RU2273543C1 - Смесь для изготовления литейных керамических стержней - Google Patents
Смесь для изготовления литейных керамических стержней Download PDFInfo
- Publication number
- RU2273543C1 RU2273543C1 RU2004126276/02A RU2004126276A RU2273543C1 RU 2273543 C1 RU2273543 C1 RU 2273543C1 RU 2004126276/02 A RU2004126276/02 A RU 2004126276/02A RU 2004126276 A RU2004126276 A RU 2004126276A RU 2273543 C1 RU2273543 C1 RU 2273543C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sio
- base
- sintering additive
- formula
- sialon
- Prior art date
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовлении изделий из жаропрочных сплавов, преимущественно лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Смесь в качестве основного компонента содержит порошок твердого раствора на основе плавленого SiO2, содержащего от 5 до 30 мас.% Cr2О3 и/или Al2O3, и спекающую добавку. Компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: компонент на основе SiO2 75,0-99,5, спекающая добавка 0,5-25,0. Спекающая добавка содержит, по крайней мере, порошок одного из соединений из ряда сиалон, La2О3, LaB6. В качестве сиалона она содержит, по крайней мере, одно соединение из ряда твердых растворов, образующихся в системе Si-Al-O-N. Преимущественно используют системы на основе оксинитрида кремния с элементной формулой Si2xAlxO1+xN2-x, где х=0-0,2, на основе нитрида кремния с элементной формулой Si6-zAlzOzN8-z, где z=0-4,2, на основе политипоидов нитрида алюминия с элементной формулой AlmSiO2Nm, где m=4, 5, 6, 8. Применение смеси позволяет повысить предел прочности стержней при изгибе σизг до 14,0-26,0 МПа, снизить линейную усадку до ≤0,1-0,8%, глубину взаимодействия со сплавом ЖС6У до 0,03-0,05 мм. Технологический процесс изготовления стержней соответствует экологическим и медицинским требованиям. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей для изготовления керамических стержней, формирующих внутренние полости (каналы охлаждения) в изделиях из жаропрочных сплавов, преимущественно в лопатках газотурбинных двигателей (ГТД).
Традиционным материалом для изготовления стержней для литья лопаток ГТД из жаропрочных сплавов является керамика на основе плавленого SiO2 (I.C.Huseby, M.P.Borom and C.D.Gresjkovid, High temperature characterization of silica-based core for superalloys, Am. Ceram. Soc. Bull., 58, 448-52, 1979).
Керамика может содержать также до 40 мас.% спекающей добавки из ряда более тугоплавких оксидов: ZrSiO4, ZrO2, Al2О3. Стержни из плавленого SiO2 устойчивы к воздействию металлических расплавов, имеют низкий коэффициент температурного линейного расширения и относительно легко удаляются из изделия при помощи водных растворов щелочей. Недостатки данной керамики связаны с низкой прочностью (предел прочности при изгибе обычно составляет 10,0÷12,0 МПа) и фазовой нестабильностью основного компонента. При спекании плавленый аморфный SiO2 частично расстекловывается с образованием кристобалита. На стадии охлаждения данная кристаллическая модификация SiO2 подвержена деструктивному полиморфному превращению с изменением удельного объема. Это проводит к образованию макротрещин, резкому снижению прочности и потере требуемой геометрической конфигурации (коробление) стержня. Максимальное содержание кристаллической фазы, при котором керамические стержни способны сохранять приемлемые прочностные свойства, не превышает 15-30 об.%.
Спекание керамических стержней в условиях минимального или полного отсутствия расстекловывания аморфного SiO2, т.е. при температуре ниже 1100°С, требует усложнения технологической схемы их получения: из-за недостаточной интенсивности спекания для упрочнения полученного материала необходима его пропитка коллоидными растворами оксидов и проведение повторного обжига (N.Lequeux, H.Larose, and P.Boch, Low Shrinkage Refractories by an Infiltration Technique, J. Eur. Ceram. Soc., 14 [1], 23-27, 1994; US 5697418, 16.12.1997; C.H.Chao and H.Y.Lu, Optimal Composition of Zircon-Fused Silica Cores For Casting Superalloys, J. Am. Ceram. Soc., 85 [4], 773-79, 2002).
Степень расстекловывания плавленого аморфного SiO2 при обжиге керамических стержней зависит и от качества исходного порошка плавленого SiO2. Для получения стержневой керамики используют плавленый SiO2 с содержанием основного вещества не менее 99,95 мас.%. Примеси, особенно щелочные или щелочноземельные элементы, активируют процесс расстекловывания аморфного SiO2 (US 4093017, 06.06.1978). Однако указанные примеси оказывают негативное влияние на прочностные свойства при высоких температурах.
