Смесь для изготовления литейных керамических стержней

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 231179 (21) 2862131/22-02 (51)М

В 22 С 1/18 с присоединением заявки йоГосударствеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 230981. Бюллетень NcI 35

Дата опубликования описания 2 309.81 (53) УДК 621 ° 742 ° 4:

:621.74.04 . (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю.М.Быков и В.А.Максютин (71) Заявитель (54) СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ

КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ

Изобретение относится к литейному производству, а именно к формовочным смесям, применяемым для изготовления литейных стержней, используемых для получения полостей газотурбинных лопаток из жаропрочных сплавов.

Известна смесь (1) для изготовления керамических стержней, в состав которой входят следующие компоненты, мас.%:

Электрокорунд (ЭБ-99), зерно Р 180 80

Электрокорунд (ЭБ-99), зерно 9 8 10

Пылевидный кварц 10

Пластификатор ПП-10 или IIII-15 15-18

Перечисленные материалы смешивают при 80-140о С в конверторе до жидкотекучего состояния и эапрессовывают в пресс-форму. Извлеченные иэ пресс-формы стержни помещают в короб, засыпают просушенным глиноземом и подвергают обжигу при 1200 С в течение 10 ч, а затем в графитовом тигле — в засыпке из графита — и вторично обжигают в индукционной печи при 1450оC в течение одного часа.

Недостатком этой смеси является то, что пылевидный кварц,как естественный материал содержит до 2% примесей, имеет большой коэффициент термического расширения (порядка 140-:

-7

-160 ° 10,О ), что дает малую прочность при спекании б „q =50-80 кг/м большую усадку до 1,5-2Ъ и, следовательно, приводит к значительному искажению геометрии керамического стержня, Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является смесь для изготовления керамических стержней,,содержащая электрокорунд,карбид кремния, полнорганоалюмосилоксановую смолу, легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом и трансформаторное масло.

Полученный шлиКер иэ этой смеси вакуумируют при 150-200 мм рт.ст ° и эапрессовывают при 90-110 С и давлении 3-5 кг/см . Сырой стержень укладывают на драйер, являющийся точным отпечатком рабочей части одной половинки пресс-формы, затем опрокидывают вместе с драйером в керамический короб, заполненный техническим глиноземом, укладывают на драйер

865479 груз, обеспечивающий давление 2.Зкг/см, и уплотняют глинозем вибрацией. После снятия груза и драйера верхнюю часть стержня засыпают глиноземом, помещают в печь и обжигают стержни (2j.

Однако связующее, кремнеорганический лак, состоит из мелких глобулярных, кристаллических частиц двуокиси кремния (Si02) с большим количеством примесей, которые препятствуют процессу спекания. При спекании известной смеси под воздействием температуры лак разлагается íà SIО, И О, СО, С 0 и т.д., затем происходит собственно спекание корунда с частицами кристаллического 6t

Для нормального протекания этого процесса необходима высокая (порядка 1350 С) температура. обжига кера- мической смеси. Для улучшения процесса спекания можно было бы увеличить содержание кремнеорганического лака, но это приведет к снижению прочности керамики, а если увеличить температуру спекания, то увеличится усадка керамики при обжиге. Кроме того, известная смесь керамической массы имеет малую пористость, что способствует протинодейстнию керамики охлаждающемуся металлу отливки и может вызвать на ней трещины.

Цель изобретения — снижение температуры спекания смеси при сохранении достаточной прочности и пористости стержней.

30

Поставленная цель достигается тем, что смесь, включающая электрокорунд, легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом, а также кремнийсодержащее связующее, соцержит в качестве упомянутого 4Q связующего плавленную двуокись кремния фракции 40-50 мкм и дополнительно содержит электродный графит при .следующем соотношении ингредиентов, мас.Ъ:

Плавленная двуокись кремния 3-8

Легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэти50 леном 9-17

Электродный графит 3-8

Электрокорунд Остальное

Плавленная двуокись кремния фракции 40-50 мкм соответствует удельной йоверхности 13000-16000 см /г.

