Смесь для изготовления литейных стержней — SU 590888 (original) (raw)
Авторы изобретени лей объединение по м. 50-летия обра ЛЯ ИЗГОТОВЛЕН 4) СМ Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам стержневых смесей для изготовления стержней внагретой оснастке,Известны в литейном производстве 5стержневые смеси на основе мочевиноформальдегидных (карбамидных) смол, а также мочевиноформальдегидных смол, модифицированных фуриловым спиртом (карбамиднофурановых) и фенолоспиртами (карбамиднофенолофурановых) смол,Известно также, что в качестве отвердителей карбамидных смол используются вещества кислого характера; минеральные иорганические кислоты, (соляная, фосфорная, щавелевая и другие), некоторые соли(хлористый аммоний, хлористый цинк,хлорное железо).Процесс отверждения стержневых смесейкак с кислотами, так и с солями начинается сразу же после смешения компонентов искорость его определяется природой отвердителя, его количеством и температурой.При этом стержневые смеси на основе карбамидных смол лучшие результаты дают сослабыми кислотами, например с щавелевойи с солями (хлористый аммоний, хлорноежелезо); смеси с сильными кислотами быстро теряют свои свойства при хранении,так называемую живучесть. ЗО(71) Заявитель Волжск роизводству легковых автомо вания СССР (АвтоВАЗ) ИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ В результате модифицирования мочевиноформальдегидных смол фуриловым спиртом реакционная способность их понижается даже при введении небольших количеств фурилового спирта, например 0,1 моль на 1 моль мочевины. При увеличении содержания фурилового спирта в смоле более 20% солевые катализаторы, например такие, как КН 4 С 1 и ГеС 1 з, становятся малоэффективными, время отверждения смол с ними возрастает по мере увеличения фурилового спирта сравнительно со временем отверждения таких смол с сильными кислотами.Применение кислот в качестве отвердителей обеспечивает высокую производительность труда при изготовлении стержней в нагретой оснастке, но технологические свойства таких смесей не стабильны. При их хранении очень быстро снижается текучесть, вследствие чего ухудшаются уплотняемость смесей при изготовлении стержней и их физико-механические свойства.Известно введение специальных добавок для увеличения текучести и живучести смеси, таких как стеарат кальция и жидкое мыло, что несколько повышает первоначальную текучесть смеси, однако сохранить ее более 1 ч не удается, прочность смеси, как и текучесть, быстро снижается 111. Это создает трудности при изготовлении стерж ней сложной конфигурации, так как из-заснижения текучести смеси по мере ее переработки понижается плотность надувастержней, что увеличивает брак по пористости и осыпаемости,Известно так же, что стержневые смесимогут содержать ряд технологических добавок, таких как окись железа, двуокисьмарганца, порошкообразный уголь, графити другие вещества. Добавки в стержневыхсмесях имеют различное назначение: уменьшают прилипаемость смеси к горячей оснастке, увеличивают живучесть и теплопроводность смесей, замедляют реакцию взаимодействия между стержнем и металлом2. Количество и вид вводимой добавкиопределяются конкретными требованиями,предъявляемыми к стержням и отливкам,Так стержневые смеси для алюминиевоголитья, как правило, не содержат никакихдобавок, в стержневые смеси для чугуначаще всего введены окись железа, графит,стеарат кальция, жидкое мыло.