Способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям

Авторы патента:

B22C9/04 - с применением разовых моделей

Владельцы патента RU 2532583:

Федеральное государственное унитарное предприятие Федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" им. М.В. Проценко" (ФГУП ФНПЦ "ПО "СТАРТ" им. М.В. Проценко") (RU)

Изобретение относится к литейному производству. На модельном блоке формируют оболочку с использованием кремнезольного связующего, огнеупорного наполнителя и обсыпочного материала. Проводят сушку слоев оболочки, вытопку модельного состава в горячей воде. Для формирования первого слоя или двух первых слоев используют суспензию, содержащую, об.%: кремнезоль кислый 37-41 и плавленый кварц 59-63. Для формирования последующих слоев используют суспензию, содержащую, об.%: кремнезоль основной 36-44 и плавленый кварц 56-64. Обеспечивается повышение прочности керамических оболочковых форм.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления керамических оболочковых форм при литье по выплавляемым моделям для получения точных отливок.

Из предыдущего уровня техники известны способы изготовления литейных форм по выплавляемым моделям, для осуществления которых используется суспензии, содержащие в своем составе кремнезоль.

Известна суспензия, применяемая для процесса изготовления литейных форм по выплавляемым моделям, которая содержит кислый кремнезоль, этилсиликат, поверхностно-активное вещество и огнеупорный наполнитель (А.с. СССР №616039, МПК B22C 1/16. Суспензия для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям / В.Н. Иванов, А.Д. Чулкова, Н.А. Шабанова, Ю.Г. Фролов, Ю.И. Растегин. - №2439736; заявл. 14.01.1977; опубл. 05.05.1980).

Недостатком указанного технического решения является применение в технологическом процессе токсичных кислот (соляной и фосфорной) и этилсиликата, что отрицательно влияет на экологическую безопасность производства. Кроме того, присутствие этилсиликата сокращает время живучести керамической суспензии из-за развития процессов гелеобразования при хранении суспензии.

Известна суспензия для изготовления литейных оболочковых форм по выплавляемым моделям, содержащая этилсиликат, кремнезоль основной, поверхностно-активное вещество анионоактивное и кварц пылевидный (А.с. СССР №1109238, МПК B22C 1/00, B22C 1/16. Суспензия для изготовления литейных оболочковых форм по выплавляемым моделям / Л.Ф. Лобанова, Р.И. Шкурская, Г.Ф. Гудова, С.О. Щелкунов, Г.И. Агафонов. - №36000217; заявл. 07.04.1983; опубл. 15.10.1988).

Недостатком указанного технического решения является наличие в технологическом процессе токсичного этилсиликата. Наличие в кремнезоле основном Na₂O снижает химическую стойкость керамической формы к заливаемому расплаву.

Известен способ изготовления форм по выплавляемым моделям, в котором использован щелочной кремнезоль, термореактивная смола и огнеупорный порошок (Патент JP 3106534, МПК B22C 1/16, B22C 9/04. Высокоточная форма для литья и способ ее изготовления / Tsukahara Takayaki, Kondou Masanori. - №19890245577; заявл. 21.09.1989).

К недостаткам указанного технического решения можно отнести:

- увеличение номенклатуры ингредиентов для приготовления суспензии (термореактивная смола);

- увеличение стоимости изготовления керамической формы, вызванное применением дополнительных ингредиентов в суспензии;

- снижение химической стойкости керамической формы к заливаемому расплаву вследствие наличия Na₂O в кремнезоле основном.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому изобретению является способ, описанный в изобретении по патенту РФ №2446910, согласно которому покрытие наносят окунанием модельного блока в керамическую суспензию, содержащую кремнезоль кислый, поливиниловый спирт, поверхностно-активное вещество, пеногаситель и обессоленную воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кислый кремнезоль	80-87
Поливиниловый спирт	0,4-0,8
Поверхностно-активное вещество	0,5-0,7
Пеногаситель	0,1-0,15
Обессоленная вода	остальное

На суспензию наносят зернистый материал (плавленый кварц). Каждый слой подвергают отверждению - сушке при температуре 25-30°C. После окончательного формирования оболочковой формы вытапливают модельную массу в кипящей воде (Патент РФ №2446910, МПК B22C 1/18. Связующее для изготовления оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям / А.С. Максютин, Н.А. Зотов, Н.С. Петелькина. - №2010154014; заявл. 28.12.2010; опубл. 10.04.2012).

