RU2245212C1 - Suspension for making ceramic molds - Google Patents

Suspension for making ceramic molds Download PDF

Info

Publication number
RU2245212C1
RU2245212C1 RU2003128891/02A RU2003128891A RU2245212C1 RU 2245212 C1 RU2245212 C1 RU 2245212C1 RU 2003128891/02 A RU2003128891/02 A RU 2003128891/02A RU 2003128891 A RU2003128891 A RU 2003128891A RU 2245212 C1 RU2245212 C1 RU 2245212C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
castings
suspension
manufacture
binder
molds
Prior art date
Application number
RU2003128891/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
И.П. Боровинска (RU)
И.П. Боровинская
В.А. Горшков (RU)
В.А. Горшков
В.В. Деев (RU)
В.В. Деев
Ю.С. Елисеев (RU)
Ю.С. Елисеев
А.Г. Мержанов (RU)
А.Г. Мержанов
О.Г. Оспенникова (RU)
О.Г. Оспенникова
В.А. Поклад (RU)
В.А. Поклад
В.И. Юхвид (RU)
В.И. Юхвид
Original Assignee
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук
Федеральное государственное унитарное предприятие - "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук, Федеральное государственное унитарное предприятие - "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" filed Critical Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук
Priority to RU2003128891/02A priority Critical patent/RU2245212C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2245212C1 publication Critical patent/RU2245212C1/en

Links

Landscapes

  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

FIELD: manufacture of castings of chemically active and refractory metals, steels, nickel base alloys, mainly blades of gas-turbine engines.
SUBSTANCE: suspension contains, mass %: hydrolyzed ethyl silicate as binder, 20 -40; cast oxide material as filler prepared in mode of burning composition Al2 O3 / Cr2O 3 at content of Cr2O3 equal to 6 - 50 mass %. It is possible to use mixture of above mentioned oxide material with synthetic corundum, zirconium dioxide and (or) yttrium oxide taken in quantity no less than 10%. Method provides reduced grain size of castings until 0.1 -0.5 mm, reduced zone of interaction with melt until 0.01 - 0.05 mm, increased heat conductivity factor up to 30 - 55 Wt/mK.
EFFECT: enhanced quality of ceramic molds due to their increased bending strength, improved surface roughness of castings.
1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к изготовлению керамических оболочковых форм по выплавляемым моделям для литья титановых и жаропрочных сплавов, для изготовления отливок из химически активных и жаропрочных металлов, сталей и сплавов на основе никеля, преимущественно лопаток газотурбинных установок.The invention relates to foundry, in particular to the manufacture of ceramic shell molds for investment casting for casting titanium and heat-resistant alloys, for the manufacture of castings of chemically active and heat-resistant metals, steels and alloys based on nickel, mainly blades of gas turbine plants.

Известна суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям для литья химически активных сталей и сплавов, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%: раствор алкоксиалюмоксана 7-11 общей формулы {(AlO)-OR}m, где R=CmH2n+1, n=2-4, m=2-5; растворитель 18-24; электрокорунд - остальное (SU 1838986 A3, В 22 С 1/06, В 22 С 1/16, 20.02.1996). Изобретение позволяет повысить качество керамической формы за счет снижения химического взаимодействия на границе металл - форма для ликвидации питтинг-дефектов.A known suspension for the manufacture of ceramic molds on investment casting for casting chemically active steels and alloys containing components in the following ratio, wt.%: Alkoxyaluminoxane solution 7-11 of the general formula {(AlO) -OR} m, where R = C m H 2n +1 , n = 2-4, m = 2-5; solvent 18-24; electrocorundum - the rest (SU 1838986 A3, В 22 С 1/06, В 22 С 1/16, 02.20.1996). The invention improves the quality of the ceramic mold by reducing the chemical interaction at the metal-mold interface to eliminate pitting defects.

Известна суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%: алкоксиалюмоксан 4-8; стабилизатор (ацетоуксусный эфир, этилацетат) 2-4; органический растворитель (изопропанол, этанол, бутанол) 19-2; активатор (порошок металла IIIa, IVa, Va групп, преимущественно порошки алюминия или титана или их оксиды) 5-8; наполнитель (порошок электрокорунда, циркона или диоксида циркония) 59-70 (RU 2082535 C1 B 22 C 1/06, В 22 С 1/16, 27.06.1997).A known suspension for the manufacture of ceramic molds on lost wax, containing components in the following ratio, wt.%: Alkoxyaluminoxane 4-8; stabilizer (acetoacetic ester, ethyl acetate) 2-4; organic solvent (isopropanol, ethanol, butanol) 19-2; activator (metal powder of IIIa, IVa, Va groups, mainly aluminum or titanium powders or their oxides) 5-8; filler (powder of electrocorundum, zircon or zirconia) 59-70 (RU 2082535 C1 B 22 C 1/06, B 22 C 1/16, 06/27/1997).

