RU2098220C1 - Mixture and method for manufacturing casting ceramic cores - Google Patents
Mixture and method for manufacturing casting ceramic cores Download PDFInfo
- Publication number
- RU2098220C1 RU2098220C1 RU96109811A RU96109811A RU2098220C1 RU 2098220 C1 RU2098220 C1 RU 2098220C1 RU 96109811 A RU96109811 A RU 96109811A RU 96109811 A RU96109811 A RU 96109811A RU 2098220 C1 RU2098220 C1 RU 2098220C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- sintering
- rods
- electrocorundum
- coating
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовлении керамических стержней, применяемых при производстве полых отливок из жаропрочных сплавов, в том числе и методом направленной кристаллизации, преимущественно лопаток для газотурбинных двигателей. The invention relates to foundry and can be used in the manufacture of ceramic rods used in the manufacture of hollow castings from heat-resistant alloys, including the method of directed crystallization, mainly blades for gas turbine engines.
При изготовлении отливок методом направленной кристаллизации керамические стержни, оформляющие внутренние полости отливок, подвергаются сильному нагреву, так как находятся в контакте с расплавом жаропрочного сплава при 1400 1550oC от 0,3 до 6 ч. Это обусловливает высокие требования, предъявляемые к термомеханическим свойствам стержней.In the manufacture of castings by directional crystallization, the ceramic rods forming the internal cavities of the castings are subjected to strong heating, since they are in contact with the melt of the heat-resistant alloy at 1400 1550 o C from 0.3 to 6 hours. This leads to high requirements for the thermomechanical properties of the rods .
В настоящее время керамические стержни для лопаток со сложной конструкцией внутренней полости (штырьковые, петлевые, циклонно-вихревые и т.п.), имеющие толщину 0,8 5,0 мм, изготавливаются способом твердофазного спекания из электрокорундовых составов [1, 2]
Корундовые керамические стержни выгодно отличают высокая прочность, герметическая точность, термохимическая устойчивость при высокотемпературной заливке в вакууме отливок из жаропрочных сплавов, в том числе турбинных лопаток.Currently, ceramic rods for blades with a complex design of the internal cavity (pin, loop, cyclone-vortex, etc.), having a thickness of 0.8 5.0 mm, are made by solid-phase sintering from electrocorundum compositions [1, 2]
Corundum ceramic rods are favorably distinguished by high strength, hermetic accuracy, thermochemical stability during high-temperature vacuum casting of castings from heat-resistant alloys, including turbine blades.
Существеннными недостатками таких стержней является повышенная трудоемкость и вредные условия труда при удалении их из полостей отливок механическим способом или в агрессивных средах: плавиковой кислоте, расплаве бифторида калия. Significant disadvantages of such rods are the increased complexity and harmful working conditions when removing them from the cavities of the castings mechanically or in aggressive environments: hydrofluoric acid, molten potassium bifluoride.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому положительному эффекту являются смесь и способ изготовления литейных керамических стержней, включающие твердофазное спекание сформованных с легкоплавким пластификатором на основе парафина порошков пылевидного кварца, электрокорунда и в качестве спекающей добавки карбоната кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас. The closest in technical essence and the achieved positive effect are a mixture and a method of manufacturing cast ceramic rods, including solid-phase sintering of powdered silica powders, electrocorundum and sintering calcium carbonate formed with low-melting plasticizer based on paraffin in the following ratio of ingredients, wt.
Электрокорунд зернистостью 50 200 мкм 10 -35
Карбонат кальция 0,1 0,2
Пластификатор на основе парафина с 10 мас. полиэтилена 19.22;
Пылевидный кварц Остальное [3]
Известное техническое решение обеспечивает удаление керамических кварцево-корундовых стержней методом выщелачивания, являющимся менее трудоемким и экологически более безопасным, чем растворение корундовых стержней в бифториде калия или других агрессивных средах, а также их механическое удаление.Electrocorundum with a grain size of 50 to 200 μm 10 -35
Calcium Carbonate 0.1 0.2
Paraffin-based plasticizer with 10 wt. polyethylene 19.22;
Dust Quartz Else [3]
The known technical solution provides the removal of ceramic quartz-corundum rods by leaching, which is less labor intensive and environmentally safer than the dissolution of corundum rods in potassium bifluoride or other aggressive environments, as well as their mechanical removal.
Вместе с тем прототип имеет следующие существенные недостатки:
термическая диссоциация в условиях вакуума образующегося после их прокалки оксида кальция, взаимодействие продуктов диссоциации с жаропрочными сплавами, насыщение продуктами этого взаимодействия поверхностных слоев отливок, изготавливаемых методом направленной кристаллизации, снижение их служебных свойств (низкая термохимическая устойчивость стержней и жаропрочным сплавам в условиях их заливки в вакууме);
недостаточный уровень прочности и герметической точности стержней; из-за образования кальциевых силикатов с низкой температурой плавления (менее 1300oC) такие стержни нельзя использовать для получения лопаток с направленной сттруктурой в плавильно-заливочных установках ПМП-2 и УВНК-8П;
повышенный брак отливок из жаропрочных сплавов, в том числе лопаток для газотурбинных двигателей, по глубине видоизмененного слоя, разностенности и засорам.However, the prototype has the following significant disadvantages:
thermal dissociation in vacuum of calcium oxide formed after calcination, the interaction of dissociation products with heat-resistant alloys, saturation of the products of this interaction with the surface layers of castings made by directional crystallization, the reduction of their service properties (low thermochemical stability of the rods and heat-resistant alloys when filled in vacuum );
insufficient strength and hermetic accuracy of the rods; due to the formation of calcium silicates with a low melting point (less than 1300 o C), such rods cannot be used to obtain blades with a directed structure in the melting and filling plants PMP-2 and UVNK-8P;
increased rejects of castings made of heat-resistant alloys, including blades for gas turbine engines, according to the depth of the modified layer, the difference in thickness and blockages.