Недостатком указанного технического решения является то, что кислые кремнезольные связующие обладают промежуточным характером затвердевания, в связи с чем керамическая оболочка может разупрочняться в процессе вытопки модельной массы в горячей воде.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение прочности керамических оболочковых форм.

Поставленная задача достигается тем, что согласно предлагаемому способу на модельном блоке формируют оболочку с использованием кремнезольного связующего, огнеупорного наполнителя и обсыпочного материала, в качестве которых используют плавленый кварц. После этого проводят сушку слоев, вытопку модельного состава в горячей воде. Отличием от прототипа является то, что для формирования первого слоя или двух первых слоев используют суспензию, содержащую кремнезоль кислый и плавленый кварц при следующем соотношении компонентов (об.%):

Кремнезоль кислый	37-41
Плавленый кварц	59-63.

Для формирования последующих слоев используют суспензию, содержащую кремнезоль основной и плавленый кварц при следующем соотношении компонентов (об.%):

Кремнезоль основной	36-44
Плавленый кварц	56-64.

Указанное соотношение компонентов в суспензии для формирования первого слоя или двух первых слоев позволяет добиться наилучшей кроющей способности, что оказывает влияние на качество поверхности отливок.

Применение покрытий с разными уровнями кислотности (щелочности) улучшает адгезионные свойства между покрытиями за счет образования водородных связей. Физико-химические изменения на границе двух сред приводят к установлению кислотно-щелочного равновесия между ними. При изменении pH раствора в сторону кислой среды, если золь был щелочным, и в сторону щелочной, если золь был кислым, происходит процесс гелеобразования, при этом протекает процесс объединения мицелл в более крупные агломераты.

Плавленый кварц в качестве наполнителя суспензии на основе кремнезоля обеспечивает гомогенность суспензии и дает однородное покрытие.

В составе кислых кремнезольных связующих практически полностью отсутствует Na₂O, кроме этого они, как правило, являются модифицированными (алюминизированными). Это обеспечивает высокую огнеупорность и химическую стойкость покрытий на их основе к заливаемому расплаву. Однако кислые кремнезольные связующие обладают промежуточным характером затвердевания, что приводит к разупрочнению керамической оболочки в горячей воде.

Керамические покрытия на базе кремнезолей основных имеют несколько худшие показатели по огнеупорности и химической стойкости к заливаемому расплаву из-за наличия в кремнезоле основном Na₂O. Тем не менее, такие покрытия при высыхании твердеют необратимо, что позволяет успешно производить вытопку модельного состава в горячей воде.

Внутренний слой формы при вытопке модельного состава в горячей воде находится в контакте с модельным составом и частично пропитывается им, что ограничивает контакт внутреннего слоя формы с горячей водой. Это позволяет изготавливать первые слои на основе кислого кремнезольного связующего.

Внешний слой формы при вытопке модельного состава с первых секунд контактирует с горячей водой. Использование для создания последующих слоев кремнезоля основного предотвращает разупрочнение керамической оболочки. Кроме того, кремнезоль основной является более дешевым по сравнению с кремнезолем кислым.

Способ осуществляется следующим образом. При изготовлении суспензии для первого или двух первых слоев оболочки вначале в бак-смеситель вливают кремнезоль кислый «Армосил К» (ТУ 2145-008-61801487-2010), затем при включенной мешалке порциями вводят наполнитель плавленый кварц «Экосил-мелур-1» при следующем соотношении компонентов, об. %:

Кремнезоль кислый	39
Плавленый кварц	61.

