RU2756075C1 - Method for manufacturing a ceramic casting mold using liquid-filling self-hardening mixtures for casting according to smelted models - Google Patents
Method for manufacturing a ceramic casting mold using liquid-filling self-hardening mixtures for casting according to smelted models Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756075C1 RU2756075C1 RU2021105312A RU2021105312A RU2756075C1 RU 2756075 C1 RU2756075 C1 RU 2756075C1 RU 2021105312 A RU2021105312 A RU 2021105312A RU 2021105312 A RU2021105312 A RU 2021105312A RU 2756075 C1 RU2756075 C1 RU 2756075C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mold
- temperature
- subsequent layers
- refractory
- liquid
- Prior art date
Links
Images
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)
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для изготовления литейных керамических оболочковых форм (форм) при производстве отливок по выплавляемым моделям из жаропрочных сплавов, в том числе и в вакууме.The invention relates to the field of foundry and can be used for the manufacture of casting ceramic shell molds (molds) in the production of investment casting from heat-resistant alloys, including in vacuum.
Использование керамических стержней при литье отливок сложной геометрии, является осознанно дорогим, поскольку требует изготовления индивидуальной оснастки. Применение керамических стержней хоть и облегчает технологию изготовления литейной формы, но дополнительная стоимость негативно влияет на экономические показатели литейного производства, поскольку требует решения вопросов по фиксации и поломке стержней при изготовлении восковой модели, при удалении воска, при прокалке форм. Удаление керамического стержня из готовой отливки создаёт дополнительные затраты материала и труда в процессе изготовления отливки.The use of ceramic rods in the casting of castings of complex geometry is deliberately expensive, since it requires the manufacture of individual tooling. The use of ceramic rods, although it facilitates the technology of manufacturing a casting mold, but the additional cost negatively affects the economic performance of the foundry, since it requires solving issues of fixation and breakage of the rods when making a wax model, when removing wax, when calcining the molds. Removing the ceramic core from the finished casting creates additional material and labor costs in the process of manufacturing the casting.
Без применения керамических стержней, формирование внутренней геометрии отливок может оказаться сложной задачей. В зонах формы с узкими и протяжёнными каналами, карманами, глухими колодцами или глубокими мелкими отверстиями могут возникать перемычки, поскольку возникают проблемы с формированием в этих местах слоёв формы достаточной толщины, что, в свою очередь, может отразиться на режимах послойной сушки. И то, и другое во время заливки может вызвать проникновение металла в образовавшиеся полости, что, в лучшем случае приведёт к дополнительным слесарным операциям, а худшем случае, к браку. Увеличение времени послойной сушки критичных мест формы не только снижает производительность оборудования, но и не гарантирует полного удаления влаги. Without the use of ceramic rods, shaping the internal geometry of the castings can be challenging. In areas of the mold with narrow and extended channels, pockets, blind wells or deep shallow holes, bridges may occur, since there are problems with the formation of sufficient thickness of mold layers in these places, which, in turn, can affect the modes of layer-by-layer drying. Both, during pouring, can cause metal to penetrate into the formed cavities, which, at best, will lead to additional plumbing operations, and in the worst case, to rejects. An increase in the time of layer-by-layer drying of critical parts of the mold not only reduces the productivity of the equipment, but also does not guarantee complete removal of moisture.
Альтернативой созданию полноценной оболочковой формы с применением керамических стержней является использование жидконаливных самотвердеющих на воздухе смесей (ЖСС) в виде заливных стержней (вставок). Материал для таких стержней заливается либо непосредственно в восковую (полимерную) модель, перед её постановкой в модельный блок, либо после нанесения и сушки нескольких первичных слоёв формы при её изготовлении. ЖСС для заливных стержней хорошо повторяют профиль полости, при правильном применении эти материалы обеспечивают те же преимущества, что и керамические стержни, только без дополнительных затрат, связанных с изготовлением оснастки и процессом удаления керамических стержней.An alternative to creating a full-fledged shell mold using ceramic rods is the use of liquid-filled self-hardening mixtures in air (LSS) in the form of filling rods (inserts). The material for such rods is poured either directly into the wax (polymer) model, before placing it in the model block, or after applying and drying several primary layers of the mold during its manufacture. LSC fill rods follow the cavity profile well, and when used correctly, these materials provide the same advantages as ceramic rods, only without the additional costs associated with the manufacture of tooling and the process of removing ceramic rods.
В сложившейся практике литья по выплавляемым моделям, при изготовлении отливок из цветных лёгких сплавов используются связующие вещества на основе гипса или цемента, а для высокотемпературных сплавов применяются связующие вещества на основе жидкого стекла, этилсиликата или фосфатов. In the current practice of investment casting, in the manufacture of castings from non-ferrous light alloys, binders based on gypsum or cement are used, and for high-temperature alloys, binders based on water glass, ethyl silicate or phosphates are used.
Из уровня техники известна смесь, включающая гипс, мелкодисперсный кварцевый песок, пылевидный возгон шамотного производства, воду, дигидрофосфат натрия в качестве замедлителя схватывания гипса. Гипс выполняет роль связующего вещества для придания и удержания нужной формы материала, однако при температуре свыше 1200°C гипс разрушается, поэтому его нельзя использовать для получения отливок из сплавов с высокой температурой заливки (Патент RU №2175902С1, МПК В22С 1/00, публ. 20.11.2001). A mixture is known from the prior art, including gypsum, fine quartz sand, pulverized sublimation of chamotte production, water, sodium dihydrogen phosphate as a gypsum setting retarder. Gypsum plays the role of a binder for imparting and retaining the desired shape of the material, however, at temperatures above 1200 ° C, gypsum collapses, therefore it cannot be used to obtain castings from alloys with a high pouring temperature (Patent RU No. 2175902С1, IPC В22С 1/00, publ. 20.11.2001).
Известна самотвердеющая смесь с цементом в качестве связующего. Смесь включает мелкодисперсный кварцевый песок (53,0-58,8 мас. %), портландцемент (12,72-17,90 мас. %), нитрат алюминия девятиводный (1,79-3,18 мас. %) и воду. Known self-hardening mixture with cement as a binder. The mixture includes fine quartz sand (53.0-58.8 wt.%), Portland cement (12.72-17.90 wt.%), Nine-water aluminum nitrate (1.79-3.18 wt.%) And water.
Данная формовочная смесь позволяет получать крупногабаритные отливки из цветных сплавов, а также мелкие и тонкостенные отливки из чугуна и стали. Вместе с тем основной недостаток смеси состоит в том, что портландцемент также содержит гидрат сульфата кальция (гипс) в количестве 3…6%, который согласно технологическому процессу на заводе-изготовителе вводится в процессе помола клинкера для увеличения сроков схватывания цемента. Поэтому при получении крупногабаритных отливок из чугуна в массивных узлах происходит разложение гипса, содержащегося в портландцементе, а из-за очень низкой газопроницаемости формы, поражение отливки газовыми раковинами (Патент RU №2252103С1, МПК В22С 1/00, публ. 20.05.2005).This molding mixture makes it possible to obtain large-sized castings from non-ferrous alloys, as well as small and thin-walled castings from iron and steel. At the same time, the main disadvantage of the mixture is that Portland cement also contains calcium sulfate hydrate (gypsum) in an amount of 3 ... 6%, which, according to the technological process at the manufacturing plant, is introduced during the grinding of clinker to increase the setting time of the cement. Therefore, when receiving large-sized cast iron castings in massive units, the gypsum contained in Portland cement decomposes, and due to the very low gas permeability of the mold, the casting is damaged by gas shells (Patent RU No. 2252103С1, IPC В22С 1/00, publ. 20.05.2005).