Наиболее близкой к изобретению потехнической сущности и достигаемому результату является смесь, включающая огнеупорный наполнитель, карбамиднофурановую смолу и катализатор отверждения,В качестве последнего могут быть использованы: кислоты (муравьиная, фосфорная или соляная), соли (РеС 1, ХпС 1А 1,(504)1 х 1 Н 4 С 1, (1 х 1 Н 4),504, А 1 С 1 з в виде20% -ного раствора 3.Эта смесь имеет небольшой срок живучести.С целью повышения текучести, живучести, прочности, а также увеличения скорости отверждения смеси последняя наряду согнеупорным наполнителем, карбамиднофурановой или карбамиднофенолофурановойсмолой в качестве катализатора отверждения содержит хлорную медь при следующем соотношении ингредиентов, вес, ч:Огнеупорный наполнитель 100Хлорная медь (в пересчетена СцС 1 2 Н,О) 0,03 - 0,25Карбамиднофурановая иликарбамиднофенолофурановая смола 1,5 - 3,0С целью обеспечения равномерного распределения катализатора в смеси хлорная медь содержится в виде водного или спиртового раствора 15 - 40%-ной концентрации.В качестве карбамиднофурановой смолы в смеси по изобретению могут быть применены смолы марок КФ, КФ, КФ, и другие, в качестве карбамиднофенолофурановой смолы - смолы, модифицированные фенолоспиртами типа фуритолов, например фуритоли др.Оптимальное количество смолы находится в пределах 1,8 - 2,75 вес, ч. на 100 вес, ч. песка. Введение смолы менее 1,5 вес. ч,приводит к ухудшению качества стержней:появляется хрупкость и осыпаемость из-занеполного смачивания песчинок смолой.5Увеличение смолы выше 3 вес. ч. нецелесообразно по экономическим соображениям, атакже по требованию технологии: смеси теряют сыпучесть, увеличивается газовыделение из стержня при контакте с металлом,может ухудшиться газопроницаемость.Использование растворов водного илиспиртового хлорной меди с концентрациейменее 15% нецелесообразно, так как этотребует увеличения количества раствора,что приводит к увеличению содержаниярастворителя в стержневой смеси, а это, всвою очередь, к снижению скорости отверждения смеси.Увеличение концентрации раствора более 40% является препятствием для равно 0 мерного распределения катализатора всмеси,Оптимальные концентрации раствора20 - 30%. Условное название катализаторатакой концентрации СМ 25/30. Для удобст 25 ва расчета количество катализатора обычно берется в зависимости от количествасмолы. Для 20 - 30%-ных растворов хлорной меди оптимальное их количество 20 -30% от смолы30 Например, если количество смолы2,2 вес, ч то 20% катализатора от смолысоставляет 0,44 вес. ч., тогда содержаниесухой соли при концентрации раствора 25%0,11 вес. ч., при содержании смолы35 2,75 вес, ч. 20% катализатора от смолы составляет 0,55 вес. ч., а содержание сухойсоли для 25%-ного раствора 0,125 вес, ч.Оптимальное количество сухой соли составляет 0,07 - 0,20 вес. .а 100 вес. ч. песка.40 При снижении количества соли до0,03 вес. ч. прочность снижается (пример5) в результате снижения скорости реакцииотверждения. Дальнейшее уменьшение количества катализатора (0,03) приводит к45 тому, что достигаемые при этом скоростиотверждения не удовлетворяют требованиям технологии при изготовлении стержнейпо горячим ящикам. Увеличение катализатора более 0,25 вес. ч. на 100 вес, ч. песка50 нецелесообразно по экономическим соображениям: уже в интервале 0,20 - 0,25 вес. ч.