Способ изготовления бескремнеземной керамической формы для литья по выплавляемым моделям



Способ изготовления бескремнеземной керамической формы для литья по выплавляемым моделям
Способ изготовления бескремнеземной керамической формы для литья по выплавляемым моделям

 


Владельцы патента RU 2502578:

Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (RU)

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для литья из жаропрочных сплавов преимущественно на основе никеля, кобальта и ниобия лопаток газотурбинных двигателей и газотурбинных установок. На модельный блок наносят по крайней мере два слоя огнеупорной суспензии, следующего состава, мас.%: эпоксидная смола 2,0-10,0, отвердитель аминного типа 0,4-3,0, органический растворитель 10,0-30,0, огнеупорный наполнитель, выбранный из группы оксидов редкоземельных металлов, гафния, циркония или их смесь - остальное. Затем наносят слои суспензии на основе алюмоорганического связующего и электрокорунда. После нанесения каждого слоя суспензии проводят сушку при температуре 40-100°С. Прокалку керамической формы осуществляют при температуре 1400-1900°С. Обеспечивается повышение качества отливок вследствие измельчения структуры сплавов, а также сокращение времени сушки керамического покрытия. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления бескремнеземных керамических форм, предназначенных для литья изделий из жаропрочных сплавов преимущественно на основе никеля, кобальта и ниобия, применяемых в качестве материала для изготовления лопаток газотурбинных двигателей и газотурбинных установок.

Известен способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям, включающий обработку модельного блока в огнеупорной суспензии, в котором первые один или два слоя выполнены с использованием в качестве связующего гидролизованного раствора этилсиликата и пылевидного диоксида кремния в качестве наполнителя, а последующие слои - с использованием в качестве связующего жидкого стекла, а в качестве наполнителя пылевидного диоксида кремния в фазе тридимита с размером фракции до 100 мкм. Обсыпка модельного блока осуществляется зернистым материалом на основе диоксида кремния в фазе тридимита с размером зерен 100-400 мкм плакированного алюмоборфосфатным концентратом в количестве 3-5% от массы зернистого материала. Далее следует сушка формы и удаление модели в горячей воде при температуре 94-96°С. Обжиг форм осуществляют в атмосфере печи при 900-950°С (Патент РФ №2302311).

Основными недостатками известного способа является то, что керамическая форма, полученная известным способом, не обладает химической инертностью и достаточной формоустойчивостью при температурах литья, превышающих 1590°С.

Известен способ изготовления бескремнеземных оболочковых форм, включающий послойное нанесение на модельный блок керамической суспензии следующего состава, масс.%: раствор эпоксидной смолы в органическом растворителе 10-40, металлический порошок - порошок алюминия, титана, циркония или хрома 0,5-35,0, огнеупорный наполнитель - порошок тугоплавких соединений, выбранных из группы оксидов алюминия, хрома, титана, циркония; нитридов алюминия, титана, кремния, бора; карбидов кремния, титана, ниобия, циркония, бора, ванадия; боридов титана, циркония, ниобия или их смеси - остальное, последующую обсыпку блоков осуществляют крупными фракциями электрокорунда по следующей технологии: первый слой - зерном электрокорунда - 200 мк, второй - зерном - 400 мк, третий и последующие слои оболочки - зерном - 630 мк. Оболочковую бескремнеземную форму подвергают сушке после нанесения каждого слоя, после чего модель удаляют и форму прокаливают (Патент РФ №2285575).

Недостатком известного способа является возникновение деформации керамической формы при ее прокаливании, что приводит к отклонению геометрических размеров отливаемых деталей от размеров, заданных чертежом.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ изготовления бескремнеземных керамических форм для литья по выплавляемым моделям, включающий изготовление модельного блока, послойное нанесение на него огнеупорной суспензии на основе пылевидного электрокорунда, сушку слоев керамической формы, удаление модели и прокалку керамической формы, в котором сушку слоев оболочковой формы проводят в камере с влажностью не менее 95%, с выдержкой для первого слоя 1 час, второго слоя - 3 часа, остальных 4-6 часов и последующей конвективной сушкой каждого слоя, прокаливание керамических форм при температуре 1000-1350°С в течение 4-6 часов, причем керамическая суспензия содержит в качестве связующего алкоксиалюмоксановые олигомеры общей формулы:

RO{[-Al(OR)-O-]×[-Al(OR*)-O-]y}zH,

где z=3-100; x+y=1; R*/Al=0,05÷0,95; R=CnH2n+1; n=1÷4;

R*=C(CH3)=CHC(O)CnH2n+1 C(CH3)=CHC(O)OCnH2n+1 (Патент РФ №2411104).

