Смесь для изготовления огнеупорных литейных стержней

 

(54) СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ

ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ

Изобретение относится к оЬласти литейного производства и может быть использовано для получения керамических стержней, выполняющих в литых охлаждаемых лопатках газотурбинного двигателя газовые тракты.

Известна смесь для изготовления керамических стержней, которая содержит огнеупорный наполнитель на ос-. нове окислов кремния и алюминия, легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом и карбид кремния в качестве упрочняющей добавки (1).

Готовые стержни имеют следующие свойства при 20 С: прочность при изгибе до 280 кг/см ; прочность при сжатии до 220 кг/см .,фри температуре прокладки стержней около 1000 С карбид кремния начинает взаимодействовать с кислородом с образованием кремнезема. Температура прогрева стержня при заливке металлом составляет 1200-1500 С. При этих температурах стержни, состоящие из пылевидного кварца, имеют малую прочность. Под воздействием зали ваемого металла они деформируются, что приводит к браку отливок.

Повысить прочность стержней можно увеличением температуры спекания, но при этом усложняется технологический процесс и увеличиваются энергозатра10 ты, что значительно увеличивает сто-. имость литья»

Известна смесь для изготовления стержней, в составе которой содержится в качестве добавки, повышающей

15 прочность стержней и ускорение процесса спекания смеси, окись желе" за (2).

Присутствие в стержневом составе смеси окислов железа резко снижает температуру спекания керамики, при этом наряду с твердофазным спеканием происходит жидкофазное спекание за счет образования таких легкоплав" ких соединений, как, например, фай-„

3 9331 ялит с температурой плавления 1209 С.

Эти стержневые составы непригодны для получения отливок из сплавов с температурой плавления выше 1200 С, так как при контакте со сплавом стержни 5 будут размягчаться, теряя конфигурацию; поэтому стержни из этого состава применяются для получения . отливок из легоплавких сплавов.

Наиболее близкой к изобретению . 10 является смесь, содержащая огнеупорный наполнитель на основе окислов алюминия и кремния, легкоплавкий пластификатор (17-21 мас.3 ) на основе парафина с полиэтиленом и упроч- д ! няющую добавку 4 0,1-1,5 мас. 3), в качестве которой содержится бишофит, предварительно прокаленный при 290-

300 С (3), При прокалке стержней бишофит за счет взаимодействия с компонентами наполнителя образует форстерит и шпинели, образовавшиеся соединения повышают прочность стержней, но при температуре контакта со сплавом на основе никеля она недостаточно высока и гоставляет 70-80 кгс/см при 11501200 С.

Однако увеличить содержание бишофита в смеси из-за возникновения

30 значительных объемных превращений нельзя, так как это приводит к растрескиванию и снижению прочности стержней.

Целью изобретения является повышение прочности стержней при контакте З их со сплавом на никелевой основе.

Цель достигается тем, что смесь для изготовления огнеупорных литейных стержней, включающая огнеупорный наполнитель на основе окислов кремния и алюминия, .легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом, в качестве упрочняющей добавки содержит нитрид кремния при следующем соотношении ингредиентов, мас.3:

Легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом 17,0-21,0

Нитрид кремния 0,1""10,0

Огнеупорный наполнитель на основе окислов кремния и алюмиОстальное

Нитрид кремния обладает высокой термической устойчивостью, высокой стойкостью против окисления при высоких температурах, которая обуславливает высокую прочность при высоких температурах, так, например, образец йз нитрида кремния при 20 С имеет прочность при изгибе 16 кг/мм

Я о

1 при 1200 С прочность при изгибе сос. Я. тавляет 14,7 кг/мм; кроме того,нит Й рид кремния обладает высокой стойкостью по отношению к расплавленному металлу. Нитрид кремния, распределяясь по объему стержня, играет роль упрочняющей фазы при высоких температурах, воздействующих на стержень при контакте с расплавом.

Было приготовлено пять стержневых составов с содержанием пластификатора ПП-15 (на основе парафина с полиэтиленом) 17-21 мас.I; огнеупорного наполнителя на основе окиси алюминия и кремния (смесь плавленого кварца и электрокорунда в соотношении 1:4 со ответственно ) и добавлением нитрида кремния, количество которого в каждой смеси составляло последовательно 0;1; 1,0; 5,0; 10,0;

15,0 мас.Ж.