горячие прочности, т. е, скорость отверждения и холодные прочности, остаются почтибез изменения, следовательно, увеличение55 количества катализатора приводит только кудорожанию смеси без существенных изменений скорости отверждения.Хлорная медь, не уступая по каталитической активности сильным кислотам при по 60 вышенной температуре, имеет преимущество перед ними и перед другими известнымисолями (в том числе, хлоридами металлов),заключающееся в том, что живучестьстержневых смесей с нею в несколько раз65 выше, Это объясняется тем, что хлорная590888 павьиная, выделяется вплоть до завершения процесса отверждения Н,О СцС 1+СН,От СцНС - , НСООН 5 СН2 Сц+ О, -2 Сцо10Источником образования муравьиной кислоты является как свободный формальдегид, содепжашийся обычно в смолах в количестве 2,4 - 4,0%, так и выделяющийся в 15 результате химических реакций, протекаютцтлх при отверждении смол+ СН,О+ Н,О пез 1 и 5 мин после извлечения образцов из ттткят 1 та) и в холодном состоянии (через 50 - 60 мин после извлечения образцов из шкафа).Сущность изобретения иллюстрируется составами и физико-механическими и технологическими свойствами смесей, которые приведены в табл. 1 и 2,живучесть смеси характеризуется величиной разрушающего напряжения ппи сжатии образцов, изготовленных по описанной технологии из смеси через 4 ч хранения при температуре 20 - 25 С в закрытом контейнепе.Текучесть смеси определялась по методике Г. Фишера с применением приспособления типа Р 1."В, Газопроницаемость смеси 130 - 180 единиц.Как следует из табл, 2, стержневая смесь 1, отверждаемая хлорной медью в течение 4 мин пои 220 С., через 30 с после извлечения из сушильного шкафа имеет оазрушающее напряжение на изгиб 13,5 кгсlсм и высокую начальную прочность, которую приобретают образцы. отвержденные в течение 4 мин через 6 мин охлаждения, - 30,5 кгссм.Это дает возможность сократить выдержку отверждения на 20 - 30%, а окисление свободного формальдегида позволяет снизить загазованность стержневого участка.Учитывая, что за счет наличия в смеси хлорной меди обеспечивается длительная сохранность ее свойств (не менее 6 ч), в состав смеси могут вводиться частично или 45 50 мечь является не ппосто отвердителем, как известные кислоты и солтт, а катэлизэтопом отвепждеттия латентного типя; скопость отвепжчгния смесей ппи темпепятттпе,чо 30 С оень мяла, тяк кяк пГ ряствопов голи 1.6 - 2,6 тв зависимости от конттет:тпации), по мепе постя темпепятупы катялитическяя активность увеличивается и чостигяет своей оптимяльттой величины ппи темпепатурах 200 - 250 С. Высокие скопости отверж- ,тЕНИЯ СМЕСЕЙ ППИ ПОВЬтитЕННОй тЕМПЕПатЧРС обеспечиваются тем, что кятэлитическэя активность хлопной меди опрсчгляется с ммой кислот, выделяющихся в результате протекания окислительно-восстановительных реакций. При этом одна из кислот, муВ степжневуто смегь по изобретению,чополттительно могут бт,тть ввечеттт.т технологические добавки. тякие кяк гпафит. стеапат кальция, жидкое мт.тло. Введентле этих добявок пелесообпазно при игпользовании степжневой смеси для получет ия отливок из чугуна.Смесь приготавливятот следутощим образом.Б бегчнтт загпттжают квяпцевттй песок и схне добавки токись железа, графит сепебписттттл, стеяпят кялт.ция) при соотношении компотлентов, прттвеленнь;х в табл, 1, перемептивают 30 с. Затем вводят катялизятоп - паствоП хлорной меди и переттетттивэют 2 мин, после чего вводят капбамиднофуряновуто смолу и перемешивают 2 мин, а затем - жидкое мыло и пепемешивают еше 2 мин. Весь цикл перемешивания занимает 6,5 мин,В слг " отсутгтвия в составе смеси тказанньтх .