Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям

Изобретение относится к литейному производству, в частности для получения отливок типа втулок. Суспензия содержит, мас.%: гидролизованный раствор этилсиликата 14-17; эмаль 2,2-3,2; полиэтиленполиамин 10-15; древесные измельченные опилки 5-7; огнеупорный наполнитель остальное. В качестве эмали суспензия содержит эмали ЭВ, или ЭВК, или ЭВТ, имеющие температуру плавления 800-1240°С. В качестве огнеупорного наполнителя используют электрокорунд, или дистенсилимонит, или пылевидный кварц. Достигается повышение податливости керамической формы, повышение качества отливок за счет устранения трещин в отливках. 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к изготовлению керамических форм, получаемых по выплавляемым моделям, и может быть использовано преимущественно для получения отливок типа втулок.

Известна суспензия для изготовления керамических форм (Патент РФ №2245212 С1, 27.01.2005, В22С 1/00), содержащая гидролизованный этилсиликат в качестве связующего и огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее - 20-40; огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия - остальное.

Недостатком данного технического решения является то, что при использовании данной суспензии получают большое количество бракованных отливок с поверхностными дефектами (трещинами).

Наиболее близкой к предложенной суспензии является суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, включающая гидролизованный раствор этилсиликата, огнеупорный наполнитель и эмаль (Патент РФ №2283720 С1, 20.09.2006, В22С 1/16) - прототип. Причем эмаль входит в состав суспензии в качестве технологической добавки вместе с тугоплавким соединением, температура плавления которого не ниже 1400°С.

Недостатком данного технического решения является то, что из-за включения тугоплавкого соединения для керамических форм, полученных из данной суспензии, характерна повышенная прочность керамики при высоких температурах, что в конечном счете приводит к появлению трещин в отливке при литье.

Технический результат заявленного изобретения - повышение податливости керамической формы, повышение качества отливок за счет устранения трещин в отливках.

Указанный технический результат достигается тем, что суспензия, включающая гидролизованный раствор этилсиликата, огнеупорный наполнитель и эмаль, дополнительно содержит полиэтиленполиамин и древесные измельченные опилки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- гидролизованный раствор этилсиликата 14-17,

- эмаль 2,2-3,2,

- полиэтиленполиамин 10-15,

- древесные измельченные опилки 5-7,

- огнеупорный наполнитель - до 100%,

при этом эмаль имеет температуру плавления 800-1240°С.

При этом в качестве огнеупорного наполнителя суспензия может содержать электрокорунд или дистенсилимонит или пылевидный кварц.

В суспензии может использоваться гидролизованный раствор этилсиликата на основе оксида алюминия, или оксида кремния, или оксида магния.

В качестве эмали суспензия может содержать эмали ЭВ, или ЭВК, или ЭВТ.

В качестве эмали ЭВ суспензия может содержать эмаль ЭВ-55А. В качестве эмали ЭВК суспензия может содержать эмаль ЭВК-13 или ЭВК-103, или ЭВК-106, или ЭВК-75.

В качестве эмали ЭВТ суспензия может содержать эмаль ЭВТ-9, или ЭВТ-10, или ЭВТ-20, или ЭВТ-21, или ЭВТ-23, или ЭВТ-24, или ЭВТ-37, или ЭВТ-52, или ЭВТ-76, или ЭВТ-80, или ЭВТ-100.

При литье в керамические формы отливок типа втулок из хрупких интерметаллидных сплавов за счет разности коэффициентов усадки заливаемого интерметаллидного сплава и керамической формы (у интерметаллидного сплава он значительно больше) при кристаллизации отливки на ней образуются трещины. В заявляемом изобретении данный недостаток отсутствует.

Включив в состав суспензии, помимо эмали, полиэтиленполиамин и древесные измельченные опилки, добиваются повышения податливости, а также повышения качества отливок за счет устранения поверхностных дефектов, в том числе трещин, образующихся из-за сохранения повышенной прочности при воздействии высоких температур и под действием термических напряжений.

