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

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.

 

Изобретение относится к технологии литья и может быть использовано для равноосного высокоточного литья жаропрочных сплавов аэрокосмического назначения по выплавляемым моделям.

Известен способ изготовления керамических форм по выплавляемым моделям (1), включающий послойное нанесение на воскообразную модель суспензии на основе эпоксидной смолы в органическом растворителе, обсыпку ее огнеупорным материалом, сушку слоев керамической формы в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (СВЧ) с мощностью не более 0,4-0,5 кВт, удаление воскообразной модели в поле СВЧ в два этапа: вначале с мощностью не менее 0,5 кВт на 1 кг массы керамической формы со скоростью нагрева 150-170°С/мин до начала оплавления поверхности модели, а затем - с мощностью не более 0,3 кВт до полного удаления модели. Сушку слоев керамической формы осуществляют в течение 1-2 минут.

Недостатком способа является высокая токсичность, связанная с выделением в атмосферу цеха паров органического растворителя и продуктов термического разложения эпоксидной смолы.

Известен также способ изготовления литейных керамических форм (2), получаемых по выплавляемым моделям, включающий нанесение на выплавляемую модель не менее двух слоев суспензии на этилсиликатном связующем, последующее нанесение не менее двух слоев, полученных на жидкостекольном связующем, сушку каждого слоя, вытопку модельного состава в воде, при этом в последний слой суспензии на этилсиликатном связующем вводят натрий фтористый в количестве 0,1-0,3 вес. %.

Недостатком способа является токсичность этилсиликатного связующего, невысокая прочность формы, вследствие чего при заливке металла происходит нарушение целостности формы, что ведет к высокому проценту брака отливок.

Известен способ изготовления комбинированных оболочковых форм по выплавляемым моделям для получения отливок из жаропрочных сплавов (3). Способ включает изготовление модели, послойное нанесение на модель огнеупорной суспензии на основе пылевидного электрокорунда. При этом 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 модельный состав, после чего формы прокаливают при температуре 1200-1350°С в течение 8-12 часов.

Недостатком способа является высокая токсичность связующего на основе этилсиликата и алюмоорганического связующего, содержащего хелатированный полиалкоксиалюмоксан.

Известен также способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям с использованием кремнезольного связующего (4), принятый за прототип. На модельном блоке формируют оболочку с использованием водного 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, что обеспечивает повышение прочности керамических оболочковых форм.

Недостатком способа является то, что повышенная прочность керамических оболочковых форм для равноосного литья по выплавляемым моделям затрудняет процесс удаления их после заливки и отверждения металла, вследствие чего, необходимо применять дополнительные механические усилия для удаления керамики, что ведет к деформации отливки.

Технической задачей заявленного способа является повышение качества литейных керамических форм, снижение шероховатости отливок и количества бракованных отливок из жаропрочных сплавов, исключение использования вредных веществ в технологии.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления керамических форм для равноосного высокоточного литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям, включающем очистку поверхности модельного блока от смазок и загрязнителей, нанесение на модельный блок керамической суспензии на основе кремнезоля, обсыпку огнеупорным зернистым материалом, сушку лицевого слоя, последующие повторные циклы нанесения слоя керамической суспензии, обсыпки и сушки каждого из них, последующую вытопку модельной массы и термическую обработку керамической формы, согласно изобретению очистку поверхности модельного блока от смазок и загрязнителей проводят водным раствором моющих средств, сушку лицевого слоя осуществляют в потоке воздуха с влажностью 45-55%, а сушку последующих слоев проводят в потоке осушенного воздуха с влажностью 30-40%, термическую обработку керамических форм ведут методом прокаливания в диапазоне температур от 700 до 850°С, с последующим охлаждением в печи в течение 8-12 ч, извлечением из печи при температуре не более 100°С и дальнейшим охлаждением на воздухе.

Кроме того, согласно изобретению очистку поверхности модельного блока от смазок и загрязнителей проводят методом распыления на модельный блок водного раствора моющих средств «Деталан Ф-10» или «Металин-АД18» с концентрацией не менее 10%.

Кроме того, согласно изобретению термическую обработку керамической формы ведут в течение не менее 3 часов, при скорости нагрева не менее 200°С/ч в среде воздуха.