Недостатками прототипа являются низкая химическая инертность материала керамической формы, приводящая к значительному физико-химическому взаимодействию лицевого слоя формы с расплавленным металлом, и длительный процесс сушки керамической формы.

Технической задачей изобретения является создание способа изготовления бескремнеземной керамической формы для литья по выплавляемым моделям, обеспечивающего улучшение качества литья за счет повышения химической инертности материала керамической формы к расплавам жаропрочных и тугоплавких металлов при температурах литья, превышающих 1600°С, а также сокращение времени сушки керамического покрытия.

Для достижения поставленной задачи предложен способ изготовления бескремнеземной керамической формы для литья по выплавляемым моделям, включающий изготовление модельного блока, послойное нанесение на него огнеупорной суспензии, содержащей алюмоорганическое связующее и электрокорунд, сушку, удаление модели и прокалку керамической формы, в котором на модельный блок сначала наносят, по крайней мере, два слоя огнеупорной суспензии, следующего состава, масс.%:

эпоксидная смола 2,0-10,0
отвердитель аминного типа 0,4-3,0
органический растворитель 10,0-30,0
огнеупорный наполнитель, выбранный из
группы оксидов редкоземельных металлов,
гафния, циркония или их смесь остальное

затем состава на основе алюмоорганического связующего и электрокорунда, а сушку проводят при температуре 40-100°С.

Прокалку осуществляют при температуре 1400-1900°С.

В качестве эпоксидной смолы огнеупорная суспензия может содержать смолы марок: ЭД16, ЭД20, ЭД22 (ГОСТ 10587-84), в качестве отвердителя аминного типа - полиэтиленполиамин - ПЭПА (ТУ2413-357-00203447-99), триэтилентетраамин - ТЭТА (ТУ6-02-1099-77) и другие, в качестве органического растворителя - диметилкетон (ГОСТ 2603-79), 2-этоксиэтанол (ТУ 6-09-3222-79), их смеси и смеси с этиловым спиртом или скипидаром (ГОСТ1571-82).

Применение огнеупорной суспензии предлагаемого состава позволяет сформировать химически инертный к расплавам активных жаропрочных и тугоплавких сплавов лицевой слой в бескремнеземной керамической форме и тем самым повысить качество отливок.

В процессе сушки при температурах 40-100°С происходит испарение

органического растворителя и последующее отверждение эпоксидной смолы с образованием пространственного полимера. Глубина и скорость отверждения эпоксидной смолы возрастает с увеличением температуры. При снижении температуры сушки ниже 40°С скорость сушки снижается примерно в 2 раза по сравнению с температурой сушки 100°С, что технологически не оправдано. Повышение температуры сушки выше 100°С может приводить к деформации модели и частичной деструкции полимера.

После нанесения на модельный блок состава на основе алюмоорганического связующего проводят его сушку при температурах 40-100°С, в отличие от прототипа, в котором сушку осуществляют во влажных условиях, что важно в случае использования водорастворимых модельных композиций. Кроме этого, такой способ сушки алюмоорганического связующего позволяет увеличить его скорость примерно 3-4 раза.

Прокалку, согласно предлагаемому способу, проводят при температуре 1400-1900°С.

В процессе прокалки происходит термодеструкция отвержденной эпоксидной смолы и органического обрамления алюмоорганического связующего с образованием прямых связей между частицами оксидов РЗМ, оксидов циркония, оксидов гафния и их смеси, а также связей атомов алюминия с атомами кислорода. С увеличением температуры прокалки возрастает фазовая стабильность материала керамической формы и ее рабочая температура.

Примеры осуществления способа

Пример 1

Из водорастворимой модельной композиции на основе мочевины изготовили модельный блок лопаток и на него нанесли два слоя огнеупорной суспензии, следующего химического состава, масс.%:

эпоксидная диановая смола - марки ЭД-16 6,0
отвердитель - полиэтиленполиамин (ПЭПА) 1,7
органический растворитель - диметилкетон 20,0
огнеупорный наполнитель - оксид гадолиния остальное

Каждый слой подвергали сушке на воздухе при температуре 70°С в течение 1,0-1,5 часа.

Последующие слои изготавливали с использованием огнеупорной суспензии на алюмоорганическом связующем марки «Алюмокс» с содержанием Al2O3 - 10 масс.% и послойно наносили огнеупорную суспензию следующего химического состава, масс.%:

алюмоорганическое связующее («Алюмокс» ТУ6-02-1-644-90) 25
огнеупорный наполнитель - порошок электрокорунда 75

После нанесения каждого слоя производили сушку керамической формы при температуре 70°С в течение 1,0-1,5 часа. Общее количество нанесенных слоев - 8. Удаление модельного блока проводили струей воды. Прокалку выполняли в электрической печи при температуре 1750°С в воздушной среде.