обэвок тттпимер 4) песок с кятализятопом пепе.летттивают в течетлтле 2 мин.Для оппеделения Пязпутттатт 1 тцего наппяженчя ня сжатие цилинчрическт"; обпязцов, изго овленных нэ предлагаемой смеси, бепут няясс гт стержневой смеси, которую помептяк т в металлическуто ггтт зч и с плотнятот г ттютгтпьто копра тпемя тдарэмтт тто1.- кяу-.ом огновяттттю гп; зэ ттсОм 6.67 0 01 тг, пя тятошего с вттготьт 50 - .0,25 .л.л. Обпязттт,т отверждяют Г 50 мм и высотой 50":0,2 мм)т в счшильттом шкафу ппи темпепатупе 220-.т.-2 С в те "ение 6 - 8 мин, а затем испьттыватот в горя тем состояттии тче 20 25 30 35 40 Н,ОСцо - , СНОНСООН+ СцКонцентрацияя раствора хлорной меди, о/о хлорная медь в пересчете на СнС 1 2 НгОразрулающее напряжепие на сжатие образцов,отверждснных при 220 ОС6 мин, кгс/см послеохлаждсшя в течение карба- мидно- фурановая смола Пример, чо стеарат кальциягра- фит живучесть,ч текучесть,о/,60мин. 5 мин. 1 мин. 0,125 25 0,7 2,5 100 0,1 0,1 91,3 90,2 38 34 76 70 120 115 40 0,2 100 0,7 0,1 2,5 0,1 50 40 91,0 90,0 106 92 130 118 0,075 15 100 0,7 0,1 0,1 2,5 91,4 91,4 22 24 58 63 102 107 25 0,1 1 100 2,25 50 36 91,4 90,0 138 102 140 110 30 0,123 100 0,7 0,1 2,75 0,1 27 25 0,1 90 72 70 180 176 20 0,1 100 2,0 50 52 91 90 132 132 170 142 20 0,08 100 2,0 91 90 36 30 102 90 134 116 0,25 30 100 0,7 0,1 2,8 0,1 90,590 49 40 110 100 125 115 0,03 15 3,0 100 91,6 91,6 27 30 14 16 86 99 Пр и м еч а н и е. В примерах 5 - 7 стержневые смеси изготавливалпсь на основе карбамндно.фурановой смолы, модифицированной фенолоспиртами.Таблица 2 д,о, кгс/см,высушенных образцов при 200 Св течение Время охлаждения образцовпри комнатной температуре, мин о стат,кгс/см,высушенныхобразцовпри 200 Св течение6 мин Состав смеси, вес. ч Ингредиенты 6 мин 4 мин 0,5125660 13,51721 1000,70,10,12,750,5 30,536,539,54549,0 ПесокОкись железаГрафитСтеарат кальцияКарбамиднофурановая смолаКатализатор 25 % -ный растворСнС 1 г 2 Н,О 28 80 41,5 48,5 134 полностью отсутствовать такие добавки как стеарат кальция, жидкое мыло (см.табл.1). Формула изобретения 1. Смесь для изготовления литейных стержней в нагретой оснастке, включающая огнеупорный наполнитсль, карбамидно-фурановую или карбамидно-фенолофурановую смолу и катализатор отверждения, отличающаяся тем, что, с целью повышения текучести, живучести, прочности, а также увеличения скорости отверждения смеси, она содержит в качестве катализатора отверкдения хлорную медь при следующем соотношении ингредиентов, вес. ч.:Огнеупорный паполнитель 100Хлорная медь (в пересчете5 на СпС 1 г 2 НгО) 0,03 - 0,25Карбамиднофурановая иликарбамиднофенолофурановая смола 1,5 - 3,02, Смесь по п. 1, отл и ч а ю щ а я ся тем,10 что, с целью обеспечения равномерногораспределения катализатора в смеси, онасодержит хлорную медь в виде водного илиспиртового раствора 15 - 40%-ной концентрации,590888 10 Техред А. Камышникова Корректор Н. Федорова Редактор П. Горькова Заказ 1442/8 Изд. М 222 Тираж 853 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений п открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Изготовление форм и стержней, отверждающихся при контакте с модельной оснасткой, МДНТП, 1971, с. 52 - 54, 103 - 105,2. Просяник Г. В. Изготовление стержнейв нагреваемой оснастке, Машиностроение, 1970, с. 9 - 10.3. Патент Англии107737 б, кл. С ЗА, В 5 ЗГ (В 22 С), 1967.