Известное изобретение используется: в металлургии - литейном производстве, в частности при изготовлении керамических форм по выплавляемым моделям для литья титановых и жаропрочных сплавов, и позволяет повысить усталостную прочность отливки, снизить температуру прокалки до 1100°С.The known invention is used: in metallurgy - foundry, in particular in the manufacture of ceramic molds for investment casting for casting titanium and heat-resistant alloys, and can increase the fatigue strength of the casting, reduce the temperature of calcination to 1100 ° C.

Известна суспензия для изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас.%: связующее на основе полиоксибензолов 15-65; водный раствор алкилполиоксибензальдегидной смолы 15-40; порошок металлического алюминия 7-35; огнеупорный наполнитель, выбранный из группы оксидов алюминия и иттрия, 50-80 (RU 2108195 C1, B 22 C 1/06; В 22 С 1/22, 10.04.1998).A known suspension for the manufacture of shell molds for investment castings containing components in the following ratio, wt.%: A binder based on polyoxybenzenes 15-65; aqueous solution of alkylpolyoxybenzaldehyde resin 15-40; aluminum metal powder 7-35; refractory filler selected from the group of aluminum and yttrium oxides, 50-80 (RU 2108195 C1, B 22 C 1/06; B 22 C 1/22, 04/10/1998).

Известное изобретение позволяет получать качественные оболочковые формы с высокой прочностью готовых форм при 20°С (230-260 кг/см2) и при температуре заливки металла 1700°С (35-40 кг/см2), с зоной взаимодействия на границе металл - форма (15-25 мкм), последнее является недостатком известной суспензии.The known invention allows to obtain high-quality shell molds with high strength of the finished form at 20 ° C (230-260 kg / cm 2 ) and at a pouring temperature of 1700 ° C (35-40 kg / cm 2 ), with an interaction zone at the metal border - form (15-25 microns), the latter is a disadvantage of the known suspension.

Известна суспензия для изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям, которая имеет следующий состав, мас.%: гидролизованный этилсиликат в качестве связующего 20-40; модификатор на основе кобальтсодержащего вещества (алюминат кобальта) 5-12; огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия (преимущественно электрокорунд) 48-71 (RU 2151017 C1, B 22 C 1/00, 20.06.2000).Known suspension for the manufacture of foundry ceramic casting molds, which has the following composition, wt.%: Hydrolyzed ethyl silicate as a binder 20-40; a modifier based on cobalt-containing substance (cobalt aluminate) 5-12; refractory filler based on aluminum oxide (mainly electrocorundum) 48-71 (RU 2151017 C1, B 22 C 1/00, 06/20/2000).

Известная суспензия, выбранная в качестве наиболее близкого аналога, используется для изготовления керамических форм при производстве отливок из жаропрочных сплавов, например лопаток газотурбинных двигателей, и позволяет измельчать и регламентировать макроструктуру металла отливок в пределах 1-3 мм по диаметру зерен, что обеспечивает повышение предела выносливости жаропрочных литейных сплавов и повышать их качество, в частности, предел усталости 20°С на базе 2×107 циклов составляет 22-24 кг/мм2.The known suspension, selected as the closest analogue, is used for the manufacture of ceramic molds in the manufacture of castings from heat-resistant alloys, such as gas turbine engine blades, and allows you to grind and regulate the macrostructure of the castings metal within 1-3 mm in grain diameter, which increases the endurance limit heat-resistant cast alloys and improve their quality, in particular, the fatigue limit of 20 ° C on the basis of 2 × 10 7 cycles is 22-24 kg / mm 2 .

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение прочности керамических форм на изгиб (до 110-170 г/см2), повышение чистоты поверхности отливок до 6-7 класса, уменьшение зерна в отливках до 0,1-0,5 мм, снижение зоны взаимодействия (S) с расплавами жаропрочных сплавов на никелевой основе до 0,01-0,05 мм и повышение коэффициента теплопроводности до 30-55 Вт/мК.The technical result of the claimed invention is to increase the strength of ceramic molds in bending (up to 110-170 g / cm 2 ), increase the surface finish of castings to 6-7 classes, reduce grain in castings to 0.1-0.5 mm, reduce the interaction zone ( S) with melts of heat-resistant nickel-based alloys up to 0.01-0.05 mm and an increase in the thermal conductivity to 30-55 W / mK.

