RU2531335C1 - Production of ceramic casting moulds - Google Patents
Production of ceramic casting moulds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531335C1 RU2531335C1 RU2013137106/02A RU2013137106A RU2531335C1 RU 2531335 C1 RU2531335 C1 RU 2531335C1 RU 2013137106/02 A RU2013137106/02 A RU 2013137106/02A RU 2013137106 A RU2013137106 A RU 2013137106A RU 2531335 C1 RU2531335 C1 RU 2531335C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramic
- strength
- ethyl silicate
- impregnation
- molds
- Prior art date
Links
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства и может найти применение при получении точных отливок в вакууме методом литья по выплавляемым моделям.The invention relates to the field of foundry and may find application in the production of precision castings in vacuum by casting.
Для получения широкой номенклатуры отливок с высокими требованиями к качеству их поверхности применяют корундосиллиманитовые или электрокорундовые формы, получаемые по выплавляемым моделям. В качестве связующего используют гидролизованный органическим растворителем этилсиликат-40 с 16÷20% условного кремнезема. Данный связующий раствор позволяет получить суспензию с высокими технологическими свойствами, а после затвердевания формирования керамической оболочки на модели не разрушаться при выплавлении модели горячей водой и обеспечивает требуемую прочность керамики после обжига. Эти качества этилсиликата делают его практически незаменимым при получении форм для литых деталей с высокими требованиями к качеству. Снижение содержания связующего приводит к ухудшению качества облицовочной поверхности керамической формы и уменьшению объемной прочности. Попытки заменить этилсиликат на другие связующие растворы не дали результатов, так как не обеспечивается единство требований: качественное покрытие суспензией модели, получение удовлетворительной поверхностной и объемной прочности и инертность к металлическому расплаву, содержащему титан, алюминий, хром и другие химически активные элементы.To obtain a wide range of castings with high demands on the quality of their surface, corundum sillimanite or electrocorundum forms are used, obtained by investment casting. Ethylsilicate-40 hydrolyzed with an organic solvent with 16 ÷ 20% of conventional silica is used as a binder. This binder solution makes it possible to obtain a suspension with high technological properties, and after hardening the formation of the ceramic shell on the model, it does not break when the model is melted with hot water and provides the required ceramic strength after firing. These qualities of ethyl silicate make it practically indispensable in obtaining molds for cast parts with high quality requirements. A decrease in the binder content leads to a deterioration in the quality of the facing surface of the ceramic mold and a decrease in bulk strength. Attempts to replace ethyl silicate with other binder solutions have failed, since the unity of requirements is not ensured: high-quality coating with a model suspension, obtaining satisfactory surface and bulk strength, and inertness to a metal melt containing titanium, aluminum, chromium, and other chemically active elements.
Поэтому с целью частичной замены дорогостоящего этилсиликата были сделаны попытки внести в состав суспензии вещества, повышающие прочность керамики после обжига, сформировать в восьмислойной форме четыре последних слоя на основе жидкостекольного связующего или пропитать керамическую оболочку упрочняющими растворами.Therefore, in order to partially replace the expensive ethyl silicate, attempts were made to add to the suspension substances that increase the strength of ceramics after firing, to form the last four layers in the eight-layer form based on a liquid glass binder, or to impregnate the ceramic shell with strengthening solutions.
Известна суспензия с пониженным содержанием в гидролизованном растворе SiO2 - 8÷12% и добавкой к наполнителю алюминиевого порошка до 4% мас., который при обжиге керамики окисляется и инициирует механизм реакционного спекания, компенсируя потери прочности из-за снижения содержания основного связующего компонента (Солодянкин А.А., Кулаков Б.А., Стадничук В.И. Александров В.М. Низкокремнеземистое этилсиликатное связующее для керамических форм // Литейное производство, 1988. №3. С.19÷20). Данную суспензию используют для снижения химической активности формы к высокоактивному сплаву. Из нее формируют два первых облицовочных слоя формы. Алюминиевый порошок имеет высокую стоимость и полностью не окисляется в процессе обжига керамических форм. При заливке формы возможен разрыв оксидной оболочки и выброс остаточного алюминия с образованием поверхностных дефектов на отливке. Необходим обжиг керамической формы в вакууме или введение в нее специальных добавок, способствующих окислению. Это усложняет технологический процесс. Алюминиевый порошок имеет высокую стоимость. Потому изготовление всех огнеупорных слоев из данной суспензии нецелесообразно.A known suspension with a reduced content in a hydrolyzed SiO 2 solution of 8 ÷ 12% and an addition of aluminum powder to the filler to 4% wt., Which oxidizes during firing of ceramics and initiates the reaction sintering mechanism, compensating for the loss of strength due to a decrease in the content of the main binder component ( Solodyankin A.A., Kulakov B.A., Stadnichuk V.I. Alexandrov V.M. Low-silica ethyl silicate binder for ceramic molds // Foundry, 1988. No. 3. P. 19 ÷ 20). This suspension is used to reduce the chemical activity of the form to a highly active alloy. From it form the first two facing layers of the form. Aluminum powder has a high cost and is not completely oxidized during the firing of ceramic forms. When casting, the oxide shell may break and release residual aluminum with the formation of surface defects on the casting. It is necessary to bake the ceramic mold in a vacuum or introduce special additives to it that promote oxidation. This complicates the process. Aluminum powder has a high cost. Therefore, the manufacture of all refractory layers from this suspension is impractical.