Одним из способов снижения дефектности керамических стержней при высокотемпературном обжиге (Т=1150÷1370°С) является использование смеси для изготовления литейных керамических стержней, которая содержит основной компонент на основе плавленого диоксида кремния (SiO2), до 35 мас.% спекающей добавки ZrSiO4, до 5 мас.% ультрадисперсного порошка SiO2 и от 1,5 до 6,5 мас.% термически стабильных керамических волокон (US 4989664, 05.02.1991). Ультрадисперсный порошок SiO2 со средним размером частиц 0,007÷0,014 мкм активирует спекание, а термически стабильные керамические волокна подавляют усадку и образование макротрещин при обжиге. Недостатком известного изобретения, выбранного в качестве наиболее близкого аналога, является применение высокотоксичных веществ. Ультрадисперсные порошки и керамические волокна вызывают профессиональные, в том числе онкологические, заболевания органов дыхания.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка смеси для изготовления керамических стержней, обладающих высокими прочностными характеристиками, низкой линейной усадкой в процессе обжига, малой глубиной взаимодействия с жаропрочными сплавами, хорошей растворимостью в водных растворах щелочей, при высокой технологичности процесса изготовления стержней, соответствующего экологическим и медицинским требованиям.
Технический результат достигается тем, что смесь в качестве основного компонента содержит порошок твердого раствора на основе плавленого SiO2, содержащего от 5 до 30 мас.% Cr2О3 и/или Al2О3, спекающую добавку, в качестве которой содержит по крайней мере порошок одного из соединений из ряда сиалон, La2O3, LaB6, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Основной компонент на основе SiO2 | 75,0÷99,5 |
| Спекающая добавка | 0,5÷25,0 |
при этом в качестве сиалона она содержит по крайней мере одно соединение из ряда твердых растворов, образующихся в системе Si-Al-O-N, преимущественно на основе оксинитрида кремния с элементной формулой Si2-xAlxO1+xN2-x, где х=0÷0,2, на основе нитрида кремния с элементной формулой Si6-zAlzOzN8-z, где z=0÷4,2, на основе политипоидов нитрида алюминия с элементной формулой AlmSiO2Nm, где m=4, 5, 6, 8.
Порошок твердого раствора на основе плавленого SiO2, содержащего от 5 до 30 мас.% Cr2О3 и/или Al2О3, а также спекающие добавки из ряда сиалонов могут быть получены любыми известными методами, в том числе и в режиме горения.
Содержание в твердом растворе от 5 до 30 мас.% Cr2О3 и/или Al2О3 за счет замещения четырехвалентного кремния трехвалентными элементами увеличивают кинетическую стабильность аморфного SiO2 по отношению к фазоразделению и расстекловыванию, повышают его огнеупорность и сопротивление ползучести.
Указанные порошки сиалонов при обжиге на воздухе в зависимости от соотношения Si и Al в исходном соединении окисляются с образованием кристобалита, муллита и α-Al2О3. Образуемые оксидные фазы связывают частицы твердого раствора на основе плавленого SiO2, способствуют получению стержней точной формы из заявляемой смеси и с высоким выходом.
Предлагаемое изобретение было отработано в условиях литейного производства ФГУП ММПП "САЛЮТ". Керамические стержни изготавливали по стандартной схеме, включающей приготовление термопластичного шликера с использованием органического парафино-полиэтиленового пластификатора в количестве 10-15% сверх 100% от массы заявляемой смеси, формование исходных заготовок методом литья под давлением и последующий обжиг на воздухе в туннельной газовой печи при 1350±20°С в течение 7-10 часов в засыпке из глинозема.
Составы исходных смесей представлены таблице 1. Свойства керамических стержней, изготовленных из заявленной смеси (величина линейной усадки образца при обжиге и прочность при изгибе в холодном состоянии после спекания) по примерам, представлены в таблице 2.
Как видно из представленных данных, использование заявленной смеси позволяет получать керамические стержни с минимальными отклонениями от заданных размеров (менее 1%) и высокой прочностью при изгибе (14,0÷26,0 МПа), глубиной взаимодействия со сплавом ЖС6У до 0,03÷0,05 мм, при высокой технологичности процесса изготовления стержней, соответствующего экологическим и медицинским требованиям.
Кроме того, смеси полностью удалялись из формы при растворении в 30%-ном водном растворе КОН при 100÷110°С в течение 1÷2 час.