В предлагаемом способе, в отличии от прототипа, проведение очистки поверхности модельного блока от смазок и загрязнителей распылением на модельный блок водного раствора моющих средств «Деталан Ф-10» или «Металин-АД18» с концентрацией не менее 10% позволяет эффективно очистить поверхность, повысить качество литейных керамических форм, повысить адгезионную способность поверхности модельного блока к керамической суспензии, исключить из употребления в составе моющих средств вредные для здоровья спиртосодержащие вещества.

Осуществление операции сушки лицевого слоя в потоке влажного воздуха с влажностью 45-55% обеспечивает получение качественного лицевого слоя.

Проведение сушки последующих слоев в потоке осушенного воздуха с влажностью 30-40% способствует ускорению процесса сушки керамических форм без трещинообразования.

Выполнение термической обработки керамической формы методом обжига в диапазоне температур от 700 до 850°С в течение не менее 3 часов при скорости нагрева не менее 200°С/ч в среде воздуха способствует полному удалению органических составляющих и росту прочности керамических форм. При скорости нагрева менее 200°С/ч нерационально увеличивается длительность термической обработки керамической формы.

Применение последующего охлаждения керамических форм в печи в течение 8-12 ч, с дальнейшим охлаждением на воздухе при извлечении их из печи при температуре не более 100°С предотвращает растрескивание форм и образование бракованных форм.

Примеры осуществления способа

Пример 1. Для получения литейной керамики для равноосного высокоточного литья жаростойких сплавов по выплавляемым моделям использовали: 1) суспензию для лицевого слоя, состоящую из водно-коллоидного раствора кремнезоля SiO2, алюмо-кремниевого наполнителя, полимерных добавок, в которой кремнезоль имеет размер частиц 12-14 нм, плотность 1,195-1,250 г/см3; 2) суспензию для получения последующих керамических слоев, состоящую из водно-коллоидного раствора кремнезоля SiO2 с размерами частиц золя 8-10 нм, алюмо-кремниевого наполнителя в виде чистого дистенсиллиманита Al2O3*SiO2, с размерами частиц менее 90 мкм; 3) в качестве послойного обсыпочного материала использовали чистый электрокорунд Al2O3 с размерами частиц менее 40 мкм. Изготовление керамических форм для равноосного высокоточного литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям проводили на предприятии АО «Авиадвигатель» по технологии, включающей очистку поверхности модельного блока от смазок и загрязнителей методом распыления на модельный блок водного раствора моющего средства «Деталан Ф-10» с концентрацией не менее 10%, нанесение манипулятором керамической суспензии (1) лицевого слоя на модельный блок методом окунания. Сушку лицевого слоя осуществляли в потоке влажного воздуха с влажностью 45%. Далее проводили повторные циклы нанесения слоя керамической суспензии (2), обсыпки огнеупорным материалом (3) в пескосыпе дождевального типа, с последующей сушкой каждого из нанесенных слоев в потоке осушенного воздуха с влажностью 30%. Последующую вытопку модельной массы из керамической формы проводили в бойлер-клаве с парами воды при температуре ~ 170°С. Далее осуществляли термическую обработку керамической формы при температуре 850°С, в течение не менее 3 часов, при скорости нагрева не менее 200°С/ч в среде воздуха, с последующим охлаждением в печи в течение 8 ч, извлечением из печи при температуре не более 100°С и дальнейшим охлаждением на воздухе. У полученных образцов керамических литейных форм испытывали технологические характеристики, результаты таких испытаний приведены в таблице. Как видно из таблицы характеристик литьевых форм, полученных по примеру 1, все характеристики соответствуют нормативам.

Пример 2. Изготовление керамических форм для равноосного высокоточного литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям проводили на предприятии АО «Авиадвигатель» с теми же керамическими суспензиями и обсыпочными материалами, приведенными в примере 1 по той же технологии, с тем отличием, что очистку поверхности модельного блока от смазок и загрязнителей осуществляли методом распыления на модельный блок водного раствора моющего средства «Металин-АД18» с концентрацией не менее 10%. Сушку лицевого слоя проводили в потоке влажного воздуха с влажностью 55%, а сушку каждого из последующих слоев - в потоке осушенного воздуха с влажностью 40%. Термическую обработку керамической формы проводили при температуре 750°С, в течение не менее 3 часов, при скорости нагрева не менее 200°С/ч в среде воздуха, с последующим охлаждением в печи в течение 12 ч, извлечением из печи при температуре не более 100°С и дальнейшим охлаждением на воздухе. Как видно из данных таблицы характеристик литьевых форм, полученных по примеру 2, все характеристики соответствуют нормативам.

