Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 7
1.1. Характеристики способа литья по выплавляемым моделям и применяемых материалов 7
1.2. Металлофосфатные связующие композиции и их свойства
1.3. Приготовление металлофосфатных связующих 15
1.4. Общие закономерности отверждения металлофосфатных связующих композиций 19
1.5. Выводы и постановка задач исследования 24
2. Методика проведения экспериментов 26
2.1. Характеристика исходных материалов 26
2.1.1. Характеристика огнеупорных материалов 26
2.1.2. Характеристика железосодержащих материалов 27
2.1.3. Характеристика водных фосфатных растворов 32
2.1.4. Характеристика поверхностно-активных веществ 36
2.2. Методы исследования 37
2.2.1. Физико-механические методы исследования 37
2.2.2. Математические методы исследования 44
3. Разработка составов керамических суспензий и исследование свойств оболочек для литья по выплавляемым моделям с применением алюмохром фосфатного связующего 49
3.1. Механизм взаимодействия алюмохромфосфатного связующего с отвердителями на основе оксидов металлов 49
3.2. Разработка составов керамических суспензий на основе алюмохромфосфатного связующего 52
3.3. Влияние добавок на свойства оболочковых форм литья по выплавляемым моделям на алюмохромфосфатном связующем 62
3.4. Математическая обработка результатов экспериментов 73
Выводы 74
4. Разработка составов керамических суспензий и исследование свойств оболочек для литья по выплавляемым моделям с применением железофос-фатного связующего 75
4.1. Свойства железосодержащих материалов и получение железо-фосфатных связующих 75
4.2. Разработка составов керамических суспензий на железофосфатных связующих для литья по выплавляемым моделям 81
4.3. Влияние армирующих добавок на свойства керамических форм литья по выплавляемым моделям на железофосфатных связующих 90
4.4. Математическая обработка результатов экспериментов 102
Выводы 103
5. Влияние магнитной активации жидких компонентов керамических суспензий на свойства форм литья по выплавляемым моделям 105
5.1. Разработка установки для магнитной активации воды и жидких компонентов керамических суспензий 105
5.2. Воздействие постоянного магнитного поля при обработке жидких компонентов керамических суспензий на свойства форм для литья по выплавляемым моделям 108
5.3. Воздействие переменного магнитного поля при обработке жидких компонентов керамических суспензий на свойства форм для литья по выплавляемым моделям 124
5.4. Математическая обработка результатов экспериментов 131
Выводы 131
6. Опытно-промышленные испытания керамических суспензий и форм для литья по выплавляемым моделям на основе металлофосфатных связующих и расчет экономической эффективности их применения 133
Основные выводы 141
Литература 144
Приложения 157
- Металлофосфатные связующие композиции и их свойства
- Характеристика железосодержащих материалов
- Разработка составов керамических суспензий на основе алюмохромфосфатного связующего
- Разработка составов керамических суспензий на железофосфатных связующих для литья по выплавляемым моделям
Введение к работе
Материальной основой технического перевооружения народного хозяйства России является машиностроение, основная заготовительная база которого - литейное производство. Одной из главных задач совершенствования литейного производства, на сегодняшний день, можно считать повышение качества отливок, их размерно-геометрической и массовой точности при снижении или удержании на прежнем уровне себестоимости их получения. Достижению этой цели будет способствовать изыскание и разработка новых технологических процессов и оборудования, а также усовершенствование уже существующих. Данная цель может быть достигнута за счет более широкого внедрения в производство специальных способов литья, в том числе литья по выплавляемым моделям.
