RU2754334C1 - Method for manufacturing a ceramic mold for lost-wax casting - Google Patents
Method for manufacturing a ceramic mold for lost-wax casting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2754334C1 RU2754334C1 RU2021105274A RU2021105274A RU2754334C1 RU 2754334 C1 RU2754334 C1 RU 2754334C1 RU 2021105274 A RU2021105274 A RU 2021105274A RU 2021105274 A RU2021105274 A RU 2021105274A RU 2754334 C1 RU2754334 C1 RU 2754334C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hours
- ceramic mold
- layer
- ceramic
- subsequent layers
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
- B22C1/02—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям при производстве отливок из жаропрочных сплавов на никелевой основе.The invention relates to foundry and can be used for the manufacture of ceramic shell molds for investment casting in the production of castings from heat-resistant nickel-based alloys.
Известен способ изготовления керамических форм для литья по выплавляемым моделям при производстве особо ответственных отливок из химически активных сталей и сплавов (Патент RU № 2412019, В22С 9/04, опубл. 20.02.2011). Способ предусматривает комбинированное изготовление керамических оболочковых форм, когда первые два слоя наносятся с использованием керамической суспензии следующего состава, мас. %: алюмоорганическое связующее - 25,0; огнеупорный наполнитель в виде порошков электрокорунда -75, а для нанесения последующих слоев используется этилсиликатная керамическая суспензия на корундовой основе. Обсыпка каждого слоя суспензии производится зернистым электрокорундом по принятой в промышленности технологии, сушка каждого лицевого слоя производится в две стадии. На первой стадии используется камера с повышенной влажностью воздуха (не менее 95%) при выдержке в камере до 1 часа для первого лицевого слоя и до 3 часов для второго лицевого слоя. На второй стадии проводится конвекционная сушка до равновесного с окружающей средой влагосодержания. Сушка последующих этилсиликатных слоев производится в вакуумно-аммиачных камерах. Прокаливание комбинированных керамических форм производят при температуре 1250-1350°С в течение 4-6 часов. A known method of manufacturing ceramic molds for investment casting in the production of particularly critical castings from reactive steels and alloys (Patent RU No. 2412019, В22С 9/04, publ. 20.02.2011). The method provides for the combined production of ceramic shell molds, when the first two layers are applied using a ceramic suspension of the following composition, wt. %: organoaluminum binder - 25.0; refractory filler in the form of electrocorundum powders -75, and for the application of subsequent layers, an ethyl silicate ceramic suspension based on corundum is used. Each layer of the suspension is sprinkled with granular fused alumina according to the technology accepted in the industry; drying of each face layer is carried out in two stages. At the first stage, a chamber with high air humidity (at least 95%) is used with exposure in the chamber for up to 1 hour for the first front layer and up to 3 hours for the second front layer. At the second stage, convection drying is carried out to an equilibrium moisture content with the environment. Drying of subsequent ethyl silicate layers is carried out in vacuum-ammonia chambers. Calcination of the combined ceramic molds is carried out at a temperature of 1250-1350 ° C for 4-6 hours.
Недостатками данных комбинированных корундовых керамических оболочковых форм являются: во-первых, отсутствие промышленного выпуска алюмоорганических связующих; во-вторых, не технологичность послойной сушки огнеупорного покрытия в двух стадийном режиме; в-третьих, высокая себестоимость изготовления форм из-за ограниченного срока живучести этилсиликатной керамической суспензии и значительных безвозвратных потерь материалов; в-четвертых, проблемы экологической безопасности при работе с этилсиликатными суспензиями и аммиаком; в-пятых, использование этилсиликатной суспензии в автоматизированном процессе изготовления форм не возможно.The disadvantages of these combined corundum ceramic shell molds are: first, the lack of industrial production of organoaluminium binders; secondly, the lack of manufacturability of layer-by-layer drying of the refractory coating in two stages; thirdly, the high cost of making molds due to the limited lifetime of the ethyl silicate ceramic suspension and significant irrecoverable losses of materials; fourth, the problems of environmental safety when working with ethyl silicate suspensions and ammonia; fifthly, the use of ethyl silicate suspension in the automated process of making molds is not possible.
Известен способ изготовления керамических форм, для осуществления которого используются две керамические суспензии (Патент RU № 2532583, МПК В22С 9/04, опубл. 10.11.2014). Для формирования первого или двух первых слоев оболочки используют суспензию, включающую кремнезоль кислый и плавленый кварц при следующем соотношении компонентов, об. %:There is a known method of making ceramic molds, for the implementation of which two ceramic suspensions are used (Patent RU No. 2532583, IPC В22С 9/04, publ. 10.11.2014). For the formation of the first or two first layers of the shell, a suspension is used, including acidic silica and fused quartz with the following ratio of components, vol. %:
а для формирования последующих слоев оболочки используют суспензию, содержащую кремнезоль основной и плавленый кварц при следующем соотношении компонентов, об. %:and for the formation of subsequent layers of the shell use a suspension containing silica sol, basic and fused quartz with the following ratio of components, vol. %:
При изготовлении суспензии для первого или двух первых слоев оболочки вначале в бак-смеситель вливают кремнезоль кислый «Армосил К» (ТУ 2145-008-61801487-2010), затем при включенной мешалке порциями вводят наполнитель плавленый кварц «Экосил-мелур-1». После перемешивания замеряют вязкость суспензии вискозиметром ВЗ-4. На первые слои вязкость составляет 25…65 секунд.In the manufacture of the suspension for the first or the first two layers of the shell, firstly, sour silica "Armosil K" (TU 2145-008-61801487-2010) is poured into the mixing tank, then, with the stirrer turned on, the filler fused quartz "Ecosil-Melur-1" is introduced in portions. After stirring, the viscosity of the suspension is measured with a VZ-4 viscometer. For the first layers, the viscosity is 25 ... 65 seconds.