Пример 3. Изготовление керамических форм для равноосного высокоточного литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям проводили с теми же керамическими суспензиями и обсыпочными материалами, приведенными в примере 1, по той же технологии, с тем отличием, что очистку поверхности модельного блока от смазок и загрязнителей проводили этиловым спиртом путем протирки поверхности марлевым тампоном, смоченным в спирте. Сушку лицевого слоя осуществляли в потоке воздуха с влажностью 65%, а сушку каждого из последующих слоев - в потоке осушенного воздуха с влажностью 45%. Из данных таблицы характеристик литьевых форм, полученных по примеру 3, следует, что литьевые формы имеют меньшую прочность, огнеупорность, пригар на отливках, литейные дефекты, плохую смачиваемость и не соответствуют техническим требованиям чертежа и нормативным показателям.

Пример 4. Изготовление керамических форм для равноосного высокоточного литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям проводили с теми же керамическими суспензиями и обсыпочными материалами, приведенными в примере 1, по той же технологии, с тем отличием, что очистку поверхности модельного блока от смазок и загрязнителей проводили методом распыления на модельный блок водного раствора моющего средства «Металин-АД18» с концентрацией не менее 10%. Сушку лицевого слоя осуществляли в потоке влажного воздуха с влажностью 40%, а сушку каждого из последующих слоев - в потоке осушенного воздуха с влажностью 25%. Из данных таблицы характеристик литьевых форм, полученных по примеру 4, следует, что литьевые формы имеют меньшую прочность, огнеупорность, пригар на отливках, литейные дефекты и не соответствуют техническим требованиям чертежа и нормативным показателям.

Пример 5. Изготовление керамических форм для равноосного высокоточного литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям проводили с теми же керамическими суспензиями и обсыпочными материалами, приведенными в примере 1, по той же технологии, с тем отличием, что сушку лицевого слоя осуществляли в потоке влажного воздуха с влажностью 65%, а сушку каждого из последующих слоев - в потоке осушенного воздуха с влажностью 35%. Термическую обработку керамической формы проводили при температуре 650°С, в течение не менее 3 часов, при скорости нагрева не менее 200°С/ч в среде воздуха, с последующим охлаждением на воздухе в течение 4 ч. Из данных таблицы характеристик литьевых форм, полученных по примеру 4, следует, что литьевые формы имеют меньшую прочность, огнеупорность, пригар на отливках, литейные дефекты и не соответствуют техническим требованиям чертежа и нормативным показателям.

Данные таблицы по керамическим литейным формам, полученные согласно изобретению по примерам 1-2, имеют нормативную прочность до прокаливания (40±15 кг/см2), низкий коэффициент термического расширения (α=6,25×10-6), приемлемую открытую пористость (36%), что облегчает операцию удаления легкоплавкого материала литейных форм, высокую огнеупорность (более 1770°С), отсутствие пригара на отливках из сплава ВХ4Л и из сплава ВКНА 1ВР-ВИ, низкую шероховатость литой поверхности (2,88 мкм), легкую выбиваемость отливок из форм и пескоструйную очистку отливок, отсутствие горячих трещин на отливках из сплава ВКНА 1ВР - ВИ, обеспечение геометрической точности модели, хорошую адгезию суспензии лицевого слоя (угол смачивания равен 0°), хорошую кроющую способность суспензии лицевого слоя.

Таким образом, выполнение предлагаемого способа позволяет исключить использование вредных веществ в технологии, позволяет повысить качество литейных керамических форм, позволяет снизить шероховатость отливок и количество бракованных отливок из жаропрочных сплавов.

Библиографический список

1. Патент РФ 2283721. МПК B22C 9/04. Способ изготовления керамических форм по выплавляемым моделям. Авторы: Каблов Е.Н. (RU), Демонис И.М. (RU), Деев В.В. (RU), Бондаренко Ю.А. (RU), Нарский А.Р. (RU), Семенов B.E. (RU), Тюрин Н.А. (RU) Патентообладатель: ФГУП «ВИАМ», Заявлено: 27.01.2005, опубликовано 20.09.2006.