Известен способ изготовления керамических форм по удаляемым моделям, согласно которому форму после обжига при 1150÷1350°C пропитывают раствором кремнийорганического лака 15÷25%, содержащего один фторид из группы металла алюминия, хрома, бария, кальция 1,5÷5% (первый вариант) или дисперсного алюминия 2÷10% (второй вариант). Затем проводят второй обжиг (Пат. №2343038 Россия Способ изготовления керамических форм по удаляемым моделям). Прочность повысилась на 14÷16%. К недостаткам следует отнести применение в качестве пропитывающего материала кремнеземобразующего вещества, дорогостоящих фторидов и алюминиевого порошка, а также двойной обжиг керамической формы при повышенных температурах.A known method of manufacturing ceramic molds according to removable models, according to which the form after firing at 1150 ÷ 1350 ° C is impregnated with a solution of silicone varnish 15 ÷ 25% containing one fluoride from the group of metal aluminum, chromium, barium, calcium 1.5 ÷ 5% (first option) or dispersed aluminum 2 ÷ 10% (second option). Then a second firing is carried out (Pat. No. 2343038 Russia. Method for the manufacture of ceramic molds using removable models). Strength increased by 14 ÷ 16%. The disadvantages include the use as an impregnating material of a silica-forming substance, expensive fluorides and aluminum powder, as well as double firing of a ceramic form at elevated temperatures.
Введение в состав суспензии другого кремнийорганического связующего, например олигоорганогидридсилоксановой жидкости, структуру которой можно отразить схемой [(C2H5)3-Si-O-]n, где n=9÷14 (А.с. №772672 СССР. Суспензия для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям), увеличивает содержание кремнезема в керамике и ее химическую активность по отношению к заливаемым в вакууме металлическим расплавам, имеющим в своем составе алюминий, титан.The introduction into the suspension of another organosilicon binder, for example oligoorganohydridesiloxane liquid, the structure of which can be reflected by the scheme [(C 2 H 5 ) 3 -Si-O-] n , where n = 9 ÷ 14 (AS No. 772672 USSR. Suspension for manufacturing of casting molds by investment casting), increases the content of silica in ceramics and its chemical activity in relation to metal melts filled in vacuum, which incorporate aluminum and titanium.
Известен способ, когда последние огнеупорные слои формооболочки формируют на основе суспензии с жидкостекольным связующим (Пат. №2177856 СССР Способ изготовления литейных керамических форм, получаемых по выплавляемым моделям). Однако оболочки на этилсиликате при обжиге расширяются на 0,2%, а оболочки на жидком стекле сжимаются на 0,3÷0,7%. Происходит коробление и растрескивание формы.A known method is when the last refractory layers of the mold shell are formed on the basis of a suspension with a liquid glass binder (Pat. No. 2177856 USSR Method for the manufacture of cast ceramic molds obtained by investment casting). However, the shells on ethyl silicate during firing expand by 0.2%, and the shells on liquid glass are compressed by 0.3 ÷ 0.7%. Warping and cracking of the form occurs.
Добавка в облицовочные слои фтористого натрия приводит к появлению жидкой фазы силиката натрия, что несколько снижает растрескивание формы при обжиге, но жидкая фаза остается при заливке предварительно подогретых до 900÷950°C форм, что приводит к химическому взаимодействию с ней высокоактивных сложнолегированных сплавов и появлению дефектов на литой поверхности. Пропитка жидкостекольных слоев другими растворами значительно усложняет технологический процесс.The addition of sodium fluoride to the facing layers leads to the appearance of the sodium silicate liquid phase, which slightly reduces cracking of the form during firing, but the liquid phase remains upon pouring the forms preheated to 900 ÷ 950 ° C, which leads to the chemical interaction of highly active alloyed alloys with it and the appearance defects on the cast surface. Impregnation of liquid glass layers with other solutions significantly complicates the process.