В основу изобретения положена задача создать такие смесь и способ изготовления литейных керамических стержней, которые обеспечивали бы улучшение качества отливок из жаропрочных сплавов, получаемых методом направленной кристаллизации, за счет повышения термохимической выщелачиваемости керамических стержней. The basis of the invention is the task of creating such a mixture and method of manufacturing casting ceramic rods that would improve the quality of castings from heat-resistant alloys obtained by directional crystallization by increasing the thermochemical leachability of ceramic rods.
Указанная задача решается тем, что смесь для изготовления литейных керамических стержней преимущественно для лопаток из жаропрочных сплавов для газотурбинных двигателей, получаемых методом направленной кристаллизации, включающая электрокорунд, пылевидный кварц, пластификатор на основе парафина, спекающую добавку, дополнительно содержит в качестве спекающих добавок пылевидный возгон шамотного производства, алюминиевый порошок АСД-4, а также олеиновую кислоту при следующем соотношении ингредиентов, мас. This problem is solved in that the mixture for the manufacture of casting ceramic rods mainly for blades made of heat-resistant alloys for gas turbine engines obtained by directional crystallization, including electrocorundum, pulverized quartz, a paraffin-based plasticizer, sintering additive, additionally contains chamotte dusty sublimation as sintering additives production, aluminum powder ASD-4, as well as oleic acid in the following ratio of ingredients, wt.
Электрокорунд заренистостью 40 120 мкм 17 -40
Пылевидный возгон шамотного производства 0,4 -1,6
Алюминиевый порошок АСД-4 0,5 1,5
Пластификатор на основе парафина 13 17
Олеиновая кислота 0,4 1,5
Пылевидный кварц Остальное
Введение в смесь для изготовления керамических стержней на основе SiO2 в качестве спекающей добавки пылевидного возгона шамотного производства, обладающего высокими значениями дисперсности и удельной поверхности, обеспечивает стабильность процесса спекания и требуемый уровень прочности. Причем происходит реакционное спекание, связанное с муллитизацией указанной добавки, химический состав которой приведен в табл. 1.Electrocorundum with a hardness of 40 120 μm 17-40
Dusty sublimation of fireclay production 0.4 -1.6
Aluminum powder ASD-4 0.5 1.5
Paraffin-based
Oleic acid 0.4 1.5
Dusty quartz
Introduction to the mixture for the manufacture of ceramic rods based on SiO 2 as a sintering additive of pulverized sublimate of chamotte production, which has high values of dispersion and specific surface, ensures the stability of the sintering process and the required level of strength. Moreover, there is a reaction sintering associated with the mullitization of the specified additives, the chemical composition of which is given in table. one.
Пылевидный возгон шамотного производства собирается на электрофильтрах и циклонах в системе обжиговых печей по изготовлению шамотных изделий, является отходом шамотного производства, недефицитен, имеется в достаточно большом количестве. The dust-like sublimation of chamotte production is collected on electrostatic precipitators and cyclones in the system of kilns for the production of chamotte products, is a waste of chamotte production, is not deficient, and is available in a fairly large amount.
По данным рентгенофазного анализа (ДРОН-2) реакция муллитизации спекающей добавки пылевидного возгона шамотного производства начинается при температуре обжига смеси 1200 1250oC. При этом огнеупорный наполнитель стержней практически не муллитизируется вплоть до температуры заливки отливок из жаропрочных сплавов. Таким образом, использование пылевидного возгона шамотного производства создает условия для формирования после обжига структуры керамики, включающей муллитизированный каркас и кварцевую основу стержня, способную растворяться в водных растворах щелочи. В результате достигается наряду с высокими прочностными свойствами выщелачивание керамических стержней.According to x-ray phase analysis (DRON-2), the reaction of mullitization of the sintering additive of pulverized sublimation of chamotte production begins at a firing temperature of the mixture of 1200 1250 o C. In this case, the refractory core filler is practically not mullizable up to the temperature of casting castings from heat-resistant alloys. Thus, the use of pulverized sublimation of chamotte production creates the conditions for the formation of a ceramic structure after firing, including a mullitized framework and a quartz base of the rod, which can dissolve in aqueous alkali solutions. As a result, along with high strength properties, leaching of ceramic rods is achieved.
Введение в смесь алюминиевого порошка АСД-4 обеспечивает требуемое спекание электрокорунда, являющегося крупнозернистой составляющей, релаксирующей возникающие при обжиге смеси напряжения и исключающей трещинообразование при твердофазном спекании, формируя при этом требуемую пористость керамических стержней. The introduction of ASD-4 aluminum powder into the mixture provides the required sintering of electrocorundum, which is a coarse-grained component, which relaxes the stresses arising from the firing of the mixture and excludes cracking during solid-phase sintering, thereby forming the required porosity of ceramic rods.
Олеиновая кислота в составе смеси создает условия для снижения количества пластификатора, при котором смесь обладает необходимой текучестью на стадии ее горячего прессования в стержневые ящики. В результате после обжига смеси достигаются повышенные значения прочности керамических стержней. Oleic acid in the composition of the mixture creates conditions for reducing the amount of plasticizer, in which the mixture has the necessary fluidity at the stage of its hot pressing into core boxes. As a result, after firing the mixture, increased strength values of ceramic rods are achieved.