Основными недостатками оболочковых форм по выплавляемым моделям, изготовляемых с использованием традиционных материалов - кристаллического кварца и гидролизованного раствора этилсиликата, являются их относительно низкие прочностные показатели, термостойкость, газопроницаемость и трещиноустойчивость, что приводит к повышению брака отливок по газовым раковинам, засору, гребешкам и т.п., сложность управления процессом формообразования и высокая себестоимость процесса, связанные с использованием в качестве связующего этилсиликатов, которые требуют процесса гидролиза для придания им связующих свойств [20. 24. 83. 84, 85, 86, 87, 100, 103, 104 и др.]. Они дороги и требуют использования органических растворителей, которые также характеризуются высокой стоимостью и пожароопас-ностью [100, 104, 107. 1 1 1, 123 и др.].
Одним из перспективных направлений повышения качества и снижения себестоимости литья по вьтлавляемым моделям является разработка технологических процессов изготовления оболочковых форм с использованием более дешевых и технологичных связующих, например металлофосфатных, которые хорошо зарекомендовали себя при производстве огнеупоров и изготовлении песчаных форм [12. 65. 96, 124. 125. 127. 130 134 пдр.|.
Разработка составов керамических суспензий для изготовления форм по выплавляемым моделям на основе различных металлофосфатов, обеспечивающих необ-
ходимое качество получаемых форм и отливок, представляет существенный научный и практический интерес.
Актуальность работы заключается в том, что использование металлофосфатных связующих композиций позволяет обеспечить высокие прочностные свойства форм и их трещиноустойчивость, которые не достижимы при использовании этилсиликатных связующих, а также существенно снизить себестоимость процесса изготовления обо- , лочковых форм/за счет того, что фосфатные связующие композиции значительно де- >' шевле этилсиликата, не требуют гидролиза, обладают более стабильными свойствами и большим сроком хранения [8. 23. 44. 76. 92 и др.]. Кроме того, отдельные компоненты таких композиций могут быть отходами производства: отвердителями - отходы металлургических производств, содержащие оксиды металлов, а в качестве фосфатных растворов - отходы электротехнической промышленности.
Целью исследования является разработка составов металлофосфатных связующих композиций и на их основе керамических суспензий для изготовления форм литья по выплавляемым моделям; и методов физико-химического воздействия на технологические свойства суспензий и оболочек, обеспечивающих получение точных отливок и снижение их себестоимости.
Задачами работы являются'исследование возможности применения металлофосфатных связующих композиции в ЛВМ, разработка составов керамических суспензий на металлофосфатных связующих композициях, позволяющих повысить качество отливок и снизить себестоимость их получения, анализ возможности использования металлургических отходов для ЛВМ и опытно-промышленные испытания разработанных составов.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Тематическими планами НИР и ОКТР Национальной академии наук и искусств Чувашской Республики на 1995-2000 годы и 2001 -2005 годы.
При выполнении диссертационной работы использовались методы определения и исследования физико-механических и технологических свойств керамических суспензий и оболочек.
На защиту выносятся следующие основные положения:
результаты разработки составов керамических суспензий для ЛВМ на основе АХФС и железофосфатных связующих композициях;
экспериментальные разработки по повышению технологических свойств обо
лочек за счет использования добавок и армирования; /
экспериментальные разработки процессов и режимов активации жидких ком-понентов керамических суспензий магнитными полями.
Работа выполнялась при содействии коллектива кафедры «Технология и предпринимательство» ЧГПУ им. И.Я. Яковлева. Лично автору принадлежат разработка составов и исследование свойств керамических суспензий и форм ЛВМ на основе АХФС и железофосфатиого связующего, исследование влияние магнитной активации жидких компонентов керамических суспензий на свойства форм ЛВМ, проведение опытно-промышленных испытаний разработанных составов в условиях ЦТСЛ ОАО «ЧАЗ».
/
Металлофосфатные связующие композиции и их свойства
Применение металлофосфатиых связующих имеет положительные и отрицательные стороны. К положительным относится возможность в широких пределах изменять и регулировать свойства получаемых на их основе смесей, суспензий и форм, и, следовательно, выбирать оптимальные составы связующих композиций и суспензий в зависимости от конкретных условий использования. К недостаткам относится необходимость тщательного соблюдения технологических параметров приготовления связующих и изготовления форм. Такие технологические факторы, как степень чистоты наполнителя, условия приготовления связующих сильно влияют на свойства форм [78,91, 137 и др.].
