Способ изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям

Авторы патента:

Ивочкина Ольга Викторовна (RU)

Варламов Алексей Сергеевич (RU)

Знаменский Леонид Геннадьевич (RU)

B22C9/04 - с применением разовых моделей

Владельцы патента RU 2613244:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") (RU)

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения сложнопрофильных и тонкостенных отливок для авиационной техники и машиностроения. Способ включает получение моделей в пресс-форме, сборку моделей в модельный блок, окрашивание модельного блока газопроницаемой антипригарной краской, размещение модельного блока в опоке, заполнение опоки несвязанным формовочным материалом, уплотнение его вибрацией, герметизацию и вакуумирование опоки, заливку металла. Модели получают путем нанесения модификаторов на предварительно вспененные гранулы пенополистирола, засыпки их в пресс-форму совместно с неокрашенными гранулами пенополистирола и окончательного вспенивании. Модификаторы наносят в виде химически твердеющего плакирующего состава, содержащего, мас. %: наноструктурированный алмазный порошок 0,5…1,0; периклаз 1,5…2,0; водный раствор алюмоборфосфатного концентрата – остальное. Нанесение модификаторов осуществляют путем впрыскивания аэрозоля плакирующего состава в кипящий слой гранул пенополистирола с удельной скоростью (1…4)×10^-3 кг/с⋅м². Обеспечивается повышение физико-механических и литейных свойств сплавов и отливок. 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для производства отливок литьем по газифицируемым моделям (ЛГМ).

Модифицирование структуры - одна из основных операций в технологии производства отливок из чугуна, алюминиевых, магниевых и других сплавов. При этом перспективным следует считать внутриформенное модифицирование. Ближайшим аналогом является способ получения отливки литьем по газифицируемым моделям, включающий получение моделей в пресс-форме путем нанесения на предварительно вспененные гранулы пенополистирола модификаторов или легирующих добавок в виде краски, последующей сушки, засыпки их в пресс-форму и окончательного вспенивания, сборку моделей в модельный блок, окрашивание модельного блока газопроницаемой антипригарной краской, размещение модельного блока в опоке, заполнение опоки несвязанным формовочным материалом, уплотнение его вибрацией, герметизацию и вакуумирование опоки, заливку металла (Пат. РФ 2048953, 2010. Газифицируемая модель для литых заготовок режущего инструмента и пресс-форма для ее изготовления / Пирайнен В.Ю., Гребешков В.К.)

Наиболее близким по технической сущности является способ введения модификаторов и легирующих добавок при литье по газифицируемым моделям (Пат. РФ 2427442, 2010. Способ введения модификаторов и легирующих добавок при литье по газифицируемым моделям / Лещев А.Ю., Липанов A.M., Овчаренко П.Г., Дементьев В.Б.). В соответствии с этим прототипом на предварительно вспененные гранулы пенополистирола наносят модификаторы или легирующие добавки в виде краски. К окрашенным гранулам пенополистирола добавляют неокрашенные предварительно вспененные гранулы пенополистирола в количестве от 2 до 94% по объему. Гранулы сушат, засыпают в пресс-форму для окончательного вспенивания для изготовления модели. Полученные модели собирают в модельный блок, окрашивают модельные блоки газопроницаемой антипригарной краской, размещают в опоке, засыпают несвязанным формовочным материалом (песком), уплотняют вибрацией, герметизируют, вакуумируют и заливают металлом.

Способ прототипа, хотя и обеспечивает некоторое повышение физико-механических свойств отливок, имеет следующий ряд существенных недостатков:

- наличие трудоемкой и энергоемкой сушки пенополистирола при введении модификатора;

- для тонкорельефных и сложнопрофильных газифицируемых моделей неудовлетворительное распределение модификатора на гранулах пенополистирола с широким разбросом значений толщины их покрытия;

- низкий уровень адгезии частиц модификатора к гранулам пенополистирола, приводящий к преждевременному отслоению модификатора при изготовлении модели;

- нестабильность эффекта модифицирования вследствие слабой адгезии и неравномерного распределения модификатора в объеме полистирольной модели;

- несущественное улучшение литейных свойств алюминиевых и магниевых сплавов при использовании способа прототипа, в частности склонности к образованию трещин;

- недостаточно высокий уровень повышения физико-механических свойств алюминиевых и магниевых сплавов для получения ЛГМ сложно-профильных и тонкорельефных отливок ответственного назначения.

Таким образом, способ прототипа не обеспечивает высокий уровень качества отливок из магниевых, алюминиевых и других сплавов для нужд современной авиационной техники и машиностроения.