При изготовлении суспензии, используемой для формирования последующих слоев в бак-смеситель, вливают кремнезоль основной «Армосил А» (ТУ 2145-005-95412478-2006), затем при включенной мешалке порциями вводят наполнитель - плавленый кварц «Экосил-мелур-1» (ТУ 5931-002-71435339-2004). После перемешивания замеряют вязкость суспензии вискозиметром ВЗ-4. На последующие слои вязкость составляет 20…80 секунд.In the manufacture of the suspension used for the formation of subsequent layers into the mixing tank, the main silica sol "Armosil A" (TU 2145-005-95412478-2006) is poured, then, with the stirrer on, the filler is introduced in portions - fused quartz "Ecosil-melur-1" ( TU 5931-002-71435339-2004). After stirring, the viscosity of the suspension is measured with a VZ-4 viscometer. For subsequent layers, the viscosity is 20 ... 80 seconds.
Покрытие наносят окунанием модельного блока в керамическую суспензию с последующей обсыпкой его зернистым материалом. В качестве обсыпочного материала применяют плавленый кварц: для первого слоя - плавленый кварц «Экосил-мелур-2» зернистостью 0,063-0,125 мм, для второго слоя - плавленый кварц «Экосил-мелур-3» зернистостью 0,125-0,315 мм, для третьего и последующих слоев - плавленый кварц «Экосил-мелур-5» зернистостью 0,4-0,63 мм. Обсыпка проводится в пескосыпах с псевдокипящим слоем. Каждый слой подвергают отверждению - сушке в потоке воздуха с относительной влажностью 40-50% при температуре 20-30°С. После окончательного формирования керамической оболочки на модельном блоке проводят удаление модельной массы в горячей воде.The coating is applied by dipping the model block into a ceramic suspension, followed by sprinkling it with granular material. Fused quartz is used as a packing material: for the first layer - fused quartz "Ecosil-melur-2" with a grain size of 0.063-0.125 mm, for the second layer - fused quartz "Ecosil-melur-3" with a grain size of 0.125-0.315 mm, for the third and subsequent layers - fused quartz "Ecosil-Melur-5" with a grain size of 0.4-0.63 mm. Spreading is carried out in fluidized bed sand dumps. Each layer is cured - dried in an air stream with a relative humidity of 40-50% at a temperature of 20-30 ° C. After the final formation of the ceramic shell on the model block, the model mass is removed in hot water.
Недостатком указанного технического решения является сама форма, состоящая из плавленого кварца и обладающая самым низким коэффициентом термического расширения (КТР), из всех известных в литейном производстве. Низкий КТР играет негативную роль, как для самой формы, поскольку уже на стадии удаления восковых моделей в горячей воде и в бойлерклаве форма будет подвержена разрушению из-за внутреннего давления восковой модели, так и для длинномерных тонкостенных отливок при их кристаллизации, поскольку на теле лопаток образуются горячие трещины.The disadvantage of this technical solution is the form itself, consisting of fused quartz and having the lowest coefficient of thermal expansion (CTE) of all known in the foundry industry. A low CTE plays a negative role, both for the mold itself, since already at the stage of removing wax models in hot water and in a boilerclave, the mold will be subject to destruction due to the internal pressure of the wax model, and for long thin-walled castings during their crystallization, since on the body of the blades hot cracks are formed.
Наиболее близким аналогом по технической сущности является способ изготовления керамической формы для литья по выплавляемым моделям, который принят за прототип (Патент RU № 2697678, МПК В22С 1/00, опубл. 16.08.2019), и включает формирование на модельном блоке, по меньшей мере, одного слоя керамического покрытия с использованием суспензии, содержащей связующее на основе кремний содержащего вещества, модификатора на основе кобальтсодержащего вещества и огнеупорного наполнителя на основе оксида алюминия, обсыпку в пескосыпе каждого слоя зернистым электрокорундом, послойную сушку огнеупорного покрытия, удаление восковой модели из керамической формы, прокалку керамической формы. The closest analogue in technical essence is a method of manufacturing a ceramic mold for investment casting, which is adopted as a prototype (Patent RU No. 2697678, IPC В22С 1/00, publ. 08/16/2019), and includes the formation on a model block, at least , one layer of a ceramic coating using a suspension containing a binder based on a silicon-containing substance, a modifier based on a cobalt-containing substance and a refractory filler based on alumina, dusting each layer with granular fused alumina in the sand, layer-by-layer drying of the refractory coating, removing the wax model from a ceramic mold, calcining the ceramic mold.