Наибольшее распространение в промышленности получили ЖСС на основе жидкого стекла в качестве связующего (Борсук П.А., Лясс А.М. Жидкие самотвердеющие смеси. - М: Машиностроение, 1979. - 255 с.).The most widespread in the industry are ZhSS based on liquid glass as a binder (Borsuk P.A., Lyass A.M. Liquid self-hardening mixtures. - M: Mashinostroenie, 1979. - 255 p.).
Так известна жидкостекольная ЖСС, содержащая огнеупорный наполнитель, связующее, отвердитель, пенообразователь и воду, где в качестве пенообразователя используется поверхностно-активное вещество на основе смеси триэтаноламиновых солей сульфо-эфиров высших жирных спиртов фракции С8-С10 и С12-С14, взятых в соотношении 9-3:1, а в качестве стабилизатора пены содержит одно из веществ на основе кремнийорганических жидкостей (Патент RU №2262409С1, МПК В22С 1/00, публ. 20.10.2005).So known liquid glass ZhSS containing a refractory filler, a binder, a hardener, a foaming agent and water, where a surfactant is used as a foaming agent based on a mixture of triethanolamine salts of sulfo-esters of higher fatty alcohols of the C 8 -C 10 and C 12 -C1 4 fractions, taken in a ratio of 9-3: 1, and as a foam stabilizer contains one of the substances based on organosilicon liquids (Patent RU No. 2262409С1, IPC В22С 1/00, publ. 20.10.2005).
Известен способ изготовления литейных форм и стержней из холодно-твердеющих смесей на жидкостекольном связующем, включающий перемешивание ингредиентов смеси, её уплотнение в оснастке и продувку углекислым газом, при этом, перед перемешиванием осуществляют плакирование наполнителя раствором, а жидкостекольное связующее обрабатывают наносекундным электромагнитным импульсом с удельной мощностью 400-900 Вт/м3 (Патент RU №2280529С2, МПК В22С 9/00, В22С 1/16, публ. 27.07.2006).A known method of manufacturing casting molds and rods from cold-hardening mixtures on a liquid glass binder, including mixing the ingredients of the mixture, its compaction in the tooling and blowing with carbon dioxide, while, before mixing, the filler is clad with a solution, and the liquid glass binder is treated with a nanosecond electromagnetic pulse with a specific power 400-900 W / m 3 (Patent RU No. 2280529С2, IPC В22С 9/00, В22С 1/16, publ. 27.07.2006).
Известен способ химического закрепления слоёв жидкостекольного покрытия в литье по выплавляемым моделям, включающий обработку нанесённых на выплавляемую модель слоёв жидкостекольного покрытия в упрочняющем растворе путём пропитки слоёв смесью растворов алюмоборфосфатного концентрата и карбоксиметилцеллюлозы натриевой, взятых в соотношении 4:1 по объёму, при одновременном воздействии на неё ультразвуком интенсивностью 1-5 Вт/см2 и вакуумированием с остаточным воздушным давлением (01-0,5) ×105 Па (Патент RU №2412778С1, МПК В22С 1/18, публ. 27.02.2011).There is a known method of chemical consolidation of layers of liquid glass coating in investment casting, including the treatment of layers of liquid glass coating applied to the investment model in a hardening solution by impregnating the layers with a mixture of solutions of aluminum boron phosphate concentrate and sodium carboxymethyl cellulose, taken in a ratio of 4: 1 by volume ultrasound with an intensity of 1-5 W / cm 2 and evacuation with residual air pressure (01-0.5) × 10 5 Pa (Patent RU No. 2412778С1, IPC В22С 1/18, publ. 27.02.2011).
Для всех известных составов жидкостекольных смесей и покрытий характерен общий недостаток, это затруднённая выбиваемость смеси из тела отливки. For all known compositions of liquid glass mixtures and coatings, a common drawback is characteristic, it is difficult knocking out of the mixture from the casting body.
Известен способ точного литья в керамические формы, разработанный в конце 40-х годов XX века и, получивший своё название в честь его автора - Шоу. Формы изготавливают из ЖСС на основе огнеупорного наполнителя, в качестве связующего используется гидролизованного этилсиликата с добавкой гелеобразующего реагента. После затвердевания формы прокаливают в течение 2-8 часов при температуре 900-950°С. Методом Шоу можно получать отливки из различных сплавов, в том числе из никелевых жаропрочных сплавов, в том числе и в вакууме (Борсук П.А., Лясс А.М. «Жидкие самотвердеющие смеси». - М: Машиностроение, 1979. - 255 с.).There is a known method of precision casting in ceramic molds, developed at the end of the 40s of the XX century and named after its author - Shaw. The molds are made of ZhSS based on a refractory filler; hydrolyzed ethyl silicate with the addition of a gelling reagent is used as a binder. After hardening, the molds are calcined for 2-8 hours at a temperature of 900-950 ° C. The Shaw method can be used to obtain castings from various alloys, including high-temperature nickel alloys, including in vacuum (Borsuk P.A., Lyass A.M. "Liquid self-hardening mixtures". - M: Mashinostroenie, 1979. - 255 with.).
Метод Шоу применим и сегодня, хотя и обладает существенными недостатками: низкая прочность материала форм, требуется дорогостоящая оснастка, пожарная опасность, ухудшение экологической обстановки при гидролизе этилсиликата, дороговизна.Shaw's method is applicable today, although it has significant drawbacks: low strength of the mold material, expensive equipment is required, fire hazard, environmental degradation during the hydrolysis of ethyl silicate, high cost.
В последние годы, для литья высокотемпературных сплавов, ведутся интенсивные разработки холодно-твердеющих смесей (суспензий) и смесей, отверждаемых при кратковременной тепловой обработке с использованием неорганических связующих на основе водных растворов ортофосфорной кислоты, отверждаемых оксидами железа или магния.In recent years, for the casting of high-temperature alloys, intensive development of cold-hardening mixtures (suspensions) and mixtures cured by short-term heat treatment with the use of inorganic binders based on aqueous solutions of orthophosphoric acid, cured with iron or magnesium oxides, is underway.
Известна суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, включающая алюмоборфосфатное связующее, воду, поверхностно-активное вещество и отвердитель в виде магний-силикатного порошка (Патент RU №2295418С1, МПК В22С 1/18, публ. 20.03.2007).Known suspension for the manufacture of ceramic molds on investment patterns, including aluminoborophosphate binder, water, surfactant and hardener in the form of magnesium-silicate powder (Patent RU No. 2295418С1, IPC В22С 1/18, publ. 20.03.2007).