Дополнительно для иллюстрации изобретения было проведено сравнительное испытание керамических стержней, изготовленных из заявляемой смеси на основе плавленого твердого раствора SiO2 и сиалона с элементной формулой Si5Al1O1N7 и из смеси на основе электрокорунда, используемой в настоящее время при серийном производстве лопаток ГТД (Специальные способы литья: Справочник. Под ред. В.А.Ефимова, М.: Машиностроение, 1991, с.140-148),
Использовалось следующее соотношение ингредиентов в исходной смеси (мас.%):
| Заявляемая смесь на основе плавленого | |
| твердого раствора SiO2 | SiO2-Cr2O3(15,0)-Al2O3(5,0) - 92,0 |
| Спекающая добавка - сиалон | Si5Al1O1N7 - 8,0 |
| Известная смесь на основе электрокорунда | Al2O3 (электрокорунд) - 98,5 |
| Спекающая добавка | SiC - 1,5 |
Показателями качества стержней служили: прочность при изгибе в холодном состоянии после спекания, коэффициент термического расширения, интенсивность взаимодействия с никелевым сплавом ЖС6У, величина линейной усадки образца при обжиге, чистота поверхности стержней, время и условия полного удаления стержня из отливки. Результаты испытаний представлены в таблице 3.
Заявленная смесь была опробована для наработки опытных партий керамических стержней различной конфигурации и показала свою пригодность для производства лопаток ГТД. Применение заявленной смеси позволило облегчить условия удаления стержней из отливки и на 10% повысить выход готовых изделий за счет уменьшения числа дефектов в отливках, связанных с качеством стержней.
| Таблица 1 | |||
| Состав исходной смеси, мас.% | |||
| № примера | Твердый раствор на основе плавленого SiO2 (содержание Cr2О3 и/или Al2О3 в твердом растворе, мас.%) | Спекающая добавка мас.% | |
| 1 | SiO2-Cr2O3(5,0) - 99,5 | LaB6 - 0,5 | |
| 2 | SiO2-Cr2O3(25,0)-Al2O3(5,0) - 97,0 | La2O3 - 3,0 | |
| 3 | SiO2-Cr2O3(10,0)-Al2O3(5,0) - 91,0 | Si1,8Al0,2О1,2N1,8 -7,5; La2O3 - 1,5 | |
| 4 | SiO2-Cr2O3(15,0) - 84,0 | Si3Al3О3N5 - 15,0; LaB6 - 1,0 | |
| 5 | SiO2-Al2O3(10,0) - 75,0 | SiAl4O2N4 - 25,0 | |
| Таблица 2 | |||
| № примера | Свойства литейных керамических стержней, изготовленных из заявляемой смеси по примерам | ||
| Предел прочности при изгибе σизг, МПа | Линейная усадка, % | ||
| 1 | 18,0÷21,0 | 0,4÷0,6 | |
| 2 | 21,0÷26,0 | 0,6÷0,8 | |
| 3 | 19,0÷24,0 | 0,2÷0,5 | |
| 4 | 18,0÷22,0 | ≤0,2 | |
| 5 | 14,0÷18,0 | ≤0,1 | |
| Таблица 3 | ||
| Показатели | Свойства литейных керамических стержней, изготовленных | |
| из смеси на основе электрокорунда* | из заявленной смеси | |
| Предел прочности при изгибе σизг, МПа | 14,0÷18,0 | 15,0÷19,0 |
| Класс чистоты поверхности стержней | 4÷5 | 5÷6 |
| КТР, °С-1 | 8,0·10-6 | 0,2÷0,5·10-6 |
| Линейная усадка, % | 0,2÷0,5 | 0,2÷0,5 |
| Глубина взаимодействия со сплавом ЖС6У, мм | 0,1÷0,2 | 0,03÷0,05 |
| Условия удаления стержня из тела лопатки | Расплав бифторида калия (KHF2) Т=250÷310°С, t ~ 6÷70 час | 30%-ный водный раствор КОН Т=100÷110°С, t ~ 1÷5 час |
| * Специальные способы литья: Справочник. Под ред. В.А.Ефимова, М.: Машиностроение, 1991, С.140-148 | ||
Claims (2)
1. Смесь для изготовления литейных керамических стержней, преимущественно для отливок из жаропрочных сплавов, включающая основной компонент на основе SiO2 и спекающую добавку, отличающаяся тем, что она в качестве основного компонента содержит порошок твердого раствора на основе плавленого SiO2, содержащего от 5 до 30 мас.% Cr2О3 и/или Al2О3, а в качестве спекающей добавки, по крайней мере, порошок одного из соединений из ряда сиалон, La2О3, LaB6, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве сиалона она содержит, по крайней мере, одно соединение из ряда твердых растворов, образующихся в системе Si-Al-O-N, преимущественно, на основе оксинитрида кремния с элементной формулой Si2-xAlxO1+xN2-x, где х=0-0,2, на основе нитрида кремния с элементной формулой Si6-zAlzOzN8-z, где z=0-4,2, на основе политипоидов нитрида алюминия с элементной формулой AlmSiO2Nm, где m=4, 5, 6, 8.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004126276/02A RU2273543C1 (ru) | 2004-09-01 | 2004-09-01 | Смесь для изготовления литейных керамических стержней |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004126276/02A RU2273543C1 (ru) | 2004-09-01 | 2004-09-01 | Смесь для изготовления литейных керамических стержней |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004126276A RU2004126276A (ru) | 2006-02-20 |
