RU2412778C1 - Method of fixing layers of liquid-glass coating in investment casting - Google Patents
Method of fixing layers of liquid-glass coating in investment casting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2412778C1 RU2412778C1 RU2009147986/02A RU2009147986A RU2412778C1 RU 2412778 C1 RU2412778 C1 RU 2412778C1 RU 2009147986/02 A RU2009147986/02 A RU 2009147986/02A RU 2009147986 A RU2009147986 A RU 2009147986A RU 2412778 C1 RU2412778 C1 RU 2412778C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layers
- liquid
- glass coating
- solution
- investment casting
- 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 форм и стержней на жидкостекольном связующем в литье по выплавляемым моделям сложно профильных тонкорельефных отливок из черных и цветных сплавов.The invention relates to the field of foundry and can be used for the manufacture of ceramic molds and cores on a liquid-glass binder in investment casting of complex profile thin-relief castings from ferrous and non-ferrous alloys.
В настоящее время для этого широко используется в производстве химическое закрепление слоев жидкостекольного покрытия в водных растворах хлоридов алюминия или кальция (Литье по выплавляемым моделям: монография / под ред. Я.И.Шкленника. - М.: Машиностроение, 1984. - 408 с.; Стрюченко, А.А. Керамические формы в точном литье по постоянным моделям / А.А.Стрюченко, Э.В.Захарченко. - М: Машиностроение, 1988. - 128 с.). Они имеют водородный показатель (pH) в пределах 0,5…1,0 и создают условия для гелеобразования покрытия. Однако отверждение каждого слоя покрытия протекает лишь с поверхности. В процессе сушки происходит усадка, свободному прохождению которой препятствует неравномерность гелеобразования. В результате возникающие напряжения вызывают появление в пленках связующего микротрещин, развивающихся в процессе прокалки керамических форм. Поэтому происходит нарушение точности, а в некоторых случаях и коробление форм, снижающее качество отливок.Currently, chemical fixing of liquid-glass coating layers in aqueous solutions of aluminum or calcium chlorides is widely used in production for this purpose (Lost wax casting: monograph / under the editorship of Ya.I. Shklennik. - M.: Mashinostroenie, 1984. - 408 p. ; Stryuchenko, A.A. Ceramic molds in precision casting according to permanent models / A.A. Stryuchenko, E.V. Zakharchenko. - M: Mechanical Engineering, 1988. - 128 p.). They have a hydrogen index (pH) in the range of 0.5 ... 1.0 and create conditions for gelation of the coating. However, curing of each coating layer proceeds only from the surface. During the drying process, shrinkage occurs, the free passage of which is prevented by the uneven gelation. As a result, the arising stresses cause the appearance of microcracks in the binder films that develop during the calcination of ceramic forms. Therefore, there is a violation of accuracy, and in some cases warpage of molds, which reduces the quality of castings.
Наиболее близким по технической сущности является способ химического закрепления слоев жидкостекольного покрытия, включающий их обработку в растворе алюмоборфосфатного концентрата (RU 2228816. Раствор и способ химического закрепления слоев жидкостекольного покрытия в литье по выплавляемым моделям. Л.Г.Знаменский. Бюллетень изобретений №14, 2004 г.).The closest in technical essence is the method of chemical fixing of the layers of liquid glass coating, including their processing in a solution of aluminum phosphate concentrate (RU 2228816. The solution and method of chemical fixing of the layers of liquid glass coating in investment casting. L. G. Znamensky. Invention Bulletin No. 14, 2004 g.).
