способ изготовления форм для литья по выплавляемым моделям

Формула изобретения

Способ изготовления форм для литья по выплавляемым моделям, включающий послойное нанесение на выплавляемую модель суспензии на основе огнеупорного материала с этилсиликатным связующим, последующую обсыпку каждого слоя кварцевым песком и формовку полученной формы в опоке, отличающийся тем, что в суспензию, начиная с третьего слоя, вводят 2-4% графита серебристого от массы огнеупорного материала, а при формовке в кварцевый песок, засыпаемый в опоку, вводят 4-6% карбюризатора от массы кварцевого песка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано в сложнопрофильных формах для отливок, особенно из жаропрочных, легированных и нержавеющих сплавов.

Известен «Способ изготовления литейных керамических форм» (патент RU №2177856, МПК В 22 С 9/04, 10.01.2002), получаемых по выплавляемым моделям, включающий нанесение на выплавляемую модель не менее двух слоев суспензии на этилсиликатном связующем, последующее нанесение не менее двух слоев, полученных на жидкостекольном связующем, сушку каждого слоя, вытопку в воде, при этом в последний слой суспензии на этилсиликатном связующем вводят натрий фтористый в количестве 0,1 -0,3 вес.%.

Недостатком данного способа является невысокая прочность формы, вследствие чего при заливке металла происходит нарушение целостности формы, что ведет к высокому проценту брака.

Известен «Способ изготовления многослойных комбинированных форм по выплавляемым моделям» (а.с. №1129014, МКИ В 22 С 9/04, опубл. Бюл. №46 от 15.12.84 г.), включающий последовательное нанесение на модель слоев суспензии на этилселикатном связующем и слоев, полученных на жидкостекольном связующем, обсыпку огнеупорным материалом каждого слоя, сушку одновременно парных слоев, полученных на упомянутых связующих, при этом после обсыпки каждого слоя, полученного на суспензии на этилселикатном связующем, осуществляют сушку, а затем наносят слой из водного раствора жидкого стекла плотностью 1,1-1,35 г/см³ .

Недостатками этого способа являются низкая прочность формы и большое количество раковин, образуемых на поверхности изделий из жаропрочных и высоколегированных материалов, которые получены из форм, изготовленных по данному способу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Способ изготовления многослойной оболочковой формы по выплавляемым моделям» (а.с. №1136883, МКИ В 22 С 9/04, опубл. Бюл. №4 от 30.01.85 г.), включающий последовательное нанесение на блок выплавляемых моделей слоев суспензии на этилсиликатном связующем и слоев, полученных на жидкостекольном связующем, обсыпку огнеупорным материалом каждого слоя, сушку слоев, при этом в качестве обсыпочного огнеупорного материала используют гранулированный шлак от производства ферросплавов зернистостью 0.5-6,0 мм и с содержанием в нем окиси магния 35,0-49,0 мас.%, при этом первый слой обсыпают гранулированным шлаком от производства ферросплавов зернистостью 0,5-0,7 мм, второй слой - шлаком зернистостью 0,7-1.1 мм, а третий и четвертый слои - шлаком зернистостью 1,3-6 мм.

Недостатками этого способа являются высокая трудоемкость изготовления формы и большое количество раковин, образуемых на поверхности изделий, которые получены из форм из-за пригара и обезуглероживания верхнего слоя отливки, изготовленных по данному способу.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание экономически выгодного способа изготовления форм для литья по выплавляемым моделям, при помощи которого получались бы прочные и геометрически правильные формы для получения качественных изделий (отливок) с малым количеством брака, вызванным нарушением их геометрии и неравномерным температурным распределением при получении отливок, а также наличием большого числа раковин на поверхности, приводящих к необходимости проведения черновой очистки отливок.

Техническая задача решается способом изготовления форм для литья по выплавляемым моделям, включающим послойное нанесение на выплавляемую модель суспензии на основе огнеупорного материала с этилсиликатным связующим, последующую обсыпку каждого слоя кварцевым песком и дальнейшую формовку полученной формы в опоке.

Новым является то, что в суспензию, начиная с третьего слоя, добавляют 2-4% графита серебристого от массы огнеупорного материала, а при формовке в кварцевый песок, засыпаемый в опоку, предварительно добавляют 4-6% карбюризатора от массы кварцевого песка.

