Суспензия для изготовления промежуточных слоев литейных керамических форм, получаемых по выплавляемым моделям

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ и 1863695 Сфаа Севетйкнк Сфциапиетический РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИ ВТВЛЬСТВУ 1 б 1) Дополнительное к авт. свид-ву -; с присоединением заявки Нов 123) Приоритет -В 22 С 1/16 Государствеиимй кояитет СССР ио делая изобретеиий и открытий(5 З) УДК б 21742.42: гб 21,74.045 (088.8) Дата опубликоааиия описания 15.09,81 .В,Аппилинск Л.П.Кар72) Авторыизобретения В.В.Седельникоин и Г.Я,Козлов 1) Заявител 4) СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ СЛОЕВ ЛИТЕИНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПО ВЬП 1 ЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМпрочностьпенсиронаных слоев20 формы. Увформы поспособомна одногобыть достчестна слсоба обсыалом 1)суспензииэующей тоЗО 2,5 мм,а о Изобретение относится к литейному производству , в частности для изготовления литейных Форм из жаропрочных сплавов по выпланляемнм моделям,При литье турбинных лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) одним из наиболее опасных деФектов являются горячие трещины. Далеко не нсе трещины н лопатках обнаруживаются сущестнуюцнми методами контроля, и часть деталей попадает на изделия, что приводит к критическим ситуациям.Образование горячих трещин н лопа ках н первую очередь сняэоно с низкой податливостью оболочек, обуславлинающейся высокой .прочностью, а так же с термическими напряжениями, ноэникающими из-за различной скорости охлаждения тонкостенного пера и толстостенной эамконой части. В первую очередь горячие трещины наблюдаются у рабочих лопаток, имеющих бандажную полку илн большую закрутку пераВ этом случае эффект торможения усадки отливки со стороны Формы проявляется более отчетливо. Для устранения горячих трещин н лоп тках необходимо иметь Формы, в к торых используется керамическая оболочка, обладающая высокой подат:ливостью, но имеющая достаточнуюконструктивную прочность и жесткостьисключающие разрушение и распор формы жидким металлом во время заливки.Учитывая, что при заливке металлом оболочка в первую очередь работаетна изгиб, имеется возможностьразупрочнить и сделать пористымипромежуточные слои керамики безбольшого ущерба для общей конструктивной прочности, так как при изгибе максимальные напряжения возникаютв наружных слоях по сечению стенки 5 оболочки, а максимальные - в срединных. Причем общая конструктивнаяоболочки может быть комна при раэупрочнении срединувеличением толщины стенкиеличение толщины стенкисравнению с традиционнымнанесения покрытия (толщислоя 0,7 - 0,9 мм) можетигнуто беэ увеличения колиоев за счет применения спопки блоков зернистым материн сочетании с применениемповышенной вязкости, обралщину каждого слоя в 2,0Высокоподатливая керамическаяоболочка должна состоять иэ прочногооблицовочного слоя, малопрочного пористого слоя и наружного высокопрочного слоя, При этом связь облицовочного слоя с наружным высокопрочным должна осуществляться через зер"на присыпочного песка пористого слоя,связанные в местах контакта друг сдругом связующим суспензии с такойпрочностью, чтобы при воздействиизаливаемого металла не произошлоразрушение этих связей и смещениезерен относительно друг друга в поры.Следовательно, с одной стороны, необходимо, чтобы высокопрочный облицовочный слой, раэупрочненный пористый слой и высокопрочный наружныйслой работали как единое целое иоказывали необходимое сопротивлениеразрушающему воздействию заливаемого металла, С другой стороны, необходимо, чтобы при усадке отливкив процессе охлаждения происходилоразрушение связей между зернами присыпочного песка пористого слоя приусилиях. меньших, чем усилия, вызывающие образование трещин в отливках.Кроме того, толщина пористого слоядолжна быть такой, чтобы при разрушении связей между зернами присыпочного песка происходило уменьшениетолщины пористого слоя на значительную величину за счет перемещениязерен в пустоты. Следовательно, пористость промежуточных слоев, какс точки зрения податливости формы,так и с точки зрения теплоизоляционных свойств, должна быть высокой.