Дисперсность порошков огнеупор1юго наполнителя и нитрида кремния ,."оставляет 10-30 мкм.

Технология приготовления стержневой. смеси не отличается от обычной и заключается в тщательном перемешивании сухих компонентов, затем перемешивании сухих компонентов и пластификатора в термостате, имеющем температуру 120-130 С.

Спекание керамических образцов проводили в засыпке с постепенным набороМ температур и выдержкой при

1250 С в течение трех ч.

Составы смесей приведены в табл. 1, а их свойства в табл.2.

933174

Таблица

Ингредиенты

82,9 80 0 75,0 69,0 65,0

17 18 20 21 20

0,1 1,0 5,0 18,0 15,0

Нитрид кремния.Огнеупорный наполнитель на

Таблица 2

280

310

320

307

295

305

300

270 310

310

305 при температуре испытаний

1150 С

140 70-80

140

180

195

110

Мак видно из табл.1, оптимальная добавка нитрида кремния находится в пределах 0,1-10 вес.4. Введение нитрида кремния менее 0,1ã. не увеличивает прочности изделия. При уве

Огнеупорный наполнитель: плавленый кварц и электрокорунд в соотношении 1:4

Легкоплавкий пластификатор

ПП-15 основе окислов кремния и алюминия

Бишофит, прокаленный при 290-300 С

Свойства составов смесей

Прочность на сжатие, кгс/см

Прочность на изгиб, кгс/см при температуре испытаний 20 С личении количества нитрида кремния более 104,наблюдается уменьшение прочности. Это связано с тем, что увеличение количества нитрида кремния требует увеличения температуры

7 93317 и времени спекания, а это приводит к увеличению энергозатрат.

Широкие пределы добавок нитрида кремния в стержневом составе обьединяются применением их в различных видах лопаток. Стержни со сложным профилем и тонкими стенками О,11,5 мм изготовляют из составов, содержащих небольшое количество нитрида кремния, так как тонкостенные 1Е лопатки имеют высокую скорость затвердевания (время действия высоких температур на стержень мало).

При габаритных стержнях с толстыми стенками количество нитрида крем 1% ния в стержневом составе должно быть увеличено,. так как стержень при заливке металлом подвергается длитель " ному воздействию высоких температур.

Нитрид кремния имеет низкий коэффици 2ф ент термического расширения 2,75И (Г град., соизмеримый с.наполнителем, поэтому размерная точность отливок не нарушается.

Предложенный состав изготавливают 25 так же, как известный.

Толщина стенок лопаток газотурбинного двигателя, для газовых трактов которых используются стержни из предлагаемого состава, составляет 0,3- щ

6 мм. Заливку форм производят в вакууме сплавом на никелевой основе.

Форму подогревают до 950оС а температура заливки составляет 1520-1560 С, С вводом нитридв кремния в смесь су1 зз щественно повышается прочность стержней, которые прогреваются во время заливки до 1250-1300 С.удаление стержней из полости лопатки осуществляется в 30-353-ном растворе щелочей при 130-135 С. Время удаления о 40 зависит от конфигурации лопатки и от количества окиси кремния в стержне4 8

1вой смеси. Всреднем время удаления стержней составляет 12-48 ч.

Использование предложенного состава дает возможность уменьшить количество брака на 20-253.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения по предварительным расчетам составит 80-90 тыс.руб. в год, Формула изобретения

Смесь для изготовления огнеупорных литейных стержней для выполнения газовых трактов в литых охлаждаемых лопатках газотурбинного двигателя, еЭ включающая огнеупорный наполнитель на основе окислов кремния и алюминия, легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом и упрочняющую добавку, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочнос" ти стержней при контакте их со сплавом на никелевой основе, смесь в качестве упрочняющей добавки содержит нитрид кремния при следующем соотношении ингредиентов, мас.3:

Легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом 17,0-21,0

Нитрид кремния 0,1-10,0

Огнеупорный наполнитель на основе окислов крем» ния и алюминия Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

Ю 435048, кл. В 22 С 9/04, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР и 668764, кл. В 22 С 1/00, 1974, 3. Авторское свидетельство СССР по заявке И 2839860/02, кл. В 22 С 1/18, 1979 °

Заказ 4012/9 Тираж 852 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Составитель И.Куницкая .РедакТор H.Áàãèðîâà Техред А. Ач Корректор M.Øàðîøè