Известна смесь для изготовления форм и стержней в точном литье, содержащая в качестве связующего алюмоборфосфатный концентрат, воду, мелкодисперсный кварцевый песок, керамзит и порошкообразный отвердитель связующего в виде периклаза, при этом предварительно готовят водный раствор алюмоборфосфатного концентрата плотностью 1250-1350 кг/м3, вводят в него мелкодисперсный кварцевый песок и керамзит, осуществляют обработку наносекундными электромагнитными импульсами с удельной мощностью 600-1000 МВт/м3 при дальнейшем перемешивании указанных ингредиентов с последующим введением порошкообразного отвердителя связующего и окончательным перемешиванием (Патент RU №2385782С1, МПК В22С 1/18, публ. 10.04.2010). Known mixture for the manufacture of molds and rods in precision casting, containing as a binder aluminoborophosphate concentrate, water, fine quartz sand, expanded clay and a powdered hardener of the binder in the form of periclase, while preliminarily preparing an aqueous solution of aluminoborophosphate concentrate with a density of 1250-1350 kg / m 3 , finely dispersed quartz sand and expanded clay are introduced into it, processing is carried out with nanosecond electromagnetic pulses with a specific power of 600-1000 MW / m 3 with further mixing of these ingredients, followed by the introduction of a powdery binder hardener and final mixing (Patent RU No. 2385782С1, IPC В22С 1/18, published on 10.04.2010).
Известен способ приготовления бескремнезёмного связующего для литья по выплавляемым моделям химически активных сплавов, включающий смешивание водного раствора алюмоборфосфатного концентрата, который подвергают электродиализу при силе тока 0,2-1,5А с водным раствором поливинилового спирта в объёмном соотношении (2-4):1, при этом, электродиализная обработка водного раствора алюмоборфосфатного концентрата способствует эффективному удалению фосфат-ионов в анодной части электродиализной установки и уменьшению содержания в керамической оболочке фосфора, способного к взаимодействию с заливаемым расплавом, и ухудшающего качество точных отливок ответственного назначения (Патент RU №249965 С1, МПК В22С 1/00, публ. 27.11.2013).A known method of preparing a silica-free binder for investment casting of chemically active alloys, including mixing an aqueous solution of aluminoborophosphate concentrate, which is subjected to electrodialysis at a current strength of 0.2-1.5A with an aqueous solution of polyvinyl alcohol in a volume ratio (2-4): 1, at the same time, electrodialysis treatment of an aqueous solution of aluminoborophosphate concentrate promotes the effective removal of phosphate ions in the anode part of the electrodialysis unit and a decrease in the content of phosphorus in the ceramic shell, which is capable of interacting with the melt being poured, and degrades the quality of precision castings for critical purposes (Patent RU No. 249965 C1, IPC В22С 1/00, publ. 27.11.2013).
Известен способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям химически активных тугоплавких жаропрочных сплавов, включающий формирование на модельном блоке оболочки с использованием кремнезольного основного связующего, огнеупорного наполнителя и обсыпочного материала в виде оксида иттрия, сушку слоёв оболочки, вытопку модельного состава и прокалку, причём после нанесения каждого слоя осуществляют его пропитку раствором алюмоборфосфатного концентрата при одновременном воздействии на указанный раствор ультразвуком с интенсивностью 10…15 кВт/м2 (Патент RU №2631568С1, МПК В22С 9/04, публ. 25.09.2017).There is a known method of manufacturing ceramic shell molds for investment casting of chemically active refractory high-temperature alloys, including the formation of a shell on a model block using a silica-ash basic binder, a refractory filler and a packing material in the form of yttrium oxide, drying of the shell layers, melting of the model composition and calcination, moreover after applying each layer, it is impregnated with a solution of aluminoborophosphate concentrate while simultaneously acting on the specified solution with ultrasound with an intensity of 10 ... 15 kW / m 2 (Patent RU No. 2631568С1, IPC В22С 9/04, publ. 09/25/2017).
Общим недостатком всех вышеперечисленных патентов, связанных с использованием металл-фосфатных связующих, является наличие в составе литейной керамической оболочке соединений фосфора, способных к взаимодействию с заливаемым расплавом, и ухудшающих качество точных отливок ответственного назначения и, как следствие, фосфатные ЖСС используются исключительно в чёрной металлургии. Кроме того, под воздействием реакции между оксидом магния и метафосфорной кислотой образуется фосфат магния, а это экзотермическая реакция, в следствии, которой может произойти деформация восковой модели. A common drawback of all of the above patents related to the use of metal-phosphate binders is the presence of phosphorus compounds in the composition of the casting ceramic shell, capable of interacting with the molten melt, and deteriorating the quality of precision castings for critical purposes and, as a result, phosphate LSS are used exclusively in ferrous metallurgy. ... In addition, under the influence of the reaction between magnesium oxide and metaphosphoric acid, magnesium phosphate is formed, and this is an exothermic reaction, as a result of which deformation of the wax model can occur.
Аналогами к заявляемому по технической сущности являются следующие способы:Analogs to the claimed technical essence are the following methods:
- ЖСС, полученные по методу Шоу-процесса с использованием огнеупорного наполнителя и гидролизованного этилсиликата в качестве связующего с добавкой гелеобразующего реагента в виде водного раствора щёлочи NaOH, при этом, в качестве огнеупорного наполнителя используются две марки белого электрокорунда F54 и F36 и концентрат дистен-силлиманитовый (КДСП). Материал формы в виде ЖСС, изготовленный по методу Шоу, в течение 1-2 минут после твердения, поджигается для удаления всех летучих составляющих, а затем в течение 18-20 часов проветривается на воздухе при температуре 18-25°С, прежде чем попадёт на заливку металлом (Каблов Е.Н. Литые лопатки газовых турбин. - М.: МИСИС, 2001. - 632 с.);- ZhSS obtained by the Show-process method using a refractory filler and hydrolyzed ethyl silicate as a binder with the addition of a gelling reagent in the form of an aqueous solution of an alkali NaOH, while two grades of white electrocorundum F54 and F36 and a distene-sillimanite concentrate are used as a refractory filler (KDSP). The mold material in the form of ZSS, made by the Shaw method, within 1-2 minutes after hardening, is ignited to remove all volatile components, and then for 18-20 hours it is ventilated in air at a temperature of 18-25 ° C, before it gets on filling with metal (Kablov E.N. Cast blades of gas turbines. - M .: MISIS, 2001. - 632 p.);
- ЖСС, разработанные фирмой Ransom & Randolph в США и опубликованные в статье «Использование и применение материалов-заполнителей для заливных керамических стержней». В разработке используется огнеупорный наполнитель, связующее на фосфатной основе, отверждение которого происходит под воздействием реакции с оксидом магния, в результате чего возникает фосфат магния, твердеющий в течение 40-60 минут, после чего затвердевший заливной стержень сушится не менее 15 часов прежде чем на модельный блок будет нанесён очередной огнеупорный слой (Conrad Holek, Casey Wolfe & Marti Hunyor «The Use and Application of Ceramic Core Fill Materials». - 60 th Technical conference & Expo, 2013). - ZSS, developed by Ransom & Randolph in the USA and published in the article "Use and application of filler materials for potted ceramic rods." The development uses a refractory filler, a phosphate-based binder, which cures by reaction with magnesium oxide, resulting in magnesium phosphate, which cures for 40-60 minutes, after which the hardened filler rod is dried for at least 15 hours before the model the block will receive another refractory layer (Conrad Holek, Casey Wolfe & Marti Hunyor "The Use and Application of Ceramic Core Fill Materials" - 60 th Technical conference & Expo, 2013).
Недостатками ЖСС по методу Шоу-процесса являются низкая прочность форм, требуется дорогостоящая оснастка, пожарная опасность, ухудшение экологической обстановки при гидролизе этилсиликата, дороговизна этилсиликата и ограниченный срок его живучести.The disadvantages of ZhSS according to the Show-process method are the low strength of forms, expensive equipment is required, fire hazard, environmental degradation during the hydrolysis of ethyl silicate, high cost of ethyl silicate and a limited lifetime.
