₃ и Fe₂(SO₄)₃. В процессе удаления моделей в горячей воде на рабочей поверхности форм остается восковая пленка модельного состава, которая препятствует растворению и выводу из форм солей железа. При нагреве до температуры 450-480°С происходит термодеструкция остатков модельного состава, находящихся в форме, а после промывки полости формы водой происходит удаление из формы водорастворимых соединений железа. Электроионизацию водопроводной воды выполняют на установке по А.С. СССР №1393799 путем ее пропускания между анодом и катодом и отделения насыщенной ионами воды полупроницаемой мембраной. Воду с рН=2...5 приготавливают из холодной водопроводной, которая выпускается из ионизатора с технологически необходимой температурой (85-95°С). Повышение растворимости солей железа в этой воде связано с ее кислотными свойствами. Использование для промывки форм электрически ионизированной воды с рН=2...5 интенсифицирует процесс растворения солей и улучшает качество отливок. Температура нагрева форм ниже 450°С не позволяет эффективно удалить восковые и смолистые остатки модельной массы, а ее повышение выше 480°С приводит к термическому разложению солей железа (Fe₂(SO₄)₃ Fe₃O₃+3SO₃) и переходу соединений железа в нерастворимое состояние.

Анализ брака в серийном производстве жаропрочных точных стальных отливок в литейном цехе ОАО НПО "САТУРН" показал, что при общем уровне брака 20% до 50% - брак по пригару.

Дефект "пригар" выявляется после очистки отливок при визуальном контроле и представляет собой отдельные или соединенные между собой вмятины на поверхности отливок диаметром 0,3 мм и более, глубиной 0,1-0,5 мм. Дефекты возникают неравномерно по поверхности, причем на тонких элементах отливок и внешних галтелях частота обнаружения дефекта выше, чем на массивных частях отливок. Одной из показательных в этом отношении является отливка "рабочая лопатка" с массой 0,15 кг из стали 513 Л. Брак этой отливки в условиях серийной технологии по пригару составляет до 40%.

Было выполнено опытное изготовление партии этих отливок с использованием следующих технологических режимов: после удаления моделей в горячей воде кварцевые формы нагревали до температуры 480+10°С в термической печи в течение 1 часа. После извлечения форм из печи их промывали горячей водой путем десятикратного заполнения - выливания. Качество форм оценивали по результатам их химического анализа на содержание железа, а также по результатам контроля опытных отливок.

Результаты экспериментов приведены в таблице.

№ п/п	Режимы обработки	Содержание железа в форме, %	Количество залитых отливок, шт	Брак по пригару, шт
1	Серийная (выплавление - прокалка)	0,22-0,30	500	101*
		0,30-0,38	500	74*
2	Нагрев 480+10°С, промывка водопроводной водой (85-95°С)	0,11-0,15	500	30 (исправимый)
3	Нагрев 450+10°С, промывка водой (85-95°С) с рН=5...6	0,08-0,12	-	-
4	Нагрев 480+10°С, промывка водой (85-95°С) с рН=2...5	0,06-0,08	50	0
5	Нагрев 440+10°С, промывка водой (85-95°С) с рН=5...6	0,20-0,31	-	-
Примечания: * - брак окончательный, исправимый брак - отливки, годные после абразивной зачистки.

Как видно из таблицы, наблюдается прямая зависимость дефектности отливок по пригару от содержания железа в форме. Поэтому недостаточный нагрев в эксперименте №5 не удалил остатки модельного состава из форм и последующая промывка форм водой не дала эффекта по снижению содержания железа в формах.

Технический эффект от предлагаемого способа обработки форм по выплавляемым моделям выражается в повышении качества отливок, предупреждении образования дефектов: засора, шлаковых раковин и пригара, что снижает уровень брака, трудоемкость производства отливок из жаропрочных сталей ввиду существенного снижения объема ручных зачистных работ.