В качестве металлофосфатпых связующих для изготовления литейных форм чаще всего используют фосфаты металлов различной степени замещения, причем наиболее часто используют те металлофосфаты, катионы которых образуют оксиды с высокой температурой плавления [12. 77, 78, 98. !43 и др.].
Наибольший интерес для изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям представляют ортофосфорная кислота, алюмофосфатное и алюмохромофос-фатное связующие [37. 75, 137, 143 и др.].
Алюмофосфатное связующее получают взаимодействием между глиноземистыми материалами и ортофосфорної ! кислотой [12, 52. 53. 77 и др.]. Глиноземистые материалы с ортофосфорной кислотой дают два типа связующих: твердеющие при нормальных условиях и твердеющие только при нагревании. Для приготовления первых применяют активные гидраты глинозема, а для вторых - спеченный глинозем. Взаимодействие спеченного глинозем;! с ортофосфорной кислотой дает более прочные связующие композиции. Реакция между А1(ОН)з и Н3РО4 при комнатной температуре протекает очень медленно, поэтому связующее чаще всего получают одним из следующих способов [ 12. 77, 78 и др.]: 1. Молотый А1(ОН)з смешивают с Н3РСХ) в следующих соотношениях: 15,9% молотого А1(ОМ)з + 100 г 60% Т-ЬДЮз плотностью 1,42 г/см-5. Связующее готовится при комнатной температуре. 2 . Исходный А1(ОН)з смешивают с Н;,РО.(. нагревают до температуры 333 -353 К и выдерживают при этой температуре 1 ч. Состав связующего в лом случае такой же. как и в предыдущем. 3 . Используют различные катализаторы для ускорения образования фосфатов алюминия. При этом А1(ОН)3 не измельчают, композиция не нагревается. Образование алюмофосфатпых связующих происходит по следующим реакциям: А1(ОЫ)з+ЗЫзР04-А1СЬЬРО,)з 1-31ЬО; 2А1(ОН)з+ЗНзРО.,=АЬ(11РО,)з+бИ20; А1(ОН)3+Н:,Р04=А1РО -ЗН20. Составы и свойства фосфатов алюминия приведены в табл. 1.3. Алюмофосфатные связующие отличаются различной степенью нейтрализации ортофосфорной кислоты (Nm). Под степенью нейтрализации понимается процентное отношение количества молей нейтрализующего окисла к количеству молей Р205: N„, = (McnOtl/P205)-100%, (мол.). Минимальную степень нейтрализации (Nm=0) имеет чистая ортофосфорная кислота, а максимальную (Nm=100%) - грехзамещемные фосфаты. Так, для А1Р04 или 2А1Р04 = А1203 Р205 Nm =100%. Таблица 1.3. Составы и свойства фосфатов алюминия [77] Фосфаты Молекулярнаямасса Состав фосфатов. % Содержание А1(ОН)3, на 100 гН,Р04 АЬОз Р2О5 Н,0 А1(Н2Р04Ъ 317,89 16,0 67.0 17,0 15,9 А12(НР04).з 341.87 29.8 62.3 7,9 31,8 А!Р04 121.95 41,8 58,2 - 47,7 Степень нейтрализации сильно влияет на вяжущие свойства фосфатных связующих. По данным [116, 150] связующей способностью обладают только кислые фосфаты с Nm 100%, причем наилучшими являются фосфаты со степенью нейтрализации кислоты от 33 до 67%. с влажностью не более 60% [116. 149 и др.].