Недостатками ЖСС на основе фосфатных связующих являются присутствие в составе литейной керамической форме соединений фосфора, способных к взаимодействию с заливаемым расплавом, что в состоянии понизить эксплуатационные свойства точных отливок ответственного назначения из жаропрочных никелевых сплавов, заливаемых в вакууме, а также прохождение экзотермической реакции между оксидом магния и фосфатным связующим, в следствии, которой может произойти деформация восковой модели. ЖСС на основе фосфатных связующих находят применение в основном только в чёрной металлургии.The disadvantages of LSS based on phosphate binders are the presence of phosphorus compounds in the composition of the casting ceramic form, capable of interacting with the poured melt, which is able to reduce the operational properties of precision castings for critical purposes from high-temperature nickel alloys poured in vacuum, as well as the passage of an exothermic reaction between magnesium oxide and a phosphate binder, as a result of which deformation of the wax-up can occur. LSC based on phosphate binders are mainly used in ferrous metallurgy.
В качестве наиболее близкого аналога по технической сущности выбран прототип ЖСС для формирования или ремонта монолитной футеровки металлургической плавильной печи. Смесь уплотняется под действием вибрации, приложенной к шаблону и содержит в своём составе материал матрицы на основе спечённой магнезии, 7% вес., углерода, 0,5% вес. полиакриловой кислоты, 3% вес. золя кремнезёма и 6% вес. воды (Патент US №5888586, МПК B22C1/02; B22C3/00; C04B35/03; C04B35/04; C04B35/66; F27D1/10; F27D1/16, публ. 30.03.1999). As the closest analogue in terms of technical essence, the ZSS prototype was chosen for the formation or repair of a monolithic lining of a metallurgical melting furnace. The mixture is compacted by vibration applied to the template and contains a matrix material based on sintered magnesia, 7% by weight, carbon, 0.5% by weight. polyacrylic acid, 3% wt. silica sol and 6% wt. water (Patent US No. 5888586, IPC B22C1 / 02; B22C3 / 00; C04B35 / 03; C04B35 / 04; C04B35 / 66; F27D1 / 10; F27D1 / 16, publ. 03/30/1999).
К недостаткам прототипа следует отнести его принадлежность к большой чёрной металлургии, где при плавке сталей используются, как магнезиально-углеродные кирпичи, так и жидкие самотвердеющие смеси на магнезиальной основе, что не приемлемо при производстве отливок по выплавляемым моделям из жаропрочных сплавов, в том числе и в вакууме.The disadvantages of the prototype include its belonging to the large ferrous metallurgy, where, when melting steels, both magnesia-carbon bricks and liquid self-hardening mixtures on a magnesian basis are used, which is not acceptable in the production of investment castings from heat-resistant alloys, including in a vacuum.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, и невозможно обеспечить при использовании прототипа, является несостоятельность существующей технологии изготовления литейных форм для литья по выплавляемым моделям жаропрочных сплавов, в части получения плотного и прочного керамического покрытия в труднодоступных зонах литейной керамической формы, таких как: узкие и протяжённые каналы, карманы, глухие колодцы или глубокие мелкие отверстия, а также проточная часть сопловых аппаратов и роторов.A technical problem, the solution of which is provided in the implementation of the invention, and cannot be ensured when using the prototype, is the inconsistency of the existing technology for the manufacture of casting molds for investment casting of heat-resistant alloys, in terms of obtaining a dense and durable ceramic coating in hard-to-reach areas of a casting ceramic mold, such as : narrow and extended channels, pockets, blind wells or deep shallow holes, as well as the flow path of nozzles and rotors.
Технической задачей предлагаемого изобретения является получение плотного и прочного керамического покрытия в труднодоступных зонах литейной керамической формы, таких как: узкие и протяжённые каналы, карманы, глухие колодцы или глубокие мелкие отверстия, а также в проточной части сопловых аппаратов и роторов с целью повышения качества отливок из жаропрочных сплавов с равноосной структурой, снижения расходов на производство, за счёт использования недорогих и доступных материалов, при этом, применение разработанных на воздухе ЖСС, должно быть простым и не трудоёмким. The technical objective of the present invention is to obtain a dense and durable ceramic coating in hard-to-reach areas of a casting ceramic mold, such as: narrow and extended channels, pockets, blind wells or deep shallow holes, as well as in the flow path of nozzles and rotors in order to improve the quality of castings from heat-resistant alloys with an equiaxed structure, reducing production costs due to the use of inexpensive and affordable materials, while the use of LSS developed in air should be simple and not time consuming.
Техническая проблема решается тем, что в способе изготовления литейной керамической формы с использованием жидконаливных самотвердеющих смесей для литья по выплавляемым моделям, включающем изготовление выплавляемого модельного блока, содержащего, как минимум, одну восковую или полимерную модель, нанесение окунанием на модельный блок огнеупорного покрытия в виде лицевого и последующих слоёв огнеупорных суспензий для формирования керамической формы, обсыпку в пескосыпе каждого слоя зернистым белым электрокорундом, послойную сушку огнеупорного покрытия, удаление моделей из керамической формы, прокалку керамической формы, отличающийся тем, что в труднодоступных зонах литейной формы, таких как: узкие и протяжённые каналы, карманы, глухие колодцы или глубокие мелкие отверстия, а также в проточной части сопловых аппаратов и роторов формируются заливные стержни с использованием ЖСС, прошедших вакуумирование и включающих готовую к применению суспензию последующих слоев на основе высокощелочного водно-коллоидного связующего, огнеупорный наполнитель в виде зернистого белого электрокорунда и порошкообразный отвердитель в виде оксида щелочноземельного металла, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:The technical problem is solved by the fact that in the method of manufacturing a ceramic casting mold using liquid-poured self-hardening mixtures for investment casting, including the production 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 front and subsequent layers of refractory suspensions for the formation of a ceramic mold, sprinkling each layer with granular white electrocorundum in the sand, layer-by-layer drying of the refractory coating, removing models from the ceramic mold, calcining the ceramic mold, characterized by the fact that in hard-to-reach areas of the casting mold, such as: narrow and extended channels, pockets, blind wells or deep shallow holes, as well as in the flow path of nozzles and rotors, filling rods are formed using LSS, which have undergone evacuation and include a ready-to-use suspension of subsequent layers based on highly alkaline water-colloidal binder, refractory filler in the form of granular white electrocorundum and powdered hardener in the form of alkaline earth metal oxide, with the following ratio of ingredients, wt%:
при этом используется суспензия последующих слоёв следующего состава, мас. %:while using a suspension of subsequent layers of the following composition, wt. %:
а заполнение труднодоступных мест формы производится с приложением вибрации либо самотёком из ёмкости, либо при помощи шприца, либо из кондитерского мешка, при этом, заполнение труднодоступных мест может производиться как на восковой модели до её постановки в состав модельного блока, так и после нанесения и сушки, как минимум, одного лицевого слоя литейной формы, а воздушную сушку затвердевших заливных стержней производят на конвейере, расположенном в климатической камере по режиму сушки последующих слоёв при влажности воздуха 30-32%, температуре 20-22°С и скорости воздушных потоков 4,0-5,0 м/с в течение 3 часов, окончательную сушку керамического покрытия формы производят в климатической камере при тех же параметрах воздушного потока не менее 12 часов, а прокалку вытопленных форм производят по режиму:and the filling of hard-to-reach places of the form is carried out with the application of vibration either by gravity from the container, or with a syringe, or from a pastry bag, while filling in hard-to-reach places can be carried out both on a wax model before it is placed in the model block, and after application and drying , at least one face layer of the casting mold, and the air drying of the hardened filling rods is carried out on a conveyor located in the climatic chamber according to the drying mode of subsequent layers at 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 hours, the final drying of the ceramic coating of the mold is carried out in a climatic chamber with the same air flow parameters for at least 12 hours, and the calcination of the submerged molds is carried out according to the mode:
- загрузка керамической формы в холодную печь;- loading a ceramic mold into a cold oven;
- нагрев до температуры 105-110°С со скоростью ≤ 5°С/мин;- heating to a temperature of 105-110 ° C at a rate of ≤ 5 ° C / min;
- выдержка при температуре 105-110°С в течение 8 часов;- exposure at a temperature of 105-110 ° C for 8 hours;
- нагрев до температуры 740-750°С со скоростью ≤ 200°С/час;- heating to a temperature of 740-750 ° C at a rate of ≤ 200 ° C / hour;
- выдержка при температуре 740-750°С в течение 3 часов;- exposure at a temperature of 740-750 ° 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, в составе суспензии последующих слоёв используют высокощелочное водно-коллоидное связующее (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 aqueous-colloidal binder (pH 9.5 ... 10.5) containing 25.0-31.0% 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 слоёв используют КДСП с удельной поверхностью 6000-8000 см2/г.In addition, according to the invention, in the composition of the suspension of subsequent layers, CSPC with a specific surface area of 6000-8000 cm 2 / g is used.
