SU933174A1 - Смесь дл изготовлени огнеупорных литейных стержней - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к оЬласти литейного производства и может быть использовано дл  получени  керамических стержней, выполн ющих в литых охлаждаемых лопатках газотурбинного двигател  газовые тракты.

Известна смесь дл  изготовлени  керамических стержней, котора  содер жит огнеупорный наполнитель на основе окислов кремни  и алюмини , легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом и карбид кремни  в качестве упрочн ющей добавки lj.

Готовые стержни имеют следующие свойства при прочность при изгибе до 280 кг/см ; прочность при сжатии до 220 кг/см .

,/1ри температуре прокладки стержней около 1000 С карбид кремни  начинает взаимодействовать с кислородом с образованием кремнезема. Температура прогрева стержн  при заливке металлом составл ет IZOO-ISOO C. При

ЭТИХ температурах стержни i состо щие из пылевидного кварца, имеют малую прочность. Под воздействием зали ваемого металла они деформируютс , что приводит к браку отлибок.

Повысить прочность стержней можно увеличением температуры спекани , но при этом усложн етс  технологический процесс и увеличиваютс  энергозатраты , что значительно увеличивает сто10 имость лить .

Известна смесь дл  изготовлени  стержней, в составе которой содержитс  в качестве добавки, повышающей прочность стержней и ускорение про15 цесса спекани  смеси, окись железа 2.

Присутствие в стержневом составе смеси окислов железа резко снижает температуру спекани  керамики, при

20 этом нар ду с твердофазным спеканием происходит жидкофазное спекание за счет образовани  таких легкоплавких соединений, как, например, фей3 ,  лит с температурой плавлени  1209 Эти стержневые составы непригодны д получени  отливок из сплавов с температурой плавлени  выше 1200°С, та как при контакте со сплавом стержни будут разм гчатьс , тер   конфигурацию; поэтому стержни из этого состава примен ютс  дл  получени  отливок из легоплавких сплавов. Наиболее близкой к изобретению  вл етс  смесь, содержаща  огнеупор ный наполнитель на основе окислов алюмини  и кремни , легкоплавкий пластификатор (17-21 мас.%) на основе парафина с полиэтиленом и ynpo н ющую добавкуt 0,1-1,5 мас.%) , в «ачестве которой содержитс  бишофит предварительно прокаленный при 290ЗООЧ 3. При прокалке стержней бишофит за счет взаимодействи  с компонентами наполнител  образует форстерит и шпинели, образовавшиес  соединени  повышают прочность стержней, но при температуре контакта со сплавом на основе никел  она недостаточно высо и составл ет 70-80 кгс/см при 1150 1200 С. Однако увеличить содержание бишо фита в смеси из-за возникновени  значительных объемных превращений нельз , так как это приводит к растрескиванию и снижению прочности стержней. Целью изобретени   вл етс  повышение прочности стержней при контак их со сплавом на никелевой основе. Цель достигаетс  тем, что смесь дл  изготовлени  огнеупорных литейных стержней, включающа  огнеупорны наполнитель на основе окислов кремн и алюмини , -легкоплавкий пластифика тор на основе парафина с полиэтиленом , в качестве упрочн ющей добавки содержит нитрид кремни  при следующем соотношении ингредиентов, мас.% j Легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом17 ,0-21,0 Нитрид кремни  0,1-10,0 Огнеупорный наполнитель на основе окислов кремни  и алюми и  Остальное Нитрид кремни  обладает высокой термической устойчивостью, высокой стойкостью против окислени  при высоких температурах, котора  обуславливает .высокую прочность при высоких температурах, так, например, образец Из нитрида кремни  при 20с имеет прочность при изгибе 16 кг/мм при 1200°С прочность при изгибе составл ет 1,7 кг/мм, , - J кроме того.нитрид кремни  обладает высокой стойкостью по отношению к расплавленному металлу. Нитрид кремни , распредел  сь по объему стержн , играет роль упрочн ющей фазы при высоких температурах, воздействующих на стержень при контакте с расплавом. Было приготовлено п ть стержневых составов с содержанием пластификатора ПП-15 на основе парафина с полиэтиленом/ 17-21 масД; огнеупорного наполнител  на основе окиси алюмини  и кремни  (смесь плавленого кварца и электрокорунда в соотношении соЬтветственно и добавлением нитрида кремни , количество которого в каждой смеси составл ло последовательно О , 1 ; 1,0; 5,0; 10,0; 15,0 масД. Дисперсность порошков огнеупор го наполнител  и нитрида кремни  доставл ет 10-30 мкм. Технологи  приготовлени  стержневой смеси не отличаетс  от обычной и заключаетс  в тщательном перемешивании сухих компонентов, затем перемешивании сухих компонентов и пластификатора в термостате, имеющем температуру 120-130°С. Спекание керамических образцов проводили в засыпке с постепенным набором температур и выдержкой при в течение трех ч. Составы смесей приведены в табл.1 , а их свойства в табл,2.

