RU2412019C1 - Method of producing ceramic shell moulds for investment casting - Google Patents
Method of producing ceramic shell moulds for investment casting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2412019C1 RU2412019C1 RU2009136165/02A RU2009136165A RU2412019C1 RU 2412019 C1 RU2412019 C1 RU 2412019C1 RU 2009136165/02 A RU2009136165/02 A RU 2009136165/02A RU 2009136165 A RU2009136165 A RU 2009136165A RU 2412019 C1 RU2412019 C1 RU 2412019C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- ceramic
- layers
- binder
- hours
- Prior art date
Links
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для изготовления керамических оболочковых форм по выплавляемым моделям при производстве особо ответственных отливок из химически активных сталей и сплавов.The invention relates to the field of foundry and can be used for the manufacture of ceramic shell molds for investment casting in the production of critical castings from chemically active steels and alloys.
В настоящее время промышленно выпускаемыми и широко применяемыми связующими материалами являются технические этилсиликаты и кремнезоли, образующие после прокаливания диоксид кремния, наличие которого в керамической форме крайне нежелательно.Currently, industrially produced and widely used binders are technical ethyl silicates and silicas, which form, after calcination, silicon dioxide, the presence of which in ceramic form is highly undesirable.
В процессе заливки и охлаждения расплава происходит интенсивное взаимодействие металла с диоксидом кремния керамической оболочки, что приводит к образованию на поверхности отливки трудноустранимых питтинг-дефектов, выявляющихся на различных стадиях технологического процесса изготовления деталей, повышению шероховатости поверхности и снижению коррозионной стойкости металла.In the process of pouring and cooling the melt, the metal interacts intensively with the silicon dioxide of the ceramic shell, which leads to the formation of difficult to remove pitting defects on the casting surface, which are detected at various stages of the manufacturing process of parts, increase surface roughness and reduce the corrosion resistance of the metal.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ изготовления комбинированных керамических форм по выплавляемым моделям, где в качестве суспензии для первых двух слоев используют связующее гидролизованный раствор этилсиликата, а для последующих слоев суспензию с жидким стеклом (Пат. РФ 2302311, В22С 9/04, 2007 г.).The closest in technical essence to the proposed method is a method for manufacturing combined ceramic molds using lost-wax models, where a suspension of hydrolyzed ethyl silicate binder is used as a suspension for the first two layers, and a suspension with liquid glass is used for subsequent layers (US Pat. , 2007).
Данное техническое решение обладает существенными недостатками:This technical solution has significant disadvantages:
- в процессе литья происходит физико-химическое взаимодействие материала оболочковой формы с расплавленным металлом. При этом глубина взаимодействия, определяемая толщиной металлооксидного слоя, зависит от состава жаропрочного сплава, содержания SiO2 в оболочковой форме, ее структуры и может достигать 200 мкм;- during the casting process, a physicochemical interaction of the shell-shaped material with molten metal occurs. Moreover, the depth of interaction, determined by the thickness of the metal oxide layer, depends on the composition of the heat-resistant alloy, the content of SiO 2 in the shell form, its structure and can reach 200 microns;
- при нанесении жидкостекольного слоя на этилсиликатный, связующее мигрирует через поры этилсиликатных слоев к рабочей поверхности формы, тем самым снижая качество поверхности отливок из-за взаимодействия заливаемого сплава с оксидом натрия, содержащимся в жидком стекле;- when applying a liquid-glass layer to ethyl silicate, the binder migrates through the pores of the ethyl silicate layers to the working surface of the mold, thereby reducing the surface quality of the castings due to the interaction of the alloy being filled with sodium oxide contained in the liquid glass;
- в процессе нагрева жидкостекольные слои претерпевают усадку, что вызывает напряжения в оболочковой форме, способные привести к трещинам и разупрочнению форм.- during heating, the liquid-glass layers undergo shrinkage, which causes stresses in the shell form, which can lead to cracks and softening of the forms.
Задачей данного изобретения является улучшение качества литья по выплавляемым моделям за счет снижения химического взаимодействия на границе металл-форма, ликвидации питтинг-дефектов при производстве отливок из химически активных сталей и сплавов, повышение термостойкости, прочности керамической оболочки, улучшение выбиваемости отливок.The objective of the invention is to improve the quality of investment casting by reducing chemical interaction at the metal-mold interface, eliminating pitting defects in the production of castings from chemically active steels and alloys, increasing heat resistance, strength of the ceramic shell, improving knockability of castings.