Известное техническое решение обеспечивает ускорение формообразования и некоторое улучшение физико-механических свойств керамических форм и стержней. Вместе с тем прототип имеет следующие существенные недостатки:The known technical solution provides acceleration of shaping and some improvement in the physicomechanical properties of ceramic molds and cores. However, the prototype has the following significant disadvantages:
- вследствие нерегулируемого образования пузырьков водорода при взаимодействии раствора АБФК с пылевидным кварцем (наполнителем суспензии) наблюдается появление такого дефекта, как отслоение в изготавливаемой керамической форме, нарушающей точность получаемых отливок;- due to the unregulated formation of hydrogen bubbles during the interaction of the ABFC solution with pulverized quartz (suspension filler), the appearance of such a defect as delamination in the manufactured ceramic form, violating the accuracy of the obtained castings;
- нерегулируемое газовыделение в формирующемся слое огнеупорного покрытия приводит к образованию в нем крупных наружных пор, в которые при заливке расплава в керамическую форму проникает металл, вызывая появление облоя и пригара на поверхности отливок;- unregulated gas evolution in the forming layer of the refractory coating leads to the formation of large external pores in it, into which, when the melt is poured into the ceramic mold, metal penetrates, causing a flash and burning on the surface of the castings;
- отслоение в керамической форме, облой и пригар на отливках значительно ухудшают качество их поверхности и увеличивают трудоемкость зачистных работ;- peeling in ceramic form, flashing and burning on castings significantly worsen the quality of their surface and increase the complexity of cleaning operations;
- учитывая, что точные отливки изготавливаются часто из труднообрабатываемых механически сплавов, применение керамических форм, получаемых по прототипу, имеет существенные ограничения при выборе материала отливки;- given that precision castings are often made of mechanically difficult alloys, the use of ceramic molds obtained by the prototype has significant limitations when choosing a casting material;
- отслоения при формообразовании вызывают снижение потенциальной прочности получаемых керамических форм и стержней, что приводит к появлению засоров на отливках, в особенности в случае повышенного теплового и силового воздействия на них заливаемого металла при производстве крупногабаритных и тонкорельефных литых заготовок.- delaminations during shaping cause a decrease in the potential strength of the obtained ceramic molds and cores, which leads to the appearance of blockages on the castings, especially in the case of increased heat and power impact of the cast metal on them in the manufacture of large and thin relief cast billets.
В основу изобретения положена техническая задача - создать такой способ химического закрепления слоев жидкостекольного покрытия в литье по выплавляемым моделям, который обеспечил бы улучшение физико-механических характеристик керамических форм и стержней за счет регулирования процессов газовыделения при формообразовании и его ускорения, вызывающие повышение качества изготовления точных отливок, в особенности крупногабаритных и тонкорельефных.The technical problem is the basis of the invention - to create a method for chemically fixing the layers of a liquid glass coating in investment casting, which would provide an improvement in the physicomechanical characteristics of ceramic molds and cores by controlling the gas evolution during shaping and its acceleration, causing an increase in the quality of precision castings , in particular large-size and light-relief.
Указанная техническая задача решается таким образом, что в способе химического закрепления слоев жидкостекольного покрытия в литье по выплавляемым моделям, включающем обработку нанесенных на выплавляемую модель слоев жидкостекольного покрытия в упрочняющем растворе, согласно изобретению обработку осуществляют путем пропитки слоев смесью растворов алюмоборфосфатного концентрата и карбоксиметилцеллюлозы натриевой, взятых в соотношении 4:1 по объему, при одновременном воздействии на нее ультразвуком интенсивностью 1…5 Вт/см2 и вакуумированием с остаточным воздушным давлением (0,1…0,5)×105 Па.The specified technical problem is solved in such a way that in the method of chemically fixing the liquid glass coating layers in investment casting, including processing the liquid glass coating layers deposited on the lost wax model in the strengthening solution, according to the invention, the treatment is carried out by impregnating the layers with a mixture of solutions of aluminum phosphate concentrate and sodium carboxymethyl cellulose in a ratio of 4: 1 by volume, while acted upon by ultrasound intensity of 1 ... 5 W / cm 2 and Waku ation with residual air pressure (0,1 ... 0,5) × 10 5 Pa.
Заявляемый способ химического закрепления слоев жидкостекольного покрытия осуществляют следующим образом.The inventive method of chemical fastening of the layers of a liquid glass coating is as follows.