При заливке форм в вакууме формы на основе жидкого стекла не применяют. В работе (Специальные способы литья: Справочник / Под об. ред. В.А. Ефимова. М., Машиностроение, 1991, с.234) не рекомендуется использовать комбинированные формы при получении отливок ответственного назначения.When pouring molds in vacuum, molds based on liquid glass are not used. In the work (Special casting methods: Handbook / Ed. By V.A. Efimov. M., Mashinostroenie, 1991, p.234) it is not recommended to use combined forms when receiving castings for important purposes.
Известен состав раствора, примененного для упрочнения 4-слойной керамики. В его состав входят, % об.: триэтаноламин - 10÷30; 5%-ная водная эмульсия полиметилсилоксановой жидкости - 15÷30; вода - остальное (Пат. №944730 РФ Раствор для обработки керамических литейных форм). Для изготовления форм использовали водное этилсиликатное связующее и в качестве наполнителя суспензии - пылевидный кварц. Полиметилсилоксановая жидкость содержит связи Si-CH2-Si, стабильные к гидролизу. Пропитку осуществляли погружением 4-слойного покрытия до удаления модели в раствор на 3÷6 с. Обжиг керамики после удаления модели производили при температуре 950°C. В процессе обжига органические группы полиметилсилоксановой жидкости выгорают и создаются новые связи - силоксановые. Применение данного способа позволило повысить прочность керамики при температуре 950°C с 20,5 до 26,5÷34,8 кг/см2, т.е. на 29,2÷69,8%. Получение таких высоких показателей связано с тем, что удельная прочность тонких образцов больше удельной прочности многослойных образцов, например восьмислойных, изготовленных по одной технологии. Второй причиной является полная пропитка тонкого сечения керамики пропитывающим раствором. Время пропитки одного слоя составляло 0,75÷1,5 с. Следует отметить низкую концентрацию полиметилсилоксановой жидкости в растворе - 0,33÷0,17%. Недостатком способа является увеличение содержания кремнезема в керамике после обжига, что снижет ее химическую активность к легированным сплавам.The known composition of the solution used for hardening 4-layer ceramics. It consists of,% vol .: triethanolamine - 10 ÷ 30; 5% aqueous emulsion of polymethylsiloxane liquid - 15 ÷ 30; water - the rest (Pat. No. 944730 RF Solution for processing ceramic foundry molds). For the manufacture of molds, an aqueous ethyl silicate binder was used, and pulverized silica was used as a filler in the suspension. Polymethylsiloxane liquid contains bonds Si-CH 2 -Si, stable to hydrolysis. The impregnation was carried out by immersion of a 4-layer coating until the model was removed into the solution for 3–6 s. Ceramics were fired after the model was removed at a temperature of 950 ° C. In the process of firing, the organic groups of polymethylsiloxane liquid burn out and new bonds are created - siloxane. The application of this method allowed to increase the strength of ceramics at a temperature of 950 ° C from 20.5 to 26.5 ÷ 34.8 kg / cm 2 , i.e. by 29.2 ÷ 69.8%. Obtaining such high rates is due to the fact that the specific strength of thin samples is greater than the specific strength of multilayer samples, for example, eight-layer ones made using the same technology. The second reason is the complete impregnation of a thin section of ceramic with an impregnating solution. The impregnation time of one layer was 0.75 ÷ 1.5 s. It should be noted a low concentration of polymethylsiloxane liquid in solution - 0.33 ÷ 0.17%. The disadvantage of this method is the increase in the content of silica in ceramics after firing, which will reduce its chemical activity to alloyed alloys.
Наиболее дешевым является способ пропитки многослойной формы после удаления модели и сушки водными растворами неорганических солей. Однако он не находит широкого применения из-за отсутствия оптимальных параметров процесса пропитки в соответствии с условиями ее использования. При обработке формы водными растворами солей решались следующие задачи:The cheapest way is to impregnate a multilayer form after removing the model and drying with aqueous solutions of inorganic salts. However, it does not find wide application due to the lack of optimal parameters of the impregnation process in accordance with the conditions of its use. When processing the form with aqueous solutions of salts, the following tasks were solved:
1. Получение мелкозернистой структуры сплава.1. Obtaining a fine-grained alloy structure.
2. Повышение химической инертности формы к сплаву.2. Increase the chemical inertness of the form to the alloy.
3. Повышение прочности формы.3. Increasing the strength of the mold.
Реализация первого направления связана с применением в пропитывающем растворе ионов кобальта, хрома, железа, иттрия.The implementation of the first direction is associated with the use of cobalt, chromium, iron, and yttrium ions in an impregnating solution.
Реализация второго направления связана с образованием на поверхности керамики солевой пленки. Особенностью способа является пропитка формы после обжига с последующей ее сушкой и заливкой сплавом. После сушки выделившаяся соль заполняет поры керамики, но ее спекания с керамикой не происходит.The second direction is associated with the formation of a salt film on the ceramic surface. A feature of the method is the impregnation of the mold after firing, followed by drying and pouring the alloy. After drying, the released salt fills the pores of the ceramic, but it does not sinter with the ceramic.