Аналогичным способом изготавливали бескремнеземные формы по примерам 2-9.

Составы огнеупорной суспензии, параметры и свойства по предлагаемому способу и прототипу приведены в таблице.

Керамические формы после прокалки заливали расплавом ниобиевого композита системы Nb-Ti-Hf-Cr-Al-Si при температуре 1800°С в среде аргона при разряжении 0,1 атм.

Оценка зоны химического взаимодействия ниобиевого расплава с керамической формой проводилась на поперечных шлифах отливки при помощи сканирующей микроскопии на приборе JSM-840.

Как видно из таблицы, по предлагаемому способу время сушки керамической формы по сравнению с прототипом сокращается более чем в 2,5 раза, а максимальная толщина зоны взаимодействия уменьшается в 2-5 раза, что приводит к повышению точности геометрических размеров отливки и соответственно к улучшению качества литья за счет снижения брака.

Таким образом, обеспечивается улучшение качества литья и сокращение времени сушки керамического покрытия.

Применение предлагаемого способа изготовления бескремнеземной керамической формы для литья по выплавляемым моделям позволяет получать более высокий температурный градиент на фронте роста кристаллов, что способствует измельчению структуры сплавов и повышает их свойства.

1. Способ изготовления бескремнеземной керамической формы для литья по выплавляемым моделям, включающий изготовление модельного блока, послойное нанесение на него огнеупорной суспензии, содержащей алюмоорганическое связующее и электрокорунд, сушку, удаление модели и прокалку керамической формы, отличающийся тем, что на модельный блок сначала наносят, по крайней мере, два слоя огнеупорной суспензии следующего состава, мас.%:

эпоксидная смола 2,0-10,0
отвердитель аминного тина 0,4-3,0
органический растворитель 10,0-30,0
огнеупорный наполнитель, выбранный
из группы оксидов редкоземельных
металлов, гафния, циркония или их смесь остальное,

затем наносят слой суспензии на основе алюмоорганического связующего и электрокорунда, а сушку проводят при температуре 40-100°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокалку осуществляют при температуре 1400-1900°С.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на модель методом погружения нейтральной гидрофобной пленки из материала на основе воска, послойное формирование на модели огнеупорной оболочки, удаление модели, сушку и обжиг керамической формы.

Изобретение относится к изготовлению металлических лопаточных аппаратов низкого давления газотурбинного двигателя, в котором лопатки имеют внутреннюю полость, предназначенную для размещения в ней датчика детектирования газов или для сообщения с таким датчиком.
Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к литейному производству. .
Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для фасонного литья точных отливок из высоколегированных сплавов. .
Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению отливок по выплавляемым моделям. .

Суспензия для получения литейной формы содержит от 50 до 80 мас.% термостойких частиц, средний размер которых составляет от 0,5 до 150 мкм, от 5 до 35 мас.% частиц оксида алюминия, средний диаметр которых составляет менее 300 нм, и от 5 до 35 мас.% воды, pH указанной суспензии составляет от 5 до 12. Суспензию получают путем смешивания водной дисперсии, содержащей частицы оксида алюминия, с термостойкими частицами, средний размер которых составляет от 0,5 до 150 мкм, и, если это необходимо, с добавками. Средний диаметр частиц оксида алюминия в дисперсии составляет менее чем 300 нм в твердом виде, содержание частиц оксида алюминия составляет более чем 15 мас.%, а pH составляет от 5 до 12. С использованием суспензии получают литейную форму для точного литья. Обеспечивается повышение устойчивости суспензии, сокращение времени сушки формы, повышение прочности формы и упрощение ее изготовления. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 табл., 5 пр.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает изготовление огнеупорной оболочки путем нанесения на выплавляемую модель суспензии на основе огнеупорного материала с применением в качестве связующего этилсиликата. При формовке в опоку на поверхность огнеупорной оболочки предварительно наносят графит из расчета 1 грамм на 1 см2 площади без учета поверхности литниково-питающей системы. Остальной объем опоки заполняют шамотной крошкой и герметизируют поверхностным слоем, состоящим из шамотной крошки и жидкого стекла толщиной не менее 50 мм. Последующее вакуумирование огнеупорной оболочки, заформованной в опоку, осуществляют после прокалки перед заливкой жидкой сталью. Обеспечивается производство отливок без поверхностного окисления и питтинга. 1 табл.
Изобретение относится к литейному производству. На внешнюю поверхность газифицируемой модели наносят предварительно разведенную в жидкости до пастообразного состояния обмазку, содержащую, мас.%: карбид бора 55-75; фторид натрия, 1-5; диборид титана 25-45. Производят сушку на воздухе до получения твердой корки. Высушенную газифицируемую модель формуют в опоке, засыпая сухим кварцевым песком, заливают расплав и получают отливку с упрочненным керамическим слоем, под которым находится упрочненный диффузионный слой. Обеспечивается повышение износостойкости и коррозионной стойкости. 1 табл.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает изготовление восковой выплавляемой модели, формирование огнеупорной оболочковой формы путем послойного нанесения на восковую модель огнеупорного покрытия с сушкой каждого из слоев и выплавление восковой модели. Для предотвращения растрескивания оболочковых форм перед выплавлением восковой модели из оболочковой формы восковую модель с нанесенной на нее оболочковой формой охлаждают на 7-16°C. 1 табл., 6 пр.