Практически пористость промеж 5;точного слоя должна быть возможно максимальной при достаточной прочностикерамики, обеспечивающей заливкужидкого металла в Оболочку беэ ееразрушения и деформации,Для осуществления процесса изготовления податливых форм с высокопористой промежуточной разупрочненнойзоной необходима огнеупорная суспензия с выгорающей добавкой.Широко известны составы Огнеупор"ных суспензий, обеспечивающих высокую прочность керамических форм ивключающих электрокорунд или дистенсиллиманит, а в качестве свяэующегогидролиэованный раствор этилсиликата (2).Известны также суспензии, позволяющие сочетать прочность формы стермостойкостью путем добавления всуспензию металлического порошка ивспенивателя (3).Известен также состав огнеупорнойсуспензии, включающий в качестве выгорающей добавки древесные отходы(опилки, стружки, пробку), хлебныеотходы и различные пластмассы (4),Наиболее близкой к предлагаемомупо техническому существу и достигаемому результату является суспензияна гидролизованном зтилснликате,огнеупорном наполнителе (пылевидныйкварц и дистенсиллиманит), в которойдля увеличения пористости промежу- )точного слоя, содержится до 3 вес,Зэлектродного пека. Для промежуточных слоев в суспензию вводится до50 вес, дистенсиллиманита (5),Применение составов огнеупорных1 О суспенэий для изготовления.податливых форм с пористым промежуточнымслоем имеет ряд существенных недостатков. Так, при введении в суспензию древесных опилок наблюцаетсяобразование тпещин из-эа набухания5 и усадки их нри удалении моделей вводе и последующей подсушке Форм;происходит засорение электрокорундапри его регенерации из боя оболочек 1при сгорании добавок, как правило,2 О обильно выделяется сажистый дым,чтотребует сооружения в печах устройствдля подвода воздуха или кислородас целью дожигания сажистых веществ.Кроме тогор ОгнеупОрная суспензияс добавлением электродного пека неувеличивает пористость керамики, аследовательно и ее теплонзоляционные свойства; при выплавлении моделей электродный пек Оплавляется,что снижает прочность оболочки иведет к появлению в ней трещин," применение указанной суспенэици для изготовления оболочковых форм не оказывает влияния на образования трещин в отливках.Целью изобретения являются повышение гаэопроницаемости и прочности керамических Форм.Поставленная цель достигается тем,что суспензия, включающая Огнеупор 4 О нйй наполнитель, гидролизованныйэтилсиликат и углеродсодержащуюдобавку, содержит в качестве угле"родсодержащей добавки графитовыйпорошок при следующем соотношенииингредиентов, вес,ЪГидролиэованный зтилсиликат 45-50Графитовый порошок 33-35Огнеупорный накопитель ОстальноеВ качестве углеродсодержащей добавки суспензия содержит серебристыйграФит.Приготовление огнеупорной суспен-зипроизводится в бочке с помощьюмеханической мешалки с числом оборотов крыльчатки 200-300 об/мин.ВремЯ перемешивания суспензия составляет 30-60 мин. Огнеупорная с 5 счен О эия не выстаивается, а сразу же используется для нанесения огнеупорного покрытия. Во время нанесения огнеупорного покрытия постоянного перемешивания суспензии не требуется,Седиментационная устоичивость (сохранение технологической вязкостисуспензии в спокойном состоянии)находится в пределах 30-40 мин. Еслиогнеупорна. суспензия находится вспокойном состоянии более 1 ч, топеред работой ее необходимо перемешать .в течение 15-20 мин,5при нанесении огнеупорной суспензии на модельный блок достаточно однократного окунани.". (хорошая кроющая способность).