Кроме того, согласно изобретению, ЖСС можно использовать, как для заливки труднодоступных мест восковых моделей при формировании модельного блока, так и для заливки труднодоступных мест в процессе формирования огнеупорного покрытия литейной формы после нанесения и сушки, как минимум, первого лицевого слоя.In addition, according to the invention, LSC can be used both for pouring hard-to-reach places of wax models when forming a model block, and for pouring hard-to-reach places during the formation of a refractory coating of a casting mold after applying and drying at least the first face layer.
Кроме того, согласно изобретению, в качестве огнеупорного наполнителя ЖСС используют зернистый белый электрокорунд фракций от F100 до F30.In addition, according to the invention, granular white fused alumina of fractions from F100 to F30 is used as a refractory filler LCC.
Кроме того, согласно изобретению, в качестве отвердителя используют порошок окиси магния (MgO) с удельной поверхностью зёрен 5000 - 5500 см2/г;In addition, according to the invention, magnesium oxide (MgO) powder with a specific grain surface of 5000 - 5500 cm 2 / g is used as a hardener;
Кроме того, согласно изобретению, готовая ЖСС перед заливкой подлежит вакуумированию для удаления воздуха, замешанного в ЖСС при её приготовлении.In addition, according to the invention, the finished LSC before filling is subject to evacuation to remove the air mixed in the LSC during its preparation.
Кроме того, согласно изобретению, уплотнение и пролив на глубину осуществляется с приложением вибрации.In addition, according to the invention, the compaction and depth spillage is performed with the application of vibration.
Кроме того, согласно изобретению, допускается армирование заливных стержней за счёт установки жеребеек. In addition, according to the invention, it is possible to reinforce the filler rods by installing foals.
При осуществлении способа используется суспензия последующих слоёв аналогично техническому решению опубликованного патента на изобретение RU 2723878.When implementing the method, a suspension of subsequent layers is used, similar to the technical solution of the published patent for invention RU 2723878.
Способ изготовления литейной керамической формы с использованием жидконаливных самотвердеющих смесей для литья по выплавляемым моделям включает изготовление выплавляемого модельного блока, содержащего, как минимум, одну восковую или полимерную модель, нанесение окунанием на модельный блок огнеупорного покрытия в виде лицевого и последующих слоёв огнеупорных суспензий для формирования керамической формы, обсыпку в пескосыпе каждого слоя зернистым белым электрокорундом, послойную сушку огнеупорного покрытия, удаление моделей из керамической формы, прокалку керамической формы.A method of manufacturing a ceramic casting mold using liquid-poured self-hardening mixtures for casting according to investment patterns includes the manufacture 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 to form a ceramic molds, sprinkling each layer with granular white fused alumina in the sand, layer-by-layer drying of the refractory coating, removing models from the ceramic mold, calcining the ceramic mold.
В отличии от прототипа, ЖСС готовится и используется следующим образом: отдельно взвешиваются и перемешиваются сухие компоненты смеси, отдельно взвешивается суспензия последующих слоёв, навеска сухих компонентов смешивается с навеской суспензии последующих слоёв с использованием миксера или вручную до получения однородной массы. Процесс перемешивания должен занимать не более 1,5-2 минут, после чего, смесь вакуумируют в течение 20-30 секунд и используют по назначению, при этом, для облегчения заполнения труднодоступных мест, допускается заливка ЖСС с приложенной вибрацией. В результате физико-химических изменений на границе двух сред происходит процесс гелеобразования, при этом протекает процесс объединения мицелл кремнезёма в более крупные агломераты. После затвердевания смеси в труднодоступных местах, форму следует просушить на конвейере, расположенном в климатической камере по режиму сушки последующих слоёв при влажности воздуха 30-32%, температуре 20-22°С и скорости воздушных потоков 4,0-5,0 м/с в течение 3 часов и только после этого приступить к дальнейшему формированию огнеупорного покрытия формы в соответствии с утверждённым технологическим процессом. По окончании, по меньшей мере, 12-часовой окончательной сушки, из формы удаляется восковая составляющая, после чего формы сохнут на воздухе в течение, не менее 12 часов, прокалку просушенных вытопленных форм производят по режиму:Unlike the prototype, ZhSS is prepared and used as follows: dry components of the mixture are separately weighed and mixed, the suspension of subsequent layers is separately weighed, a sample of dry components is mixed with a sample of suspension of subsequent layers using a mixer or manually until a homogeneous mass is obtained. The mixing process should take no more than 1.5-2 minutes, after which, the mixture is evacuated for 20-30 seconds and used for its intended purpose, while, to facilitate filling of hard-to-reach places, it is allowed to fill the LSS with applied vibration. As a result of physicochemical changes at the interface between the two media, the process of gelation occurs, while the process of combining silica micelles into larger agglomerates occurs. After the mixture has hardened in hard-to-reach places, the mold should be dried on a conveyor located in a climatic chamber according to the drying mode of subsequent layers at an air humidity of 30-32%, a temperature of 20-22 ° C and an air flow rate of 4.0-5.0 m / s within 3 hours and only after that proceed with the further formation of the refractory coating of the mold in accordance with the approved technological process. At the end of at least 12-hour final drying, the wax component is removed from the mold, after which the molds dry in air for at least 12 hours, calcination of the dried melted molds is carried out according to the mode:
- загрузка керамической формы в холодную печь;- loading a ceramic mold into a cold oven;
- нагрев до температуры 105-110°С со скоростью ≤ 5°С/мин;- heating to a temperature of 105-110 ° C at a rate of ≤ 5 ° C / min;
- выдержка при температуре 105-110°С в течение 8 часов;- exposure at a temperature of 105-110 ° C for 8 hours;
- нагрев до температуры 740-750°С со скоростью ≤ 200°С/ час;- heating to a temperature of 740-750 ° C at a rate of ≤ 200 ° C / hour;
- выдержка при температуре 740-750°С в течение 3 часов;- exposure at a temperature of 740-750 ° 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, в составе суспензии последующих слоёв используют высокощелочное 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 высокую реакционную способность мицелл к отвердителю при огеливании суспензии последующих слоёв. In addition, a highly alkaline water-colloidal binder with a pH of 9.5 ... 10.5, containing 25.0-31.0% SiO 2 micelles with a size of 8-10 nm and a specific surface area of 272-340 m 2 / g, which provides a high reactivity of micelles to the hardener during gelation of the suspension of subsequent layers.