Указанная задача решается также тем, что в способе изготовления литейных керамических стержней, преимущественно для получения лопаток из жаропрочных сплавов методом направленной кристаллизации, включающем твердофазное спекание сформованных с пластификатором пылевидного кварца и электрокорунда, согласно изобретению после спекания на стержень осуществляют плазменное напыление защитного покрытия, термохимически устойчивого к жаропрочным сплавам в условиях их высокотемпературной заливки в вакууме, при этом отношение толщины покрытия к преобладающей толщине стенки отливки составляет 0,025 0,10. This problem is also solved by the fact that in the method for manufacturing casting ceramic rods, mainly for producing blades from heat-resistant alloys by directional crystallization, including solid-phase sintering of dust quartz and electrocorundum molded with a plasticizer, according to the invention, plasma coating of a thermochemically stable coating is carried out after sintering on the rod to heat-resistant alloys under conditions of their high-temperature filling in vacuum, while the ratio of thickness is covered I to the prevailing casting wall thickness is 0.025 0.10.
В предлагаемом способе на стержень наносят плазменное покрытие из стабилизированного диоксида циркония. In the proposed method, the rod is coated with a plasma coating of stabilized zirconia.
В качестве наносимого плазменного покрытия в способе можно использовать также оксид алюминия. Alumina can also be used as the applied plasma coating in the method.
Нанесение после спекания смеси защитного плазменного покрытия, термохимически устойчивого и жаропрочным сплавом в условиях их высокотемпературной заливки в вакууме, сводит к минимуму физико-химическое взаимодействие указанных расплавов с кварцевой основой стержней, практически исключает образование видоизмененного слоя отливок, повышая их служебные свойства. The application after sintering of a mixture of a protective plasma coating, thermochemically stable and heat-resistant alloy under conditions of their high-temperature pouring in vacuum, minimizes the physicochemical interaction of these melts with the quartz base of the rods, virtually eliminates the formation of a modified layer of castings, increasing their service properties.
Принимая во внимание данные по термодинамике и кинетике термической диссоциации оксидов в вакууме при температурах заливки жаропрочных сплавов, наиболее рациональным является нанесение на стержни защитных плазменных покрытий из стабилизированного диоксида циркония или оксида алюминия. Taking into account the data on the thermodynamics and kinetics of thermal dissociation of oxides in vacuum at pouring temperatures of heat-resistant alloys, it is most rational to apply protective plasma coatings made of stabilized zirconia or aluminum oxide to the rods.
Учитывая, что с повышением толщины стенки отливки увеличиваются продолжительность процесса взаимодействия, тепловое и механическое воздействие заливаемого жаропрочного расплава на керамический стержень, в качестве параметра, характеризующего защитное действие покрытия, принимают отношение его толщины к преобладающей толщине стенки отливки. Значение этого параметра в пределах 0,025 0,10 обеспечивает требуемые термохимическую устойчивость, прочность сцепления покрытия с основой, геометрическую точность и упрочнение керамических стержней на основе SiO2.Considering that with an increase in the thickness of the casting wall, the duration of the interaction process increases, the thermal and mechanical effects of the heat-resistant melt being poured on the ceramic rod, the ratio of its thickness to the prevailing casting wall thickness is taken as a parameter characterizing the protective effect of the coating. The value of this parameter within 0.025 0.10 provides the required thermochemical stability, adhesion strength of the coating to the base, geometric accuracy and hardening of ceramic rods based on SiO 2 .
Термохимическая устойчивость к жаропрочным сплавам в условиях их заливки в вакууме, повышение прочности, геометрической точности и выщелачиваемость керамических стержней улучшают качество и условия труда, снижают трудоемкость изготовления полых отливок из жаропрочных сплавов, получаемых методом направленной кристаллизации, в том числе и лопаток для газотурбинных двигателей. Thermochemical resistance to heat-resistant alloys in the conditions of their filling in vacuum, increasing strength, geometric accuracy and leachability of ceramic rods improve the quality and working conditions, reduce the complexity of manufacturing hollow castings from heat-resistant alloys obtained by directional crystallization, including blades for gas turbine engines.
Подготовку смеси для изготовления литейных керамических стержней осуществляют следующим образом. Пылевидный кварц (ГОСТ 9077-82) перед использованием прокаливают при 1300.1350oC в течение 16 24 ч для перевода β -кварца в a -кристобалит, что значительно уменьшает объемные изменения кристаллической решетки кварца при последующем твердофазном спекании смеси, обеспечивая стержням необходимую геометрическую точность.The preparation of the mixture for the manufacture of casting ceramic rods is as follows. Dust quartz (GOST 9077-82) is calcined before use at 1300.1350 o C for 16 24 hours to convert β-quartz to a-cristobalite, which significantly reduces the volumetric changes in the crystal lattice of quartz during subsequent solid-phase sintering of the mixture, providing the rods with the necessary geometric accuracy.
Расчетные количества прокаленного пылевидного кварца, электрокорунда (ГОСТ 3647-80), алюминиевого порошка марки АСД-4 (ТУ 48-5-226-82), пылевидного возгона шамотного производства загружают в конвертор с мелющими шарами и перемешивают в течение 1,0 1,5 ч. The calculated quantities of calcined pulverized silica, electrocorundum (GOST 3647-80), aluminum powder of the ASD-4 grade (TU 48-5-226-82), pulverized chamotte sublimate are loaded into a converter with grinding balls and mixed for 1.0 1, 5 hours
После этого осуществляют плакирование сухих составляющих смеси олеиновой кислотой (ГОСТ 10475-63), которую вливают тонкой струей в конвертор с указанными материалами и перемешивают в течение 0,5 1,0 ч. After that, cladding of the dry components of the mixture with oleic acid (GOST 10475-63) is carried out, which is poured into the converter with the indicated materials with a thin stream and stirred for 0.5-1.0 hours.