Для формирования первого или двух первых слоев керамической оболочки используют огнеупорную суспензию, при следующем соотношении компонентов, мас. %: электрокорунд фракции F1200 - 17,0, электрокорунд фракции F320 - 28,0, электрокорунд фракции F240 - 25,0, модификатор - алюминат кобальта 10,0, кремнезольное водное связующее «Keycote» 20,0, а для формирования последующих слоев оболочки используют суспензию, при следующем соотношении компонентов, мас. %: электрокорунд фракции F1200 - 9,0, электрокорунд фракции F320 - 15,0, электрокорунд фракции F240 - 13,0, кварц пылевидный 25,0, кварц плавленый 3,0, кремнезольное водное связующее «Matrixsol 30» - 35,0. Покрытие наносят окунанием модельного блока в суспензию с последующей обсыпкой его зернистым материалом. Обсыпку выполняют в следующей последовательности: для первого слоя - электрокорунд фракции F80, для второго слоя - электрокорунд фракции F40, для третьего и последующих слоев - электрокорунд фракции F30. Обсыпку проводят в пескосыпах с псевдокипящим слоем. Время сушки модельного блока после нанесения 1-го слоя составляет 4÷6 ч, время сушки модельного блока после нанесения 2-го слоя составляет 5÷6 ч. Время сушки наружных слоев керамического покрытия составляет 4-8 часов. После окончательного формирования литейной керамической формы на модельном блоке проводят удаление модельной массы в бойлерклаве при вертикальном расположении литейных керамических форм чашей вниз. Прокаливание литейных керамических форм проводят в камерной электрической печи при температуре 1000°С. To form the first or the first two layers of the ceramic shell, a refractory suspension is used, with the following ratio of components, wt. %: fused corundum fraction F1200 - 17.0, fused corundum fraction F320 - 28.0, fused corundum fraction F240 - 25.0, modifier - cobalt aluminate 10.0, silica ash water binder "Keycote" 20.0, and for the formation of subsequent layers of the shell use a suspension, with the following ratio of components, wt. %: electrocorundum of fraction F1200 - 9.0, electrocorundum of fraction F320 - 15.0, electrocorundum of fraction F240 - 13.0, pulverized quartz 25.0, fused quartz 3.0, silica ash water binder "Matrixsol 30" - 35.0. The coating is applied by dipping the model block into the suspension, followed by sprinkling it with granular material. The sprinkling is performed in the following sequence: for the first layer - fused corundum of fraction F80, for the second layer - fused corundum of fraction F40, for the third and subsequent layers - fused corundum of fraction F30. The sprinkling is carried out in sand dumps with a fluidized bed. The drying time of the model block after applying the 1st layer is 4 ÷ 6 hours, the drying time of the model block after the application of the 2nd layer is 5 ÷ 6 hours. The drying time of the outer layers of the ceramic coating is 4-8 hours. After the final formation of the casting ceramic mold on the model block, the model mass is removed in the boilerclave with the vertical arrangement of the casting ceramic molds with the bowl down. Calcination of ceramic casting molds is carried out in a chamber electric furnace at a temperature of 1000 ° C.
К недостаткам данного способа формирования литейной формы относятся: во-первых, использование дорогих импортных водно-коллоидных связующих растворов, обладающих, кроме того, ограниченным сроком живучести; во-вторых, использование в составе суспензии для последующих слоев сложной комбинации наполнителя, включая традиционную тройную смесь микропорошков электрокорунда, что объясняется ее предназначением, а именно повышением податливости формы.The disadvantages of this method of forming a casting mold include: first, the use of expensive imported water-colloidal binding solutions, which, in addition, have a limited lifetime; secondly, the use in the composition of the suspension for subsequent layers of a complex combination of filler, including the traditional ternary mixture of electrocorundum micropowders, which is explained by its purpose, namely, to increase the shape compliance.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, и невозможно обеспечить при использовании прототипа, является ограниченный срок живучести импортных связующих «Keycote» и «Matrixsol 30», использование сложной комбинации наполнителя суспензии для последующих слоев, рост расходов на производство за счет использования дорогих материалов. The technical problem, the solution of which is provided by the implementation of the present invention, and cannot be achieved when using the prototype, is the limited lifetime of imported binders "Keycote" and "Matrixsol 30", the use of a complex combination of suspension filler for subsequent layers, an increase in production costs due to the use of expensive materials.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение срока живучести огнеупорной суспензии, повышение качества отливок за счет снижения дефектов типа «засор керамический», адаптация к автоматизированному процессу изготовления керамических форм для литья по выплавляемым моделям использование меньшего количества компонентов в комбинации наполнителя суспензии для последующих слоев, повышение экологической и пожарной безопасности при работе с суспензиями, снижение расходов на производство, за счет использования недорогих материалов.The technical objective of the claimed invention is to increase the life of the refractory slurry, improve the quality of castings by reducing defects of the "ceramic blockage" type, adapt to the automated process of manufacturing ceramic molds for investment casting; and fire safety when working with suspensions, reducing production costs through the use of inexpensive materials.