Технический результат достигается тем, что суспензия для изготовления керамических форм содержит исходные компоненты при следующем соотношении, мас.%:The technical result is achieved in that the suspension for the manufacture of ceramic molds contains the starting components in the following ratio, wt.%:

Гидролизованный этилсиликат в качестве связующего 20-40Hydrolyzed ethyl silicate as a binder 20-40

Огнеупорный наполнитель на основеRefractory filler based

оксида алюминия остальное,aluminum oxide else

в качестве которого используют: литой оксидный материал, полученный в режиме горения состава Аl2О3-Сr2О3 при содержании в нем Сr2О3 в количестве 6-50 мас.%, либо его смесь по крайней мере с одним из соединений из ряда: электрокорунд, диоксид циркония, оксид иттрия в количестве не менее 1% от массы наполнителя.which is used as: cast oxide material obtained in the combustion mode of the composition Al 2 O 3 —Cr 2 O 3 with a content of Cr 2 O 3 in the amount of 6-50 wt.%, or a mixture thereof with at least one of the compounds from the series: electrocorundum, zirconia, yttrium oxide in an amount of not less than 1% by weight of the filler.

Использование литого оксидного материала, полученного в режиме горения состава Аl2О3-Сr2О3 при содержании в нем Сr2О3 в количестве 6-50 мас.%, либо его смеси по крайней мере с одним из соединений из ряда: электрокорунд, диоксид циркония, оксид иттрия позволяет получать высокие физико-химические характеристики керамических форм.The use of cast oxide material obtained in the combustion mode of the composition Al 2 O 3 —Cr 2 O 3 with a content of Cr 2 O 3 in the amount of 6-50 wt.%, Or a mixture thereof with at least one of the following compounds: electrocorundum , zirconium dioxide, yttrium oxide allows to obtain high physico-chemical characteristics of ceramic forms.

Предлагаемое изобретение было отработано в условиях литейного цеха ФГУП ММПП "Салют".The present invention was worked out in the foundry of the FSUE MMPP Salyut.

Все керамические суспензии готовились по единой технологии.All ceramic suspensions were prepared using a single technology.

В смеситель вводят связующее и наполнитель, перемешивают до получения гомогенной массы, доводят до нужной вязкости и затем на модельном блоке формируют покрытие методом послойного нанесения с последующей обсыпкой наполнителем и сушкой каждого слоя при комнатной температуре в сушильном шкафу при атмосферном давлении или при температуре 100-150°С в течение 20-30 мин.A binder and a filler are introduced into the mixer, mixed until a homogeneous mass is obtained, adjusted to the desired viscosity, and then a coating is formed on the model block by layer-by-layer coating, followed by sprinkling with filler and drying of each layer at room temperature in an oven at atmospheric pressure or at a temperature of 100-150 ° C for 20-30 minutes

Обсыпка блоков осуществляется по существующей в промышленности технологии крупными фракциями плавленого корунда.The blocks are sprinkled according to the technology existing in the industry in large fractions of fused corundum.

Первый слой - зерном состава Аl2О3-Сr2О3 или его смесью с электрокорундом №16 или №20 по ГОСТ 3647-71. Крупность основной фракции №16 200-160 мкм; №20 250-200 мкм (55%).The first layer - grain composition Al 2 About 3 -Cr 2 About 3 or its mixture with electrocorundum No. 16 or No. 20 according to GOST 3647-71. The size of the main fraction No. 16 200-160 microns; No. 20 250-200 microns (55%).

Второй слой - зерном состава Аl2O3-Сr2О3 или его смеси с зерном диоксида циркония №40 по ГОСТ 3647-71. Крупность основной фракции №40 500-400 мкм (55%).The second layer - grain composition Al 2 O 3 -Cr 2 O 3 or its mixture with grain of zirconium dioxide No. 40 according to GOST 3647-71. The size of the main fraction No. 40 is 500-400 microns (55%).

Третий и последующие слои оболочки обсыпаются зерном состава Аl2O3-Сr2О3 №63 по ГОСТ 3647071. Крупность основной фракции №63 800-630 мкм (55%).The third and subsequent layers of the shell are sprinkled with grain of composition Al 2 O 3 -Cr 2 O 3 No. 63 according to GOST 3647071. The size of the main fraction No. 63 is 800-630 microns (55%).