2. Патент РФ 2177856, МПК. B22C 9/04. Способ изготовления литейных керамических форм, получаемых по выплавляемым моделям. Автор(ы): Шмагина С.В., Шкенев Ю.Г., Цепова Г.П., Барашкова О.Г., Глущенко Т.М. Патентообладатель: Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" Заявлено: 10.01.2002. Опубликовано: 10.01.2002. Бюл. №1.

3. Патент РФ 2572118. МПК B22C 9/04. Способ изготовления комбинированных оболочковых форм по выплавляемым моделям для получения отливок из жаропрочных сплавов с направленной и монокристаллической структурами. Баранова Т.Ф. (RU), Валиахметов С.А. (RU), Шункина Н.И (RU), Гоголев И.В. (RU), Стороженко П.A. (RU), Щербакова Г.И. (RU), Варфоломеев М.С. (RU) (73) Патентообладатель(и): Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") (RU). Дата подачи заявки: 03.10.2014. Опубликовано: 27.12.2015. Бюл. №36.

4. Патент РФ 2532583. МПК B22C 9/04. Способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям. Авторы патента: Брюханова Е.В. (RU), Голотёнков О.Н. (RU). Владельцы патента: Федеральное государственное унитарное предприятие Федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" им. М.В. Проценко" (ФГУП ФНПЦ "ПО "СТАРТ" им. М.В. Проценко") (RU), заявка: 29.07.2013. Опубликовано: 10.11.2014. Бюл. №31.

1. Способ изготовления керамических форм для равноосного литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям, включающий очистку поверхности модельного блока от смазок и загрязнителей, нанесение на модельный блок керамической суспензии на основе кремнезоля, обсыпку огнеупорным зернистым материалом, сушку лицевого слоя, последующие повторные циклы нанесения слоя керамической суспензии, обсыпки и сушки каждого из них, последующую вытопку модельной массы и термическую обработку керамической формы, отличающийся тем, что очистку поверхности модельного блока от смазок и загрязнителей проводят водным раствором моющих средств, сушку лицевого слоя осуществляют в потоке воздуха с влажностью 45-55%, а сушку последующих слоев проводят в потоке осушенного воздуха с влажностью 30-40%, термическую обработку керамических форм ведут методом прокаливания в диапазоне температур от 700 до 850°C, с последующим охлаждением в печи в течение 8-12 ч, извлечением из печи при температуре не более 100°C и дальнейшим охлаждением на воздухе.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистку поверхности модельного блока от смазок и загрязнителей проводят методом распыления на модельный блок водного раствора моющих средств «Деталан Ф-10» или «Металин-АД18» с концентрацией не менее 10%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку керамической формы ведут в течение не менее 3 часов, при скорости нагрева не менее 200°C/ч в среде воздуха.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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.

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.
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.

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.

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения сложнопрофильных и тонкостенных отливок для авиационной техники и машиностроения.
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.

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.

Изобретение относится к литейному производству. Изготавливают оболочковую форму путем послойного нанесения суспензии на модель и обсыпку каждого слоя зернистым материалом. Осуществляют сушку и отверждение ее. Модель выплавляют. Обсыпку слоев зернистым материалом и сушку совмещают. Сушку проводят в слое опорного зернистого материала основы под действием градиента давления воздуха. Разность давлений воздуха над и под слоем опорного зернистого материала создают вакуумированием пространства под слоем зернистого материала. Обеспечивается повышение качества производимых оболочковых форм. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области литья, а более конкретно к оболочковой форме, а также к способам изготовления и использования такой оболочковой формы. Оболочковая форма содержит центральный цилиндр, формовочные полости, расположенные в узле вокруг центрального цилиндра, и по меньшей мере один теплозащитный экран, выполненный перпендикулярно упомянутой главной оси. Центральный цилиндр продолжается вдоль главной оси между разливочной чашей и основанием. Каждая формовочная полость соединена с разливочной чашей по меньшей мере одним подающим каналом, а также посредством литника-селектора со стартером в основании. По меньшей мере один теплозащитный экран полностью окружает каждую упомянутую формовочную полость в плоскости, которая является, по существу, перпендикулярной упомянутой главной оси. В результате обеспечивается направленная кристаллизация расплавленного металла в формовочных полостях оболочковой формы. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

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.

Наверх