Техническая проблема решается тем, что в способе изготовления керамической формы для литья по выплавляемым моделям, включающем формирование выплавляемого модельного блока, содержащего, как минимум, одну восковую или полимерную модель, нанесение окунанием на модельный блок огнеупорного покрытия в виде лицевого и последующих слоев огнеупорных суспензий для формирования керамической формы, обсыпку в пескосыпе каждого слоя зернистым электрокорундом, послойную сушку огнеупорного покрытия, удаление восковой модели, прокалку керамической формы, согласно изобретению, на модельный блок наносят, по меньшей мере, один лицевой слой огнеупорной суспензии следующего состава, мас. %:The technical problem is solved by the fact that in the method of manufacturing a ceramic mold for investment casting, including the formation of an investment model block containing at least one wax or polymer model, applying by dipping to the model block a refractory coating in the form of a face and subsequent layers of refractory suspensions for forming a ceramic mold, sprinkling each layer with granular alumina in the sand, layer-by-layer drying of the refractory coating, removing the wax model, calcining the ceramic mold, according to the invention, at least one face layer of a refractory suspension of the following composition, wt. %:
при этом последующие слои формируют с использованием огнеупорной суспензии на основе концентрата дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП) следующего состава, мас. %:while the subsequent layers are formed using a refractory suspension based on a concentrate of distene-sillimanite powder (CDSP) of the following composition, wt. %:
при этом сушку лицевого покрытия производят на конвейере при влажности воздуха 50-55%, температуре 20-22°С и скорости воздушных потоков 0,5-1,0 м/с в течение 2-3 часов, сушку всех последующих слоев производят на конвейере, расположенном в климатической камере, при влажности воздуха 30-32%, температуре 20-22°С и скорости воздушных потоков 4,0-5,0 м/с в течение 3-4 часов, окончательную сушку производят в климатической камере не менее 12 часов, а прокалку керамической формы проводят по режиму, исключающему образование α-кристобалита: in this case, the drying of the front cover is carried out on a conveyor at an air humidity of 50-55%, a temperature of 20-22 ° C and an air flow rate of 0.5-1.0 m / s for 2-3 hours, drying of all subsequent layers is carried out on a conveyor located in a climatic chamber, with an air humidity of 30-32%, a temperature of 20-22 ° C and an air flow rate of 4.0-5.0 m / s for 3-4 hours, the final drying is carried out in a climatic chamber for at least 12 hours, and the calcination of the ceramic mold is carried out according to the regime excluding the formation of α-cristobalite:
- загрузка керамической формы в холодную печь;- loading a ceramic mold into a cold oven;
- нагрев до 740-750°С со скоростью ≤ 200°С/ч;- heating up to 740-750 ° С at a rate of ≤ 200 ° С / h;
- выдержка при температуре 750-740°С в течение 3 часов;- exposure at a temperature of 750-740 ° C for 3 hours;
- охлаждение с печью до температуры 100-20°С.- cooling with a furnace to a temperature of 100-20 ° C.
Кроме того, согласно изобретению, применяют кислое водно-коллоидное связующее с pH 3,5…4,5, содержащее 27,5-30,0% мицелл SiO2 с размером 13-15 нм и удельной поверхностью 181-210 м2/г.In addition, according to the invention, an acidic aqueous-colloidal binder with a pH of 3.5 ... 4.5 is used, containing 27.5-30.0% of SiO 2 micelles with a size of 13-15 nm and a specific surface area of 181-210 m 2 / g ...
Кроме того, согласно изобретению, применяют высоко-щелочное водно-коллоидное связующее с pH 9,5…10,5, содержащее 25,0-31,0% мицелл SiO2 с размером 8-10 нм и удельной поверхностью 272-340 м2/г.In addition, according to the invention, a highly alkaline water-colloidal binder with a pH of 9.5 ... 10.5 is used, containing 25.0-31.0% of SiO 2 micelles with a size of 8-10 nm and a specific surface area of 272-340 m 2 /G.
Кроме того, согласно изобретению, в составе суспензии последующих слоев используют концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный с удельной поверхностью 6000-8000 см2/г.In addition, according to the invention, a distene-sillimanite powder concentrate with a specific surface area of 6000-8000 cm 2 / g is used in the composition of the suspension of subsequent layers.
Способ изготовления керамической формы для литья по выплавляемым моделям, как и прототип, включает формирование выплавляемого модельного блока, содержащего, как минимум, одну восковую или полимерную модель, нанесение окунанием на модельный блок огнеупорного покрытия в виде лицевого и последующих слоев огнеупорных суспензий для формирования керамической формы, обсыпку в пескосыпе каждого слоя зернистым электрокорундом, послойную сушку огнеупорного покрытия, удаление восковой модели из керамической формы, прокалку керамической формы.The method of manufacturing a ceramic mold for investment casting, like the prototype, includes the formation of an investment model block containing at least one wax or polymer model, applying by dipping to the model block a refractory coating in the form of face and subsequent layers of refractory suspensions to form a ceramic mold , sprinkling each layer with granular electrocorundum in the sand, layer-by-layer drying of the refractory coating, removing the wax model from the ceramic mold, calcining the ceramic mold.