| RU2273543C1 true RU2273543C1 (ru) | 2006-04-10 |
Family
ID=36050526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004126276/02A RU2273543C1 (ru) | 2004-09-01 | 2004-09-01 | Смесь для изготовления литейных керамических стержней |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2273543C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2663514C1 (ru) * | 2017-05-15 | 2018-08-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова Российской академии наук | Способ изготовления керамических полых стержней |
| RU2691435C1 (ru) * | 2018-07-23 | 2019-06-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Смесь для изготовления литейных керамических стержней полых лопаток из жаропрочных сплавов литьем по выплавляемым моделям |
-
2004
- 2004-09-01 RU RU2004126276/02A patent/RU2273543C1/ru active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2663514C1 (ru) * | 2017-05-15 | 2018-08-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова Российской академии наук | Способ изготовления керамических полых стержней |
| RU2691435C1 (ru) * | 2018-07-23 | 2019-06-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Смесь для изготовления литейных керамических стержней полых лопаток из жаропрочных сплавов литьем по выплавляемым моделям |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004126276A (ru) | 2006-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5879414B2 (ja) | 向上した耐熱衝撃性を示す焼結耐火物 | |
| KR100386835B1 (ko) | 티탄산알루미늄 소결체의 제조방법 | |
| WO2002038519A1 (fr) | Procede permettant la production d'un objet fritte de titanate d'aluminium | |
| US2842447A (en) | Method of making a refractory body and article made thereby | |
| CN112062587A (zh) | 原位自生莫来石晶须增强的硅基陶瓷型芯制备方法 | |
| KR20140112510A (ko) | 높은 지르코니아 함량의 내화성 제조물 | |
| EP0372868A2 (en) | Ceramic materials for use in insert-casting and processes for producing the same | |
| RU2273543C1 (ru) | Смесь для изготовления литейных керамических стержней | |
| KR101763122B1 (ko) | 세라믹 코어의 제조방법, 이에 의해 제조된 세라믹 코어, 정밀주조 방법 및 이에 따라 제조된 정밀주조 제품 | |
| JPH092870A (ja) | 高ジルコニア電鋳煉瓦 | |
| JPS6050750B2 (ja) | 窒化珪素質複合焼結体 | |
| JPH06305828A (ja) | チタン酸アルミニウム複合材料及びその製造方法 | |
| JPH05200479A (ja) | 精密鋳造用セラミック中子 | |
| CN109467447B (zh) | 高氧化锆质电铸耐火物及其制造方法 | |
| RU2691435C1 (ru) | Смесь для изготовления литейных керамических стержней полых лопаток из жаропрочных сплавов литьем по выплавляемым моделям | |
| JPH0639483A (ja) | セラミック中子 | |
| RU2274510C1 (ru) | Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям | |
| RU2662514C1 (ru) | Смесь для изготовления литейных керамических стержней полых лопаток из жаропрочных сплавов литьем по выплавляемым моделям | |
| CN115108818B (zh) | 一种低收缩低挠度硅基陶瓷型芯的原料及其制备方法 | |
| KR101442634B1 (ko) | 고온 강도가 우수한 알루미늄티타네이트의 제조방법 | |
| JPH0624839A (ja) | ジルコン質耐火物 | |
| JPH066512B2 (ja) | 高靭性窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 | |
| Vishnyakov et al. | Structure and high-temperature strength of composite materials based on boron nitride | |
| JP3738085B2 (ja) | アルミナ・ジルコン・バデライト系耐火物およびアルミナ・ジルコン・ジルコニア系耐火物 | |
| JP4275384B2 (ja) | 低炭素高ジルコニア質電鋳耐火物とその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 10-2006 FOR TAG: (73) |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20170116 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20191125 |