Затем, нагревая конвертор до 80 90oC, вводят парафин (ГОСТ 13577-71), перемешивают составляющие 0,5 1,0 ч и вливают предварительно расплавленный при 130 140oC пластификатор ПП-10 на основе парафина с полиэтиленом (ГОСТ 16337-77) с последующим перемешиванием при 100 110oC в течение 0,5 1,0 ч.Then, heating the converter 90 to 80 o C, the wax is introduced (GOST 13577-71), stirred for 1.0 h is 0.5, and poured into pre-melted at 130 140 o C PP-10 plasticizer based on paraffin with polyethylene (GOST 16337- 77) followed by stirring at 100 110 o C for 0.5 to 1.0 hours
Указанный ступенчатый ввод в плакированную олеиновой кислотой смесь сухих составляющих парафина и предварительно расплавленного пластификатора ПП-10 значительно уменьшает испаряемость олеиновой кислоты и пластификатора при 130 140oC, обеспечивая стабильность состава смеси и достижение высокой текучести смеси при уменьшенном количестве пластификатора. Вследствие этого создаются условия для повышения прочности керамической смеси после ее обжига.The indicated stepwise introduction of a mixture of dry paraffin and pre-molten plasticizer PP-10 into an oleic acid-clad mixture significantly reduces the volatility of oleic acid and plasticizer at 130-140 ° C, ensuring the stability of the mixture and achieving high fluidity of the mixture with a reduced amount of plasticizer. As a result of this, conditions are created for increasing the strength of the ceramic mixture after its firing.
В случае использования пластификатора ПП-10 количество предварительно вводимого парафина дается из расчета получения в керамической смеси пластификатора на основе парафина с 5% полиэтилена (ПП-5). In the case of using the plasticizer PP-10, the amount of pre-injected paraffin is given based on the preparation of a plasticizer based on paraffin with 5% polyethylene (PP-5) in a ceramic mixture.
На заключительной стадии подготовки смеси осуществляют подъем температуры конвертора до 130 140oC и перемешивание всех составляющих в течение 0,5 1,0 ч до однородной массы, которую затем разливают в противни и используют для изготовления стержней.At the final stage of preparation of the mixture, the temperature of the converter is raised to 130 140 o C and all components are mixed for 0.5 1.0 hours to a homogeneous mass, which is then poured into baking sheets and used to make rods.
Содержание в предлагаемой смеси пылевидного возгона намотного производства меньше, чем 0,4 мас. не обеспечивает требуемые термомеханические свойства керамических стержней. Количество указанной спекающей добавки больше, чем 1,6 мас. вызывает ухудшение выщелачиваемости стержней из-за увеличения в стержне количества муллита. The content in the proposed mixture of pulverized sublimate wound production is less than 0.4 wt. does not provide the required thermomechanical properties of ceramic rods. The amount of the specified sintering additive is more than 1.6 wt. causes deterioration of the leachability of the rods due to an increase in the amount of mullite in the rod.
Алюминиевый порошок АСД-4 упрочняет смесь после прокалки при условии совместного использования с пылевидным возгоном шамотного производства, так как окисление АСД-4 при обжиге смеси создает избыток в спекающих добавках высокодисперсного Al2O3, активизируя процесс муллитизации пылевидного возгона шамотного производства, вызывающий реакционное спекание керамических стержней.Aluminum powder ASD-4 strengthens the mixture after calcination, provided it is used together with chamotte dusty sublimation, since oxidation of ASD-4 during roasting of the mixture creates an excess of finely dispersed Al 2 O 3 in the sintering additives, activating the process of mullitization of the chamotte dusty sublimation, causing reaction sintering ceramic rods.
Применение в качестве спекающей добавки только алюминиевого порошка АСД-4 для предлагаемой смеси на основе SiO2 не обеспечивает требуемые прочностные свойства стержней, а при содержании АСД-4 больше, чем 1,5 мас. наблюдаются нежелательные процессы восстановления алюминием из SiO2 кремния, насыщение им поверхностных слоев отливок из жаропрочных сплавов, снижение их служебных свойств, нарушение геометрической точности и выщелачиваемости керамических стержней.The use of only aluminum powder ASD-4 as a sintering additive for the proposed mixture based on SiO 2 does not provide the required strength properties of the rods, and when the content of ASD-4 is more than 1.5 wt. unwanted processes of reduction by aluminum from SiO 2 silicon are observed, it saturates the surface layers of castings from heat-resistant alloys, reduces their service properties, violates the geometric accuracy and leachability of ceramic rods.
Содержание в керамической смеси в качестве спекающей добавки совместно с пылевидным возгоном шамотного производства алюминиевого порошка АСД-4 меньше, чем 0,5 мас. не дает стержням заметного упрочняющего эффекта. The content in the ceramic mixture as a sintering additive together with the dust-like sublimate of the chamotte production of aluminum powder ASD-4 is less than 0.5 wt. does not give the rods a noticeable reinforcing effect.
Введение в смесь олеиновой кислоты меньше, чем 0,4 мас. оказывается неэффективным с позиций уменьшения количества пластификатора, требуемого для обладания смесью необходимой текучести в горячем состоянии. Introduction to the mixture of oleic acid is less than 0.4 wt. It turns out to be ineffective from the standpoint of reducing the amount of plasticizer required to possess the mixture of the necessary fluidity in the hot state.