После перемешивания замеряют вязкость суспензии вискозиметром ВЗ-4. На первые слои вязкость составляет 25…65 секунд.

При изготовлении суспензии, используемой для формирования последующих слоев в бак-смеситель вливают кремнезоль основной «Армосил А» (ТУ 2145-005-95412478-2006), затем при включенной мешалке порциями вводят наполнитель плавленый кварц «Экосил-мелур-1» (ТУ 5931-002-71435339-2004) при следующем соотношении компонентов, об. %:

Кремнезоль основной	40
Плавленый кварц	60.

После перемешивания замеряют вязкость суспензии вискозиметром ВЗ-4. На последующие слои вязкость составляет 20…80 секунд.

Покрытие наносят окунанием модельного блока в керамическую суспензию с последующей обсыпкой его зернистым материалом. В качестве обсыпочного материала применяют плавленый кварц, причем размер зерен при обсыпке последовательно увеличивается от лицевого (первого слоя) к наружному. Рекомендуется такая последовательность обсыпки: для первого слоя - плавленый кварц «Экосил-мелур-2» зернистостью 0,063-0,125 мм, для второго слоя - плавленый кварц «Экосил-мелур-3» зернистостью 0,125-0,315 мм, для третьего и последующих слоев - «Экосил-мелур-5» зернистостью 0,4-0,63 мм. Обсыпка проводится в пескосыпах с псевдокипящим слоем. Каждый слой подвергают отверждению - сушке в потоке воздуха с относительной влажностью 40-50% при температуре 20-30°C. Время сушки слоев оболочковой формы на базе кремнезоля кислого не менее 40 мин, на базе кремнезоля основного - не менее 70 мин. После окончательного формирования керамической оболочки на модельном блоке проводят удаление модельной массы в горячей воде.

Заявляемые соотношения компонентов в суспензии позволяют добиться наилучшего результата при формировании оболочек. Если в связующем на основе кремнезоля кислого содержание плавленого кварца будет менее 59 об.%, возможно «стекание» слоя. При содержании кварца более 63 об.% связующее неравномерно распределяется по модельному блоку и приводит к тому, что мелкие неровности не заполняются суспензией.

Если в связующем на основе кремнезоля основного содержание плавленого кварца будет менее 56 об.%, то прилипание обсыпочного материала к суспензии будет неустойчивым. Содержание кварца более 64 об.% приводит к тем же недостаткам, что и в связующем на основе кремнезоля кислого.

По сравнению с техническим решением, взятым за прототип, предлагаемый способ дополнительно обеспечивает достижение следующих результатов:

- снижение времени и трудоемкости процесса получения суспензии в связи с устранением дополнительных операций (приготовление эмульсии поверхностно-активного вещества с пеногасителем и приготовление рабочего раствора поливинилового спирта);

- уменьшение номенклатуры ингредиентов для приготовления суспензии за счет исключения поливинилового спирта, поверхностно-активного вещества, пеногасителя, обессоленной воды;

- снижение стоимости изготовления керамической формы за счет исключения дополнительных ингредиентов.

Способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям, включающий формирование на модельном блоке оболочки с использованием кремнезольного связующего, плавленого кварца в качестве огнеупорного наполнителя и обсыпочного материала, сушку слоев оболочки и вытопку модельного состава в горячей воде, отличающийся тем, что для формирования первого или двух первых слоев оболочки используют кремнезоль кислый и плавленый кварц при следующем соотношении компонентов, об.%:

Кремнезоль кислый	37-41
Плавленый кварц	59-63,

а для формирования последующих слоев оболочки используют суспензию, содержащую кремнезоль основной и плавленый кварц при следующем соотношении компонентов, об.%:

Кремнезоль основной	36-44
Плавленый кварц	56-64.

Изобретение относится к области литейного производства. На модели формируют огнеупорные слои из огнеупорной суспензии на основе этилсиликатного связующего.

Способ изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям для сложнопрофильных отливок // 2529603

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.