для контроля вязкости суспенэиидиаметр отверстия вискозиметра ВЗ увеличен до 6 1 0,05 мм. при этомвязкость суспензии в соответствиис рецептурой при нормальном качествегидролизованного раствора этилсиликата 40 устанавливают в пределах г 030 Ст. Вязкость огнеупорной суспензии регулируется добавлением гидролизованного раствора зтилсиликата(если краска более густая) или дистен-Щсиллкманита (если краска менее густая),Для получения высокопористогопромежуточного слоя податливых керамических оболочек подготавливаютпять смесей, каждая из которых содержит гидролизованный раствор зтилсиликата, в качестве огнеупорногонакопителя дистенсидлиманит: и вкачестве углеродсодержащей добавкиграфитовый порошск, в частности серебристый графит. С использованиемкаждой смеси изготавливают керами-,ческие Формы для отливки пластиндлиной 150 мм, толщиной 3 мм и шириной 40 ии, а также образцы для определения пористости высокопористогослоя,Формы изготавливают по следующейтехнологии.Обычным порядком на .одельные блоки наносят 4 слоя суспензии, содержащей гидролизованный раствор этилсиликата и дистенсиллиманита. Затемнаносят 5-ый и 6-ой слои суспензияс углеродсодержащей добавкой, азатем 7-ой слой опять на обычной сус"пензии . Обсыпка всех слоев осуществляется зернистым электрокорундомс виброуплотнением, а сушка - вакуумно-аммиачным способом, так кактолщина каждого слоя после обсыпки зернистым материалом составляет2,0-3 мм. При указанной толщинеслоя покрытия может не произойти -необратимого твердения связующегопо всей толщине слоя, 55 Затем модели удаляют в горячей воде, формы просушивают прокаливают для удаления выгорающей добавки й образования пористого слон в стенке керамической оболочки. Во время прокаливания опытных Форм выделения сажистого дыма, как при прокаливании форм с электродным пеком, не наблюдается,После охлаждения и контроляформы вновь нагревают и беэ опорного наполнителя заливают, металлом.Составы огнеупорных суспензий и изготовленных с их применением керамичес. ких оболочек имеют следующие характе".ристики ( см. табл.1 и 2),Керамические оболочки, изготовленные из суспензии согласно изобретениюимеют следующие характеристики.Разрушающая нагрузка на изгиб прикомнатной температуре 7-слойной керамики с добавкой в суспензию 35серебристого графита в 5-ый и б-ойслои при толщине слоя 12-13 мм,предварительно прокаленной при1000 С в течение 3 ч, составляет 1.719 кгс.Предел прочности. на сжатие прииспытании перпендикулярно слоям7-слойной керамики с добавкой- в суспензию 35 серебристого графита в5-ый и б-ой слои, предварительнопрокаленной при 1000 С в течение 3 ч .составляет 1.2-16 кгс/см,Разрушающая осевая нагрузка насжатие (параллельно слоям) трубча"тых керамических образцов,с отверстием Ф 5 мм и высотой 40 мм, предварительно прокаленных при 1000 С втечение 3 ч, толщиной 5-5,5 мм: 7 слойной керамики с добавкой в суспензию 35 серебристого графита в 5-ыйи 6-ой слои при толщине .стенок образцов 12-23 мм - 30-35 р 9-слойнойкерамики с добавкой в суспензию 35серебристого графита в 5-ый и б-ойслои при толщине образца 14-15 мм -30-34.Газопроницаемость после прокалкипри 1000 С в течение 3 ч 7-слойнойкерамики с добавкой в суспенэию 35серебристого графита в 5-ый и 6-ойслои, составляет 17-19.Газотворность при 1200 С предварительно прокаленной при 1000 Св течение 3 ч 7-слойной керамики сдобавкой в суспензию 35 серебристого графита в 5-ый и б-ой слои - газов нет,Пористость керамики на суспензии с 35 серебристого графитаб 5-68.Прочность на изгиб в холодном состоянии керамической оболочки до выплавления модельной массы в воде составляет 45-55 кгс/см 2 (керамическиеобразцы аккуратно снимают с модельной подложки).Прочность на изгиб в холодномсостоянии керамической оболочки после выплавления модельной массы в воде(С воды 95-100 С) составляет 5060 кгс/см (сказывается пропиткакерамики модельной массой),Прочность на изгиб в холодномсостоянии керамики, изготовленнойна обычной огнеупорной суспензии сприменением того же гидрализованного8 10 Таблица 1 Ингредиенты Составы суспенэий, вес.Ъ 4 5 Гидролизованный этилсиликат 55 45 30 35 20 20 10 50 17 Дистенсиллиманит 20 Графитовый по- рошок 3550 55 33 раствора этилсиликата, снятой с модельной подложки беэ выллавлвния в воде, составляет 50-60 гкс/смф.Таким образом, повышается общая конструктивная прочность формы, что практически исключает образование трещин оболочек при удалении из них модельной массы.