В отличие от прототипа, на модельный блок наносится, по меньшей мере, один лицевой слой огнеупорной суспензии следующего состава, мас. %: Unlike the prototype, at least one face layer of a refractory suspension of the following composition is applied to the model block, wt. %:
при этом последующие слои формируют с использованием огнеупорной суспензии на основе концентрата дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП) следующего состава, мас. %:while the subsequent layers are formed using a refractory suspension based on a concentrate of distene-sillimanite powder (CDSP) of the following composition, wt. %:
Сушка, по меньшей мере, одного лицевого слоя производится на конвейере при влажности воздуха 50-55%, температуре 20-22°С и скорости воздушных потоков 0,5-1,0 м/с в течение 2-3 часов, что обеспечивает «мягкое», не создающее внутренних напряжений, удаление воды из лицевого слоя.Drying of at least one face layer is carried out on a conveyor at an air humidity of 50-55%, a temperature of 20-22 ° C and an air flow speed of 0.5-1.0 m / s for 2-3 hours, which provides “ soft ", does not create internal stress, removal of water from the face layer.
Сушка всех последующих слоев, производится на конвейере, расположенном в климатической камере, при влажности воздуха 30-32%, температуре 20-22°С и скорости воздушных потоков 4,0-5,0 м/с в течение 3-4 часов, что обеспечивает интенсивное удаление воды из слоев.Drying of all subsequent layers is carried out on a conveyor located in a climatic chamber, with an air humidity of 30-32%, a temperature of 20-22 ° C and an air flow speed of 4.0-5.0 m / s for 3-4 hours, which provides intensive removal of water from layers.
Окончательная сушка производится в климатической камере не менее 12 часов, что обеспечивает окончательное формирование прочности, необходимой для удаления воска в бойлерклаве. The final drying is carried out in a climatic chamber for at least 12 hours, which ensures the final formation of the strength required to remove wax in the boilerclave.
Прокалка вытопленных форм проводится по режиму, исключающему образование α-кристобалита, в камерных электрических печах с подачей цехового воздуха по режиму:Calcining of the submerged molds is carried out according to the regime excluding the formation of α-cristobalite, in electric chamber furnaces with the supply of shop air according to the regime:
- загрузка керамической формы в холодную печь;- loading a ceramic mold into a cold oven;
- нагрев до 740-750°С со скоростью ≤ 200°С/ч;- heating up to 740-750 ° С at a rate of ≤ 200 ° С / h;
- выдержка при температуре 750-740°С в течение 3 часов;- exposure at a temperature of 750-740 ° C for 3 hours;
- охлаждение с печью до температуры 100-20°С.- cooling with a furnace to a temperature of 100-20 ° C.
Загрузку керамических форм производят в холодную (не нагретую) камерную электрическую печь с подвижным или стационарным подом, например, марки КК-Н-1000, оборудованную устройством управления типа «Термодат».The ceramic molds are loaded into a cold (not heated) chamber electric furnace with a movable or stationary hearth, for example, of the KK-N-1000 brand, equipped with a "Termodat" -type control device.
Кроме того, применяют кислое водно-коллоидное связующее с pH 3,5…4,5, содержащее 27,5-30,0% мицелл SiO2 с размером 13-15 нм и удельной поверхностью 181-210 м2/г, что обеспечивает экономичность, безотходность, экологическую безопасность и автоматизацию процесса изготовления огнеупорных керамических форм. In addition, an acidic water-colloidal binder with a pH of 3.5 ... 4.5 is used, containing 27.5-30.0% of SiO 2 micelles with a size of 13-15 nm and a specific surface of 181-210 m 2 / g, which provides cost-effectiveness, wastelessness, environmental safety and automation of the process of manufacturing refractory ceramic molds.
Кроме того, применяют высоко-щелочное водно-коллоидное связующее с pH 9,5…10,5, содержащее 25,0-31,0% мицелл SiO2 с размером 8-10 нм и удельной поверхностью 272-340 м2/г, что обеспечивает экономичность, безотходность, экологическую безопасность и автоматизацию процесса изготовления огнеупорных керамических форм.In addition, a highly alkaline water-colloidal binder with a pH of 9.5 ... 10.5 is used, containing 25.0-31.0% of SiO 2 micelles with a size of 8-10 nm and a specific surface area of 272-340 m 2 / g, which provides cost-effectiveness, wastelessness, environmental safety and automation of the process of manufacturing refractory ceramic molds.
Кроме того, в составе суспензии лицевого слоя используют микропорошки белого электрокорунда фракций F360 и, например, F1000 или F1200, что обеспечивает повышение качества отливок за счет снижения дефектов типа «засор керамический». In addition, micropowders of white fused alumina of fractions F360 and, for example, F1000 or F1200, are used in the composition of the front layer suspension, which improves the quality of castings by reducing defects of the "ceramic blockage" type.
Кроме того, в составе суспензии последующих слоев используют наполнитель в виде КДСП с удельной поверхностью 6000-8000 см2/г, что обеспечивает экономичность процесса изготовления керамических форм.In addition, in the composition of the suspension of subsequent layers, a filler is used in the form of CDSP with a specific surface area of 6000-8000 cm 2 / g, which provides an economical process for manufacturing ceramic molds.