В основу изобретения положена техническая задача - ускорение цикла подготовки и обеспечение высоких адгезии и равномерности распределения модификаторов на гранулах пенополистирола, определяющих улучшение как физико-механических, так и литейных свойств сплавов и отливок, полученных ЛГМ, в особенности сложнопрофильных и тонкостенных для авиационной техники и машиностроения.

Указанная техническая задача решается таким образом, что в способе изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям, включающем получение моделей в пресс-форме путем нанесения на предварительно вспененные гранулы пенополистирола модификаторов в виде краски, засыпки их в пресс-форму совместно с неокрашенными гранулами пенополистирола и окончательного вспенивания, сборку моделей в модельный блок, окрашивание модельного блока газопроницаемой антипригарной краской, размещение модельного блока в опоке, заполнение опоки несвязанным формовочным материалом, уплотнение его вибрацией, герметизацию и вакуумирование опоки, заливку металла, согласно изобретению на гранулы пенополистирола наносят химически твердеющий плакирующий состав, мас. %:

наноструктурированный алмазный порошок	0,5…1,0
периклаз	1,5…2,0
водный раствор алюмоборфосфатного концентрата	остальное,

а плакирование осуществляют путем впрыскивания аэрозоля плакирующего состава в кипящий слой гранул пенополистирола с удельной скоростью (1…4)×10^-3 кг/с⋅м².

Наноструктурированный алмазный порошок (НАП) состоит из тугоплавких ультрадисперсных частиц. Ультрадисперсный алмаз, или наноалмаз - это углеродная структура, имеющая кристаллическую решетку типа алмаза и размеры от 1…10 нм. При этом наиболее предпочтительно использовать НАП, полученный ударно-волновым синтезом (Даниленко В.В. Синтез и спекание алмаза взрывом / В.В. Даниленко. – М.: Энергоатомиздат, 2003. - 272 с.). В результате синтеза в сильнонеравновесных условиях получаются уникальные нанокристаллические структуры. Средний размер частиц соответствует 125…135 нм, доля частиц размером менее 100 нм составляет порядка 20%, что позволяет отнести используемый материал к наноструктурированному.

Нанесение на предварительно вспененные гранулы пенополистирола химически твердеющего состава с модификатором обеспечивает образование плакирующего слоя из НАП, исключающего энергоемкую сушку вспененных гранул пенополистирола. Причем, плакирующий состав является химически твердеющим, а потому создает условия для высокой адгезии его к гранулам пенополистирола.

Проведение плакирования вспененных гранул пенополистирола в кипящем слое путем впрыскивания в него аэрозоля плакирующего состава обеспечивает высокую степень равномерности распределения модификатора на гранулах пенополистирола. Плакирование в кипящем слое позволяет осуществить цикличность процесса и его высокую технологичность. Равномерно распределенные на гранулах пенополистирола и химически связанные с ними частицы модификатора (НАП) вызывают при последующей заливке расплава на такую модель стабильное модифицирование, измельчение структуры сплава и повышение физико-механических свойств отливок в ЛГМ.

Предлагаемый способ изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям осуществляют следующим образом.

Предварительно вспененные гранулы пенополистирола помещают в аппарат кипящего слоя. Готовят плакирующий состав, % масс.: НАП - 0,5…1,0; периклаз - 1,5…2,0; водный раствор алюмоборфосфатного концентрата (АБФК) - остальное. Количество периклаза 1,5…2,0% масс. обеспечивает ускоренное химическое затвердевание плакирующего состава на гранулах пенополистирола. Количество модификатора - НАП 0,5…1,0% масс. в плакирующем слое на гранулах пенополистирола создает условия для эффективного и стабильного модифицирования алюминиевых, магниевых и других сплавов.

Указанный химически твердеющий состав впрыскивают в виде аэрозоля в кипящий слой гранул пенополистирола с удельной скоростью (1…4)×10^-3 кг/с⋅м². Удельная скорость впрыскивания - это масса плакирующего состава, впрыскиваемая в единицу времени на единицу площади кипящего слоя пенополистирола. Представленный диапазон значений удельной скорости впрыскивания плакирующего состава обеспечивает высокую степень равномерности покрытия гранул пенополистирола модификатором - НАП. Если удельная скорость будет меньше, чем 1×10^-3 кг/с⋅м², то толщина плакирующей пленки будет недостаточной для стабильного внутриформенного модифицирования расплава в ЛГМ. Если удельная скорость впрыскивания будет больше, чем 4×10^-3 кг/с⋅м², то наблюдается нежелательный эффект преждевременного спекания плакированных гранул пенополистирола и их комкование.

