РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОЙ ДОБАВКИ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ВЫБИВАЕМОСТИ ЖИДКОСТЕКОЛЬНОЙ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ

Малый А.В., Каргинов В.П., Иванов В.Г., Колос А.А. (У-РП «СОЮЗ»), Палиенко Г.В., Дорошенко А.В. (ОАО "Сумское НПО им. М.В. Фрунзе")

Одним из наиболее распространенных связующих в современном литейном производстве является жидкое стекло. Это связано с его нетоксичностью, относительно низкой стоимостью, возможностью применения ускоренных технологий изготовления форм и стержней, упрочняющихся за счет введения специальных добавок – отвердителей и т.д. Однако существенным недостатком жидкого стекла является затрудненная выбиваемость смесей из отливок вследствие расплавления силикатов натрия при нагревании форм металлом и последующего спекания формовочной смеси при охлаждении, приводящее к значительному упрочнению. Одним из наиболее простых способов улучшения выбиваемости формовочных и стержневых смесей является введение в смесь специальных добавок. Их можно разделить на органические (кероген непылящий, эмульсии, содержащие полистирол и т.д.)  и неорганические( вспученный перлит и вермикулит и т.д.).

Однако и в этом случае достижение желаемого результата сдерживается определенными факторами.

Например, органические добавки повышают газотворную способность смеси, снижают прочность смеси при тепловой сушке ввиду частичного выгорания, могут приводит к науглероживанию поверхности, образованию трудноотделимого пригара, ухудшению санитарно-гигиенических условий труда.

Неорганические, в свою очередь, при небольших добавках (до 6%)  малоэффективны, а повышение их содержания приводит к снижению исходной прочности смеси.

Согласно данным, приведенным в работах [1, 2], температура нагрева смеси до 500-600 оС соответствует минимуму работы выбивки, а при 800 оС, наоборот, наблюдается максимум вследствие образования легкоплавкой эвтектики в системе Na2O-SiO2. На практике только мелкие стержни, омываемые со всех сторон жидким металлом, прогреваются до температуры 800 оС и выше. Крупные, в свою очередь, нагреваются в объеме до более низких температур, а максимум нагрева наблюдается только в поверхностных слоях. При этом, не смотря на минимальную работу выбивки при 500-600 оС, удаление стержней является весьма трудоемким и проблематичным процессом.

Поэтому в задачи УРП «СОЮЗ» входила разработка такой разупрочняющей добавки, которая обеспечивала бы минимум работы выбивки, как при низких, так и при высоких температурах нагрева жидкостекольной смеси.

Для этих целей  было предложено сделать комплексную добавку, где каждый входящий в ее состав компонент обеспечивал минимальную работу выбивки в определенном температурном интервале. Данная смесь получила название «Деструктор» (СК-3у).

Для оценки выбиваемости жидкостекольной смеси был применен широко распространенный метод ЦНИИТМАШ. Выбиваемость смесей оценивали по работе, затраченной на пробивку стандартного цилиндрического образца, изготовленного из исследуемой смеси. Охлажденный образец вставлялся в специальную оправку и на лабораторном копре, оснащенном специальным бойком, пробивался на всю толщину.

Было изготовлено 4 комплекта образцов с использованием стандартной жидкостекольной смеси, органической добавкой «Кероген непылящий» и с материалом «Деструктор» (СК-3у), рецептура приведена в табл.1. Разупрочняющие добавки давали сверх 100% сыпучих компонентов, при этом корректировали содержание жидкого стекла (М=2,6).

Таблица 1 – Состав опытных образцов (% по массе)

Компоненты

Образец №1

Образец №2

Образец №3

Образец №4

Песок кварцевый

100

100

100

100

«Кероген непылящий»

-

2

-

-

«Деструктор» (СК-3у)

-

-

2

4

Жидкое стекло

6

6,1

6,1

6,2

Изготовленные образцы предварительно высушивались в печи при температуре 200-220 оС в течении 1 часа, затем прокаливались при температурах 500, 600 и 800 оС в течении 1 часа, охлаждались и подвергались испытанию.