Заявляемый способ обеспечивает: повышение срока живучести огнеупорных суспензий, исключение из состава суспензии для последующих слоев наполнителя сложной комбинации, адаптацию к автоматизированному процессу изготовления керамических форм для литья по выплавляемым моделям, высокую экологическую и пожарную безопасность при работе с суспензиями, снижение расходов на производство, за счет использования недорогих материалов, повышение качества отливок за счет снижения дефектов типа «засор керамический».The inventive method provides: increasing the service life of refractory suspensions, excluding complex combinations from the composition of the suspension for subsequent layers of filler, adaptation to the automated process of manufacturing ceramic molds for investment casting, high environmental and fire safety when working with suspensions, reducing production costs, for by using inexpensive materials, improving the quality of castings by reducing defects such as "ceramic blockage".
Способ реализуется на роботизированном комплексе и включает изготовление выплавляемого модельного блока, содержащего, как минимум, одну восковую или полимерную модель, нанесение окунанием на модельный блок огнеупорного покрытия в виде слоев огнеупорной суспензии, обсыпку каждого слоя в пескосыпе дождевального типа зернистым электрокорундом по принятой в промышленности схеме - F100/F54/F30, что обеспечивает хорошую адгезию между слоями в сочетании с получением плотной упаковки зерен в слоях керамической формы, послойную сушку огнеупорного покрытия, удаление восковой составляющей модельных блоков, прокалку вытопленных форм. Удаление восковой модели из формы производится в бойлерклаве по штатному режиму, прописанному в технологическом процессе.The method is implemented on a robotic complex and includes the manufacture of a lost-wax model block containing at least one wax or polymer model, applying by dipping to the model block a refractory coating in the form of layers of a refractory suspension, sprinkling each layer in a sprinkler-type sand casting with granular electrocorundum according to an industry-accepted scheme - F100 / F54 / F30, which provides good adhesion between layers in combination with obtaining a dense packing of grains in layers of a ceramic mold, layer-by-layer drying of a refractory coating, removal of the wax component of model blocks, annealing of melted molds. Removal of the wax model from the mold is carried out in a boilerclave according to the standard mode prescribed in the technological process.
Заявляемый способ изготовления керамической формы по выплавляемым моделям внедрен на роботизированном комплексе литейного производства АО «ОДК-Авиадвигатель» и успешно применяется при изготовлении всей номенклатуры отливок из жаропрочных сплавов на никелевой основе, не имеет ограничений по срокам живучести суспензий, обеспечивает повышение качества отливок за счет снижения дефектов типа «засор керамический», полностью адаптирован к автоматизированному процессу изготовления керамических форм, является экономичным, за счет снижение расходов на производство и использования недорогих материалов, безотходным и экологически безопасным за счет использования водно-коллоидных связующих. The inventive method for the manufacture of a ceramic mold based on the investment patterns is implemented on the robotic foundry complex of JSC UEC-Aviadvigatel and is successfully used in the manufacture of the entire range of castings from high-temperature alloys on a nickel base, has no restrictions on the life of suspensions, provides an increase in the quality of castings by reducing defects of the "ceramic blockage" type, fully adapted to the automated process of making ceramic molds, is economical, due to the reduction of production costs and the use of inexpensive materials, waste-free and environmentally friendly due to the use of water-colloidal binders.
Приведены примеры осуществления способа изготовления керамической формы для литья по выплавляемым моделям.Examples of the implementation of the method for manufacturing a ceramic mold for investment casting are given.
Пример 1. На модельный блок наносится лицевой слой суспензии следующего состава, мас. %: кислое водно-коллоидное связующее - 21,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F360 - 60,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F1000 - 19,0, последующие слои со 2 по 9 формируются с использованием суспензии на основе концентрата дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП) следующего состава, мас. %: высоко-щелочное водно-коллоидное связующее 51,0, КДСП 49,0. Сушку лицевого слоя производят на конвейере при влажности воздуха 50%, температуре 21°С и скорости воздушных потоков 1,0 м/с в течение 2 часов, сушку последующих слоев производят на конвейере, расположенном в климатической камере, при влажности воздуха 30%, температуре 22°С и скорости воздушных потоков 4,5 м/с в течение 3,5 часов. Окончательную сушку производят в климатической камере не менее 12 часов, а прокалку керамической формы проводят по режиму, исключающему образование α-кристобалита: загрузка керамической формы в холодную печь; нагрев до 750°С, со скоростью 200°С/ч; выдержка при температуре 750°С в течение 3 часов; охлаждение с печью до температуры 80°С.Example 1. On the model block is applied to the front layer of the suspension of the following composition, wt. %: acidic aqueous-colloidal binder - 21.0, white electrocorundum micropowder, fraction F360 - 60.0, white electrocorundum micropowder, fraction F1000 - 19.0, subsequent layers 2 to 9 are formed using a suspension based on distene-sillimanite powder concentrate ( CDSP) of the following composition, wt. %: highly alkaline water-colloidal binder 51.0, KDSP 49.0. Drying of the front layer is carried out on a conveyor at an air humidity of 50%, a temperature of 21 ° C and an air flow rate of 1.0 m / s for 2 hours, the subsequent layers are dried on a conveyor located in a climatic chamber, at an air humidity of 30%, temperature 22 ° C and air speed 4.5 m / s for 3.5 hours. The final drying is carried out in a climatic chamber for at least 12 hours, and the calcining of the ceramic mold is carried out according to a regime that excludes the formation of α-cristobalite: loading the ceramic mold into a cold furnace; heating up to 750 ° С, at a rate of 200 ° С / h; exposure at a temperature of 750 ° C for 3 hours; cooling with a furnace to a temperature of 80 ° C.