Модельная масса удаляется из полученной керамической формы в горячей воде 96-98°С или в пароавтоклаве (140-150°С). Затем сырые формы прокаливают на воздухе при 1300-1500°С. Вязкость суспензии, температура и время сушки, количество слоев и температура прокалки формы выбираются в зависимости от размера блоков. Всего наносилось от 5 до 16 слоев. После удаления моделей блоки прокаливались.The model mass is removed from the obtained ceramic form in hot water 96-98 ° C or in a steam autoclave (140-150 ° C). Then the crude forms are calcined in air at 1300-1500 ° C. The viscosity of the slurry, the temperature and drying time, the number of layers and the calcination temperature of the mold are selected depending on the size of the blocks. In total, 5 to 16 layers were applied. After removing the models, the blocks were calcined.

Отливались заготовки образцов для испытания на сопротивление усталости металла и пластины размером 50×100×7 мм. Заливка форм осуществлялась в вакуумных печах с глубиной вакуума 10-3 тор жаропрочным сплавом ЖС6У. Температура форм в момент заливки была 1000±10°C, температура заливки металла 1520±10°C.Billets of samples were cast for testing the fatigue resistance of a metal and a plate measuring 50 × 100 × 7 mm. Molds were filled in vacuum furnaces with a vacuum depth of 10 −3 torr by the ZhS6U heat-resistant alloy. The temperature of the molds at the time of pouring was 1000 ± 10 ° C, the pouring temperature of the metal 1520 ± 10 ° C.

Отлитые пластины травились в кислотном реактиве для выявления макроструктуры. Определялся средний размер макрозерен и потребительские свойства литьевых керамических форм.Cast plates were etched in an acid reagent to reveal the macrostructure. The average size of macrograins and consumer properties of molded ceramic molds were determined.

Составы суспензии представлены в таблице 1. Свойства литьевых форм по примерам представлены в таблице 2.The composition of the suspension are presented in table 1. The properties of the injection molds according to the examples are presented in table 2.

Как видно из представленных данных, использование заявленной совокупности признаков позволяет повысить качество литьевых форм, а именно: размер зерна в отливках составляет 0,1-0,5 мм, литьевые керамические формы практически не взаимодействуют с расплавами жаропрочных сплавов на никелевой основе (S=0,01-0,05 мм), имеют высокие значения механической прочности, в частности прочность форм на изгиб составляет 110-170 кг/мм2, чистота поверхности форм соответствует 6-7 классу, коэффициент теплопроводности до 30-55 Вт/мК.As can be seen from the data presented, the use of the claimed combination of features allows to improve the quality of the injection molds, namely: the grain size in the castings is 0.1-0.5 mm, the ceramic injection molds practically do not interact with melts of heat-resistant nickel-based alloys (S = 0 , 01-0.05 mm), have high values of mechanical strength, in particular, the bending strength of the molds is 110-170 kg / mm 2 , the surface cleanliness of the molds corresponds to 6-7 class, the thermal conductivity is up to 30-55 W / mK.

Таблица 1Table 1 № примераExample No. Состав компонентов суспензии, мас.%) (содержание Cr2O3 в Аl2О3-Сr2О3)The composition of the components of the suspension, wt.%) (The content of Cr 2 O 3 in Al 2 About 3 -Cr 2 About 3 )   СвязующееBinder Огнеупорный наполнительRefractory filler     Аl2О3-Cr2O3 Al 2 O 3 —Cr 2 O 3 ЭлектрокорундElectrocorundum диоксид цирконияzirconium dioxide оксид иттрияyttrium oxide 1one 20twenty Аl2О3-Cr2O3(6) 80Al 2 O 3 -Cr 2 O 3 (6) 80 -- -- -- 22 20twenty Аl2О3-Cr2O3(6) 79Al 2 O 3 -Cr 2 O 3 (6) 79 1one -- -- 33 2525 Аl2О3-Cr2O3(10) 50Al 2 O 3 —Cr 2 O 3 (10) 50 15fifteen 55 55 44 3535 Аl2О3-Cr2O3(15) 40Al 2 O 3 -Cr 2 O 3 (15) 40 20twenty -- 55 55 30thirty Аl2О3-Cr2O3(50) 20Al 2 O 3 —Cr 2 O 3 (50) 20 3535 15fifteen -- 66 4040 Аl2О3-Cr2O3(40) 5Al 2 O 3 -Cr 2 O 3 (40) 5 4545 55 55

Таблица 2table 2   Характеристика керамических формCharacterization of ceramic molds № примераExample No. Размер макрозерен, d, ммMacro grain size, d, mm Прочность на изгиб, кг/см2 Bending strength, kg / cm 2 Коэффициент теплопроводности, Вт/мКThermal Conductivity, W / mK Зона взаимодействия S, ммInteraction zone S, mm 1one 0,10.1 170170 5555 0,010.01 22 0,150.15 165165 5555 0,010.01 33 0,20.2 160160 50fifty 0,0150.015 44 0,250.25 140140 4545 0,020.02 55 0,40.4 150150 4040 0,050.05 66 0,50.5 110110 30thirty 0,030,03