Прочность на разрыв всех образцов после сушки была высокой и составляла 1,5 – 2,0 МПа. Наименьшие показатели были отмечены у образца, содержащего «Кероген непылящий», что связано с  частичным выгоранием добавки.

После прокалки образцов было проведено их разрушение. Результаты приведены в табл.2.

Таблица 2 – Результаты исследований выбиваемости

Номер образца

Выбиваемость образцов при температурах прокалки,

количество ударов бойка

500 оС

600 оС

800 оС

1

99

87

282

2

60

44

96

3

60

25

48

4

35

18

17

Как видно из данных, приведенных в таблице 2, наименьшая работа выбивки соответствует добавке «Деструктора» в количестве 4%. Причем этот минимум наблюдается на всем исследуемом температурном интервале. Органическая добавка «Кероген непылящий» обеспечивает снижение работы выбивки при температурах 500-600 оС, хотя и в меньшей степени, чем «Деструктор». При температуре 800 оС отмечается повышение величины этого показателя вследствие выгорания добавки, начиная с 220 оС. Это приводит к  выводу о нецелесообразности применения «Керогена непылящего» при производстве мелких стержней и стальных отливок.

На основании проведенных исследований была установлена оптимальная добавка «Деструктора» (СК-3у) для улучшения выбиваемости, которая составила 2-4 % от массы сыпучих.

Промышленное опробование проходило в условиях литейного цеха ОАО "Сумское НПО им. М.В. Фрунзе" при изготовлении стержней для отливки «Диафрагма» из стали 20ГЛ.

Стержни изготавливались из жидкостекольной смеси по СО2 – процессу, окрашивались самовысыхащим противопригарным покрытием и выдавались на сборку формы. Операция сушки стержней исключалась. Остальные операции (заливка формы, охлаждение, выбивка, очистка) выполнялись согласно действующей на заводе технологической инструкции.

Количество  СК-3у в смесь составлял 3,2 % от массы сыпучих.

После очистки гидроабразивным способом производилась визуальное сравнение качества поверхности отливок полученных по опытной и традиционной технологии.

Наблюдалось существенное уменьшение пригара и снижение работы выбивки в труднодоступных местах отливок, полученных с применением «Деструктора» (рис.1 а), по сравнению с отливками, полученными по традиционной технологии.

Таким образом, разработанная в УРП «СОЮЗ» разупрочняющая добавка «Деструктор» (СК-3у), способствовала снижению прочности стержней после заливки металлом и может быть рекомендована для практического применения в жидкостекольные смеси для уменьшения трудоемкости выбивных и очистных операций, для стержней и форм любой конфигурации и веса.

 

Рисунок 1 – Качество поверхности отливок, полученных по опытной (а) и традиционной (б) технологии

ЛИТЕРАТУРА

1 Литейные формовочные материалы: Формовочные, стержневые смеси и покрытия: Справочник. / Болдин А.Н., Давыдов Н.И., Жуковский С.С. и др. – М.: Машиностроение, 2006. – 507 с.

2 Дорошенко С.П. Формувальні суміші: Навч. посібник / С.П. Дорошенко. – К.: ІЗМН, 1997. – 140 с.

Сведения об авторах:

Малый Александр Валентинович - технический директор ООО "УРП "СОЮЗ", т.: +38 (056) 231-42-89.

Каргинов Владимир Петрович - ген. директор ООО "УРП "СОЮЗ", т.: +38 (056) 231-42-89; E-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Иванов Валерий Григорьевич – к.т.н., научный сотрудник ООО "УРП "СОЮЗ",  т.: т.: +38 (056) 231-42-89.

Колос Алексей Анатольевич – ведущий специалист ООО "УРП "СОЮЗ",  т.: т.: +38 (056) 231-42-89.

Палиенко Григорий Васильевич – главный металлург ОАО "Сумское НПО им. М.В. Фрунзе" т.: т.: 0542-250-539

Дорошенко Александр Владимирович - начальник литейно-термической лаборатории УГМет ОАО "Сумское НПО им. М.В. Фрунзе" т.: т.: 0542-250-539