2 .Для Изготовления керамических стержней было подготовлено 9 смесей, из них 7 смесей с удельной поверхностью двуокиси кремния равной 14500 см /r, 2 одна смесь — с 13000 см /г и одна — d0

2 ъ с 16000 см /r.

Двуокись кремния бралась в виде плавленного тонкодиспероного порошка, приготовленного из боя кварцевого стекла (C5-1ТУШД0.027.220) с раз- 5 мерами зерен не менее 10 мм. Помол производился н шаровой мельнице корундовыми шарами диаметром 18-20 мм н соотношении стекло: шары — 1:2 с добавлением дистиллированной воды из расчета 22% влажности. После мокрого помола, который произнодят в течение

24-48 ч, полученную массу сушат при

120 С.

Легкоплавкий пластификатор (ПП-10) содержит 90 мас.Ъ высокоочищенного парафина (ГОСТ 16960-71 марки В, В, ВЭ) и 10 мас.Ъ полиэтилена (марки

15802- 020 ГОСТ 16337-70) придает сырым необожженным стержням необходимую прочность (Q „=60-90 кг/см, G = 60-70 кг/см ) .

Электрокорунд для смеси брался следующего состава: электрокорунд Р 4 с размером зерен 50-40 мкм электрокорунд Р 5 с размером зерен 63-50 мкм электрокорунд 9 12 с размером зерен 160-125 мкм.

Смесь электрокорундоных порошков брали соответственно в соотношении

1:0,42:0,4 загружали в конвертор и сушили в течение двух часов при 140160 С. Для перемешивания массы в конвертор загружали корундовые шары диаметром 40 мм в соотношении керамическая масса: шары — 1:1. После сушки и перемалывания в конвертор загружапи пластификатор и электродный графит и перемешивали массу в теченив не менее трех часов. Готовую массу выгружали из конвертора, оснобождали от корундоных шарон и прессовали стержни при 140-160О С и данлении 3-5 кг/см2. Стержни устанавливали н керамические короба,. засыпали глиноземом ГА-85 ГОСТ6912-64 или окисью магния ГОСТ4226-67 и обжигали н прокалочной электропечи при 1250 С.

В табл.1-3 приведены предлагаемые составы смесей и их свойства, Керамические стержни могут быть удалены из отлинок н 70% растворе планиковой кислоты (HF) н течение

150 ч, или в автоклаве, заполненном раствором щелочи (KOH) 35-40%-ной концентрации, плотностью 1,551,41 r/смэ, при 180-210ОС, давлении

3-5 атм, s течение 6-10 ч.

Дисперсность частиц плавленной двуокиси кремния существенно влияет не только на температуру обжига, но и на усадку керамического стержня, пористость, прочность и чистоту его поверхности. Поскольку дисперсность влияет одновременно на .несколько факторов, то фракция принята оптимальной (40-50 мкм), что соответствует 13000-16000 см /г.

Как нидно из табл.2,с уменьшением величины частиц плавленной двуокиси

865479

Таблица 1

Ингредиенты, мас Ъ

Шликер на основе плавленной двуокиси кремния

Пластификатор

Графит, Электрокорунд

Состав, У

Содержание

Удельная поверхность, см /r

10,7

145 00

5,0

3,0

81,3

5,0

11i2

5,0

14500

78,8

8,0

5,0

16,1

14500

70,9

14500

3,0

9,7

5,0

82,3

12,2

5 0

5, 0

14500

75,8

8,0

17,3

5,0

14500

69,7

5,0

12,8

5,0

13000

77,2

14500

5 0

79,0

11,0

5,0

16000

5,0

8,7

5 0

81,3 кремния уменьшается температура .. обжига керамики, так как более мелкие частицы лучше размягчаются за то же время при более низкой температуре.