В качестве связующего в предложенной суспензии используется раствор гидролизованного этилсиликата, например ЭТС-40. Связующее определяет основные технологические свойства формовочной смеси, и его использование при изготовлении керамической формы необходимо для склеивания зерен наполнителя (например, кварцевого песка). Этилсиликат является основой для приготовления связующего при литье по выплавляемым моделям и обладает высокой стойкостью к агрессивным средам, прочностью, термостойкостью, и одновременно податливостью. При использовании в заявляемой суспензии гидролизованного этилсиликата меньше 14% может произойти разупрочнение керамики, что ухудшит способность формы противостоять заливаемому металлу, а при использовании более 17% - увеличивается прочность керамики, что может привести к повышению остаточных термических напряжений в отливке и соответственно к образованию трещин в последней.

Полиэтиленполиамин используется в качестве отвердителя эпоксидных смол и обладает рядом преимуществ перед другими отвердителями: дают более высокие физико-механические свойства, обладают высокой теплостойкостью и низкой экзотермичностью.

Причем при включении в состав суспензии полиэтиленполиамина менее 10% - керамика имеет низкую прочность, недостаточную при воздействии на нее высоких температур, а при использовании более 15% - повышается жесткость керамики и соответственно увеличивается количество трещин при изготовлении формы.

Огнеупорный наполнитель необходим в составе суспензии, поскольку он является несущим основным керамическим каркасом. В качестве огнеупорного наполнителя возможно использование любого вещества, относящегося к классу огнеупоров (Al₂O₃, SiO₂ и др.) и используемого в литье по выплавляемым моделям, например электрокорунд, дистенсилимонит, пылевидный кварц.

Использование в заявленной суспензии древесных измельченных опилок позволяет получить более рыхлую структуру керамики, что в свою очередь влияет на податливость последней. При этом при включении в состав суспензии опилок менее 5% форма не получается достаточно податливой, а при использовании более 7% - повышается текучесть керамики, что не позволяет получить достаточную прочность формы.

Включение в состав суспензии эмали позволяет снизить прочность керамики и тем самым снизить термические напряжения в отливке. Состав эмали может содержать силикатные системы типа SiO₂-В₂О₃, BaO-CaO, Al₂O₃, ZrO₂, MgO, ZnO, Cr₂O₃, CoO. При этом оптимальным является содержание SiO₂ в диапазоне 40-50%, а содержание оксидов В₂О₃ и BaO в диапазоне 10-45%.

При содержании эмали в суспензии менее 2,2% - прочность керамики снижается незначительно, что не позволяет снизить и остаточные напряжения в отливке, а при содержании эмали в суспензии выше 3,2% происходит разупрочнение керамической формы и ее разрушение.

Оптимальными для использования в заявляемой суспензии являются эмали с температурой плавления 800°С - 1240°С. При использовании более легкоплавких эмалей (например, с температурой плавления 500°С) ухудшается прилегающая к отливке поверхность формы в процессе прокалки последней из-за интенсивного оплавления эмали. При введении в суспензию эмали с температурой плавления выше 1240°С форма недостаточно прогревается при заливке в нее металла и эмаль может не сплавиться.

Суспензия используется при изготовлении керамической формы для нанесения двух и более слоев формы, которые должны прилегать к отливке.

Суспензия приготавливается перемешиванием всех входящих в состав суспензии компонентов до получения однородной массы. После нанесения слоев суспензии на внутреннюю поверхность формы (которая прилегает к отливке) осуществляют сушку и прокалку формы. Температуру нагрева формы выбирают ниже температуры плавления эмали, например для ЭВ-55А - 900-950°С. При заливке металла в керамическую форму опилки выгорают, эмаль оплавляется, частицы огнеупорного наполнителя обволакиваются эмалью. В результате этого снижается прочность керамической формы и образуется слой, имеющий пористую, податливую структуру, не препятствующую в дальнейшем усадке интерметаллидного сплава (отливки). Таким образом, использование заявленной суспензии при изготовлении керамических форм позволяет получить качественно новую форму и исключить брак отливок.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Предлагаемое изобретение было отработано в условиях литейного цеха ФГУП ММПП «Салют». Все керамические суспензии готовились по единой технологии.