Claims (2)

1. Суспензия для изготовления керамических форм, содержащая гидролизованный этилсиликат в качестве связующего и огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия, отличающаяся тем, что она содержит исходные компоненты при следующем соотношении, мас.%:1. Suspension for the manufacture of ceramic molds containing hydrolyzed ethyl silicate as a binder and a refractory filler based on alumina, characterized in that it contains the starting components in the following ratio, wt.%: Связующее 20-40Binder 20-40 Огнеупорный наполнитель на основеRefractory filler based оксида алюминия Остальноеaluminum oxide The rest при этом в качестве последнего используют литой оксидный материал, полученный в режиме горения состава Аl2О3-Сr2О3 при содержании в нем Сr2О3 в количестве 6-50 мас.%, либо его смесь, по крайней мере, с одним из соединений из ряда: электрокорунд, диоксид циркония, оксид иттрия.at the same time, cast oxide material obtained in the combustion mode of the composition Al 2 O 3 —Cr 2 O 3 with a content of Cr 2 O 3 in the amount of 6-50 wt.%, or its mixture, at least with one of the following compounds: electrocorundum, zirconium dioxide, yttrium oxide. 2. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что электрокорунд, диоксид циркония, оксид иттрия используют в количестве не менее 1,0 мас.%.2. The suspension according to claim 1, characterized in that the electrocorundum, zirconia, yttrium oxide is used in an amount of not less than 1.0 wt.%.
RU2003128891/02A 2003-09-26 2003-09-26 Suspension for making ceramic molds RU2245212C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003128891/02A RU2245212C1 (en) 2003-09-26 2003-09-26 Suspension for making ceramic molds

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003128891/02A RU2245212C1 (en) 2003-09-26 2003-09-26 Suspension for making ceramic molds

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2245212C1 true RU2245212C1 (en) 2005-01-27

Family

ID=35138953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003128891/02A RU2245212C1 (en) 2003-09-26 2003-09-26 Suspension for making ceramic molds

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2245212C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8033320B2 (en) 2008-07-25 2011-10-11 General Electric Company High emittance shell molds for directional casting
RU2503520C1 (en) * 2012-05-29 2014-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) Refractory suspension for investment casting

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8033320B2 (en) 2008-07-25 2011-10-11 General Electric Company High emittance shell molds for directional casting
RU2503520C1 (en) * 2012-05-29 2014-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) Refractory suspension for investment casting

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8033320B2 (en) High emittance shell molds for directional casting
US4196769A (en) Ceramic shell mold
DE69705723T2 (en) SURFACE COATING FROM INERT CALCIUM OXIDES FOR THE CASTING OF TITANIUM AND TITANIUM ALUMINID ALLOYS BY THE MODEL MELTING PROCESS
RU2697678C1 (en) Method of making ceramic molds for casting on molten patterns
JP6812207B2 (en) Composition for cores for investment casting
CN102284678A (en) Method for preparing formwork of precisely-cast titanium alloy
CN112439874A (en) Ceramic shell material for precision casting of high-temperature alloy casting and preparation method thereof
JPS6234449B2 (en)
KR100864717B1 (en) Plastery Investment used for Investment casting
Venkat et al. Development of mullite-alumina ceramic shells for precision investment casting of single-crystal high-pressure turbine blades
CA2539122C (en) Molding composition and method of use
RU2245212C1 (en) Suspension for making ceramic molds
CN110125326B (en) Composite coating for titanium alloy precision investment casting, surface coating, and preparation method and application thereof
KR20030057134A (en) Slip for making ceramic core and its making method
RU2603402C2 (en) Composition of ceramic layer for making moulds and other articles
US4216815A (en) Method of making a ceramic shell mold
RU2729229C9 (en) Method of making a ceramic mold for casting on molten patterns
JP6368596B2 (en) Slurry composition for producing precision casting mold and method for producing the same
Reddy Development of Alumina Investment Shell Molds to Cast 7075 Al-Alloy
RU2332278C1 (en) Suspension for making ceramic moulds on consumable patterns
KR100348713B1 (en) Alumina-base investment casting shell mold and manufacturing method thereof
RU2794474C1 (en) Suspension for shell ceramic mold
JPH09155503A (en) Mold for precision casting and method thereof
JPH08309478A (en) Die for precision casting gas turbine blade, and manufacture of gas turbine blade
RU2502578C1 (en) Method of making silica-free ceramic mould for lost-wax casting

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20191112

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20191125