Содержание в смеси олеиновой кислоты больше, чем 1,5 мас. увеличивает потерю массы смеси после прокалки, значительно снижает геометрическую точность и прочность стержней. The content in the mixture of oleic acid is more than 1.5 wt. increases the weight loss of the mixture after calcination, significantly reduces the geometric accuracy and strength of the rods.
Способ осуществляют следующим образом. Керамическую смесь запрессовывают при 70 100oC в пресс-формы (стержневые ящики). Стержни получают методом твердофазного спекания в газовых печах при 1450 1500oC в течение 10 12 ч в засыпке из глинозема марок Г0, Г00, (ГОСТ 6912-87).The method is as follows. The ceramic mixture is pressed at 70 to 100 o C in the mold (core boxes). The rods are obtained by solid-phase sintering in gas furnaces at 1450 1500 o C for 10 12 hours in a bed of alumina grades G0, G00, (GOST 6912-87).
После спекания на стержни наносят защитное плазменное покрытие, термохимически устойчивое к жаропрочным сплавам в условиях их высокотемпературной заливки в вакууме. Причем соблюдают отношение толщины этого покрытия к преобладающей толщине стенки отливки в пределах 0,025 0,10, что блокирует физико-химическое взаимодействие расплавов жаропрочных сплавов с кварцевой основой стержней, практически исключает образование видоизмененного слоя отливок, повышая их служебные свойства. After sintering, a protective plasma coating is applied to the rods, thermochemically resistant to heat-resistant alloys under conditions of their high-temperature filling in vacuum. Moreover, the ratio of the thickness of this coating to the prevailing wall thickness of the casting is observed within 0.025 0.10, which blocks the physicochemical interaction of the melts of heat-resistant alloys with the quartz base of the rods, virtually eliminates the formation of a modified layer of castings, increasing their service properties.
При этом нанесение на стержни защитного покрытия, отношение толщины которого к преобладающей толщине стенки отливки меньше, чем 0,025, оказывается малоэффективным для обеспечения термохимической устойчивости и упрочнения стержней за счет формирования их оболочковой структуры. In this case, the application of a protective coating to the rods, the ratio of the thickness of which to the predominant wall thickness of the casting is less than 0.025, is ineffective for ensuring thermochemical stability and hardening of the rods due to the formation of their shell structure.
Соблюдение значений указанного параметра больше, чем 0,10, приводит к снижению геометрической точности и прочности сцепления покрытия (оболочки) с основой стержней из-за повышения склонности к трещинообразованию покрытий с увеличением их толщины. Compliance with the values of the specified parameter greater than 0.10 leads to a decrease in the geometric accuracy and adhesion of the coating (shell) to the core of the rods due to the increased tendency to crack formation of coatings with an increase in their thickness.
В качестве материала плазменных покрытий могут быть использованы стабилизированный диоксид циркония или оксид алюминия, имеющие минимальную скорость термической диссоциации при температурах прогрева стержней расплавом жаропрочных сплавов в условиях вакуума. As a material for plasma coatings, stabilized zirconia or alumina can be used, having a minimum rate of thermal dissociation at temperatures of heating of the rods with a melt of heat-resistant alloys under vacuum.
Предлагаемые смесь и способ изготовления литейных керамических стержней иллюстрируются следующими примерами. The proposed mixture and method of manufacturing casting ceramic rods are illustrated by the following examples.
Пример 1. В табл.2 приведены составы смесей для изготовления литейных керамических стержней, включающие пылевидный кварц, электрокорунд, пластификатор на основе парафина с отливающимся друг от друга содержанием пылевидного возгона шамотного производства, алюминиевого порошка АСД-4 и олеиновой кислоты. Example 1. Table 2 shows the compositions of mixtures for the manufacture of ceramic casting cores, including pulverized quartz, electrocorundum, a paraffin-based plasticizer with a casting content of chamotte pulverized sublimate, aluminum powder ASD-4 and oleic acid.
Перед использованием пылевидный кварц (ГОСТ 9077-82) прокаливали в камерной электрической печи при 1300oC в течение 16 ч, электрокорунд сушили при 250 300oC в течение 4 ч с последующим просевом исходных материалов через сетку N 0,6 1,0.Before use, pulverized silica (GOST 9077-82) was calcined in a chamber electric furnace at 1300 ° C for 16 hours, electrocorundum was dried at 250 300 ° C for 4 hours, followed by sifting of the starting materials through a mesh N 0.6 1.0.
Применяли микропорошок электрокорунда марки М50 и шлифпорошок электрокорунда N 10 (ГОСТ 3647-80), взятых в соотношение 2:1 по массе. M50 electrocorundum micropowder and electrocorundum grinding powder N 10 (GOST 3647-80), taken in a ratio of 2: 1 by weight, were used.
Подготовку смесей осуществляли в конверторе по следующему режиму:
перемешивание сухих составляющих 0,5 ч;
плакирование их олеиновой кислотой 0,5 ч;
введение парафина при 90oC и перемешивание 0,5 ч;
заливка расплавленного при 140o пластификатора ПП-10 и перемешивание 0,5 ч;
окончательное перемешивание при 140oC ингредиентов смеси и разлив в противни 1,0 ч.Mixtures were prepared in the converter according to the following mode:
mixing dry components of 0.5 hours;
clad them with oleic acid 0.5 h;
the introduction of paraffin at 90 o C and stirring for 0.5 hours;
pouring the PP-10 plasticizer melted at 140 ° and stirring for 0.5 hours;
final stirring at 140 ° C. of the ingredients of the mixture and pouring into baking sheets for 1.0 hour
Стержни из подготовленных смесей изготавливали способом горячего прессования при 90±10oC с последующим их обжигом (1470±20oC, 12 ч) в засыпке из глинозема.The rods from the prepared mixtures were made by hot pressing at 90 ± 10 ° C followed by firing (1470 ± 20 ° C, 12 h) in a bed of alumina.