Отливки из сплава, имеющие защитные слои, и способы их изготовления // 2529134

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает помещение сплава в литейную форму и окисление элемента сплава с формированием защитного слоя на поверхности отливки.

Способ изготовления магнитопровода грузоподъемного электромагнита // 2521773

Изобретение относится к литейному производству. Отдельные сектора корпуса отливают из стали с содержанием углерода 0,05-0,14% методом литья по газифицированным моделям.

Способ получения композиционных отливок методом литья по газифицируемым моделям // 2514250

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.

Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок // 2510304

Изобретение относится к области литейного производства. В пресс-форму устанавливают один или несколько элементов, изготовленных из химико-термически обработанных металлических материалов или сплавов.

Способ изготовления оболочковой огнеупорной формы // 2509622

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.

Способ изготовления упрочненных стальных и чугунных деталей // 2508959

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.

Способ изготовления форм для литья по выплавляемым моделям // 2505376

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.

Дисперсия, суспензия и способ получения формы для точного литья с использованием суспензии // 2504452

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.

Способ изготовления отливок по выплавляемым моделям // 2532750

Изобретение относится к литейному производству. На блок выплавляемых моделей послойно наносят огнеупорную суспензию. В состав суспензии первого слоя вводят мелкодисперсный модификатор - абразивную пыль полировально-шлифовальной обработки изделий из сплавов черных металлов в количестве 1-2 мас.% суспензии. Осуществляют обсыпку зернистым материалом, вытопку моделей, сушку, прокаливание форм и помещение их в экранирующее термостатирующее устройство. Оболочковые формы заливают металлическим расплавом и осуществляют финишные операции. Обеспечивается получение отливок высокого качества при обеспечении контролируемой кристаллизации. 1 ил., 1 пр.

Способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям // 2532753

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает послойное нанесение на блок выплавляемых моделей огнеупорной суспензии, обсыпку зернистым материалом, вытопку моделей, сушку и прокаливание. Начиная со второго слоя оболочки, используют огнеупорную суспензию с кислородсодержащим веществом и борной кислотой в количестве 3-4 мас.%. Обеспечивается повышение качества оболочковых форм и отливок. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям // 2532764

Изобретение относится к литейному производству. На блок выплавляемых моделей наносят огнеупорную суспензию. Обсыпают его зернистым материалом. В первый слой оболочки, в состав зернистого материала для обсыпки, вводят порошок алюминия в количестве 5-10 мас.%, а начиная со второго слоя оболочки, - кислородсодержащее вещество в количестве 5-10 мас.% и борную кислоту в количестве 2-3 мас.%. Модели вытапливают. Полученную оболочку сушат и прокаливают. Обеспечивается повышение безопасности процесса литья по выплавляемым моделям при высоком качестве оболочковых форм и получаемых отливок. 1 табл., 1 пр.

Обсыпочный материал для изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям // 2532765

Изобретение относится к литейному производству. Обсыпочный материал содержит в мас.%: электрокорунд 30-40, железная окалина 25-35, железо остальное. Обеспечивается повышение качества оболочковых форм и получаемых отливок. 1 табл., 1 пр.

Способ изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям // 2536130

Заявленное изобретение относится к литейному производству. Подготовленную огнеупорную суспензию наносят послойно на модель методом погружения и наносят обсыпку. Для формирования на модели второго и последующих слоев после погружения в суспензию модели выдержку производят в течение 5 с, а выдержку формооболочки с моделью в суспензии для формирования пятого и последующих слоев, кроме закрепляющего, производят в течение 2 с. Огнеупорные слои сушат и отверждают. Модель удаляют, формооболочку сушат и обжигают. Обеспечивается повышение эффективности процесса изготовления керамических форм и получение стабильных значений прочности керамики. 1 табл.