Предлагаемая смесь хорошо спекается в низкотемпературных (до 1300аС) прокалочных электропечах, что исключает необходимость применения малоэкономичных пламенных высокотемпературных печей. При этом усадка керамической смеси минимальна, порядка

0,1%. После обжига стержни имеют прочность из =150-300 .кг/см и

6 =440-710 кг/см". Поверхность вйут.ренних полостей иэделий, сформйрованных керамическими стержнями, имеет чистоту 2,5 (илИЧ 6 по ГОСТ 2789-73 и 5 класс точности по ГОСТ 1015

MIT2 по .:нормали 56-20 АИ-2080) .

Основной экономический эффект от использования предлагаемой смеси будет составлять от применения в качестве связующего двуокиси кремния ве связующего двуокиси кремния (стоимость 2,5 руб. 1 кг) взамен полиорганоалюмосилоксановой смолы (стонмость

14,5 руб. 1 кг ).

865479

Таблица 2

Состав смесей

66 8 1250+10 С

151,1 0,1

AJIT-2

5 кл, Rz20 ост.1015

5 кл. R z20 ост.1016

AJIT-2

180,3 0,1

70,1 То же

69 5

187,2 0,4

7 кл. R z20 ост.1010

ДЛТ-2

5 кл. Rz20 ост.1015

197,5 0,1

60,9

AJIT-2

5 кл. 2,5 ост.1015

200,2

0,2

80,1

AJIT-4

0,3

141 р 6

79,5

2,5

73,7

0,1

AJIT-2

5 кл. RZ20 ост .1015

213,6

89,3

191

68,2

НЭ ðíõ кг/см +

Температура обжига, ОС 5 кл. Rz40 ост.1010

16 3, 3 0,2 AJIT-2 5 кл. ост.1015

0,1 AJIT-2 5 кл. Rz40 ост.1015

865479

Таблица 3

Обжиг стержней в засыпке в- MgO

Состав смесей

Класс точности по нормали 5620 AH-2090

Класс точности отливок ои обожженных кгс/см

Чистота поверхности отливок

Примечание

<сж кгс/см

Усадка. в Ъ

148,0 0,1

Rz20

5 кл. ост ° 1015

377,5

182,1 0,1

MIT 2 5 кл. ост. 1015

450,8

AJIT 2 5 кл, ост.1015

2,5

468,0

160 р7 0,3

AJIT 2 5 кл. ост.1015

171 8 0,1

2,5

493,8

АЛТ 2 5 кл. ост.1015

2,5

500,5

180р8 0,1

0;2 AJIT 2

352,5

137,5

Rr20

2,5

5 кл. ост.1015

408,3

153,7 0,2

AJIT 2

2,5

534,0

5 кл. ост.1015

179,0

0,1

477 5

AJIT 2 йй20

167,4

0,1

Формула изобретения

8,0-17,0

Смесь для изготовления литейных М керамических стержней, преимущественно используемых при литье лопаток газотурбинных двигателей, вхлючающая. электрокорунд, легкоплавкий пластификатор на основе парафина с поли- д этиленом, кремнийсодержащее.связующее, отличающаяся тем, что, с целью снижения температуры обжига стержней при сохранении высокой прочности и пористости, смесь д

1 содержит в качестве кремнийсодержащего связующего плавленную двуокись кремнйй фракции 40-50 мкм и дополнительно содержит электродный графит при следующем соотношении ингредиентов, мас.В

Плавленная двуокись кремния фракции

40-50 мкм 3,0-8,0

Легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом

865479

"Авиа-

1969, пустотелыми лопатками. иионная промыаленность", 9 4, c....90.

Составитель И.Куницкая

Редактор Т.Киселева Техред N.Påéâåñ Корректор Г .Огар

Заказ 7938/17 Тираа 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытый

113035, москва.. З 35р Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Электродный графит 3,0-8,0

Эле ктрокору нд Остальное .Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Григорьева Н.А. и др. Отливка целънолитых сопловых аппаратов с

2. Авторское свидетельство СССР

9 348271, кл. В 22 С 1/22, 1969.