Для получения количественных сравнительных данных параллельно изготавливали стержни согласно прототипу. To obtain quantitative comparative data, rods were made in parallel according to the prototype.
Показателями для сравнения служили убыль массы смеси в условиях плавильно-заливочной установки ПМП-2 (остаточное давление 1,33 Па, выдержка при 1500 1550oC в течение 3 ч); толщина видоизмененного слоя отливок из жаропрочных сплавов (насыщение кремнием, кальцием, плены, неметаллические включения); отклонение размеров образцов от номинальных, характеризующее геометрическую точность стержней; прочность образцов при изгибе в холодном состоянии после спекания смеси и продолжительность их полного разрушения в кипящем 40% -ном водном растворе щелочи (КОН).The indicators for comparison were the decrease in the mass of the mixture under the conditions of the PMP-2 melting and casting plant (residual pressure 1.33 Pa, holding at 1500 1550 o C for 3 h); the thickness of the modified layer of castings from heat-resistant alloys (saturation with silicon, calcium, powders, non-metallic inclusions); deviation of sample sizes from nominal, characterizing the geometric accuracy of the rods; the strength of the samples when bending in the cold state after sintering the mixture and the duration of their complete destruction in a boiling 40% aqueous alkali solution (KOH).
При оценке геометрической точности, прочности и выщелачиваемости использовали образцы размером 70х15х5 мм. When evaluating geometric accuracy, strength, and leachability, samples of size 70x15x5 mm were used.
Уменьшение массы смеси в ПМП-2 фиксировали с использованием весов марки ВЛА-200г-М с точностью до 5•10-4г и выражали в процентах к исходной массе навесок.The decrease in the mass of the mixture in PMP-2 was recorded using VLA-200g-M scales with an accuracy of 5 • 10 -4 g and was expressed as a percentage of the initial weight of the weights.
Толщину видоизмененного слоя отливок определяли методом сканирования на рентгеноспектральном микроанализаторе РЭМ-100У образцов, вырезанных из турбинных лопаток, полученных в плавильно-заливочных установках УППФ-3 (равноосная кристаллизация) и ПМП-2 (направленная кристаллизация) из жаропрочных никелевых сплавов соответственно ЖС6УВИ и ЖС30-ВИ. The thickness of the modified layer of the castings was determined by scanning on a REM-100U X-ray microanalyzer samples cut from turbine blades obtained in UPPF-3 (equiaxial crystallization) and PMP-2 (directional crystallization) melting and pouring units from heat-resistant nickel alloys respectively ZhS6UVI and ZhS30- IN AND.
Результаты испытаний смесей приведены в табл. 3. The test results of the mixtures are given in table. 3.
Пример 2. Аналогично примеру 1 готовили смесь для изготовления литейных керамических стержней из состава 4 (см. табл. 2), показавшего оптимальные технологические свойства. Example 2. Analogously to example 1, a mixture was prepared for the manufacture of foundry ceramic cores from composition 4 (see table. 2), which showed optimal technological properties.
После твердофазного спекания наносили защитное плазменное покрытие из стабилизированного диоксида циркония, варьируя отношение толщины покрытия к преобладающей толщине стенки отливки (δп/δотл), в пределах 0,025 0,10. Использовали плазмотрон УПУ-ЭД с соблюдением режима напыления: сила тока 430 А; напряжение 70 В; мощность 25 кВт; плазмообразующий газ аргон (ГОСТ 10157-79), его расход 55 л/мин.After solid phase sintering, a protective plasma coating of stabilized zirconia was applied, varying the ratio of the coating thickness to the predominant cast wall thickness (δ p / δ ex ) within 0.025 0.10. The UPU-ED plasmatron was used in compliance with the spraying mode: current strength 430 A; voltage 70 V; power is 25 kW; Argon plasma-forming gas (GOST 10157-79), its consumption is 55 l / min.
Результаты испытаний стержней с плазменным покрытием из стабилизированного ZrO2 в зависимости от (δп/δотл) представлены в табл.4.The test results of the rods with a plasma coating of stabilized ZrO 2 depending on (δ p / δ exc ) are presented in table 4.
Пример 3. После спекания смеси состава 4 (см. табл. 2) наносили на стержни защитное плазменное покрытие из оксида алюминия. Отношение толщины покрытия к преобладающей толщине стенки отливки (δп/δотл) составляло 0,025; 0,063; 0,10. Соблюдали следующий режим напыления на плазмотроне УПУ-ЭД: сила тока 400 А; напряжение 50 В; мощность 25 кВт; расход аргона 50 л/мин.Example 3. After sintering a mixture of composition 4 (see table. 2) a protective plasma coating of aluminum oxide was applied to the rods. The ratio of coating thickness to the predominant cast wall thickness (δ p / δ ex ) was 0.025; 0.063; 0.10. The following spraying conditions were observed on the UPU-ED plasmatron: current strength 400 A; voltage 50 V; power is 25 kW; argon flow rate 50 l / min.
Стержни использовали для изготовления турбинных лопаток, получаемых направленной (ПМП-2) и равноосной (УППФ-3) кристаллизацией из жаропрочных никелевых сплавов соответственно ЖС30-ВИ и ЖС6УВИ. The rods were used for the manufacture of turbine blades obtained by directional (PMP-2) and equiaxial (UPPF-3) crystallization from heat-resistant nickel alloys ZhS30-VI and ZhS6UVI, respectively.