Кроме того, в составе суспензии последующих слоёв используют наполнитель КДСП с удельной поверхностью 6000-8000 см2/г, что обеспечивает плотную упаковку компонентов ЖСС и экономичность процесса изготовления форм.In addition, in the composition of the suspension of subsequent layers, a CDSP filler with a specific surface area of 6000-8000 cm 2 / g is used, which ensures a dense packing of the LSS components and an economical process for making molds.
Кроме того, ЖСС можно использовать, как при заливке труднодоступных мест на восковых (полимерных) моделях при формировании модельного блока, так и при заливке труднодоступных мест в процессе формирования огнеупорного покрытия литейной формы после нанесения и сушки, как минимум, первого лицевого слоя, что обеспечивает расширение возможностей технологии при сокращении времени изготовления форм. In addition, ZhSS can be used both when pouring hard-to-reach places on wax (polymer) models when forming a model block, and when pouring hard-to-reach places during the formation of a refractory coating of a casting mold after applying and drying at least the first face layer, which provides expanding the capabilities of technology while reducing the time for making molds.
Кроме того, в качестве огнеупорного наполнителя ЖСС используют зернистый белый электрокорунд фракций от F100 до F30, что не ограничивает производство в выборе зернистости наполнителя и обеспечивает пониженное потребление суспензии последующих слоёв.In addition, granular white fused alumina of fractions from F100 to F30 is used as a refractory filler for LCC, which does not limit production in the choice of filler granularity and provides a reduced consumption of the suspension of subsequent layers.
Кроме того, в качестве отвердителя используют порошок окиси магния ГОСТ 4526-75 с удельной поверхностью зёрен 5000 - 5500 см2/г, что обеспечивает высокую реакционную способность отвердителя при огеливании суспензии последующих слоёв. Допускается армирование (упрочнение) заливных стержней (вставок) за счёт установки жеребеек. ЖСС можно использовать, как для заливки труднодоступных мест восковых (полимерных) моделей при формировании модельного блока, так и для заливки труднодоступных мест в процессе формирования огнеупорного покрытия литейной формы после нанесения и сушки, как минимум, первого лицевого слоя.In addition, magnesium oxide powder GOST 4526-75 with a specific grain surface of 5000 - 5500 cm 2 / g is used as a hardener, which provides a high reactivity of the hardener during gelation of the suspension of subsequent layers. Reinforcement (hardening) of filling rods (inserts) is allowed due to the installation of foals. ZhSS can be used both for pouring hard-to-reach places of wax (polymer) models when forming a model block, and for pouring hard-to-reach places during the formation of a refractory coating of a casting mold after applying and drying at least the first face layer.
На фиг.1 показано термическое расширение литейной керамики.Figure 1 shows the thermal expansion of the casting ceramic.
На фиг.2 показано термическое расширение литейной керамики плюс ЖСС.Figure 2 shows the thermal expansion of the casting ceramics plus LSC.
В таблице 1 представлен состав жидконаливных самотвердеющих смесей (ЖСС).Table 1 shows the composition of liquid-filled self-hardening mixtures (LSS).
В таблице 2 представлены основные технологические свойства заливных стержней.Table 2 shows the main technological properties of filling rods.
Составы ЖСС и литейной керамики для равноосного литья практически идентичны, что подтверждается дилатометрическим анализом по определению значений коэффициента термического расширения (КТР) при их нагреве до температуры 1400°С. Результаты исследования, представленные на фиг. 1 и 2, наглядно демонстрируют что КТР литейной керамики, содержащей ЖСС, хорошо сочетается с КТР самой литейной формы и в интервале температур от 200 до 960°C составляет 6,77×10-61/K и 6,69×10-61/K соответственно. Для графиков в координатах «Относительное изменение длины - Температура» принята следующая маркировка:The compositions of ZhSS and casting ceramics for equiaxed casting are practically identical, which is confirmed by dilatometric analysis to determine the values of the coefficient of thermal expansion (CTE) when they are heated to a temperature of 1400 ° C. The test results shown in FIG. 1 and 2, clearly demonstrate that the CTE of casting ceramics containing LSC is in good agreement with the CTE of the casting mold itself and in the temperature range from 200 to 960 ° C is 6.77 × 10 -6 1 / K and 6.69 × 10 -6 1 / K respectively. For graphs in the coordinates "Relative change in length - Temperature" the following marking is adopted:
- зелёная сплошная линия - относительное изменение длины, при нагреве;- green solid line - the relative change in length, when heated;
- зелёная точечная линия - КТР, при нагреве;- green dotted line - CTE, when heated;
- красная сплошная линия - относительное изменение длины, при охлаждении;- red solid line - relative change in length, upon cooling;
- красная точечная линия - КТР, при охлаждении.- red dotted line - CTE, when cooling.
В таблицах 1 и 2 приведены примеры использования ЖСС с указанием их состава и свойств. Контроль влажности ЖСС проводился в соответствии с требованиями ГОСТ 29234.5-91, время заливки и отверждения оценивалось визуально, контроль прочности ЖСС проводился на сжатие в соответствии с требованиями п. 3.8 ГОСТ 23409.7-78. Из таблиц следует оптимальный состав ЖСС, отражённый в формуле, так экспериментально установлено, что содержание наполнителя любой из представленных зернистостей не может превышать 22%, поскольку ЖСС в данном случае теряет текучесть, что особенно проявляется в сочетании с увеличением содержания отвердителя (MgO). Содержание отвердителя (MgO) менее 3% не целесообразно, поскольку влечёт за собой увеличение времени огеливания, а увеличение содержания отвердителя (MgO) более 8% приводит к снижению текучести ЖСС и резкому снижению времени огеливания.Tables 1 and 2 show examples of the use of ZHSS with an indication of their composition and properties. The moisture control of the ZhSS was carried out in accordance with the requirements of GOST 29234.5-91, the time of pouring and curing was assessed visually, the control of the strength of the ZhSS was carried out in compression in accordance with the requirements of paragraph 3.8 of GOST 23409.7-78. The tables show the optimal composition of the LSC, reflected in the formula, so it was experimentally established that the content of the filler of any of the presented grain sizes cannot exceed 22%, since the LSC in this case loses its fluidity, which is especially manifested in combination with an increase in the content of the hardener (MgO). The content of the hardener (MgO) less than 3% is not advisable, since it entails an increase in the gelation time, and an increase in the content of the hardener (MgO) over 8% leads to a decrease in the fluidity of the LSC and a sharp decrease in the gelation time.