Указанная задача решается таким образом, что способ изготовления керамических оболочковых форм по выплавляемым моделям при производстве особо ответственных отливок из жаропрочных и тугоплавких металлов с равноосной структурой, включающий изготовление модели, послойное нанесение на модель огнеупорной суспензии на основе пылевидного электрокорунда, последующую обсыпку каждого слоя зернистым электрокорундом, сушку слоев керамической формы, удаление модели и прокалку керамической формы, отличается тем, что керамическую оболочковую форму изготавливают комбинированной, первые два слоя наносят с использованием в керамической суспензии алюмоорганическое связующее:This problem is solved in such a way that the method of manufacturing ceramic shell molds using investment casting in the production of especially critical castings from heat-resistant and refractory metals with equiaxial structure, including the manufacture of a model, layer-by-layer application of a refractory slurry based on powdered electrocorundum, followed by sprinkling of each layer with granular electrocorundum , drying the layers of the ceramic mold, removing the model and calcining the ceramic mold, characterized in that the ceramic shell f the yoke is made of the combined, first two layers applied using an organoaluminum binder in the ceramic slurry:
RO{[-Al(OR)-О-]x[-Al(OR*)-О-]y}zH,RO {[- Al (OR) -O-] x [-Al (OR *) - O-] y } z H,
где z=3÷100; х+y=1; R*/Al=0,05÷0,95; R=CnH2n+1; n=1÷4;where z = 3 ÷ 100; x + y = 1; R * / Al = 0.05 ÷ 0.95; R = C n H 2n + 1 ; n = 1 ÷ 4;
R*=С(СН3)=СНС(O)CnH2n+1; С(СН3)=СНС(O)OCnH2n+1,R * = C (CH 3 ) = CHC (O) C n H 2n + 1 ; C (CH 3 ) = CHS (O) OC n H 2n + 1 ,
при этом сушку слоев проводят с выдержкой в камере с влажностью не менее 95% - для первого слоя 1 час, второго слоя - 3 часа и последующей конвективной сушкой каждого слоя в течение часа, причем последующие слои выполняют с использованием в качестве связующего гидролизованный раствор этилсиликата, а прокаливание комбинированных керамических форм проводят при температуре 1250-1350°С в течение 4-6 часов.while drying the layers is carried out with exposure in a chamber with a humidity of at least 95% for the first layer for 1 hour, the second layer for 3 hours and subsequent convective drying of each layer for an hour, the subsequent layers being performed using a hydrolyzed solution of ethyl silicate as a binder, and the calcination of the combined ceramic forms is carried out at a temperature of 1250-1350 ° C for 4-6 hours.
В целях экономии алюмоорганического связующего, снижения себестоимости литья, улучшения выбиваемости, в качестве связующего для первого и второго слоев используют алюмоорганическое связующее, а для последующих слоев в качестве связующего - гидролизованный раствор этилсиликата.In order to save organoaluminum binder, reduce casting costs, improve knockability, an organoaluminum binder is used as a binder for the first and second layers, and a hydrolyzed solution of ethyl silicate is used as a binder for the subsequent layers.
Приготовление керамической суспензии на алюмоорганическом связующем осуществляется по патенту РФ №2082535, В22С 1/06, 1/16, 1997 г.The preparation of a ceramic suspension on an organoaluminum binder is carried out according to the patent of the Russian Federation No. 2082535, B22C 1/06, 1/16, 1997.
Изготовление керамических оболочковых форм производят последовательным окунанием модели в огнеупорную суспензию на алюмоорганическом связующем для первых двух лицевых слоев и на этилсиликатном связующем для последующих слоев и ее обсыпку огнеупорным зернистым материалом на основе электрокорунда.The manufacture of ceramic shell molds is carried out by successively dipping the model in a refractory suspension on an organoaluminum binder for the first two face layers and on an ethyl silicate binder for subsequent layers and sprinkling it with refractory granular material based on electrocorundum.
Сушку первых двух керамических слоев на алюмоорганическом связующем 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. Вторая стадия - конвективная сушка до равновесного с окружающей средой влагосодержания. Сушку последующих слоев на этилсиликатном связующем проводят по общепринятой технологии.The drying of the first two ceramic layers on an organoaluminum binder is carried out in two stages. The first stage is carried out in a chamber with high humidity (at least 95%): exposure of the first layer - up to 1 hour, the second - up to 3 hours. The second stage is convective drying until the moisture content equilibrium with the environment. Drying of the subsequent layers on an ethyl silicate binder is carried out according to conventional technology.
Вытопка моделей из оболочковых форм производится любым известным способом.The excavation of models from shell forms is carried out in any known manner.
Прокаливание керамических форм следует производить при температуре 1250-1350°С в течение 4-6 часов, что способствует выгоранию органических составляющих, присутствующих в форме и приданию оболочковой форме требуемых механических свойств.The calcination of ceramic molds should be carried out at a temperature of 1250-1350 ° C for 4-6 hours, which contributes to the burning out of the organic components present in the mold and imparting the required mechanical properties to the shell mold.
Способы изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям иллюстрируется следующими примерами.Methods of manufacturing ceramic shell molds for investment casting is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Предлагаемое изобретение было отработано в условиях литейного цеха при изготовлении керамической формы для производства отливок лопаток газотурбинного двигателя.The present invention was worked out in a foundry in the manufacture of ceramic molds for the production of castings of blades of a gas turbine engine.
В качестве связующего для первых двух слоев покрытия использовали алюмоорганическое связующее с условным содержанием Al2O3 11%.An organoaluminum binder with a conditional Al 2 O 3 content of 11% was used as a binder for the first two layers of the coating.
На модельный блок послойно наносили керамическую суспензию, включающую в себя, мас.%:On the model block layer-by-layer was applied a ceramic suspension, including, wt.%:
с последующей обсыпкой каждого слоя зернистым электрокорундом.followed by sprinkling of each layer with granular electrocorundum.
После нанесения слоя производили сушку керамической формы в камере с влажностью 95% с последующей конвективной сушкой.After applying the layer, the ceramic mold was dried in a chamber with a humidity of 95%, followed by convective drying.
Последующие слои изготовляли с использованием суспензии на этилсиликатном связующем с сушкой каждого слоя в вакуумно-аммиачной камере. После нанесения последнего слоя следовала операция удаления модельного состава в бойлер-клаве.Subsequent layers were prepared using a suspension on an ethyl silicate binder with drying of each layer in a vacuum-ammonia chamber. After applying the last layer, the operation of removing the model composition in the boiler clave was followed.
Прокаливание керамической формы осуществляли при температуре 1280°С в течение 4 часов. Прокаленные формы были залиты сплавом ЖС6У при температуре 1530±10°С. Керамическую оболочку удаляли пескоструйной обработкой.The ceramic form was calcined at a temperature of 1280 ° C for 4 hours. The calcined forms were filled with ZhS6U alloy at a temperature of 1530 ± 10 ° С. The ceramic shell was removed by sandblasting.
В дальнейшем, металлографическими исследованиями установлено, что при использовании комбинированной формы, слой взаимодействия между металлом отливки и оболочковой формой в ~7 раз меньше, чем на лопатках, изготовленных по серийной технологии, и не превышает 5 мкм.Further, metallographic studies found that when using a combined mold, the interaction layer between the casting metal and the shell mold is ~ 7 times smaller than on blades made using serial technology and does not exceed 5 microns.
Проведенные исследования рентгеновского спектра показали, что на лицевой поверхности комбинированной формы отсутствует диоксид кремний, диффундирующий из внутренних слоев, и содержание его равно тому количеству, которое присутствует в составе шихты микропорошков электрокорунда.The studies of the X-ray spectrum showed that on the front surface of the combined form there is no silicon dioxide diffusing from the inner layers, and its content is equal to the amount that is present in the composition of the mixture of electrocorundum micropowders.
Исследования микроструктуры материала лопатки, полученной заливкой в комбинированную оболочковую форму, показали, что дисперсность дендритной структуры выше, по сравнению с контрольными лопатками. А также еще одной особенностью микроструктуры данной лопатки является уменьшение количества (γ-γ') - эвтектики в межосных зонах дендритов.Studies of the microstructure of the material of the blade obtained by pouring into a combined shell mold showed that the dispersion of the dendritic structure is higher compared to control blades. And also another feature of the microstructure of this scapula is a decrease in the amount of (γ-γ ') - eutectic in the interaxial zones of dendrites.
В табл.1 приведены сравнительные данные по толщине слоя пригара между металлом отливки и комбинированной оболочковой формой, а также этилсиликатной формой.Table 1 shows comparative data on the thickness of the burn-on layer between the casting metal and the combined shell form, as well as the ethyl silicate form.
Пример 2.Example 2
Керамические формы изготовляли по технологии, указанной в примере 1. Прокаленные формы заливали сталью 08Х14Н7МЛ при 1600-1650°СCeramic molds were made according to the technology described in example 1. Annealed molds were poured with 08Kh14N7ML steel at 1600-1650 ° C.
В результате, поверхность отливок, изготовленных по серийной технологии, была покрыта трудноустранимыми питтинг-дефектами, которые повышают шероховатость поверхности и снижают коррозионную стойкость металла.As a result, the surface of castings manufactured using serial technology was coated with hard-to-remove pitting defects, which increase the surface roughness and reduce the corrosion resistance of the metal.
Полученные же отливки в комбинированной форме не содержали на своей поверхности питтинг-дефектов.The resulting castings in combined form did not contain pitting defects on their surface.
Так же как и в примере 1, слой взаимодействия между металлом отливки и оболочковой формой в ~7 раз меньше, чем отливках, изготовленных по серийной технологии, и не превышает 5 мкм.As in example 1, the interaction layer between the casting metal and the shell mold is ~ 7 times smaller than the castings made using serial technology and does not exceed 5 microns.
Claims (1)
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; С(СН3)=СНС(O)OCnH2n+1, при этом сушку первых двух слоев проводят в камере с влажностью не менее 95% с выдержкой для первого слоя - 1 ч, второго слоя - 3 ч и последующей конвективной сушкой каждого слоя, последующие слои наносят с использованием в качестве связующего гидролизованного раствора этилсиликата, а прокаливание комбинированных керамических форм проводят при температуре 1250-1350°С в течение 4-6 ч. A method of manufacturing ceramic shell molds according to investment casting in the production of especially critical castings from heat-resistant and refractory metals with equiaxial structure, including the manufacture of a model, layer-by-layer application of a refractory slurry based on dust-like electrocorundum, subsequent sprinkling of each layer with granular electrocorundum, drying of layers of the ceramic form, removal models and calcination of a ceramic mold, characterized in that the ceramic shell mold is made combined, the first two layers are applied using an aluminum-organic binder in a ceramic suspension:
RO {[- Al (OR) -O-] x [-Al (OR *) - O-] y } z H,
where z = 3-100; x + y = 1; R * / Al = 0.05 ÷ 0.95; R = C n H 2n + 1 ; n = 1 ÷ 4;
R * = C (CH 3 ) = CHC (O) C n H 2n + 1 ; С (СН 3 ) = СНС (O) OC n H 2n + 1 , while drying the first two layers is carried out in a chamber with a humidity of at least 95% with an exposure for the first layer of 1 hour, the second layer of 3 hours and subsequent convective drying each layer, subsequent layers are applied using ethyl silicate as a binder hydrolyzed solution, and the calcination of the combined ceramic forms is carried out at a temperature of 1250-1350 ° C for 4-6 hours.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009136165/02A RU2412019C1 (en) | 2009-09-30 | 2009-09-30 | Method of producing ceramic shell moulds for investment casting |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009136165/02A RU2412019C1 (en) | 2009-09-30 | 2009-09-30 | Method of producing ceramic shell moulds for investment casting |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2412019C1 true RU2412019C1 (en) | 2011-02-20 |
Family
ID=46309993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009136165/02A RU2412019C1 (en) | 2009-09-30 | 2009-09-30 | Method of producing ceramic shell moulds for investment casting |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2412019C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2465093C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") | Method of producing multilayer investment shell casting moulds |
RU2512710C1 (en) * | 2012-09-19 | 2014-04-10 | Аркадий Ильич Маляров | Method of making 3d moulds from loose sodium silicate mixes using investment patterns |
RU2532583C1 (en) * | 2013-07-29 | 2014-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" им. М.В. Проценко" (ФГУП ФНПЦ "ПО "Старт" им. М.В. Проценко") | Method of making silica-free ceramic mould for lost-wax casting |