При получении алюмохромфосфатиого связующего (АХФС) используют взаимодействие фосфатов алюминия и фосфатов хрома или нейтрализацию ортофосфорной кислотой трехвалентного алюминия и трехвалентного хрома. Разработан способ получения АХФС на основе дешевого технического сырья [12, 77, 78 и др.]. Ряд смешанных алюмохромфосфатов ограничивается соединениями с предельными значениями оксидов - А12Оу0:8Ст2ОгЗР2О5 - АЬОгСг2Ог2Р205 [12, 52, 77 и др.]. Связующие могут иметь состав а - Р205/Ме203 = 1,13 - 2,26 (где Ме20з - смесь АЬОз с С12О3). Они обладают рН от 1 до 3 и обладают хорошими связующими свойствами. При одинаковой плотности растворов АХФС обладает большей живучестью по сравнению с алюмофосфатным связующим, при нормальных условиях оно практически не переходит в кристаллическое состояние, поскольку в растворах кислых алю-мохромфосфатов кристаллизация более затруднена, чем в растворах кислых алгомо-фосфатов. В ряду АХФС с а от 1,13 до 2,26 с уменьшением кислотности связующего его связующая способность снижается. При а 1.13 связующее мутнеет за счет выделения кристаллической фазы. Для связующих с такой кислотностью связующую способность можно повысить за счет повышения концентрации хрома [128]. При постоянном значении а и концентрации АЬОз+СггОз вязкость связующего зависит от содержания в нем А1203. Максимальная вязкость связующего имеет место при соотношении х=А12О3/Сг2О3="-0.8. затем с увеличением х до 1 начинает уменьшаться. Замещение алюминия хромом приводит к уменьшению вязкости растворов. Кроме того вязкость АХФС быстро снижается при разбавлении его водой и при нагреве.
Дегидратация алюмохромфосфатов происходит в интервале температур 383 -623 К. При затвердевании образуются аморфные продукты. После дегидратации имеет место некоторое упорядочение структуры, но интенсивная кристаллизация происходит только при 1173 - 1273 К.
В зависимости от величин а и х АХФС может отверждаться в интервале температур от 353 до 573К. После тепловой обработмг при 423К связующее приобретает водостойкость, а после обработки при 573К - кнелотостойкость.
Взаимодействие оксидов с 1І;ЛР04 в нормальных условиях определятся расположением катионов оксидов в периодической системе Д. И. Менделеева [12, 77, 78 и др.]. Это позволяют условно разделить вес оксиды на три группы по способности при реакции с ортофосфориой кислотой в нормальных условиях образовывать прочные связующий композиции. Со слабоосновными и амфотерными оксидами ортофосфорная кислота образует прочные композиции, твердеющие при нормальных условиях. Кислые и химически инертные оксиды без нагрева с ортофосфориой кислотой не реагируют и поэтому не твердеют. Сильно основные оксиды бурно реагируют С Н;,Ю4, при этом образуется хрупкая, пористая структура, не обладающая связующими свойствами [12, 30, 52, 53 и др.].
Таким образом, чем меньше работа выхода электрона из оксида, тем интенсивнее он реагирует с ортофосфорной кислотой. Современная теория не позволяет пока точно вычислить работ) выхода электрона в оксиде, являющемся основным компонентом металлофосфатпых связующих композиций [121, 138, 140 и др.]. Поэтому существенный интерес представляет выявление факторов, определяющих величии} работы выхода электрона из оксидов, поскольку знание этих факторов позволит управлять твердением металлофосфатпых связующих композиций за счет влияния на работу выхода электронов из их компонентов.
Характеристика железосодержащих материалов
Железосодержащие материалы в естественном виде - железная руда. Другими источниками железосодержащих материалов являются: плавильная пыль конвертеров и мартеновских печей (10-20 кг/т стали), плавильная пыль электродуговых печей (10 - 20 кг/т металла), кузнечная и прокатная окалина (20 - 50 кг/т изделий), пыль агло 28 фабрик, пыль обиаждачивания отливок, пыль дробеметной очистки отливок и тому подобное. Кроме того, отечественной промышленностью выпускаются оксид железа (а и у-РегОз), железо-оксидные пигменты [25. 5 I, 52 и др.].