Таким образом, для повышения прочности керамической формы необходимо производить ее обжиг после пропитки, обеспечивающий спекание соли с кристаллизующимся из аморфного состояния кремнеземом связующего в ее порах.Thus, in order to increase the strength of the ceramic mold, it is necessary to calcine it after impregnation, which ensures sintering of the salt with binder silica crystallizing from the amorphous state in its pores.
Известен способ, согласно которому форму предлагается пропитывать раствором, содержащим следующие ингредиенты, % мас.: 2-процентный водный раствор соляной кислоты - основа; хлористый кальций - 15÷35 (А.с. №460102 СССР Раствор для обработки керамической формы). В процессе обжига происходит образование термоустойчивых кальциевосиликатных соединений, имеющих меньшее линейное расширение. Увеличивается прочность и улучшается качество форм. Однако не приводится времени пропитки и размеров увеличения прочности. Концентрация соли характерна для способов, в которых пропитку осуществляют для создания солевой пленки.A known method according to which the form is proposed to be impregnated with a solution containing the following ingredients,% wt .: 2% aqueous solution of hydrochloric acid is the basis; calcium chloride - 15 ÷ 35 (AS No. 460102 USSR Solution for processing ceramic molds). In the process of firing, the formation of heat-resistant calcium silicate compounds with less linear expansion. Strength increases and the quality of molds improves. However, the impregnation time and size of the increase in strength are not given. The salt concentration is characteristic of methods in which the impregnation is carried out to create a salt film.
Повышение прочности керамической формы достигается ее пропиткой после сушки водными растворами солей алюминия с последующей сушкой и обжигом. Например, известно применение для этих целей фосфат алюминия (Ваки Мамото, Ямасито Акира. Упрочнение форм по выплавляемым моделям // Реферативный журнал. Технология машиностроения, 1975. №8. С.40 (Пат. №49-39729 Япония)). Формы после пропитки сушили и подвергали обжигу при температуре 500°C. Низкая температура обжига свидетельствует о заливке в такие формы легких сплавов.Increasing the strength of the ceramic mold is achieved by impregnating it after drying with aqueous solutions of aluminum salts, followed by drying and firing. For example, it is known to use aluminum phosphate for these purposes (Waki Mamoto, Yamashito Akira. Hardening of molds by investment casting). Abstract Journal. Engineering Technology, 1975. No. 8. P.40 (Pat. No. 49-39729 Japan). After impregnation, the molds were dried and calcined at a temperature of 500 ° C. The low firing temperature indicates the pouring of light alloys into such forms.
В работе (Серебряков С.П., Ларионов А.Я., Цельмович В.А. и др. Улучшение поверхности силлиманито-корундовых форм // Литейное производство, 1984. №8. С.22) показано, что после пропитки 8-слойных образцов раствором сернокислого алюминия, сушки и обжига в течение 1 часа при температуре 1000°C произошло повышение их прочности. При увеличении содержания сернокислого алюминия в растворе до 5% прочность на изгиб увеличилась с 2,1 до 2,4 МПа, а при 5÷25% - до 2,7 МПа, т.е. 28,6%. К недостаткам работы можно отнести отсутствие данных о времени пропитки, низкую исходную прочность образцов - 2,1 МПа, что может быть связано с недостаточным временем спекания керамики, высокую температуру обжига (обычно силлиманито-корундовые формы обжигают при температуре 900°÷950°C) и вероятность образования солевой пленки на рабочей поверхности керамической формы при высокой концентрации солей, например, более 15%. Следует отметить, что при образовании сплошной пленки из сернокислого алюминия на рабочей поверхности керамики в процессе обжига произойдет образование оксида алюминия, который спекается при температурах более 1000°C. Следует исключить для пропитки хлорид алюминия ввиду очень низкой температуры его возгонки - 180,2°C, что даже ниже температуры плавления - 192,4°C (Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 8, перераб. / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. - Л.: Химия, 1983. - 232 с).In the work (Serebryakov S.P., Larionov A.Ya., Tselmovich V.A. and others. Improving the surface of sillimanite-corundum forms // Foundry, 1984. No. 8. P. 22) it is shown that after impregnation of 8- layered samples with a solution of aluminum sulfate, drying and firing for 1 hour at a temperature of 1000 ° C there was an increase in their strength. With an increase in the aluminum sulfate content in the solution to 5%, the bending strength increased from 2.1 to 2.4 MPa, and at 5–25% to 2.7 MPa, i.e. 28.6%. The disadvantages include the lack of data on the impregnation time, the low initial strength of the samples - 2.1 MPa, which may be due to the insufficient sintering time of ceramics, a high firing temperature (usually sillimanite-corundum forms are fired at a temperature of 900 ° ÷ 950 ° C) and the probability of the formation of a salt film on the working surface of the ceramic mold at a high salt concentration, for example, more than 15%. It should be noted that during the formation of a continuous film of aluminum sulfate on the ceramic working surface during the firing process, aluminum oxide will form, which will sinter at temperatures above 1000 ° C. Aluminum chloride should be excluded for impregnation due to the very low sublimation temperature of 180.2 ° C, which is even lower than the melting point of 192.4 ° C (Brief Handbook of Physicochemical Values. Ed. 8, revised / Ed. A. A. Ravdel and A.M. Ponomareva. - L.: Chemistry, 1983.- 232 s).
Наиболее близким техническим решением предлагаемому способу является пропитка корундосиллиманитовой керамики после выплавления модели и сушки при температуре 200°C погружением в водные растворы хлорида бария и выдержкой в них в течение 5 с ([Стадничук В.И. Повышение прочности корундосиллиманитовых керамики пропиткой упрочняющими растворами // Огнеупоры и техническая керамика, 2012. №9. С.20÷26.). Концентрация солей находится в пределах 5÷10%. Хлорид бария имеет температуру кипения более 1860°C (Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., испр. / Под ред. Лидина Р.А. - М.: Химия, 2008 г., 318 с.), что значительно выше температуры заливки металла. Образцы обжигали в течение 5 часов при температуре 950°C. Прочность керамики на изгиб σи определяли при температуре 900°C Результаты показали, что прочность образцов, пропитанных 5%-ным раствором BaCl2, повысилась с 39,90 г/см2 до 42,40÷45,96 кг/см2. Причем меньшее значение прочности - 42,40 кг/см2 соответствовало большей толщине образцов по сравнению с базовым вариантом. Образцы, пропитанные 10%-ным раствором соли, имели прочность 51,25 кг/см2. Таким образом, величина упрочнения, определяемая как разность между значениями прочности после и до пропитки и отнесенная к величине исходной прочности, находилась в пределах 6,3÷86,8%.The closest technical solution to the proposed method is the impregnation of corundum sillimanite ceramics after melting the model and drying at 200 ° C by immersion in aqueous solutions of barium chloride and holding them for 5 s ([Stadnichuk V.I. Strengthening the strength of corundosillimanite ceramics by impregnation with hardening solutions // Refractories and technical ceramics, 2012. No. 9. S.20 ÷ 26.). The concentration of salts is in the range of 5 ÷ 10%. Barium chloride has a boiling point of more than 1860 ° C (Chemical properties of inorganic substances: Textbook for universities. 3rd ed., Rev. / Under the editorship of RA Lidin - M .: Chemistry, 2008, 318 s. .), which is much higher than the pouring temperature of the metal. Samples were fired for 5 hours at a temperature of 950 ° C. The ceramic bending strength σ and was determined at a temperature of 900 ° C. The results showed that the strength of samples impregnated with a 5% solution of BaCl 2 increased from 39.90 g / cm 2 to 42.40 ÷ 45.96 kg / cm 2 . Moreover, a lower value of strength - 42.40 kg / cm 2 corresponded to a larger thickness of the samples compared to the base case. Samples impregnated with a 10% salt solution had a strength of 51.25 kg / cm 2 . Thus, the value of hardening, defined as the difference between the values of strength after and before impregnation and referred to the value of the initial strength, was in the range 6.3–86.8%.
Представленные результаты показали, что применение низкой концентрации соли позволяет в достаточной степени осуществить пропитку керамической формы за короткое время. Это связано с тем, что водные растворы хлоридов бария 10%-ной концентрации имеют плотность всего 1,083 г/см3, что благоприятствует быстрой пропитке.The presented results showed that the use of a low salt concentration allows the ceramic form to be sufficiently impregnated in a short time. This is due to the fact that aqueous solutions of barium chloride of 10% concentration have a density of only 1.083 g / cm 3 , which favors rapid impregnation.
Следует отметить, что для пропитки возможно применять соли, имеющие температуры кипения выше температур заливаемых в керамические формы сплавов - 1520÷1650°C. Этому условию в ряде случаев удовлетворяет хлорид кальция, имеющий температуру кипения 1600°C (Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., испр. / Под ред. Лидина Р.А. - М.: Химия, 2008 г., 318 с.). При заливке форм в вакууме температура возгонки солей снижается, что опасно в случае формирования солевой пленки на поверхности керамики. Однако для решения задачи повышения прочности формы осуществляют попадание солевого раствора в поры формы без формирования пленки на поверхности керамики. Этому способствует и кратковременность пропитки. По данным работ (Полеес М.Э. Аналитическая химия. М.: Медицина, 1981. 216 с. и Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1988. 702 с.) заметное разложение хлорида кальция в присутствии SiO2 начинается при температуре более 720°C, т.е. при температуре обжига форм, и описывается реакцией:It should be noted that for impregnation it is possible to use salts having boiling points above the temperatures of alloys poured into ceramic forms - 1520 ÷ 1650 ° C. In a number of cases, this condition is satisfied by calcium chloride having a boiling point of 1600 ° C (Chemical properties of inorganic substances: Textbook for universities. 3rd ed., Rev. / Under the editorship of R. Lidin - M .: Chemistry, 2008, 318 p.). When pouring molds in vacuum, the temperature of sublimation of salts decreases, which is dangerous in the case of the formation of a salt film on the surface of the ceramic. However, to solve the problem of increasing the strength of the form, salt solution enters the pores of the form without forming a film on the ceramic surface. This contributes to the short duration of the impregnation. According to the works (Polees ME Analytical chemistry. M: Medicine, 1981. 216 p. And Glinka NL General chemistry. L: Chemistry, 1988. 702 p.) A noticeable decomposition of calcium chloride in the presence of SiO 2 starts at temperatures over 720 ° C, i.e. at the firing temperature of the forms, and is described by the reaction:
2CaCl2+SiO2+O2=2CaO·SiO2+2Cl2 2CaCl 2 + SiO 2 + O 2 = 2CaO · SiO 2 + 2Cl 2
Образуется прочный силикат кальция, при этом снижается и химическая активность кремния в керамике, что повышает ее инертность к высоколегированным сплавам, например жаропрочным. По подобной схеме протекает и образование силикатов бария. Увеличение прочности керамических форм после пропитки превышает требуемые значения. Это часто вызывает появление трещин на отливках, поэтому для снижения прочности возможно снизить содержание этилсиликата в 5÷9 огнеупорных слоях формы.Strong calcium silicate is formed, while the chemical activity of silicon in ceramics decreases, which increases its inertness to highly alloyed alloys, such as heat-resistant. The formation of barium silicates proceeds according to a similar scheme. The increase in strength of ceramic molds after impregnation exceeds the required values. This often causes cracks in the castings, therefore, to reduce the strength, it is possible to reduce the content of ethyl silicate in 5 ÷ 9 refractory layers of the mold.
Задача изобретения: разработка способа изготовления керамических форм по выплавляемой модели с сокращенным расходом этилсиликатного связующего.The objective of the invention: the development of a method of manufacturing ceramic molds by investment casting with a reduced consumption of ethyl silicate binder.
Техническим результатом изобретения является получение керамических форм с оптимальными и стабильными показателями прочности при снижении расхода этилсиликата.The technical result of the invention is to obtain ceramic molds with optimal and stable strength indicators while reducing the consumption of ethyl silicate.
Способ реализуется за счет того, что изготовление литейных керамических форм включает в себя приготовление огнеупорной суспензии на основе этилсиликатного связующего, послойного формирования огнеупорных слоев на модели, выплавление модели, сушку керамической формы, ее пропитку методом погружения 5÷10%-ными водными растворами хлоридов бария, кальция или сернокислого алюминия в течение 5÷10 с, сушку и обжиг, кроме того, для формирования 5÷9 слоев используют этилсиликатное связующее с пониженным до 8÷10% мас. содержанием условного кремнезема, содержащее поверхностно-активное вещество в количестве 0,2% мас., а пропитку осуществляют с внешней стороны.The method is implemented due to the fact that the manufacture of casting ceramic molds involves the preparation of a refractory slurry based on an ethyl silicate binder, layer-by-layer formation of refractory layers on the model, smelting of the model, drying of the ceramic mold, its impregnation by immersion with 5 ÷ 10% aqueous solutions of barium chloride , calcium or aluminum sulfate for 5 ÷ 10 s, drying and firing, in addition, for the formation of 5 ÷ 9 layers using ethyl silicate binder with reduced to 8 ÷ 10% wt. the content of conventional silica containing a surfactant in an amount of 0.2 wt.%, and the impregnation is carried out from the outside.
Из гидролизованного этилсиликата-40 с содержанием условного SiO2 17,6% приготавливали дистенсиллиманитовую суспензию вязкостью по вискозиметру ВЗ-4 48÷50 с для первого слоя и 28÷30 с для последующих слоев. Суспензию готовили при скорости вращения штока мешалки 2800 об/мин. Для обсыпки первого суспензионного слоя использовали зерно электрокорунда марки ЭБ20 и последующих слоев - ЭБ50. Сушку слоев производили сначала на воздухе - 1 час, затем в вакуум-камере с добавлением аммиака. Модель представляла собой плоскую плитку толщиной 1 см из модельной массы на основе мочевины (МОН10К) с четырьмя углублениями с каждой стороны, которые обозначали границы стандартных образцов. Для формирования 5-го и последующих слоев использовали суспензию на гидролизованном этилсиликате, содержащем 10% кремнезема. Данный раствор получали разбавлением имеющегося раствора спиртом. Для повышения живучести суспензии и сырой прочности образцов в связующем растворе растворяли 0,2% поливинилбутираля в соответствии с рекомендациями (Литье по выплавляемым моделям. Монография. / Под ред. Я.И. Шкленника и В.А. Озерова.- М.: Машиностроение, 1984. С.196). После формирования восьмислойной оболочки наносили девятый закрепляющий слой из суспензии, сушили, растворяли модельную массу из керамической оболочки в воде, производили сушку формооболочки при температуре 200°C. Затем оболочки кратковременно погружали в водный раствор соли таким образом, чтобы он не попадал в них изнутри. Оболочки обжигали при температуре 950°C в течение пяти часов. Затем оболочки ломали, образцы обтачивали на станке по контуру до требуемых размеров и испытывали на изгиб по стандартной методике (по трем точкам) (Литье по выплавляемым моделям. Монография. / Под ред. Я.И. Шкленника и В.А. Озерова.- М.: Машиностроение, 1984. С.200). Вычисляли среднее значение прочности σи ср и отклонение от этой величины Δ:
Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in table 1.
Представленные результаты показывают, что пропитка восьмислойной формы 5%-ными водными растворами солей позволяет повысить ее удельную прочность на 4,1÷7,0% при длительности пропитки 5÷10 с по сравнению с прочностью опытной формой без пропитки - вар. №2. При повышении концентрации соли до 10% удельная прочность формы увеличивается на 11,3÷38,2% (вар. №2 и №№5, 6, 8, 9). Пропитка формы в течение 10 с позволяет увеличить ее прочность на 35,5% и более (вар. №№6, 8.9).The presented results show that the impregnation of the eight-layer form with 5% aqueous solutions of salts makes it possible to increase its specific strength by 4.1–7.0% with a duration of impregnation of 5–10 s compared to the strength of the experimental form without impregnation — var. No. 2. With an increase in salt concentration to 10%, the specific strength of the mold increases by 11.3–38.2% (var. No. 2 and No. 5, 6, 8, 9). Impregnation of the mold for 10 s allows you to increase its strength by 35.5% or more (var. No. 6, 8.9).
Таким образом, применение предложенного способа упрочнения керамических форм с сокращенным расходом этилсиликата позволяет в достаточно широких пределах регулировать величину удельной их прочности, что очень важно в поточном производстве с широкой номенклатурой литых деталей с различным профилем. Важным является то, что выделившиеся из раствора соли не образуют солевого слоя на поверхности керамики, так как в нагретом состоянии в вакууме хлориды, особенно хлорид кальция, могут подвергаться возгонке. При высокой температуре - более 800°C в порах формы происходит спекание хлоридов с кристаллизующимся кремнеземом этилсиликатного связующего с образованием прочных силикатов кальция и бария. Увеличение содержания SiO2 в гидролизованном этилсиликате, используемом для приготовления суспензии 5-го и последующих огнеупорных слоев, автоматически приводит к увеличению прочности формы. Снижением содержания условного кремнезема в гидролизованном этилсиликате с 10 до 8% мас. можно уменьшать значение прочности формы до требуемой для определенного профиля формы. Дальнейшее разбавление этилсиликата приводит к резкой потере живучести и седиментационной устойчивости суспензии. Минимальное время пропитки необходимо применять при использовании моделей на основе карбамида. После выплавления восковой модели на внутренней поверхности формы остается невыплавленный модельный состав, что затрудняет проникновение к ней водной среды при пропитке с внешней стороны формы.Thus, the application of the proposed method of hardening ceramic molds with a reduced consumption of ethyl silicate allows to control their specific strength over a fairly wide range, which is very important in line production with a wide range of cast parts with different profiles. It is important that the salts released from the solution do not form a salt layer on the surface of the ceramic, since chlorides, especially calcium chloride, can be sublimated in a heated state in vacuum. At a high temperature of more than 800 ° C, sintering of chlorides with crystallizing silica of an ethyl silicate binder occurs in the pores of the form with the formation of strong calcium and barium silicates. The increase in the content of SiO 2 in the hydrolyzed ethyl silicate used to prepare the suspension of the 5th and subsequent refractory layers automatically leads to an increase in mold strength. The reduction in the content of conventional silica in hydrolyzed ethyl silicate from 10 to 8% wt. it is possible to reduce the value of mold strength to that required for a particular mold profile. Further dilution of ethyl silicate leads to a sharp loss of survivability and sedimentation stability of the suspension. The minimum impregnation time must be applied when using carbamide-based models. After the wax model is smelted, an unmelted model composition remains on the inner surface of the mold, which makes it difficult for the aqueous medium to penetrate when impregnated from the outside of the mold.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137106/02A RU2531335C1 (en) | 2013-08-06 | 2013-08-06 | Production of ceramic casting moulds |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137106/02A RU2531335C1 (en) | 2013-08-06 | 2013-08-06 | Production of ceramic casting moulds |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2531335C1 true RU2531335C1 (en) | 2014-10-20 |
Family
ID=53381969
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013137106/02A RU2531335C1 (en) | 2013-08-06 | 2013-08-06 | Production of ceramic casting moulds |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2531335C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2625859C2 (en) * | 2015-08-05 | 2017-07-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of manufacture of foundry high-fire-reinforced ceramic forms |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU908482A1 (en) * | 1980-04-23 | 1982-02-28 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Method of working casting moulds for producing casting from chemically active metals |
SU1090483A1 (en) * | 1982-12-31 | 1984-05-07 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Solution for treatment of ceramic moulds |
US5297615A (en) * | 1992-07-17 | 1994-03-29 | Howmet Corporation | Complaint investment casting mold and method |
RU2024344C1 (en) * | 1991-01-08 | 1994-12-15 | Научно-производственное объединение "Сатурн" им.А.М.Люльки | Method for manufacture of ceramic molds |
RU2302311C1 (en) * | 2006-04-10 | 2007-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Method for making ceramic shell molds for casting with use of investment patterns |
-
2013
- 2013-08-06 RU RU2013137106/02A patent/RU2531335C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU908482A1 (en) * | 1980-04-23 | 1982-02-28 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Method of working casting moulds for producing casting from chemically active metals |
SU1090483A1 (en) * | 1982-12-31 | 1984-05-07 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Solution for treatment of ceramic moulds |
RU2024344C1 (en) * | 1991-01-08 | 1994-12-15 | Научно-производственное объединение "Сатурн" им.А.М.Люльки | Method for manufacture of ceramic molds |
US5297615A (en) * | 1992-07-17 | 1994-03-29 | Howmet Corporation | Complaint investment casting mold and method |
RU2302311C1 (en) * | 2006-04-10 | 2007-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Method for making ceramic shell molds for casting with use of investment patterns |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2625859C2 (en) * | 2015-08-05 | 2017-07-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of manufacture of foundry high-fire-reinforced ceramic forms |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103128227B (en) | Method for manufacturing shell surface layer formed by stainless steel precision casting | |
RU2411104C1 (en) | Method of producing silicaless ceramic moulds for precise metal investment casting | |
RU2412019C1 (en) | Method of producing ceramic shell moulds for investment casting | |
RU2531335C1 (en) | Production of ceramic casting moulds | |
CN105439545A (en) | Alumina foam ceramic filter capable of resisting molten aluminum corrosion and preparation method | |
WO2018112296A1 (en) | Yttrium oxide ceramic coated crucible | |
RU2297300C1 (en) | Protecting-releasing coating and its application method | |
RU2603402C2 (en) | Composition of ceramic layer for making moulds and other articles | |
RU2469814C2 (en) | Method of making ceramic moulds by fusible patterns for production precise castings | |
RU2532764C1 (en) | Manufacturing method of multilayer shell-type casting moulds as per molten out models | |
EP0016127B1 (en) | Ceramic shell mold | |
CN113894251A (en) | High-inertia mould shell for casting, preparation method thereof and method for improving magnesium alloy casting precision | |
JP4925289B2 (en) | Method for producing a gypsum mold for casting | |
RU2674273C1 (en) | Method of manufacturing a ceramic form for investment casting | |
JP2022512205A (en) | Improved casting slurry for shell mold manufacturing | |
EP0093212B1 (en) | Refractory material | |
RU2024344C1 (en) | Method for manufacture of ceramic molds | |
RU2693717C1 (en) | Method of making a crucible lining of a vacuum induction furnace | |
SU876249A1 (en) | Composition for making intermediate and outer layers of casting multilayer cyramic moulds obtained by investment patterns | |
RU2360764C1 (en) | Manufacturing method of ceramic molds by removed patterns | |
US20180141868A1 (en) | Article made from refractory material for contact with a liquid metal or alloy, a method for manufacture, use and method of use of same | |
RU2521540C2 (en) | Thermostable ceramic composite | |
KR100610821B1 (en) | Surface treatment method of Carbon Melting pot for Liquid Metal Ingot and Slip composite | |
JP2524678B2 (en) | Fireproof molding | |
RU2274510C1 (en) | Suspension for ceramic molds produced with use of investment patterns |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160807 |