Результаты испытаний стержней с плазменным покрытием из Al2O3 в зависимости от (δп/δотл) приведены в табл. 5.The test results of the rods with a plasma coating of Al 2 O 3 depending on (δ p / δ exc ) are given in table. 5.
Результаты испытаний показывают, что предлагаемые смеси и способ изготовления литейных керамических стержней позволяют при сохранении выщелачиваемости стержней на основе SiO2 добиться повышения их прочности, геометрической точности, термической устойчивости к жаропрочным сплавам в условиях их высокотемпературной заливки в вакууме, практически исключить образование на турбинных лопатках поверхностного слоя с видоизмененной структурой. В результате улучшаются служебные свойства (жаропрочность, трещиноустойчивость при высоких температурах и т.д.) и снижается трудоемкость изготовления отливок из жаропрочных сплавов, в том числе получаемых и методом направленной кристаллизации.The test results show that the proposed mixture and the method of manufacturing cast ceramic rods, while maintaining the leachability of the rods based on SiO 2, can increase their strength, geometric accuracy, thermal resistance to heat-resistant alloys under conditions of their high-temperature filling in vacuum, and practically eliminate the formation of surface a layer with a modified structure. As a result, service properties are improved (heat resistance, crack resistance at high temperatures, etc.) and the complexity of manufacturing castings from heat-resistant alloys, including those obtained by directional crystallization, is also reduced.
Повышение стабильности свойств стержней достигается соблюдением оптимального диапазона значений отношения толщины защитного плазменного покрытия из термохимически устойчивого в вакууме химического соединения к преобладающей толщине стенки отливки (δп/δотл 0,025 0,10), обеспечивающего возможность управления процессами физико-химического взаимодействия отливки и стержня в условиях высокотемпературной заливки расплавов жаропрочных сплавов в вакууме.Improving the stability of the properties of the rods is achieved by observing the optimal range of the ratio of the thickness of the protective plasma coating from a chemical compound thermally chemically stable in vacuum to the predominant cast wall thickness (δ p / δ ex 0.025 0.10), which makes it possible to control the physicochemical interaction of the cast and the rod in conditions of high-temperature casting of melts of heat-resistant alloys in vacuum.
Предлагаемые смесь и способ изготовления литейных керамических стержней опробованы на Казанском моторостроительном производственном объединении (КМПО) при производстве из жаропрочных никелевых сплавов методом направленной кристаллизации турбинных лопаток. Результат -высокое качество и улучшение удаляемости стержней за счет их выщелачивания. The proposed mixture and method of manufacturing casting ceramic rods were tested at the Kazan Motor-Industrial Production Association (KMPO) in the production of heat-resistant nickel alloys by the method of directed crystallization of turbine blades. The result is high quality and improved removal of the rods due to their leaching.
Предлагаемые смесь и способ изготовления литейных керамических стержней, учитывая их повышенные технологические возможности, могут быть с успехом применены для получения полых, сложнопрофильных отливок ответственного назначения из жаропрочных сплавов, эксплуатирующихся в самолетостроении, ракетостроении, судостроении, химической промышленности, металлургии и машиностроении. The proposed mixture and method of manufacturing casting ceramic rods, given their increased technological capabilities, can be successfully applied to obtain hollow, complex-shaped castings for critical purposes from heat-resistant alloys used in aircraft construction, rocket science, shipbuilding, chemical industry, metallurgy and mechanical engineering.
Список литературы
1. Литье по выплавляемым моделям /Под общ. ред. Я.И. Шкленника, М. Машиностроение, 1984, с. 239-244.Bibliography
1. Lost wax casting / Under the general. ed. ME AND. Shklennika, M. Mechanical Engineering, 1984, p. 239-244.
2. Специальные способы литья: Справочник /Под общ. ред. В.А. Ефимова. - М. Машиностроение, 1991, с. 140-148. 2. Special casting methods: Reference / Under the general. ed. V.A. Efimova. - M. Mechanical Engineering, 1991, p. 140-148.
3. Авт.св. N 1468639 (СССР). Смесь для изготовления литейных керамических стержней /Козлов Г.Я. Алешкович С.Е. Демонис И.М. Кл. B 22 C 1/22, 9/04, бюл. N 12, 1989 (прототип). 3. Auto N 1468639 (USSR). Mix for the manufacture of foundry ceramic cores / Kozlov G.Ya. Aleshkovich S.E. Demonis I.M. Cl. B 22
Claims (3)
пылевидный возгон шамотного производства и алюминиевый порошок АСД-4 при следующем соотношении ингредиентов, мас.1. A mixture for the manufacture of casting ceramic rods, mainly for blades made of heat-resistant alloys for gas turbine engines, obtained by directional crystallization, including electrocorundum, a paraffin-based plasticizer, preliminarily calcined at 1300 1350 o C for 16 24 hours, pulverized silica and sintering additive, characterized in that it further comprises oleic acid, and as a sintering additive
pulverized sublimation of fireclay production and aluminum powder ASD-4 in the following ratio of ingredients, wt.