При изготовлении керамической формы для производства отливок, а именно втулок, из сплава ВКНА использовали суспензию со следующим соотношением компонентов, мас.%:

- гидролизованный раствор этилсиликата (ЭТС-40) - 15,

- эмаль ЭВ-55А - 3,

- полиэтиленполиамин - 12,

- древесные измельченные опилки - 6,

- огнеупорный наполнитель (пылевидный кварц) - до 100%.

Основа керамической формы была получена традиционным способом: нанесением многослойного керамического покрытия на модельный блок (6 слоев) с последующим выплавлением модели, сушкой и прокалкой формы. Далее на внутреннюю поверхность формы (с которой должна соприкасаться отливка) наносили четыре слоя вышеобозначенной суспензии. После нанесения слоев суспензии на внутреннюю поверхность формы осуществляли сушку и прокалку формы при температуре 950°С. Затем была произведена заливка металла в керамическую форму для получения отливки. В результате получили керамическую форму, обладающую достаточно прочной и в то же время пористой, податливой структурой, не препятствующей в дальнейшем усадке отливки. Получили отливки, в которых отсутствует брак (100% выход годных отливок).

Пример 2.

При изготовлении керамической формы для производства отливок, а именно втулок, использовали суспензию со следующим соотношением компонентов, мас.%:

- гидролизованный раствор этилсиликата (ЭТС-40) - 15,

- эмаль ЭВ-55А - 3,

- полиэтиленполиамин - 12,

- древесные измельченные опилки - 8,

- огнеупорный наполнитель (пылевидный кварц) - до 100%.

Для изготовления керамической формы были произведены те же технологические операции, приведенные в примере 1, но с использованием суспензии, приведенной в данном примере 2.

В результате получили слишком рыхлую структуру керамики, которая в дальнейшем при заливке металла приводила к разрыву формы. Брак отливок, полученных с помощью этой керамической формы, составил 40%.

Пример 3.

При изготовлении керамической формы для производства отливок, а именно втулок, использовали суспензию со следующим соотношением компонентов, мас.%:

- гидролизованный раствор этилсиликата (ЭТС-40) - 15,

- эмаль ЭВ-55А - 3,

- полиэтиленполиамин - 7,

- древесные измельченные опилки - 6,

- огнеупорный наполнитель (пылевидный кварц) - до 100%.

Для изготовления керамической формы были произведены те же технологические операции, приведенные в примере 1, но с использованием суспензии, приведенной в данном примере 3.

В результате получили повышенную прочность керамики, что привело в дальнейшем к появлению трещин в отливках. Брак отливок, полученных с помощью данной керамической формы, составил 50%.

Из приведенных выше примеров следует, что получение качественных отливок возможно только, если использовать при изготовлении керамической формы заявленное количественное соотношение используемых в суспензии компонентов.

1. Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, включающая гидролизованный раствор этилсиликата, огнеупорный наполнитель и эмаль, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полиэтиленполиамин и древесные измельченные опилки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

гидролизованный раствор этилсиликата	14-17
эмаль	2,2-3,2
полиэтиленполиамин	10-15
древесные измельченные опилки	5-7
огнеупорный наполнитель	до 100

при этом эмаль имеет температуру плавления 800-1240°С.

2. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного наполнителя используют электрокорунд, или дистенсилимонит, или пылевидный кварц.

3. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что используют гидролизованный раствор этилсиликата на основе оксида алюминия, или оксида кремния, или оксида магния.

4. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что в качестве эмали используют эмали ЭВ, или ЭВК, или ЭВТ.

5. Суспензия по п.4, отличающаяся тем, что в качестве эмали ЭВ используют эмаль ЭВ-55А.

6. Суспензия по п.4, отличающаяся тем, что в качестве эмали ЭВК используют эмаль ЭВК-13, или ЭВК-103, или ЭВК-106, или ЭВК-75.

7. Суспензия по п.4, отличающаяся тем, что в качестве эмали ЭВТ используют эмаль ЭВТ-9, или ЭВТ-10, или ЭВТ-20, или ЭВТ-21, или ЭВТ-23, или ЭВТ-24, или ЭВТ-37, или ЭВТ-52, или ЭВТ-76, или ЭВТ-80, или ЭВТ-100.