Пример 2. На модельный блок наносится лицевой слой суспензии следующего состава, мас. %: кислое водно-коллоидное связующее - 22,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F360 - 58,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F1000 - 20,0, последующие слои со 2 по 9 формируются с использованием суспензии на основе КДСП следующего состава, мас. %: высоко-щелочное водно-коллоидное связующее 53,0, КДСП 47,0. Сушку лицевого слоя производят на конвейере при влажности воздуха 52%, температуре 22°С и скорости воздушных потоков 0,9 м/с в течение 2 часов, сушку последующих слоев производят на конвейере, расположенном в климатической камере, при влажности воздуха 32%, температуре 21°С и скорости воздушных потоков 5,0 м/с в течение 3 часов. Окончательную сушку производят в климатической камере не менее 12 часов, а прокалку керамической формы проводят по режиму, исключающему образование α-кристобалита: загрузка керамической формы в холодную печь; нагрев до 745°С, со скоростью 197°С/ч; выдержка при температуре 745°С, в течение 3 часов; охлаждение с печью до температуры 50°С.Example 2. On the model block is applied to the front layer of the suspension of the following composition, wt. %: acidic aqueous-colloidal binder - 22.0, micropowder of white electrocorundum fraction F360 - 58.0, micropowder of white electrocorundum fraction F1000 - 20.0, subsequent layers 2 to 9 are formed using a suspension based on CDSP of the following composition, wt. %: highly alkaline water-colloidal binder 53.0, KDSP 47.0. Drying of the front layer is carried out on a conveyor at an air humidity of 52%, a temperature of 22 ° C and an air flow rate of 0.9 m / s for 2 hours, the drying of subsequent layers is carried out on a conveyor located in a climatic chamber, at an air humidity of 32%, temperature 21 ° C and air speed 5.0 m / s for 3 hours. The final drying is carried out in a climatic chamber for at least 12 hours, and the calcining of the ceramic mold is carried out according to a regime that excludes the formation of α-cristobalite: loading the ceramic mold into a cold furnace; heating up to 745 ° С, at a rate of 197 ° С / h; exposure at a temperature of 745 ° C for 3 hours; cooling with a furnace to a temperature of 50 ° C.
Пример 3. На модельный блок наносится лицевой слой суспензии следующего состава, мас. %: кислое водно-коллоидное связующее - 23,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F360 - 56,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F1000 - 21,0, последующие слои со 2 по 9 формируются с использованием суспензии на основе КДСП следующего состава, мас. %: высоко-щелочное водно-коллоидное связующее 55,0, КДСП 45,0. Сушку лицевого слоя производят на конвейере при влажности воздуха 54%, температуре 22°С и скорости воздушных потоков 1,0 м/с в течение 2 часов, сушку последующих слоев производят на конвейере, расположенном в климатической камере, при влажности воздуха 32%, температуре 21°С и скорости воздушных потоков 5,0 м/с в течение 4 часов, окончательную сушку производят в климатической камере не менее 12 часов, а прокалку керамической формы проводят по режиму, исключающему образование α-кристобалита: загрузка керамической формы в холодную печь; нагрев до 740°С, со скоростью 199°С/ч; выдержка при температуре 740°С, в течение 3 часов; охлаждение с печью до температуры 100°С.Example 3. On the model block is applied to the front layer of the suspension of the following composition, wt. %: acidic water-colloidal binder - 23.0, white electrocorundum micropowder, fraction F360 - 56.0, white electrocorundum micropowder, fraction F1000 - 21.0, subsequent layers 2 to 9 are formed using a suspension based on CDSP of the following composition, wt. %: highly alkaline water-colloidal binder 55.0, KDSP 45.0. Drying of the front layer is carried out on a conveyor at an air humidity of 54%, a temperature of 22 ° C and an air flow rate of 1.0 m / s for 2 hours, the drying of subsequent layers is carried out on a conveyor located in a climatic chamber, at an air humidity of 32%, temperature 21 ° C and an air flow speed of 5.0 m / s for 4 hours, the final drying is carried out in a climatic chamber for at least 12 hours, and the calcination of the ceramic mold is carried out according to a regime that excludes the formation of α-cristobalite: loading the ceramic mold into a cold furnace; heating up to 740 ° С, at a rate of 199 ° С / h; exposure at a temperature of 740 ° C for 3 hours; cooling with a furnace to a temperature of 100 ° C.
Положительный технический результат получен во всех приведенных примерах осуществления.A positive technical result was obtained in all the above examples of implementation.