Изобретение относится к области литейного производства. В пресс-форму устанавливают один или несколько элементов, изготовленных из химико-термически обработанных металлических материалов или сплавов. Засыпают или задувают предвспененные гранулы пенополистирола. Осуществляют окончательное вспенивание гранул. После изготовления модели пресс-форма разбирается, а элементы, установленные в пресс-форму, остаются в модели из пенополистирола. Для создания переходного слоя на границе на элемент, установленный в пресс-форму, наносят легирующие элементы в виде краски, пасты или пудры с различной концентрацией легирующих элементов или соединений. Обеспечивается получение композиционных отливок высокой точности с заданными свойствами. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает изготовление моделей из пенополистирола, фиксирование вставок в модели, размещение моделей в опоке и заливку их металлическими расплавами. Вставки изготавливают компактированием легирующих порошкообразных материалов в контейнере с толщиной стенок от 0,1 мм до 20 мм. Крупность легирующих порошкообразных материалов выбирается от 1 нм до 6 мм. Обеспечивается формирование в отливках различной по составу и свойствам упрочненной легированной зоны. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 11 пр.

Изобретение относится к литейному производству. Отдельные сектора корпуса отливают из стали с содержанием углерода 0,05-0,14% методом литья по газифицированным моделям. Соединяют сектора между собой боковыми сторонами и сваривают по линии стыка. Термообрабатывают магнитопровод. Обеспечивается изготовление магнитопроводов масса которых многократно превышает загрузку плавильной печи.3 ил., 2 пр.

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает помещение сплава в литейную форму и окисление элемента сплава с формированием защитного слоя на поверхности отливки. Литейная форма имеет внутреннее покрытие, содержащее оксид хрома, оксид ниобия, оксид титана, оксид тантала, оксид кремния, циркон, оксид иттрия или их сочетания. Защитный слой формируют восстановлением одного или более составляющих внутреннего покрытия одним или более элементами сплава. Обеспечивается уменьшение образования поверхностных раковин в отливках. 9 з.п. ф-лы, 5 ил., 8 пр.
Изобретение относится к литейному производству. Способ включает приготовление огнеупорной суспензии, послойное формирование огнеупорных слоев оболочки, сушку, отверждение, выплавление модели, сушку и обжиг полученной керамической формооболочки. После нанесения обсыпочного материала на суспензионный слой и сушки в местах сложного профиля на него подают пульсирующую струю органического вещества в виде аэрозоля с расходом 10÷30 см3/кг за два или три цикла. Подачу аэрозоля производят в течение 0,5 с за один цикл с периодичностью 1÷2 минуты. Аэрозоль наносят на третий, пятый и седьмой слои формы. Обеспечивается получение керамических форм со стабильными показателями прочности для литых деталей со сложным профилем. 1 табл.

Изобретение относится к области литейного производства. На модели формируют огнеупорные слои из огнеупорной суспензии на основе этилсиликатного связующего. Для формирования 5-9 слоев используют этилсиликатное связующее с пониженным до 8-10 мас.% содержанием условного кремнезема, содержащее поверхностно-активное вещество в количестве 0,2 мас.%. Осуществляют выплавление модели, сушку керамической формы, ее пропитку, сушку и обжиг. Пропитку керамической формы осуществляют с внешней стороны методом погружения 5-10%-ными водными растворами хлоридов бария, кальция или сернокислого алюминия в течение 5-10 с. Обеспечивается получение керамических форм с оптимальными и стабильными показателями прочности при снижении расхода этилсиликата. 1 табл.
Наверх