Способ изготовления формы для литья по выплавляемым моделям (варианты) // 2539894

Изобретение относится к области литейного производства. Послойно формируют оболочку из огнеупорного, обсыпочного и связующего материалов. Слои формы сушат и выплавляют модель. Форму монтируют в опоку, заполняемую смесью опорного наполнителя и древесно-угольного карбюризатора. Осуществляют герметизацию опорного наполнителя и древесно-угольного карбюризатора и заливочной воронки стояка со стороны их верхних уровней жидким стеклом или кремнезолем в смеси с пылевидным кварцевым песком при следующем соотношении компонентов 1:1,5-2. Форму прокаливают. Герметизацию заливочной воронки стояка осуществляют стаканом из огнеупорного материала. Обеспечивается снижение брака отливок по пленам, точечным и другим поверхностным дефектам отливок на 30-50%. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

Способ изготовления керамических оболочек для литья по удаляемым моделям // 2547071

Изобретение относится к литейному производству. Модельный блок послойно обмазывают керамической суспензией с последующей обсыпкой огнеупорным материалом и сушкой каждого слоя. В качестве обсыпочного материала используют измельченный бой керамических оболочек, содержащий в своем составе кварц в фазах тридимита и кристобалита, железо и железную окалину. Обеспечивается повышение трещиностойкости и прочности керамических оболочек. 1 пр.

Способ получения отливок по выплавляемым моделям // 2557855

Изобретение относится к области литейного производства. Изготавливают форму из сыпучего огнеупорного магнитного материала в литейном корпусе с разовой моделью путем воздействия вакуума и электромагнитного поля для уплотнения материала. Модель удаляют с помощью вакуума, оказывая на огнеупорный дисперсный магнитный материал формы избыточное воздушное давление (1,5-2,5)·105 Па. Расплавленный металл заливают в полученную форму путем создания разряжения в форме и подачи давления на расплав и воздействия на огнеупорный дисперсный магнитный материал формы наносекундными электромагнитными импульсами в течение 30-60 секунд. Извлечение отливки из формы осуществляют после кристаллизации расплава путем снятия магнитного поля и высыпания огнеупорного магнитного материала из литейного корпуса. Обеспечивается повышение формозаполняемости, трещиноустойчивости и исключение пропитки модельной массой огнеупорного магнитного материала формы. 2 табл., 2 пр.

Способ изготовления отливок по газифицируемым моделям // 2571238

Изобретение относится к литейному производству. Газифицируемую модель из пенополистирола с литниково-питающей системой, включающей прибыль, окрашивают противопригарной краской. Осуществляют формовку и заливку металлом формы. 15-75% прибыли литниково-питающей системы выполняют полой и перед формовкой заполняют полую часть прибыли экзотермической смесью. Экзотермическая смесь содержит в вес. %: окисляемый компонент 5-65, окислитель 5-65, катализатор 0-10, вермикулит вспученный остальное. Обеспечивается повышение качества отливок, снижение размеров прибыли и увеличение коэффициента использования жидкого металла. 3 з.п. ф-лы.

Способ изготовления комбинированных оболочковых форм по выплавляемым моделям для получения отливок из жаропрочных сплавов с направленной и монокристаллической структурами // 2572118

Изобретение относится к области литейного производства. Изготавливают модель. Послойно наносят на модель огнеупорную суспензию на основе пылевидного электрокорунда. Первые два слоя наносят с использованием в огнеупорной суспензии алюмоорганического связующего, содержащего хелатированный полиалкоксиалюмоксан 20-30 мас. % и алифатический спирт - остальное до 100%. Последующие слои наносят с использованием суспензии на основе связующего гидролизованного этилсиликата с добавкой активатора спекания алюминиевого порошка АСД-4. Осуществляют последующую обсыпку каждого слоя зернистым электрокорундом. Сушку первых двух слоев производят при 100% влажности, достигаемой распылением или разбрызгиванием воды, с последующей конвективной сушкой путем обдувания воздухом в течение 2-3 часов в условиях цеха при температуре 23-25°С. Удаляют модель. Формы прокаливают при температуре 1200-1350°С в течение 8-12 часов. Обеспечивается повышение прочности материала форм, снижение химического взаимодействия на границе металл-форма и уменьшение шероховатости отливок. 1 табл., 2 пр.