RU2572118C1 (en) * | 2014-10-03 | 2015-12-27 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Method of producing of combined shell moulds as per consumable patterns to produce castings out of heat-resistant alloys with directed and single-crystal structures |
RU2736145C1 (en) * | 2020-02-03 | 2020-11-11 | Акционерное общество «ОДК-Авиадвигатель» | Method of making ceramic mould for melting wax patterns |
RU2754334C1 (en) * | 2021-03-02 | 2021-09-01 | Акционерное общество «ОДК-Авиадвигатель» | Method for manufacturing a ceramic mold for lost-wax casting |
-
2009
- 2009-09-30 RU RU2009136165/02A patent/RU2412019C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2465093C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") | Method of producing multilayer investment shell casting moulds |
RU2512710C1 (en) * | 2012-09-19 | 2014-04-10 | Аркадий Ильич Маляров | Method of making 3d moulds from loose sodium silicate mixes using investment patterns |
RU2532583C1 (en) * | 2013-07-29 | 2014-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" им. М.В. Проценко" (ФГУП ФНПЦ "ПО "Старт" им. М.В. Проценко") | Method of making silica-free ceramic mould for lost-wax casting |
RU2572118C1 (en) * | 2014-10-03 | 2015-12-27 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Method of producing of combined shell moulds as per consumable patterns to produce castings out of heat-resistant alloys with directed and single-crystal structures |
RU2736145C1 (en) * | 2020-02-03 | 2020-11-11 | Акционерное общество «ОДК-Авиадвигатель» | Method of making ceramic mould for melting wax patterns |
RU2754334C1 (en) * | 2021-03-02 | 2021-09-01 | Акционерное общество «ОДК-Авиадвигатель» | Method for manufacturing a ceramic mold for lost-wax casting |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2412019C1 (en) | Method of producing ceramic shell moulds for investment casting | |
JP5632136B2 (en) | Disintegrating mold and manufacturing method thereof | |
US8708033B2 (en) | Calcium titanate containing mold compositions and methods for casting titanium and titanium aluminide alloys | |
US9592548B2 (en) | Calcium hexaluminate-containing mold and facecoat compositions and methods for casting titanium and titanium aluminide alloys | |
RU2697678C1 (en) | Method of making ceramic molds for casting on molten patterns | |
RU2411104C1 (en) | Method of producing silicaless ceramic moulds for precise metal investment casting | |
KR20140073576A (en) | Coating compositions for inorganic casting molds and cores, containing salts, and use thereof | |
KR100864717B1 (en) | Plastery Investment used for Investment casting | |
RU2572118C1 (en) | Method of producing of combined shell moulds as per consumable patterns to produce castings out of heat-resistant alloys with directed and single-crystal structures | |
RU2532764C1 (en) | Manufacturing method of multilayer shell-type casting moulds as per molten out models | |
RU2603402C2 (en) | Composition of ceramic layer for making moulds and other articles | |
CN107790633B (en) | Investment precision casting process for aluminum alloy doors and windows | |
RU2358827C1 (en) | Suspension for manufacturing of ceramic shell moulds into foundring by dispensable pattern | |
CN113894251A (en) | High-inertia mould shell for casting, preparation method thereof and method for improving magnesium alloy casting precision | |
KR20190024999A (en) | A refractory coating composition for forming a surface on a temporary mold or on a core for iron and steel casting work | |
RU2641205C1 (en) | Method for manufacturing ceramic moulds for equiaxial casting of heat-resistant alloys on molten models | |
US20220048097A1 (en) | Casting slurry for the production of shell molds | |
RU2760029C1 (en) | Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns | |
CN104475668A (en) | Cristobalite/graphite composite casting coating and manufacturing method thereof | |
RU2499651C1 (en) | Method of making ceramic moulds by fusible patterns | |
RU2502578C1 (en) | Method of making silica-free ceramic mould for lost-wax casting | |
RU2412778C1 (en) | Method of fixing layers of liquid-glass coating in investment casting | |
RU2673873C1 (en) | Suspension for manufacture of easy-clean casting ceramic forms | |
RU2274510C1 (en) | Suspension for ceramic molds produced with use of investment patterns | |
JP7504100B2 (en) | Improved foundry slurry for shell mold manufacturing |
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 |