Готовят суспензию на жидкостекольном связующем и пылевидном кварце. Для этого исходное натриевое жидкое стекло (ГОСТ 13078-81) разбавляют водой до плотности 1200…1250 кг/м3. В подготовленный раствор жидкого стекла при интенсивном перемешивании вводят пылевидный кварц из расчета на 1 л связующего 2…2,5 кг пылевидного кварца. Суспензию перемешивают в течение 20…30 мин при скорости вращения крыльчатки 3000 об/мин. На выплавляемую модель наносят слой облицовочного покрытия на гидролизованном растворе этилсиликата с условным содержанием кремнезема 16…20% масс., а затем 4-5 слоев покрытия с использованием подготовленной жидкостекольной суспензии. При этом для закрепления каждого слоя жидкостекольного покрытия используют смесь предварительно подготовленных водных растворов алюмоборфосфатного концентрата (АБФК) (ТУ 113-08-606-87) плотностью 1250…1300 кг/м3 и карбоксиметилцеллюлозы натриевой (КМЦ-Н) (ГОСТ 6-15-1077-92) плотностью 1100…1150 кг/м3. При подготовке смеси указанные растворы АБФК и КМЦ-Н берут в соотношении 4:1 по объему.Prepare a suspension on a liquid-glass binder and pulverized silica. For this, the initial sodium liquid glass (GOST 13078-81) is diluted with water to a density of 1200 ... 1250 kg / m 3 . Pulverized silica is introduced into the prepared liquid glass solution with vigorous stirring based on 1 liter of binder 2 ... 2.5 kg of pulverized silica. The suspension is stirred for 20 ... 30 min at an impeller rotation speed of 3000 rpm. A casting layer is coated with a coating layer on a hydrolyzed ethyl silicate solution with a conditional silica content of 16 ... 20% by mass, and then 4-5 coating layers using a prepared liquid glass slurry. Moreover, to fix each layer of liquid-glass coating, a mixture of pre-prepared aqueous solutions of aluminum phosphate concentrate (ABPK) (TU 113-08-606-87) with a density of 1250 ... 1300 kg / m 3 and sodium carboxymethyl cellulose (KMTS-N) (GOST 6-15) is used -1077-92) with a density of 1100 ... 1150 kg / m 3 . When preparing the mixture, these solutions of ABFC and CMC-N are taken in a ratio of 4: 1 by volume.
Закрепление осуществляют путем окунания модельного блока с нанесенным слоем жидкостекольного покрытия в закрепляющий раствор АБФК и КМЦ-Н, который предварительно заливают в ультразвуковую ванну, например, марки УЗВ-50ЭК, обеспечивая интенсивность ультразвукового воздействия в пределах 1…5 Вт/см2. При этом одновременно осуществляют вакуумирование ультразвуковой ванны, создавая остаточное воздушное давление (0,1…0,5)×105 Па.The fastening is carried out by dipping the model block with a layer of liquid glass coating in the fixing solution ABFC and KMTS-N, which is pre-filled into an ultrasonic bath, for example, brand UZV-50EK, providing the intensity of ultrasonic exposure in the range of 1 ... 5 W / cm 2 . At the same time, the ultrasonic bath is evacuated, creating a residual air pressure of (0.1 ... 0.5) × 10 5 Pa.
При интенсивности ультразвукового воздействия на закрепляющий раствор меньше, чем 1 Вт/см2, не удается достичь требуемого уровня диспергирования пузырьков до 50 мкм. В результате в формирующемся слое огнеупорного покрытия образуются крупные поры (500…900 мкм), в том числе и открытые, в которые проникает металл при заливке. Интенсивность ультразвука более 5 Вт/см2 является в данном случае нерациональной по причине резкого возрастания энергетических затрат.When the intensity of the ultrasonic action on the fixing solution is less than 1 W / cm 2 , it is not possible to achieve the required level of dispersion of the bubbles up to 50 μm. As a result, large pores (500 ... 900 microns) are formed in the forming layer of the refractory coating, including open ones, into which the metal penetrates during pouring. The ultrasound intensity of more than 5 W / cm 2 is in this case irrational due to a sharp increase in energy costs.
В случае, если остаточное воздушное давление над закрепляющим раствором в ультразвуковой ванне будет больше 0,5×105 Па, требуемая дегазация в слое суспензии не происходит. При вакуумировании с остаточным воздушным давлением менее 0,1×105 Па значительно усложняется конструкция установки для закрепления слоев жидкостекольной суспензии.If the residual air pressure above the fixing solution in the ultrasonic bath is more than 0.5 × 10 5 Pa, the required degassing in the suspension layer does not occur. When evacuating with a residual air pressure of less than 0.1 × 10 5 Pa, the design of the installation for fixing the layers of the liquid glass suspension is significantly complicated.
После закрепления нанесения всех слоев покрытия керамические формы проходят все стадии литья по выплавляемым моделям, а именно вытопку моделей, прокалку, заливку сплавом, охлаждение и формирование отливки, удаление керамики.After fixing the application of all coating layers, the ceramic molds go through all the stages of investment casting, namely the molding of models, calcination, casting with alloy, cooling and casting formation, and ceramic removal.