Пылевидный возгон шамотного производства 0,4 1,6
Алюминиевый порошок АСД-4 0,5 1,5
Пластификатор на основе парафина 13 17
Олеиновая кислота 0,4 1,5
Пылевидный кварц Остальное
2. Способ изготовления литейных керамических стержней преимущественно для получения лопаток из жаропрочных сплавов для газотурбинных двигателей методом направленной кристаллизации, включающий твердофазное спекание сформованных с пластификатором пылевидного кварца и электрокорунда, отличающийся тем, что после спекания на стержень осуществляют плазменное напыление защитного покрытия, термохимически устойчивого к жарапрочным сплавам в условиях их высокотемпературной заливки в вакууме, при этом отношение толщины покрытия стенки отливки составляет 0,025 0,10.Corundum with a grain size of 40 120 μm 17 40
Dusty sublimation of fireclay production 0.4 1.6
Aluminum powder ASD-4 0.5 1.5
Paraffin-based plasticizer 13 17
Oleic acid 0.4 1.5
Dusty quartz
2. A method of manufacturing cast ceramic rods mainly for producing blades made of heat-resistant alloys for gas turbine engines by directional crystallization, including solid-phase sintering of dust quartz and electrocorundum molded with a plasticizer, characterized in that after sintering on the rod, a plasma coating is applied that is thermally chemically resistant to scratch alloys under conditions of their high-temperature filling in vacuum, while the ratio of the wall coating thickness is excellent the willow is 0.025 0.10.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96109811A RU2098220C1 (en) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | Mixture and method for manufacturing casting ceramic cores |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96109811A RU2098220C1 (en) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | Mixture and method for manufacturing casting ceramic cores |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2098220C1 true RU2098220C1 (en) | 1997-12-10 |
| RU96109811A RU96109811A (en) | 1998-04-10 |
Family
ID=20180664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96109811A RU2098220C1 (en) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | Mixture and method for manufacturing casting ceramic cores |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2098220C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104493076A (en) * | 2014-12-08 | 2015-04-08 | 昌乐恒昌化工有限公司 | Calcined quartz powder casting coating and production method thereof |
| RU176442U1 (en) * | 2016-11-07 | 2018-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "КнАГТУ") | DEVICE FOR PRODUCING SHELL CASTING RODS |
| RU2662514C1 (en) * | 2017-08-07 | 2018-07-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Mixture for manufacture of foundry ceramic rods of hollow shovels from heat-resistant alloys by molding on floating models |
| RU2663514C1 (en) * | 2017-05-15 | 2018-08-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова Российской академии наук | Method of manufacturing a ceramic hollow rods |
| RU2718635C1 (en) * | 2019-06-19 | 2020-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of making ceramic shell for casting blades (embodiments) |
| RU2721974C1 (en) * | 2019-08-05 | 2020-05-25 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Method of producing ceramic mixture and ceramic mixture |
-
1996
- 1996-05-21 RU RU96109811A patent/RU2098220C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SU, авторское свидетельство, 1468639, B 22 С 1/22, 1966. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104493076A (en) * | 2014-12-08 | 2015-04-08 | 昌乐恒昌化工有限公司 | Calcined quartz powder casting coating and production method thereof |
| RU176442U1 (en) * | 2016-11-07 | 2018-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "КнАГТУ") | DEVICE FOR PRODUCING SHELL CASTING RODS |
| RU2663514C1 (en) * | 2017-05-15 | 2018-08-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова Российской академии наук | Method of manufacturing a ceramic hollow rods |
| RU2662514C1 (en) * | 2017-08-07 | 2018-07-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Mixture for manufacture of foundry ceramic rods of hollow shovels from heat-resistant alloys by molding on floating models |
| RU2718635C1 (en) * | 2019-06-19 | 2020-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of making ceramic shell for casting blades (embodiments) |
| RU2721974C1 (en) * | 2019-08-05 | 2020-05-25 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Method of producing ceramic mixture and ceramic mixture |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10589344B2 (en) | Mold compositions and methods for casting titanium and titanium aluminide alloys | |
| US9803923B2 (en) | Crucible and extrinsic facecoat compositions and methods for melting titanium and titanium aluminide alloys | |
| KR101177963B1 (en) | Crucibles for melting titanium alloys | |
| WO2015146266A1 (en) | CASTING MOLD, PROCESS FOR PRODUCING SAME, AND Ti-Al ALLOY CAST PRODUCT AND PROCESS FOR PRODUCING SAME | |
| JPH0510291B2 (en) | ||
| JP5774135B2 (en) | Sintered materials based on doped chromium oxide | |
| AU2009213932B2 (en) | BSAS powder | |
| EP3074363B1 (en) | A method for forming a mold for casting a titanium-containing article | |
| US3981352A (en) | Metal casting mold with bonded particle filter | |
| RU2098220C1 (en) | Mixture and method for manufacturing casting ceramic cores | |
| JP5925411B2 (en) | Casting process and yttria-containing facecoat material therefor | |
| US9192983B2 (en) | Silicon carbide-containing mold and facecoat compositions and methods for casting titanium and titanium aluminide alloys | |
| US8906292B2 (en) | Crucible and facecoat compositions | |
| EP0093212B1 (en) | Refractory material | |
| RU2809398C1 (en) | Method for manufacturing ceramic melting crucibles | |
| SU1468639A1 (en) | Sand for making casting ceramic cores | |
| JPH0952169A (en) | Refractory for tuyere of molten steel container | |
| JP2524678B2 (en) | Fireproof molding | |
| RU2132760C1 (en) | Sand for making ceramic casting cores | |
| RU2058210C1 (en) | Refractory filler for ceramic casting moulds manufacture | |
| RU2130358C1 (en) | Suspension for production of shell molds in investment casting | |
| SU1614883A1 (en) | Ceramic sand for cores | |
| JPH08150467A (en) | Manufacture of nozzle for continuous casting | |
| SU933174A1 (en) | Mixture for producing refractory casting cores | |
| JPH04178234A (en) | Inorganic binder for precision casting of active metal and molding material |