Затем плакированные гранулы пенополистирола смешивают с неокрашенными. Полученную смесь гранул засыпают или задувают в пресс-форму, которая подвергается термической обработке известными способами. Модели собирают в модельные блоки, окрашивают антипригарной газопроницаемой краской, размещают в опоке, заполняют опоки несвязанным формовочным материалом, уплотняют его вибрацией, герметизируют и вакуумируют опоки, заливают металлом. При заливке металла пенополистирол выгорает, а модификатор смешивается с металлом, создавая в нем большое число центров кристаллизации. Это приводит к улучшению качества отливок, повышению физико-механических и литейных свойств сплавов.

Предлагаемый способ изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Предварительно вспененные гранулы пенополистирола помещают в аппарат кипящего слоя. Готовят плакирующие составы, представленные в таблице 1.

Указанные составы впрыскивают в виде аэрозоля в кипящий слой гранул пенополистирола с удельной скоростью 3×10^-3 кг/с⋅м². Затем плакированные гранулы пенополистирола смешивают с неокрашенными, которые составляют 20% по объему. Полученную смесь гранул засыпают в пресс-форму, которая подвергается электронагреву. Модели собирают в модельные блоки, окрашивают антипригарной газопроницаемой краской, размещают в опоке, заполняют опоки несвязанным формовочным материалом, уплотняют его вибрацией, герметизируют и вакуумируют опоки. Подготовленные опоки заливают алюминиевым сплавом АК7 (ГОСТ 1583-93) и магниевым сплавом МЛ5 (ГОСТ 2856-79) при температуре 720…730°C.

Из каждой плавки отливались образцы для механических испытаний и технологическая проба, по излому которой оценивалась структура сплава. Определялись также литейные свойства сплава: жидкотекучесть по спиральной пробе (ГОСТ 16438-70), линейная усадка, склонность к образованию трещин на технологических пробах по размеру кольца (методика Спектровой С.И. и Лебедевой А.А.). Для этого готовый сплав заливали в специально подготовленные литейные формы. Образцы для механических исследований термообрабатывались по режиму Т4.

Сравнительные показатели способов изготовления отливок ЛГМ представлены в таблице 2.

Пример 2. Способ изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям осуществляют аналогично примеру 1. При этом используют состав №5, как показавший наилучшие технологические свойства. Варьируют удельную скорость впрыскивания плакирующей смеси на гранулы пенополистирола: (1, 2, 4)×10 кг/с⋅м². Ее влияние на структуру и свойства отливок представлено в таблице 3.

Таким образом, из данных таблиц 2 и 3 видно, что предлагаемый способ позволяет значительно ускорить процесс подготовки гранул пенополистирола для изготовления моделей за счет химически твердеющего плакирующего слоя. Наноструктурированный материал, входящий в плакирующий состав, обеспечивает его высокую адгезию к гранулам пенополистирола. В результате достигается существенное улучшение как физико-механических, так и литейных свойств сплавов.

Учитывая повышенный комплекс свойств отливок, предлагаемый способ может быть использован практически в любых отечественных и зарубежных цехах ЛГМ.

Способ изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям, включающий получение моделей в пресс-форме путем засыпки предварительно вспененных гранул пенополистирола с нанесенными на них модификаторами в пресс-форму совместно с неокрашенными гранулами пенополистирола и окончательного вспенивания, сборку моделей в модельный блок, окрашивание модельного блока газопроницаемой антипригарной краской, размещение модельного блока в опоке, заполнение опоки несвязанным формовочным материалом, уплотнение его вибрацией, герметизацию и вакуумирование опоки, заливку металла, отличающийся тем, что нанесение модификаторов на гранулы пенополистирола осуществляют путем впрыскивания в кипящий слой гранул пенополистирола с удельной скоростью (1…4)×10^-3 кг/с⋅м² аэрозоля химически твердеющего плакирующего состава, содержащего, мас.%:

наноструктурированный алмазный порошок	0,5…1,0
периклаз	1,5…2,0
водный раствор алюмоборфосфатного концентрата	остальное

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на поверхность модели из пенополистирола легирующей композиции, которую готовят путем смешивания порошкообразной смеси с клеевым связующим, содержание которого не превышает 90% от массы порошкообразной смеси, при этом порошкообразная смесь имеет состав: 5÷80% мас.

Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов // 2612476

Способ изготовления оболочковых керамических форм // 2604281

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению отливок по удаляемым (выплавляемым, выжигаемым, газифицируемым) моделям. Способ включает послойное нанесение на модель оболочек путем погружения модели в суспензию из огнеупорного наполнителя и раствора связующего и последующей обсыпки зернистым материалом.

Состав керамического слоя для изготовления литейных форм и других изделий // 2603402

Изобретение может быть использовано для изготовления отливок способом литья по выплавляемым моделям. Состав содержит жидкую керамическую массу и керамический материал для обсыпки.

Способ литья алюминиевых сплавов // 2596933

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в авиационной технике и автомобилестроении. Способ литья включает сборку газифицируемых моделей отливки и элементов литниковой системы, при этом в газифицируемой модели литниковой системы создают полость, в которую засыпают наноструктурированный алмазный порошок (НАП), предварительно обработанный в поле электрического разряда напряженностью 800…1200 В/м.

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.

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.

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.

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.

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.

Способ получения комбинированной формы для отливки сложных заготовок из титановых сплавов // 2614480

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения отливок, имеющих пространственно-сложные отверстия, из титановых сплавов. Механическим путем изготавливают основную графитовую форму, затем изготавливают пространственно сложный фрагмент формы путем нанесения на модель в виде сектора огнеупорной облицовки методом литья по выплавляемым моделям. Модель выращивают методом прототипирования. Полученный фрагмент закрепляют в графитовой форме. Обеспечивается повышение точности отверстий в крупногабаритных отливках. 5 ил., 1 пр.

Способ изготовления литейных высокоогнеупорных керамических форм // 2625859

Изобретение относится к области литейного производства и может найти применение при получении точных отливок, в том числе лопаток ГТД. Способ включает приготовление огнеупорной суспензии, послойное формирование из нее огнеупорных слоев на модели, удаление модели, сушку керамической формы, ее пропитку, повторную сушку и обжиг. После обжига на внешнюю поверхность керамической формы наносят водостойкий органический пленкообразователь. С внутренней стороны форму пропитывают гидрозолем, содержащим по меньшей мере одно кислородсодержащее соединение с элементом, выбранным из группы: редкоземельный металл, гафний, цирконий и алюминий. Пропитку осуществляют не менее двух раз с промежуточной сушкой. Достигается уплотнение лицевого слоя керамических форм, повышение химической инертности керамических форм к расплавам жаропрочных сплавов, тугоплавких и химически активных сплавов, повышение механической прочности. 3 з.п. ф-лы, 6 пр.

Способ изготовления корпуса часов // 2627214

Изобретение относится к часовой промышленности. Предлагается способ изготовления корпуса часов, в котором отливают внутреннюю часть корпуса, механически обрабатывают внутреннюю часть корпуса с получением двух канавок, для последующей фиксации в них декоративной вставки, изготавливают кокиль для отливки декоративной вставки, формирующий геометрию требуемого корпуса часов, причем частью формы кокиля является внутренняя часть корпуса, полученная раньше. Затем производят воскование; отливку и фрезеровку декоративной вставки; окончательную фрезеровку и полировку корпуса часов. Обеспечивается уменьшение веса драгоценного металла в изделии при одновременной жесткости изделия. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ получения керамических форм методом электрофореза для литья по выплавляемым моделям химически активных сплавов // 2630081

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для литья отливок из тугоплавких химически активных сплавов, в частности жаропрочных никелевых и титановых сплавов, сложнолегированных сталей в условиях вакуума. Способ включает формирование на токопроводной модели из легкоплавкого металлического сплава форетического осадка, его сушку и удаление модели. Форетический осадок формируют из раствора алюмоборфосфатного концентрата с наполнителем из наноструктурированного алмазного порошка и возвратных отходов электродного производства, содержащих карбид кремния и графит. Наполнитель предварительно подвергают воздействию тихого разряда напряженностью 500…800 В/м. Сушку форетического осадка и удаление модели осуществляют одновременно под действием токов высокой частоты мощностью 8…20 кВт. Обеспечивается ускорение формирования форетического осадка при снижении энергозатрат, повышение прочности и термохимической устойчивости керамических форм к жаропрочным сплавам и улучшение качества сложнопрофильных отливок. 2 табл., 2 пр.

Способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям // 2631568

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения точных отливок из химически активных тугоплавких жаропрочных сплавов. Способ включает формирование на модельном блоке оболочки с использованием кремнезольного связующего, огнеупорного наполнителя и обсыпочного материала, сушку слоев оболочки, вытопку модельного состава и прокалку оболочки. В качестве связующего используют кремнезоль основной, а в качестве огнеупорного наполнителя и обсыпочного материала - оксид иттрия. После нанесения каждого слоя осуществляют его пропитку водным раствором алюмоборфосфатного концентрата при одновременном воздействии на указанный раствор ультразвуком с интенсивностью 10…15 кВт/м2. Достигается ускорение цикла формообразования и повышение термохимической устойчивости керамических оболочковых форм к заливаемым в вакууме жаропрочным сплавам, в том числе интерметаллидным сплавам системы «титан-алюминий». 2 табл., 1 пр.

Способ модифицирования отливок при литье по газифицированным моделям // 2633806

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает внедрение в предварительно вспененные гранулы пенополистирола частиц модификатора или легирующих добавок, которые ускоряются до скорости выше 0,5 м/с. Для ускорение частиц применяется поток газа, который подают импульсно или непрерывно. Предварительно вспененные гранулы пенополистирола размещают в коробе из сетки с размерами ячейки от 0,4 до 0,7 от среднего размера гранул, а сам короб наполняется на 0,5-0,9 объема. Обеспечивается повышение качества отливок за счет равномерного распределения модификаторов и легирующих добавок в модели. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Комбинированная литейная форма для получения столбчатой структуры в изделиях из магнитотвердых материалов типа al-ni-co-ti-fe // 2635983

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению методом направленной кристаллизации литых постоянных магнитов из магнитотвердых материалов типа Al-Ni-Co-Ti-Fe со столбчатой структурой. Комбинированная литейная форма состоит из керамической формы, обернутой огнеупорным теплоизоляционным материалом в виде ткани толщиной 15-20 мм на основе керамического волокна, имеющего следующий состав, мас %: диоксид кремния 52-56, оксид алюминия 28-30, диоксид циркония 14-18. Керамическая форма и теплоизоляционный материал закреплены снаружи металлическими полосами из никелевой проволоки. Обеспечивается повышение основных магнитных характеристик изделий за счет улучшения качества столбчатой структуры. 1 ил., 1 табл.

Способ модифицирования и легирования литых металлических изделий при литье по газифицируемым моделям // 2638722

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает внедрение в предварительно вспененные гранулы пенополистирола частиц модификатора и легирующих добавок и спекание из них газифицируемых моделей. Модификаторы и легирующие добавки в виде микро- и наночастиц измельчаются и внедряются вовнутрь предварительно вспененных гранул пенополистирола путем воздействия на эти частицы ударной волны электрического разряда. Обеспечивается более равномерное распределение модификаторов и легирующих добавок в газифицируемой модели отливки и, как следствие, повышение качества модифицирования и легирования металла отливки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.

Способ изготовления керамических форм для равноосного литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям // 2641205

Изобретение относится к литейному производству. Поверхности модельного блока очищают от смазок и загрязнителей водным раствором моющих средств. Наносят на модельный блок керамическую суспензию на основе кремнезоля. Обсыпают огнеупорным зернистым материалом. Сушат лицевой слой в потоке воздуха с влажностью 45-55%. Повторяют циклы нанесения слоя керамической суспензии, обсыпки и сушки каждого из них в потоке осушенного воздуха с влажностью 30-40%. Осуществляют последующую вытопку модельной массы и термическую обработку керамической формы методом прокаливания в диапазоне температур от 700 до 850°С с последующим охлаждением в печи в течение 8-12 ч. Формы извлекают из печи при температуре не более 100°С и охлаждают на воздухе. Обеспечивается повышение качества литейных керамических форм. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Литейная форма // 2644980

Изобретение относится к области литья и, в частности, к модели (12) для литья по разовой модели, выполненной в форме лопатки газотурбинного двигателя с хвостовиком (15) и пером (14) с обеих сторон полки (20), которая перпендикулярна основной оси лопатки. Перо лопатки (14) имеет внутреннюю поверхность (17), спинку (16), входную кромку (18) и выходную кромку (19). Модель (12) также включает расширительную полосу (21), смежную выходной кромке (19), и огнеупорный стержень (21), заделанный в модель (12), и имеющий как на корыте (17), так и на спинке (16) соответствующую выровненную лакированную поверхность (31) между выходной кромкой (19) и расширительной полосой (21). Перегородка (24) продолжается между полкой (20) и указанной расширительной полосой (21) и имеет свободную кромку (25) между ними. Изобретение также относится к способу изготовления оболочковой формы из модели (12) и способу литья с использованием оболочковой формы. В результате обеспечивается устранение образования зерен на пересечениях выходной кромки или расширительной полосой с полкой лопатки газотурбинного двигателя. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.