Способ реализуется следующим образом (на примере конкретного выполнения).

Сначала приготавливают гидролиз этилсиликата-32, ТУ 6-02-895-78. Затем на основе гидролизированного этилсиликата-32 и огнеупорного материала (маршалита марки А, ГОСТ 9077-82) изготавливают суспензию. Часть суспензии (до 3/4 частей) отбирают и добавляют 2-4% графита серебристого ГОСТ 5279-74 от массы маршалита с суспензии (чем выше температура плавления, тем выше процент содержания). Для отливок из сплавов 20Х13 и 12Х18Н9Т в суспензию добавляют 3% графита серебристого. В бункер с дозатором засыпают кварцевый песок марки ВС-020-1 ГОСТ 22551-77.

При изготовлении керамической формы первые два слоя изготавливают последовательным помещением модельного блока в суспензию и в дозатор с бункером для обсыпки кварцевым песком, которые просушивают в аммиачном шкафу. Далее, начиная с третьего слоя, модельный блок для каждого слоя последовательно помещают в суспензию с графитом серебристым и в дозатор с бункером с последующей сушкой. Для отливок из сплавов 20Х13 и 12Х18Н9Т изготавливают 7 слоев.

После чего осуществляют вытопку в горячей воде с последующей сушкой на воздухе в течение 24 часов. Наличие с третьего слоя графита серебристого образует в них микропоры, благодаря которым происходит лучшее и более крепкое соединение с кварцевым песком, и влага равномерно распределяется по слою во время сушки, исключая коробление и появление трещин в форме.

Затем модельные блоки формируют в опоки, где в качестве наполнителя используют кварцевый песок группы 04, перемешанный с 4-6% карбюризатора ГОСТ 2407-83 от массы кварцевого песка (чем выше температура расплава, тем выше процент содержания карбюризатора в кварцевом песке). Для отливок из сплавов 20Х13 и 12Х18Н9Т использовался кварцевый песок с 4% карбюризатора.

Далее модельные блоки, заформованные в опоке, прокаливают при температуре 900°C, выдерживают при 900°C в течение 4 часов при скорости нагрева 100°/ч. Затем заливают расплавленным металлом.

Наличие карбюризатора в кварцевом песке опоки и серебристого графита в слоях формы увеличивает их теплоемкость, что позволяет более равномерно распределить температурное воздействие на выплавляемое изделие (отливку), что исключает температурные искривления получаемых отливок. При этом наличие, начиная с третьего слоя, серебристого графита позволяет интенсивно отводить газ из поверхностных слоев отливок и не допускает отслоения частиц от первых двух слоев (определено опытным путем), что приводит к значительному улучшению качества отливок, особенно из жаропрочных, легированных и нержавеющих сплавов.

При использовании многослойных форм, полученных другими способами с использованием суспензии на основе огнеупорного материала с этилсиликатным связующим или жидкостекольным связующим, получалось 100% отливок, поверхности которых на 90% были покрыты раковинами глубиной до 0,5 мм и отклонением от линейных геометрических размеров до 1,5% от заданных, что требовало делать формы с «запасом», с учетом предварительной черновой, обдирочной обработки отливок для приведения в соответствие с заданными параметрами чистоты поверхности и геометрических размеров. После применения форм, изготовленных по предлагаемому способу, отливки получались с отклонением от линейных геометрических размеров не более чем на 0,35% и с чистотой поверхности, соответствующей чистоте не менее R_z 320, что позволило изготавливать формы с меньшими допусками и, как следствие, экономить на материалах, используемых при изготовлении формы и в получении самой отливки (которые дорогостоящи, особенно жаропрочные и нержавеющие сплавы), на технологических операциях (отсутствие первой черновой обдирочной операции) и на материалах, так как на получение такого же количества отливок, как и в аналогичных способах, требуется меньшее количество расплава.

Использование предлагаемого способа изготовления форм для литья по выплавляемым моделям позволяет экономить на технологических операциях и материалах формы и отливки за счет получения прочной геометрически правильной формы и равномерного температурного распределения при получении отливок, а также более качественной наружной поверхности получаемых отливок.