Пример 1. Методом свободной заливки готовятся образцы из ЖСС следующего состава, мас. %: суспензия последующих слоёв 92,99 (содержит высокощелочное водно-коллоидное связующее 53,0 и КДСП 47,0), отвердитель в виде окиси магния (MgO) 7,0, огнеупорный зернистый наполнитель 0,01. ЖСС перед заливкой образцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом, заливка образцов производится с приложением вибрации, обеспечивающей заполнение оснастки. После затвердевания, образцы проходят операцию сушки на конвейере, расположенном в климатической камере по режиму сушки последующих слоёв при влажности воздуха 30%, температуре 20°С и скорости воздушных потоков 4,0 м/с в течение 3 часов, окончательную сушку образцов производят в климатической камере при тех же параметрах воздушного потока в течение 24 часов, а прокалку вытопленных форм производят по режиму: загрузка образцов в холодную печь; нагрев до температуры 105°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 105°С в течение 8 часов; нагрев до температуры 740°С со скоростью 200°С/час; выдержка при температуре 740°С в течение 3 часов; охлаждение с печью до температуры 50°С.Example 1. By the method of free pouring, samples are prepared from ZhSS of the following composition, wt. %: suspension of subsequent layers 92.99 (contains highly alkaline water-colloidal binder 53.0 and KDSP 47.0), hardener in the form of magnesium oxide (MgO) 7.0, refractory granular filler 0.01. Before pouring the samples, the LSS is evacuated to a state that ensures complete removal of the mixed air, while the samples are poured with the application of vibration, which ensures the filling of the tooling. After solidification, the samples undergo a drying operation on a conveyor located in a climatic chamber according to the drying mode of subsequent layers at an air humidity of 30%, a temperature of 20 ° C and an air flow rate of 4.0 m / s for 3 hours, the final drying of the samples is carried out in a climatic the chamber with the same parameters of the air flow for 24 hours, and the calcination of the submerged forms is carried out according to the following mode: loading the samples into a cold furnace; heating to a temperature of 105 ° C at a rate of 5 ° C / min; exposure at a temperature of 105 ° C for 8 hours; heating to a temperature of 740 ° C at a rate of 200 ° C / hour; exposure at a temperature of 740 ° C for 3 hours; cooling with a furnace to a temperature of 50 ° C.
Пример 2. Методом свободной заливки готовятся образцы из ЖСС следующего состава, мас. %: суспензия последующих слоёв 75,0 (содержит высокощелочное водно-коллоидное связующее 52,0 и КДСП 48,0), огнеупорный зернистый наполнитель 21,0 в виде белого электрокорунда фракции F54, отвердитель в виде окиси магния (MgO) 4,0. ЖСС перед заливкой образцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом, заливка образцов производится с приложением вибрации, обеспечивающей заполнение оснастки. После затвердевания, образцы проходят операцию сушки на конвейере, расположенном в климатической камере по режиму сушки последующих слоёв при влажности воздуха 31%, температуре 21°С и скорости воздушных потоков 4,5 м/с в течение 3 часов, окончательную сушку образцов производят в климатической камере при тех же параметрах воздушного потока в течение 24 часов, а прокалку вытопленных форм производят по режиму: загрузка образцов в холодную печь; нагрев до температуры 106°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 106°С в течение 8 часов; нагрев до температуры 745°С со скоростью 200°С/час; выдержка при температуре 745°С в течение 3 часов; охлаждение с печью до температуры 40°С.Example 2. By the method of free pouring, samples are prepared from ZhSS of the following composition, wt. %: suspension of subsequent layers 75.0 (contains highly alkaline water-colloidal binder 52.0 and KDSB 48.0), refractory granular filler 21.0 in the form of white electrocorundum fraction F54, hardener in the form of magnesium oxide (MgO) 4.0. Before pouring the samples, the LSS is evacuated to a state that ensures complete removal of the mixed air, while the samples are poured with the application of vibration, which ensures the filling of the tooling. After solidification, the samples undergo a drying operation on a conveyor located in a climatic chamber according to the drying mode of subsequent layers at an air humidity of 31%, a temperature of 21 ° C and an air flow rate of 4.5 m / s for 3 hours, the final drying of the samples is carried out in a climatic the chamber with the same parameters of the air flow for 24 hours, and the calcination of the submerged forms is carried out according to the following mode: loading the samples into a cold furnace; heating to a temperature of 106 ° C at a rate of 5 ° C / min; exposure at a temperature of 106 ° C for 8 hours; heating to a temperature of 745 ° C at a rate of 200 ° C / hour; exposure at a temperature of 745 ° C for 3 hours; cooling with a furnace to a temperature of 40 ° C.
Пример 3. Методом свободной заливки готовятся образцы из ЖСС следующего состава, мас. %: суспензия последующих слоёв 75,0 (содержит высокощелочное водно-коллоидное связующее 54,0 и КДСП 46,0), огнеупорный зернистый наполнитель 21,0 в виде белого электрокорунда фракции F30, отвердитель в виде окиси магния (MgO) 4,0. ЖСС перед заливкой образцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом, заливка образцов производится с приложением вибрации, обеспечивающей заполнение оснастки. После затвердевания, образцы проходят операцию сушки на конвейере, расположенном в климатической камере по режиму сушки последующих слоёв при влажности воздуха 32%, температуре 20°С и скорости воздушных потоков 5,0 м/с в течение 3 часов, окончательную сушку образцов производят в климатической камере при тех же параметрах воздушного потока в течение 24 часов, а прокалку вытопленных форм производят по режиму: загрузка образцов в холодную печь; нагрев до температуры 108°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 108°С в течение 8 часов; нагрев до температуры 750°С со скоростью 200°С/час; выдержка при температуре 750°С в течение 3 часов; охлаждение с печью до температуры 60°С.Example 3. By the method of free pouring, samples are prepared from ZhSS of the following composition, wt. %: suspension of subsequent layers 75.0 (contains highly alkaline water-colloidal binder 54.0 and KDSP 46.0), refractory granular filler 21.0 in the form of white electrocorundum fraction F30, hardener in the form of magnesium oxide (MgO) 4.0. Before pouring the samples, the LSS is evacuated to a state that ensures complete removal of the mixed air, while the samples are poured with the application of vibration, which ensures the filling of the tooling. After hardening, the samples undergo a drying operation on a conveyor located in a climatic chamber according to the drying mode of subsequent layers at an air humidity of 32%, a temperature of 20 ° C and an air flow rate of 5.0 m / s for 3 hours, the final drying of the samples is carried out in a climatic the chamber with the same parameters of the air flow for 24 hours, and the calcination of the submerged forms is carried out according to the following mode: loading the samples into a cold furnace; heating to a temperature of 108 ° C at a rate of 5 ° C / min; exposure at a temperature of 108 ° C for 8 hours; heating to a temperature of 750 ° C at a rate of 200 ° C / hour; exposure at a temperature of 750 ° C for 3 hours; cooling with a furnace to a temperature of 60 ° C.