Предлагаемый способ химического закрепления слоев жидкостекольного покрытия в литье по выплавляемым моделям иллюстрируется следующим примером.The proposed method of chemical fastening of the layers of liquid glass coating in investment casting is illustrated by the following example.
Пример. Готовят закрепляющий раствор для слоев жидкостекольного покрытия. Для этого смешивают раствор АБФК (ТУ 113-08-606-87) плотностью 1300 кг/м3 и раствор КМЦ-Н (ГОСТ 6-15-1077-92) плотностью 1100 кг/м3, взятых в соотношении 4:1 по объему. Затем на модельный блок из состава МВС-15 наносят кварцевое огнеупорное покрытие на гидролизованном растворе этилсиликата с условным содержанием SiO2 18% масс. После формирования этилсиликатного покрытия последовательно наносят слои жидкостекольного покрытия на пылевидном кварце с обсыпкой кварцевым песком и закреплением каждого слоя в подготовленной смеси растворов АБФК и КМЦ-Н.Example. Preparing a fixing solution for the layers of liquid glass coating. To do this, mix the ABFC solution (TU 113-08-606-87) with a density of 1300 kg / m 3 and the KMTS-N solution (GOST 6-15-1077-92) with a density of 1100 kg / m 3 taken in a 4: 1 ratio according to volume. Then, a quartz refractory coating is applied to the model block from the composition of MVS-15 on a hydrolyzed solution of ethyl silicate with a conditional SiO 2 content of 18% by mass. After the formation of an ethyl silicate coating, layers of a liquid-glass coating are sequentially applied on dusty quartz, sprinkled with quartz sand and fixing each layer in a prepared mixture of ABFC and KMTS-N solutions.
При подготовке суспензии используют водный раствор натриевого жидкого стекла (ГОСТ 13078-81) с модулем 3, плотностью 1200 кг/м и пылевидного кварца марки ПК-2 (ГОСТ 9077-82), взятых из расчета 1 л связующего на 2 кг наполнителя, и перемешивают их в течение 20 мин при скорости вращения крыльчатки 3000 об/мин. Условная вязкость жидкостекольной суспензии 30…40 секунд по вискозиметрической воронке при температуре 18…20°C.When preparing the suspension, an aqueous solution of sodium liquid glass (GOST 13078-81) with a module of 3, a density of 1200 kg / m and pulverized quartz grade PK-2 (GOST 9077-82), taken at the rate of 1 liter of binder per 2 kg of filler, and mix them for 20 min at an impeller rotation speed of 3000 rpm. The nominal viscosity of a liquid-glass suspension is 30 ... 40 seconds by a viscometric funnel at a temperature of 18 ... 20 ° C.
Для закрепления слоев жидкостекольного покрытия в ультразвуковую ванну марки УЗВ-50ЭК заливают предварительно подготовленную смесь растворов АБФК и КМЦ-Н. Модельный блок с нанесенными слоями помещают в закрепляющий раствор, создают ультразвуковое поле и остаточное воздушное давление 0,3×105 Па. В ходе испытаний варьируют интенсивность ультразвукового воздействия - 1, 3, 5 Вт/см2. Количество слоев жидкостекольного огнеупорного покрытия - 4. После формирования покрытий осуществляют вытопку, прокалку керамических форм и их заливку сталью З0Л по стандартной методике. Показатели для сравнения представлены в таблице.To fix the layers of the liquid-glass coating, a previously prepared mixture of ABFK and KMTS-N solutions is poured into an ultrasonic bath of the UZV-50EK brand. The model block with the deposited layers is placed in a fixing solution, an ultrasonic field and a residual air pressure of 0.3 × 10 5 Pa are created. During the tests, the intensity of ultrasonic exposure varies - 1, 3, 5 W / cm 2 . The number of layers of a liquid-glass refractory coating is 4. After forming the coatings, ceramic molds are pierced, calcined, and cast with Z0L steel according to the standard method. Indicators for comparison are presented in the table.