Таблица

Огнеупорный напонитель:

плавленый кварц электрокорунд б соотношении 1 : 4

Легкоплавкий пластификатор .ПП-15

Нитрид кремни 

.Огнеупорный наполнитель на основе окислов кремни  и алюмини 

Бишофит, прокаленный при 290-3004

Прочность на изгиб, кгс/см при температуре .испытаний 20°С

при температуре испытаний 115(f С

ПО . 140 UaK видно из табл.1, оптимальна  добавка нитрида кремни  находитс  в пределах 0,1-10 вес.. Введение нитрида кремни  менее 0,1 не увеличивает прочности издели . При уве

82,9 80,0 75,0 69,0 65,0

17 18 20 21 20

19 0.1 1,0 5,0 10,0 15,0

80

305 300 270 310

Claims (3)

180 195 70-80 личении количества нитрида кремни  более 10% .наблюдаетс  уменьшение прочности. Это св зано с тем, что увеличение количества нитрида кремни  требует увеличени  температуры и времени спекани , а это приводит к увеличению энергозатрат. Широкие пределы добавок нитрида кремни  в стержневом составе объедин ютс  применением их в различных видах лопаток. Стержни со сложным профилем и тонкими стенками 0,1 1,5 мм изготовл ют изсоставов, содержащих небольшое количество нитрида кремни , так как тонкостенные лопатки имеют высокую скорость затвердевани  ( врем  действи  высоких температур на стержень мало. При габаритных стержн х с толстыми стенками количество нитрида кремни  в стержневом составе должно быть увеличено, так как стержень при за- ливке металлом подвергаетс  длитель- ному воздействию высоких-температур Нитрид кремни  имеет низкий коэффици ент термического расширени  2, градТ , соизмеримый с наполнителем, поэтому размерна  точность отливок не нарушаетс . Предложенный состав изготавливают так же, как известный. Толщина стенок лопаток газотурбин ного двигател , дл  газовых трактов которых используютс  стержни из пред лагаемого состава, составл ет 0,3 6 мм. Заливку форм производ т в вакууме сплавом на никелевой основе. Форму подогревают до , а температура заливки составл ет С вводом нитрида кремни  в смесь существенно повышаетс  прочность стержней, которые прогреваютс  во врем  заливки до 1250-1300°С.Удалени стержней из полости лопатки осуществл етс  в ЗО-ЗЗ ном растворе аделочей при 130-135 С. Врем  удалени  зависит от конфигурации лопатки и от количества окиси кремни  в стержне9 8 вой смеси. Всреднем врем  удалени  стержней составл ет ч. Использование предложенного состава дает возможность уменьшить количество брака на 20-231. Ожидаемый экономический эффект от внедрени  предлагаемого изобретени  по предварительным расчетам составит 80-90 тыс.руб. в год. Формула изобретени  I Смесь дл  изготовлени  огнеупорных литейных стержней дл  выполнени  газовых трактов в литых охлаждаемых лопатках газотурбинного двигател , включающа  огнеупорный наполнитель на основе окислов кремни  и алюмини , легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом и упрочн ю «У добавку, отличающа с  тем, что, с целью повышени  прочности стержней при контакте их со сплавом на никелевой основе, смесь в качестве упрочн ющей добавки содержит нитрид кремни  при следующем соотношении ингредиентов, мас.: Легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом 17,0-21,0 Нитрид кремни  0,1-10,0 Огнеупорный наполнитель на основе окислов кремни  и алюмини  Остальное Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 435048, кл. В 22 С 9/04, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР №668764, кл. В 22 С 1/00, 1974.

3.Авторское свидетельство СССР по за вке If 2839860/02, кл. В 22 С 1/18, 1979.