По заявляемому способу изготовления керамических форм для литья по выплавляемым моделям успешно проведены экспериментальные работы, разработаны технологические режимы и содержание составляющих компонентов вещества, техническое решение внедрено на роботизированном комплексе для изготовления керамических форм в литейном производстве АО «ОДК-Авиадвигатель».According to the claimed method for the manufacture of ceramic molds for investment casting, experimental work has been successfully carried out, technological modes and content of the constituent components of the substance have been developed, the technical solution has been implemented on a robotic complex for the manufacture of ceramic molds in the foundry of UEC-Aviadvigatel JSC.
Таким образом, предлагаемое изобретение с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, обеспечивает повышение срока живучести огнеупорных суспензий, повышение качества отливок за счет снижения дефектов типа «засор керамический», адаптацию к автоматизированному процессу изготовления керамических форм для литья по выплавляемым моделям, высокую экологическую и пожарную безопасность при работе с суспензиями, снижение расходов на производство за счет использования недорогих материалов, исключение из состава суспензии для последующих слоев наполнителя сложной комбинации.Thus, the proposed invention with the above distinctive features, in combination with the known features, provides an increase in the life of refractory suspensions, an increase in the quality of castings by reducing defects of the "ceramic blockage" type, adaptation to an automated process for the manufacture of ceramic molds for investment casting, high environmental and fire safety when working with suspensions, reducing production costs due to the use of inexpensive materials, excluding complex combinations from the suspension for subsequent layers of filler.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105274A RU2754334C1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Method for manufacturing a ceramic mold for lost-wax casting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105274A RU2754334C1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Method for manufacturing a ceramic mold for lost-wax casting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2754334C1 true RU2754334C1 (en) | 2021-09-01 |
Family
ID=77670057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021105274A RU2754334C1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Method for manufacturing a ceramic mold for lost-wax casting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2754334C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2794474C1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-04-19 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Suspension for shell ceramic mold |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3933190A (en) * | 1974-12-16 | 1976-01-20 | United Technologies Corporation | Method for fabricating shell molds for the production of superalloy castings |
| FR2523880A1 (en) * | 1982-03-23 | 1983-09-30 | Ehlbeck Uwe | CAST MOLD FOR MANUFACTURING METAL CAST PARTS, AND DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH MOLD |
| RU2412019C1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП ГНИИХТЭОС) | Method of producing ceramic shell moulds for investment 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 |
| RU2697678C1 (en) * | 2018-12-17 | 2019-08-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of making ceramic molds for casting on molten patterns |
-
2021
- 2021-03-02 RU RU2021105274A patent/RU2754334C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3933190A (en) * | 1974-12-16 | 1976-01-20 | United Technologies Corporation | Method for fabricating shell molds for the production of superalloy castings |
| FR2523880A1 (en) * | 1982-03-23 | 1983-09-30 | Ehlbeck Uwe | CAST MOLD FOR MANUFACTURING METAL CAST PARTS, AND DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH MOLD |
| RU2412019C1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП ГНИИХТЭОС) | Method of producing ceramic shell moulds for investment 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 |
| RU2697678C1 (en) * | 2018-12-17 | 2019-08-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of making ceramic molds for casting on molten patterns |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2794474C1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-04-19 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Suspension for shell ceramic mold |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7278465B1 (en) | Investment casting slurry composition and method of use | |
| US2961751A (en) | Ceramic metal casting process | |
| RU2697678C1 (en) | Method of making ceramic molds for casting on molten patterns | |
| US3196506A (en) | Method of making a shell mold by lost wax process | |
| US7128129B2 (en) | Investment casting slurry composition and method of use | |
| RU2412019C1 (en) | Method of producing ceramic shell moulds for investment casting | |
| RU2754334C1 (en) | Method for manufacturing a ceramic mold for lost-wax casting | |
| RU2411104C1 (en) | Method of producing silicaless ceramic moulds for precise metal investment casting | |
| US20110232857A1 (en) | Investment Casting Shell Incorporating Desiccant Material | |
| WO1980001146A1 (en) | Method of making and using a ceramic shell mold | |
| PL188600B1 (en) | Investment casting mold and method of manufacture | |
| US5022920A (en) | Method and composition for investment casting of laminar ceramic shell molds | |
| RU2314891C1 (en) | Mold making method for casting with use of investment patterns | |
| US4223716A (en) | Method of making and using a ceramic shell mold | |
| RU2729229C1 (en) | Method of making a ceramic mold for casting on molten patterns | |
| RU2723878C1 (en) | Method of making a ceramic mold for casting on molten patterns | |
| US4927673A (en) | Rapid technique for making improved laminar ceramic shell molds using a phosphate modified aluminum salt binder | |
| RU2742096C1 (en) | Method of making casting molds in investment pattern | |
| RU2736145C1 (en) | Method of making ceramic mould for melting wax patterns | |
| US3428465A (en) | Preparation of molds | |
| RU2375144C1 (en) | Manufacturing method of shell moulds by casted models forms | |
| RU2794491C1 (en) | Suspension for the facing layer of a ceramic mold for investment casting (options) | |
| RU2725921C1 (en) | Method of making ceramic shell mold | |
| RU2794474C1 (en) | Suspension for shell ceramic mold | |
| RU2478453C1 (en) | Method of mould making by investment patterns (versions) |