Результаты испытаний показывают, что по сравнению с прототипом заявленный способ обеспечивает повышение прочности после вытопки моделей и в горячем состоянии, увеличение газопроницаемости, улучшение выбиваемости отливок из керамических форм при сокращении продолжительности формообразования.The test results show that, in comparison with the prototype, the claimed method provides increased strength after the models are hot and hot, increased gas permeability, improved knockability of castings from ceramic molds while reducing the duration of forming.
Заявленный способ опробован при изготовлении литьем по выплавляемым моделям крупногабаритных художественных отливок со сложными по конфигурации поднутрениями и протяженными полостями, показав улучшение качества их тонкорельефной поверхности.The claimed method was tested in the manufacture of investment castings of large-sized art castings with complex undercuts and extended cavities, showing an improvement in the quality of their thin-relief surface.
Учитывая повышенный комплекс физико-механических свойств керамических форм и стержней, заявленный способ может быть использован в художественном литье, в производстве машиностроительных заготовок ответственного назначения из цветных и черных сплавов.Given the increased complex of physico-mechanical properties of ceramic molds and cores, the claimed method can be used in art casting, in the production of critical engineering blanks from non-ferrous and ferrous alloys.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147986/02A RU2412778C1 (en) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | Method of fixing layers of liquid-glass coating in investment casting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147986/02A RU2412778C1 (en) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | Method of fixing layers of liquid-glass coating in investment casting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2412778C1 true RU2412778C1 (en) | 2011-02-27 |
Family
ID=46310531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009147986/02A RU2412778C1 (en) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | Method of fixing layers of liquid-glass coating in investment casting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2412778C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2631568C1 (en) * | 2016-05-13 | 2017-09-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") | Method for manufacturing ceramic shell moulds for casting on molten models |
-
2009
- 2009-12-23 RU RU2009147986/02A patent/RU2412778C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2631568C1 (en) * | 2016-05-13 | 2017-09-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") | Method for manufacturing ceramic shell moulds for casting on molten models |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103920852B (en) | A kind of precision casting process of large foundry goods | |
| CN106927798B (en) | Water-soluble ceramic core and preparation method thereof | |
| US20140352910A1 (en) | Coating compositions for inorganic casting molds and cores, containing salts, and use thereof | |
| RU2302311C1 (en) | Method for making ceramic shell molds for casting with use of investment patterns | |
| RU2412019C1 (en) | Method of producing ceramic shell moulds for investment casting | |
| Choi et al. | Application of dual coating process and 3D printing technology in sand mold fabrication | |
| CN107812893A (en) | One kind casting cast salt core and preparation method thereof | |
| CN102836956A (en) | Sand adhering prevention cast steel EPC (Expendable Pattern Casting) coating and preparation method thereof | |
| RU2412778C1 (en) | Method of fixing layers of liquid-glass coating in investment casting | |
| US3870529A (en) | Method of producing casting moulds for precision casting | |
| RU2532648C1 (en) | Aluminium alloy casting method | |
| RU2314891C1 (en) | Mold making method for casting with use of investment patterns | |
| CN102773404B (en) | Anti-whiting coating for cast iron and methods for preparing and using anti-whiting coating for cast iron | |
| CN102873263B (en) | Lost foam casting technology for sand burning-resistance cast steel | |
| RU2404011C1 (en) | Method of preparing granular materials for production of ceramic moulds and rods | |
| RU2478453C1 (en) | Method of mould making by investment patterns (versions) | |
| RU2532764C1 (en) | Manufacturing method of multilayer shell-type casting moulds as per molten out models | |
| CN103658533A (en) | Ceramic shell mould used for beryllium aluminium alloy, and preparation method thereof | |
| KR102314875B1 (en) | Refractory coating compositions for forming surfaces on temporary molds or on cores for iron and steel foundry operations | |
| RU2603402C2 (en) | Composition of ceramic layer for making moulds and other articles | |
| CN109047647A (en) | A kind of swage water-glass sand covers type precise forming process | |
| CN115837445A (en) | Preparation method of sand mold/core for titanium alloy casting based on 3D printing | |
| RU2631568C1 (en) | Method for manufacturing ceramic shell moulds for casting on molten models | |
| RU2755624C1 (en) | Method for making casting molds using liquid-filled self-hardening mixtures in production of castings from heat-resistant alloys using investment patterns (options) | |
| RU2385782C1 (en) | Mix for manufacturing of shapes and rods in precision casting and method of its manufacturing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121224 |