Пример 4. Методом свободной заливки готовятся образцы из ЖСС следующего состава, мас. %: суспензия последующих слоёв 75,0 (содержит высокощелочное водно-коллоидное связующее 53,0 и КДСП 47,0), огнеупорный зернистый наполнитель 21,0 в виде белого электрокорунда фракции F100, отвердитель в виде окиси магния (MgO) 4,0. ЖСС перед заливкой образцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом, заливка образцов производится с приложением вибрации, обеспечивающей заполнение оснастки. После затвердевания, образцы проходят операцию сушки на конвейере, расположенном в климатической камере по режиму сушки последующих слоёв при влажности воздуха 31%, температуре 20°С и скорости воздушных потоков 4,0 м/с в течение 3 часов, окончательную сушку образцов производят в климатической камере при тех же параметрах воздушного потока в течение 24 часов, а прокалку вытопленных форм производят по режиму: загрузка образцов в холодную печь; нагрев до температуры 110°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 110°С в течение 8 часов; нагрев до температуры 748°С со скоростью 200°С/час; выдержка при температуре 748°С в течение 3 часов; охлаждение с печью до температуры 55°С.Example 4. By the method of free pouring, samples are prepared from ZhSS of the following composition, wt. %: suspension of subsequent layers 75.0 (contains highly alkaline water-colloidal binder 53.0 and KDSP 47.0), refractory granular filler 21.0 in the form of white electrocorundum fraction F100, hardener in the form of magnesium oxide (MgO) 4.0. Before pouring the samples, the LSS is evacuated to a state that ensures complete removal of the mixed air, while the samples are poured with the application of vibration, which ensures the filling of the tooling. After solidification, the samples undergo a drying operation on a conveyor located in a climatic chamber according to the drying mode of subsequent layers at an air humidity of 31%, a temperature of 20 ° C and an air flow rate of 4.0 m / s for 3 hours, the final drying of the samples is carried out in a climatic the chamber with the same parameters of the air flow for 24 hours, and the calcination of the submerged forms is carried out according to the following mode: loading the samples into a cold furnace; heating to a temperature of 110 ° C at a rate of 5 ° C / min; exposure at a temperature of 110 ° C for 8 hours; heating to a temperature of 748 ° C at a rate of 200 ° C / hour; exposure at a temperature of 748 ° C for 3 hours; cooling with an oven to a temperature of 55 ° C.
Положительный технический результат получен во всех приведённых примерах осуществления. По заявленному способу успешно проведены экспериментальные работы, способ рекомендован к использованию в производстве.A positive technical result was obtained in all the given examples of implementation. According to the claimed method, experimental work has been successfully carried out, the method is recommended for use in production.
Таким образом, предлагаемое изобретение с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками обеспечивает получение плотного и прочного керамического заливного стержня (вставки) в труднодоступных зонах литейной керамической формы, таких как: узкие и протяжённые каналы, карманы, глухие колодцы или глубокие мелкие отверстия, а также в проточных частях сопловых аппаратов и роторов, тем самым способствуя повышению качества отливок из жаропрочных сплавов с равноосной структурой, приводит к снижению расходов на производство, за счёт использования недорогих и доступных материалов, при этом, технологический процесс, основанный на использовании разработанных составов ЖСС прост, доступен и не претерпевает коренных изменений по сравнению с существующим.Thus, the proposed invention with the above distinctive features, in combination with the known features, provides a dense and durable ceramic filling rod (insert) in hard-to-reach areas of a ceramic casting mold, such as: narrow and extended channels, pockets, blind wells or deep shallow holes, as well as in the flowing parts of nozzles and rotors, thereby contributing to the improvement of the quality of castings from heat-resistant alloys with an equiaxed structure, leads to a decrease in production costs due to the use of inexpensive and affordable materials, while the technological process based on the use of the developed compositions of LSS simple, accessible and does not undergo radical changes in comparison with the existing one.
Claims (19)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105312A RU2756075C1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Method for manufacturing a ceramic casting mold using liquid-filling self-hardening mixtures for casting according to smelted models |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105312A RU2756075C1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Method for manufacturing a ceramic casting mold using liquid-filling self-hardening mixtures for casting according to smelted models |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2756075C1 true RU2756075C1 (en) | 2021-09-27 |
Family
ID=77851964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021105312A RU2756075C1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Method for manufacturing a ceramic casting mold using liquid-filling self-hardening mixtures for casting according to smelted models |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2756075C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3832370A1 (en) * | 1988-04-29 | 1989-11-09 | Giulini Chemie | New ceramic mixtures suitable for the production of moulds and cores which can be washed out with water |
| US5888586A (en) * | 1995-05-19 | 1999-03-30 | Veitsch-Radex Aktiengesellschaft Fur Feuerfeste Erzeugnisse | Use of a water-containing fire-resistant ceramic casting material |
| FR2862244B1 (en) * | 2003-11-13 | 2006-12-08 | Howmet Res Corp | REINFORCED CARAPACEOUS MOLD AND PROCESS FOR MANUFACTURING THE SAME |
| 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 |
| 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 RU2021105312A patent/RU2756075C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3832370A1 (en) * | 1988-04-29 | 1989-11-09 | Giulini Chemie | New ceramic mixtures suitable for the production of moulds and cores which can be washed out with water |
| US5888586A (en) * | 1995-05-19 | 1999-03-30 | Veitsch-Radex Aktiengesellschaft Fur Feuerfeste Erzeugnisse | Use of a water-containing fire-resistant ceramic casting material |
| FR2862244B1 (en) * | 2003-11-13 | 2006-12-08 | Howmet Res Corp | REINFORCED CARAPACEOUS MOLD AND PROCESS FOR MANUFACTURING THE SAME |
| 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 |
| 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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11179767B2 (en) | Compositions and methods for foundry cores in high pressure die casting | |
| DE69309105T2 (en) | FIREPROOF COMPOSITIONS | |
| US4025350A (en) | Gellable binders | |
| US5310420A (en) | Refractory containing investment material and method of making | |
| 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) | |
| KR20220029667A (en) | A sized mold obtainable from a casting material mixture comprising an inorganic binder and a phosphoric acid-based compound and an oxidizable boron compound, and a method for preparing the same and the use thereof | |
| CN106083205B (en) | A kind of method that integral alumina base ceramic-mould elevated temperature strength is improved by chemical vapor infiltration | |
| RU2756075C1 (en) | Method for manufacturing a ceramic casting mold using liquid-filling self-hardening mixtures for casting according to smelted models | |
| US3077648A (en) | Multi-layer shell mold | |
| KR102314875B1 (en) | Refractory coating compositions for forming surfaces on temporary molds or on cores for iron and steel foundry operations | |
| US2753608A (en) | Non-reactive gypsum plaster mold and method of casting therein | |
| US2754220A (en) | Permeable plaster mold | |
| GB2155484A (en) | Binder and refractory compositions | |
| US2949375A (en) | Siliceous casting cores | |
| RU2427441C1 (en) | Fluid mix with increased thermochemical stability for pattern casting 3d moulds | |
| RU2760139C1 (en) | Method for manufacturing ceramic rods in investment casting using self-hardening mixtures (options) | |
| JPH0636954B2 (en) | Composition for easily disintegrating mold | |
| JPH0663684A (en) | Production of ceramic core for casting | |
| RU2760460C1 (en) | Method for manufacturing of nonfired ceramic rods in castings using self-hardening mixtures (variants) | |
| CN113811405B (en) | Investment powder | |
| RU2754333C1 (en) | Method for manufacturing ceramic shell molds for casting according to smelted models of turbine blades with a directional and single-crystal structure | |
| JPH09192777A (en) | Gypsum mold | |
| RU2152841C1 (en) | Suspension for manufacturing ceramic molds and mold cores | |
| RU2748251C1 (en) | Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns | |
| RU2760029C1 (en) | Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns |