RU2411104C1 - Способ изготовления бескремнеземных керамических форм для точного литья металлов по выплавляемым моделям - Google Patents
Способ изготовления бескремнеземных керамических форм для точного литья металлов по выплавляемым моделям Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411104C1 RU2411104C1 RU2009136162/02A RU2009136162A RU2411104C1 RU 2411104 C1 RU2411104 C1 RU 2411104C1 RU 2009136162/02 A RU2009136162/02 A RU 2009136162/02A RU 2009136162 A RU2009136162 A RU 2009136162A RU 2411104 C1 RU2411104 C1 RU 2411104C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- ceramic
- hours
- binder
- drying
- Prior art date
Links
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
Способ включает изготовление модели, послойное нанесение на воскообразную модель огнеупорной суспензии на основе пылевидного электрокорунда в качестве наполнителя и алюмоорганического связующего, последующую обсыпку каждого слоя зернистым материалом на основе электрокорунда. Сушку слоев керамической формы проводят с выдержкой в камере с влажностью не менее 95% первого слоя в течение 1 часа, второго слоя - 3-х часов, остальных - 4-6 часов и последующей конвективной сушкой каждого слоя. Прокалку керамической формы проводят при температуре 1000-1350°С в течение 4-6 часов. В качестве связующего используют алкоксиалюмоксановые олигомеры общей формулы: RO{[-Al(OR)-O-]x[-Al(OR*)-O-]y}zH, где z=3÷100; x+y=1; R*/Al=0,05÷0,95; R=CnH2n+1; n=1÷4; R*=С(СН3)=СНС(O)CnH2n+1. Обеспечивается повышение термостойкости и прочности керамической оболочки. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для изготовления бескремнеземных оболочковых форм по выплавляемым моделям при производстве особо ответственных отливок из жаропрочных и тугоплавких металлов с направленной и монокристаллической структурой.
В отличие от равноосного литья, при котором внутренние слои прогреваются до 1350-1380°С, при направленной кристаллизации форма перед заливкой металлом нагревается до 1500-1600°С. Длительное пребывание ее в условиях высоких температур и гидростатических давлений расплавленного металла может приводить к деформации, растрескиванию или разрушению формы. Ввиду высокой химической активности легирующих элементов жаропрочных сплавов между металлом и формой происходит физико-химическое взаимодействие. В связи с этим к керамической форме, используемой при литье деталей с направленной и монокристаллической структурой, предъявляются повышенные требования по огнеупорности, прочности, деформационной и термохимической устойчивости (Пат. РФ 2274510, МПК B22C 1/00, 2006 г.; Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия). М.: МИСИС, 2001).
В настоящее время промышленно применяемыми связующими для изготовления корундовых форм являются этилсиликат и коллоидальный кремнезем, образующие диоксид кремния SiO2. Присутствие в форме, состоящей из α-Al2O3, свободного SiO2 является причиной недостаточной огнеупорности оболочковой формы выше 1400°С. Диоксид кремния взаимодействует с компонентами жаропрочного сплава и щелочными примесями в составе корунда, частично разлагается при высоких температурах в условиях вакуума. Форма размягчается вплоть до ее разрушения еще до окончательного формирования отливки.
Известен состав керамической суспензии, используемой для изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям при производстве отливок с направленной структурой, содержащий раствор гидролизованного этилсиликата 20-40 мас.%, алюминиевый порошок 1,5-8 мас.%, перхлорат калия 0,1-1,0 мас.% и огнеупорный наполнитель - остальное (А.с. СССР №1238880, МПК B22C 1/16, 1986 г.).
Данное техническое решение обладает существенными недостатками. Во-первых, необходимость создания в литейных цехах участка гидролиза этилсиликата с целью получения связующего, что делает процесс более трудоемким. Во-вторых, использование этилсиликатного связующего требует вакуумно-аммиачной сушки керамических слоев оболочковой формы. В-третьих, связующие растворы этилсиликата и суспензии, изготовленные на их основе, обладают ограниченной живучестью (не более 7 суток), склонны к огеливанию при незначительных нарушениях условий их эксплуатации, что повышает себестоимость керамических форм за счет значительных безвозвратных потерь материалов. В-четвертых, значительная степень взаимодействия внутреннего слоя керамической формы с расплавом из-за наличия диоксида кремния в этилсиликатном связующем.
Известен способ изготовления керамических форм по выплавляемым моделям для литья отливок с направленной структурой, включающий изготовление модели, послойное нанесение на модель огнеупорной суспензии, обсыпку каждого слоя огнеупорным материалом, сушку, удаление модели, пропитку формы упрочняющим раствором и прокалку при температуре 1150-1350°С в течение 4-8 часов (Пат. РФ 2343038, МПК В22С 9/04, 2007 г.).
Наиболее близкий по достигаемому результату и принятый нами за прототип является способ изготовления бескремнеземных оболочковых форм, включающий послойное нанесение на воскообразную модель суспензии на основе эпоксидной смолы в органическом растворителе, обсыпку ее огнеупорным материалом, сушку слоев керамической формы в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (СВЧ), удаление воскообразной модели в поле СВЧ в два этапа (Пат. РФ №2285575, В22С 9/04, 2006 г.).
Недостатком известного изобретения является экологическая вредность из-за использования эпоксидного связующего. Предельно допустимая концентрация эпоксидного связующего в области рабочей зоны составляет ПДК=0,8-1,0 мг/м3.
Задачей данного изобретения является улучшение качества литья по выплавляемым моделям за счет повышения термостойкости и огнеупорности, повышения живучести суспензии, улучшение качества получаемых отливок в процессе направленной кристаллизации, сокращение расходов на их доработку, улучшение экологической безопасности при работе с суспензией.
Для достижения поставленной задачи предложен способ изготовления бескремнеземных керамических форм по выплавляемым моделям, включающий изготовление модели, послойное нанесение на воскообразную модель огнеупорной суспензии на основе пылевидного электрокорунда в качестве наполнителя и алюмоорганического связующего, последующую обсыпку каждого слоя зернистым материалом на основе электрокорунда, сушку слоев керамической формы, удаление модели и прокалку керамической формы, отличающийся тем, что сушку слоев оболочковой формы проводят с выдержкой в камере с влажностью не менее 95% - для первого слоя 1 час, второго слоя - 3 часа, остальных - 4-6 часов и последующей конвективной сушкой каждого слоя в течение часа, прокаливание керамических форм проводят при температуре 1000-1350°С в течение 4-6 часов, причем керамическая суспензия содержит в качестве связующего алкоксиалюмоксановые олигомеры общей формулы:
RO{[-Al(OR)-О-]x[-Al(OR*)-О-]y}zH,
где z=3÷100; х+у=1; R*/Al=0,05÷0,95; R=CnH2n+1; n=1÷4; R*=С(СН3)=СНС(O)CnH2n+1.
Бескремнеземное алюмоорганическое связующее получают по патенту РФ №2276155, C07F 5/06, 2006 г., а приготовление керамической суспензии осуществляется по патенту РФ №2082535, В22С 1/06, 1/16, 1997 г.
Изготовление керамических оболочек производят последовательным окунанием модели в суспензию и ее обсыпку огнеупорным зернистым материалом на основе электрокорунда.
Сушку каждого керамического слоя проводят в две стадии. Первую стадию проводят в камере с повышенной влажностью (не менее 95%): выдержка первого слоя - до 1 час, второго - до 3 часов, последующие - 4-6 часов. Вторая стадия - конвективная сушка до равновесного с окружающей средой влагосодержания.
Модельная масса выплавляется методом СВЧ-нагрева, либо в расплаве модельной массы, либо в бойлер-клаве.
Большое значение на получение качественной керамической формы оказывают температура и время прокалки оболочки. Прокаливание керамических форм следует производить при температуре 1000-1350°С в течение 4-6 часов, что способствует выгоранию органических составляющих, присутствующих в форме.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
В лабораторных условиях был изготовлен блок из воскообразной модельной массы. На него послойно наносили керамическую суспензию, включающую в себя, мас.%:
алюмоорганическое связующее | 25 |
активатор, АСД-4 | 7 |
огнеупорный наполнитель | остальное, |
с последующей обсыпкой каждого слоя зернистым электрокорундом. Также, с целью оценки связующих свойств, были изготовлены образцы оболочковой формы для испытаний на статический изгиб. После нанесения каждого слоя производили сушку керамической формы в камере с влажностью 95% с последующей конвективной сушкой. После нанесения последнего слоя следовала операция удаления модельного состава, для чего форма погружалась в расплав модельной массы. Керамическую форму прокаливали при температуре 1350°С в течение 4 часов.
В результате получили керамическую форму, обладающую достаточной прочностью для сохранения геометрических параметров в процессе направленного затвердевания отливки. После охлаждения формы и удаления керамики пригар полностью отсутствовал.
Остальные примеры выполнены аналогично примеру 1, данные приведены в таблице 1. Во всех случаях слой взаимодействия на границе металл-форма отсутствовал.
Таким образом, предлагаемый способ изготовления керамической оболочковой формы имеет следующие преимущества:
- позволяет получать бескремнеземную высокотермостойкую огнеупорную корундовую форму с необходимыми механическими характеристиками;
- алюмоорганическое связующее является готовым связующим, и поэтому не требует дополнительной доработки в условиях литейного производства;
- использование алюмоорганического связующего позволяет увеличить живучесть суспензии (срок хранения суспензии в герметично закрытой таре практически не ограничен);
- использование алюмоорганического связующего позволяет повысить экологическую безопасность (за счет устранения летучих кислот и аммиачной среды при сушке слоев покрытия);
- обеспечивает вовлечение в оборот до 95% возврата сырья;
- исключает образование пригара на границе металл-форма.
Таблица 1 | |||||||
Состав и физико-механические характеристики керамических форм. | |||||||
№ пп. | Состав керамической суспензии | Температура прокаливания оболочковых форм, °С | |||||
20 | 1000 | 1250 | 1350 | ||||
Связующее, мас.% | АСД-4, мас.% | Наполнитель | Предел прочности при статическом изгибе, МПа | ||||
1 | 25 | 5 | Ост. | 2,2 | 4,2-4,5 | 7,0 | 11,8 |
2 | 25 | 7 | Ост. | 2,4 | 4,8 | 7,4 | 15,5 |
3 | 25 | 10 | Ост. | 2,7 | 5-5,4 | 9,4 | 19,2 |
4 | 25 | 12 | Ост. | 3,0 | 5,5-5,8 | 14,1 | 20,5 |
Claims (1)
- Способ изготовления бескремнеземных керамических форм для литья по выплавляемым моделям, включающий изготовление модели, послойное нанесение на воскообразную модель огнеупорной суспензии на основе пылевидного электрокорунда в качестве наполнителя и алюмоорганического связующего, последующую обсыпку каждого слоя зернистым материалом на основе электрокорунда, сушку слоев керамической формы, удаление модели и прокалку керамической формы, отличающийся тем, что сушку слоев оболочковой формы проводят в камере с влажностью не менее 95%, с выдержкой для первого слоя 1 ч, второго слоя - 3 ч, остальных - 4-6 ч и последующей конвективной сушкой каждого слоя, прокаливание керамических форм проводят при температуре 1000-1350°С в течение 4-6 ч, причем керамическая суспензия содержит в качестве связующего алкоксиалюмоксановые олигомеры общей формулы
RO{[-Al(OR)-O-]x[-Al(OR*)-O-]y}zH,
где z=3÷100; x+y=1; R*/Al=0,05÷0,95; R=CnH2n+1; n=1÷4;
R*=С(СН3)=СНС(O)CnH2n+1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009136162/02A RU2411104C1 (ru) | 2009-09-30 | 2009-09-30 | Способ изготовления бескремнеземных керамических форм для точного литья металлов по выплавляемым моделям |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009136162/02A RU2411104C1 (ru) | 2009-09-30 | 2009-09-30 | Способ изготовления бескремнеземных керамических форм для точного литья металлов по выплавляемым моделям |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2411104C1 true RU2411104C1 (ru) | 2011-02-10 |
Family
ID=46309179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009136162/02A RU2411104C1 (ru) | 2009-09-30 | 2009-09-30 | Способ изготовления бескремнеземных керамических форм для точного литья металлов по выплавляемым моделям |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2411104C1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451687C1 (ru) * | 2011-02-18 | 2012-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП ГНИИХТЭОС) | Способ получения иттрийсодержащих органоалюмоксанов, связующие и пропиточные материалы на их основе |
RU2502578C1 (ru) * | 2012-09-20 | 2013-12-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ изготовления бескремнеземной керамической формы для литья по выплавляемым моделям |
RU2572118C1 (ru) * | 2014-10-03 | 2015-12-27 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ изготовления комбинированных оболочковых форм по выплавляемым моделям для получения отливок из жаропрочных сплавов с направленной и монокристаллической структурами |
RU2644980C2 (ru) * | 2012-09-11 | 2018-02-15 | Снекма | Литейная форма |
RU2736145C1 (ru) * | 2020-02-03 | 2020-11-11 | Акционерное общество «ОДК-Авиадвигатель» | Способ изготовления керамической формы для литья по выплавляемым восковым моделям |
RU2757519C1 (ru) * | 2021-05-26 | 2021-10-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» | Способ изготовления керамических форм по выплавляемым моделям для получения точных отливок из химически активных и жаропрочных сплавов |
-
2009
- 2009-09-30 RU RU2009136162/02A patent/RU2411104C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451687C1 (ru) * | 2011-02-18 | 2012-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП ГНИИХТЭОС) | Способ получения иттрийсодержащих органоалюмоксанов, связующие и пропиточные материалы на их основе |
RU2644980C2 (ru) * | 2012-09-11 | 2018-02-15 | Снекма | Литейная форма |
RU2502578C1 (ru) * | 2012-09-20 | 2013-12-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ изготовления бескремнеземной керамической формы для литья по выплавляемым моделям |
RU2572118C1 (ru) * | 2014-10-03 | 2015-12-27 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ изготовления комбинированных оболочковых форм по выплавляемым моделям для получения отливок из жаропрочных сплавов с направленной и монокристаллической структурами |
RU2736145C1 (ru) * | 2020-02-03 | 2020-11-11 | Акционерное общество «ОДК-Авиадвигатель» | Способ изготовления керамической формы для литья по выплавляемым восковым моделям |
RU2757519C1 (ru) * | 2021-05-26 | 2021-10-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» | Способ изготовления керамических форм по выплавляемым моделям для получения точных отливок из химически активных и жаропрочных сплавов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2411104C1 (ru) | Способ изготовления бескремнеземных керамических форм для точного литья металлов по выплавляемым моделям | |
US4196769A (en) | Ceramic shell mold | |
JP3139918B2 (ja) | 耐火物成形品の製造方法および耐火物成形品用バインダ | |
WO2017114064A1 (zh) | 一种环保精铸模壳的制备方法 | |
US5766329A (en) | Inert calcia facecoats for investment casting of titanium and titanium-aluminide alloys | |
CN102990006B (zh) | 一种用于钛及钛合金精密铸造的型壳及其制备方法 | |
CN1876272A (zh) | 用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳的制备方法 | |
WO2017114065A1 (zh) | 一种环保铸造材料的制备方法 | |
WO2017114066A1 (zh) | 一种汽车发动机壳体的环保型制备方法 | |
WO2017114078A1 (zh) | 一种发动机部件的制备方法 | |
RU2412019C1 (ru) | Способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям | |
RU2572118C1 (ru) | Способ изготовления комбинированных оболочковых форм по выплавляемым моделям для получения отливок из жаропрочных сплавов с направленной и монокристаллической структурами | |
RU2277452C1 (ru) | Способ изготовления керамической оболочки для отливок с узкими развитыми внутренними полостями при литье по выплавляемым моделям | |
EP0016127B1 (en) | Ceramic shell mold | |
RU2532764C1 (ru) | Способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям | |
RU2358827C1 (ru) | Суспензия для изготовления керамических оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям | |
RU2729229C9 (ru) | Способ изготовления керамической формы для литья по выплавляемым моделям | |
RU2274510C1 (ru) | Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям | |
KR100348713B1 (ko) | 정밀주조용 알루미나계 주형 및 그 제조방법 | |
RU2332278C1 (ru) | Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям | |
RU2736145C1 (ru) | Способ изготовления керамической формы для литья по выплавляемым восковым моделям | |
RU2343038C1 (ru) | Способ изготовления керамических форм по удаляемым моделям (варианты) | |
RU2760029C1 (ru) | Способ изготовления керамических форм и стержней по постоянным моделям | |
RU2146983C1 (ru) | Суспензия для изготовления оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям | |
RU2794474C1 (ru) | Суспензия для оболочковой керамической формы |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160401 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201001 |