Многие из приведенных в табл. 2.2 железосодержащих материалов можно использовать в качестве отвердителей для фосфатных связующих композиций без предварительной подготовки, другие же нуждаются в сушке, магнитной сепарации, дроблении и просеивании для разделения по фракциям.
Для материалов, которые содержат железо в чистом виде (такие как отходы дробеметной и абразивной обработки отливок) необходима термическая пассивация (прокалка), целью которой является окисление железа. Шлам доменный 25Л ГОСТ2787-83 КШЦ порошкообразное 98.8 - - 0,4 0.85 Cr2Or0,2 Окалина и пылевидные остатки дроби ГОСТ2787-83 Цех точного стального литья(ЦТСЛ) порошкообразное 96,8 2,02-2,9 0,76 0.34-0.36 S- 0,054-0.055. не-Me вкл-я -0,2 Таблица 2.2.(продолжение) Составы и характеристика железосодержащих отходов АО ЧАЗ Наименование отхода ГОСТ, ТУ Цех Агрегатное состоя-ние Химический состав, % Влажность, % Fe FeO+Fe203+Fe304 С Si02 MnO Прочие Пыль дробеметной очистки ГОСТ2787-75-27А Ml {-17 порошкообразное 74.9 14 1.44 CaO - 2.7; дробь ДЧЛ-05545 10 Пыль уловленная газоочистительными установками КШЦ порошкообразное 99,0 пеМе вкл-я- 1,0 Шлам железосодержащий от абразивной очистки отливок Чугунолитейный цех (ЧЛЦ) тестообразная масса 88,3 3.63 2,0 0.55 СаО-4,0;АЬОз -1,53 до 20 Пыль уловленная ГОУот сталеплавильныхпечей Сталелитейный цех (СЛЦ) пастообразная масса 10-25 до 3 8-55 6-35 СаО- 1-7; MgO - 1-4; АЬОз-1.5 до Таблица 2.2.(продолжение) Составы и характеристика железосодержащих отходов АО ЧАЗ Шлам железосодержащий от абразивной очистки отливок СЛІД суспензия до 30 4 40 частицыабрази-ва-7-10 до 30 Наименованиеотхода ГОСТ,ТУ Цех Агрегатноесостояние Химический состав, % Влажность. % Fe FeO+Fe203+Fe304 С Si()2 MnO Прочие Окалина и пылевидные остатки дроби от дробеметной очистки отливок гост2787-86 ЦТС Л порошкообразное до 99 до 20 2.02-2,9 0.76 0.34-0,36 S-0,054-0.055;неМе вкл-я-0,2 Шлам после очистки ваграночных газов ЧЛІД тестообразная масса 30.5 5,3 60,5 0.46 СаО-3,1;Сг203 -0.14 до 25 2.1.3. Характеристика водных фосфатных растворов Выбранные в качестве фосфатных растворов вещества при комнатной температуре не ядовиты, некоторые из них даже используются как пищевые добавки, хорошо растворяются в воде, обладают огнеупорностью свыше 1973К [25, 26, 30, 51, 52 и др.].
Ортофосфорная кислота экстракционная (ТУМХП592-41): неупареннаяупаренная Н3Р04 НзР04 48 - 50 63-70 1320-1335 1500 АХФСпоТУ6-18-166-83 СГПА1( П)(М2І 0.,)2- \ \ 45 - 53 1600 Согласно данным приведенных таблиц 2.3 и 2.4, видно, что Н3Р04 и АХФС близки по физическим свойствам и химическому составу к промышленным отходам, в основном выбрасываемым в отвалы в виде металлофосфатных растворов. Поэтому, потенциально возможна замена пмп жидких металлофосфатных связующих в керамических суспензиях и смесях.
Динамическая вязкость термической технической Н3Р04 при 288 - 298 К изменяется в диапазоне 60 - 40 МПа-с [77. 78, 128, 129 и др.]. Температура замерзания для технической (74-76%) ортофосфорної"! кислоты составляет 283-293 К. В соответствии с этим в холодное время года должны быть обеспечены условия транспортировки и хранения технической М3РО4 при температуре не ниже 280 К. При повышении концентрации ортофосфориой кислоты до 86-88% (р 1700-1720 KT/MJ) температура замерзания повышается до 283 - 288 К [51, 68, 119 и др.].
Алюмохромфосфатное связующее по ТУ 6-18-166-83 имеет условную вязкость в пределах 45 - 70 с. по ВЗ-4. АХФС легко растворяется в воде, при сильном разбавлении мутнеет за счет выпадения осадка. Основные физико-химические свойства АХФС следующие: кислотность - рН 1 - 2, плотность - 1550 - 1650 кг/м0, динамическая вязкость - 0,1-0,15 МПа-с [51. 52. 54 128. 129 и др.].
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) являются необходимой составной частью керамических суспензий. В состав суспензий ПАВ вводятся для того, чтобы обеспечить им приемлемую текучесть и кроющую способность, поскольку поверхность выплавляемых моделей обладает очень низкой смачиваемостью и при окунании модельного блока в керамическую суспензию, последняя не смачивает модель и не задерживается на ее поверхности.
В качестве ПАВ в исследованиях использовались мылонафт, асидол-мылонафт по ГОСТ 13302-77 и CMC «Прогресс» по ТУ 38-10719-71 [51, 52 и др.]. 2.2. Методы исследования
Основными технологическими свойствами керамических форм литья по выплавляемым моделям, подлежащими контролю, являются их прочность, трепдано-устойчивость, пористосп и огнеупорность. Керамические суспензии контролируются по вязкости, живучести, времени отверждения и смачивающей способности [83, 85, 86,87, 124 и др.].
Для керамических форм традиционно принято определять прочность на изгиб [123, 124 и др.]. В исследованиях прочность керамических форм определялась в соответствии с инструкцией НИО АО ЧАЗ М-80 ЦЗЛ-69. В соответствии с этой инструкцией контролируется прочность при статическом изгибе керамических четырехслойпых образцов в холодном состоянии. Моделью для изготовления образцов служит металлическая пластина на плоскости которой имеются 4 углубления соответствующие размерам образца - 40 х 20 х 5 мм (см. рис. 2.2). Плоскость модели не должна иметь поверхностных дефектов. Для определения прочности керамического покрытия образцы готовят следующим образом: модели окунают в расплавленную модельную композицию Р-3 по ТУ 6-02-998-75 или МВС по ТУ 38.101 1044-85. затем охлаждают; модель,покрытую модельной композицией; обмазывают керамической суспензией, обсыпают песком в пескосыпе и сушат по режимам, предусмотренным цеховой технологией:
Разработка составов керамических суспензий на основе алюмохромфосфатного связующего
Свойства керамических форм для литья по выплавляемым моделям па основе АХФС в значительной степени будут определяться соотношением АХФС/отвердитель,-/таким образом, встала задача определения оптимального соотношения АХФС/отвердитель в керамической суспензии, поскольку это соотношение будет определять конечные продукты отверждения суспензий и их технологические свойства. Результаты влияния соотношения АХФС / отвердитель на свойства керамических оболочковых форм представлены на рис. 3.1. Рис. 3.1 получен при содержании в керамической суспензии АХФС в количестве 15%.
Оптимальным можно считать соотношение в пределах от 1/1 до 1,25/1. при котором имеет место максимальная прочность форм, живучесть суспензии в этом случае составляет около 10 ч. При уменьшении количества отвердителя значительно увеличивается живучесть суспензии практически без потери прочности форм и снижается их пористость, однако время отверждения одного слоя суспензии па модели увеличивается с 40 мин. до Зи более часов, это приводит к значительному увеличению длительности никла изготовления формы и невозможности использования данного состава керамической суспензии в серийном и массовом производстве.
При увеличении количества отвердителя время отверждения одного слоя сокращается, (например при соотношении 1/1 оно составляет 25 мин.), но при этом сокращается живучесть суспензии п несколько падает прочность форм, однако уменьшается длительность технологического цикла изготовления керамических форм. Кроме того увеличение количества отвердитсля в суспензии приводит к значительному увеличению пористости форм, особенно в зоне контакта модель - форма, что отрицательно сказывается на качестве поверхности отливок.
Существенное влияние на служебные характеристики керамических форм. и. как следствие, на качество получаемых отливок, оказывает соотношение связующее/огнеупорный наполнитель в керамических суспензиях. Чаще всего для керамических суспензий на основе этилсплпкатпого и других связующих/для изготовления форм по выплавляемым моделям/принимают соотношение связующее/огнеупорный наполнитель в пределах от 25/7D до 30/70. Для суспензий на основе АХФС можно считать такой расход связующего необоснованно завышенным. Влияние количества связующего в керамической суспензии на свойства оболочек представлено на рис. 3.2.
Анализ рис. 3.2 показывает, что максимальная прочность керамических форм на основе АХФС достигается при его содержании в суспензии в пределах 15-20%. При дальнейшем увеличении количества связующего происходит некоторое снижение прочности форм, что обусловлено увеличением пористости получаемых оболочек (см. рис. 3.2., кривая 3).
Кроме того увеличение содержания связующего в суспензии приводит к снижению трещиноустойчпвости форм (см. рис. 3.2, кривая 2). По результатам экспериментов можно заключить, что оптимальным, с точки зрения получения оптимального набора технологических свойств керамических форм, является содержание АХФС в суспензии в пределах 15%.
Совместное рассмотрение рис. 3.1. и 3.2 позволяет заключить, что наибольший практический интерес представляют следующие составы керамических суспензий: 15,0% АХФС, (12,0% окалина кузнечная, 0.1%) ПАВ, маршалит - остальное: 15.0% АХФС, 15.0% окалина кузнечная, 0,1% ПАВ, маршалит - остальное; сверх того в обоих составах вода до вязкости 60-70 с по ВЗ-4. Второй из приведенных составов может применяться для изготовления комбинированных форм, у которых рабочие слои изготавливаются из предлагаемого, а наружные, которые выполняют роль упрочняющих и не соприкасаются непосредственно с расплавом, - из состава на основе жидкого стекла. Первый состав может использоваться как самостоятельно для изготовления всей формы в целом, так и в сочетании с внешними слоями на основе жидкого стекла.
Для повышения прочности керамических оболочковых форм и увеличения интенсивности взаимодействия АХФС с отвердп гелем в состав связующей композиции вводилось некоторое количество ортофосфорноы КИСЛОТЫ Н3РО4 (ОФК), см. рис. 3.3. Все исследования проводились для состава с содержанием АХФС 15% и соотношения связующее/отвердитель 1,25/1.
Влияние ортофосфорной кислоты на свойства форм на основе АХФС носит экстремальный характер. Добавка в состав суспензии до 1% ОФК существенно не влияет на свойства оболочковых форм, при введении же ОФК свыше 2,5% снижается стойкость форм к образованию трещин при выплавлении модельного состава, а также начинает снижаться прочность оболочек.
Анализ кривой дірпведеииой на рис. 3.5, позволяет сделать вывод что живучесть керамической суспензии предлагаемого состава составляет более 12 часов, потеря прочности керамического покрытия изготовленного из суспензии подвергну-, той выдержке в течение этого времени не превышает 10% от первоначальной прочности.
Разработка составов керамических суспензий на железофосфатных связующих для литья по выплавляемым моделям
П качестве базовой для исследования свойств железофосфатных связующих композиций и керамических суспензий на их основе принята система «кузнечная окалина - ортофосфорная кислота». Система характеризуется высоким темпом твердения, коюрый прежде всею определяется соотношением жидкость/твердый порошок оксида. )\\\\i же cooiношением определяются и свойства системы.
При анализе приведенных экспериментальных данных можно сделать вывод, что наилучшим набором технологических свойств обладают керамические суспензии содержащие 25 - / 40% связующей композиции: 12,5 - 20% ортофосфорной кислоты, 12,5 - 20% кузнечной окалины, остальное маршалит, кроме того сверх 100% - 0,1% ПАВ.
Однако, поскольку собственная проч- і У носи, оболочек на основе железофосфатных связующих композиций относительно невысока (в пределах 6 МПа), рекомендуется применять комбинированные формы для ЛІІІЬЯ но выплавляемым моделям, у которых внутренние слои изготовляются из сус пензий на основе железофосфатных связующих композиций, а внешние, которые некон (актируют с жидким металлом из суспензий на основе жидкого стекла. ) ,, С целью повышения собственной прочности форм на основе железофосфатных связующих композиций было исследовано влияния ряда различных добавок на свой-сіва форм.
Возникшие кристаллогидраты фосфатов железа, магния и хрома, срастаясь между собой, обеспечивают связующей композиции и керамическим суспензиям на ее основе более высокую прочность, кроме того введение в состав связующей композиции материалов, содержащих оксиды магния и хрома, несколько снижает высокий темп твердения композиции ортофосфорная кислота - кузнечная окалина.
Из анализа экспериментальных графиков (рис 4.4) видно, что добавка в керамическую суспензию материала, содержащего оксиды магния и хрома, в целом повы-іішеї прочность оболочковых форм, кроме того повышается живучесть суспензий на основе связующих композиций с добавкой материала, содержащего оксиды магния и хрома. Однако влияние оксидов магния и хрома на прочность керамических оболочек носит экстремальный характер.
Результатом этой реакции является образование MgOC Os с температурой плавления 2673 К. Кроме того, в связующих композициях образуются соединения типа ГеОСпО;, и МОРе2Оз с температурой плавления соответственно 2353 К и 1983 -2523 К в зависимости от соотношения между MgO и Fe203- Таким образом можно заключить, что добавка в суспензию материалов, содержащих оксиды магния и хрома способствует повышению термостойкости связующих композиций и керамических суспензий, а также форм изготовленных на их основе. Кроме того добавка подобных ; / маїерпалов способствует спеканию материала керамической оболочки при ее прокаливании, т.е. дополнительному ее упрочнению, что позволит отказаться при заливке форм-мелких отливок от опорного наполнителя.
Влияние армирующих добавок рассмотрим для наиболее эффективных из разработанных составов керамических суспензий: 15% ортофосфорная кислота, 2% бой псриклазохромитового кирпича, 13% кузнечная окалина, 0,1% ПАВ, маршалит - ос-іа. іі.нос; 15.0% ортофосфорная кислота, 2,5% бой кирпича, 12,5% кузнечная окалина, маршалит - остальное. В качестве армирующих, будем, как и в случае суспензий на основе АХФС, использовать графит серебристый по ГОСТ 5279-74, слюду молотую по ТУ 48-5606-11-80, асбест по ГОСТ 12871-77. В целом закономерности влияния до-бавок на свойства керамических форм по выплавляемым моделям на основе железо-фосфатных связующих композиций те же, что и для форм на основе АХФС.
Анализ кривых показывает экстремальный характер влияния слюды на прочное і ь керамических форм. Добавка до 6 - 6,5% слюды повышает прочность форм, добавка свыше 6,5% приводит к снижению прочности. Кроме того добавка слюды приводит к повышению трещиноустойчивости, и уже при добавке 6% слюды образование ретин на формах при выплавлении модельного состава и прокалке полностью предотвращается.