Для оценки полноты сгорания графита в промежуточных слоях керамики проводят обжиг 7-слойных форм (гра-, фит в 4-ом и 5-ом слоях) и,10-слойных форм в электрических печах типа СНО нри 975125 С (графит 4-ом и 5-ом слоях). Результаты химического анализа приведены в табл.3. Содержания графита как в первых3-х рабочих слоях, так и в наружныхслоях не обнаружено после прокаливания оболочек в течение 1 ч.Цвет керамики промежуточных слоев после 1 ч прокалки светло-серый,.После прокаливания в течение 2 чцвет керамики светло-коричневый,После прокаливания в течение 3 и.более часов цвет керамики светлорозовый. Цвет обычных слоев керамики белый.Остаточный углерод в промежуточных слоях керамики после 2 ч прокалки по оценке химического анализанаходится в виде карбида кремния,образовавшегося в результате взаимодействия мелкодисперсногографитаи исключительно активной 810; образовавшейся иэ гидролизованного раствора этилсиликата,Иэ приведенных данных следует,что во время прокаливания керамикив электрических печах при обычныхатмосферных условиях (окислительнаясреда) происходит активное выгорание 40графита, введенного в керамику в мелкоЪисперсном состоянии, и образование пор (величина пористости керамики и другие параметры приведены выше).Детали отлитые иэ сплавов ЖС-буи ВЖЛУ, как в опытные Формы, таки в серийные, не отличаются друг отдруга по химическому составу поверхностного слоя и основного металла. Очистка поверхности деталей послеотбивки керамики осуществляется путем пескоструйной.обработки электрокорундом. Как видно из приведенных данных характеристики оболочковых форм на суспензии, содержащей выгорающую добавку в виде графитового порошка в пределах, близких к оптимальному (33-35%), значительно лучше соответствующих характеристик оболочковых форм на известной суспензия.Таким образом, суспензия для получения керамических литейных Форм по изобретению по сравнению с известной имеет ряд существенных преимуществ: обеспечивает повышение пористости промежуточного слоя, что позволяет увеличить податливость формы без уменьшения ее конструктивной прочности и повысить теплоизоляцию оболочки; позволяет избежать образование трещин в оболочках при выплавлении моделей в воде и последующей. сушке Форм благодаря неоплавляемости и ненабуханию выгорающей добавкиу облегчает регенерацию огнеупорного обсыпочного материала, например электрокорунда, иэ боя керамики, благодаря низкой эольнотсн; дает возможность иметь жесткую оболочку (практически любой толщины) с постоянной высокой податливостью, что обеспечит получение стабильных пЬ геометрии отливок без трещин; позволяет снизить температуру формы перед заливкой с учетом оФормления отливок до 850 С без образования трещинов отливках и с получением равномерного макроэерна без применения алюмината кобальта в качестве модификатора, что повышает пластичность материала (ЖС-бу) отливок; снижение темпе" ратуры Формы на 100-150 С уменьшает разностенность отливок эа счетг улучшения температурных условий работы керамического стержня;стабнли" эируется геометрия отливок по разностенности за счет более мягкого прогрева оболочки и стержня при прокаливании и охлаждении Форм.863695 10 Таблица 2 Свойства Показатели свойств суспензий щщ щш шщ щщ жш щ щ ещшщ 3 4 5 щ ю ш ю щ щ щщщщ50 68 66 76 80 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Поведение суспензиипри нанесении ее накерамический блок Беэ под.теков,толщинаслоя1,0-1,1 Без подтеков,толщинаслоя2,0-2,2 Без подтековр толщина слоя2,1-2,5 мм Т а блица 3 Строениекерамики Содержание углерода в промежуточных слоях, ВВремя обжига1 1 1 1 1 1 2 3 .45 6 7-слойная. 4,11 1,73 0,73 0,63 0,61 0,63 10-слойная 4,26 1,69 0.,69 0,65 0,65 0,62 Формула изобретения 401.Суспензия для. изготовления проме-,6жуточных слоев литейных керамическихформ, получаемых по выплавляемым моделям, включающая огнеупорный наполнительгидролиъюанный этилсиликат и углеродсодержащую добавку, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения гаэопроницаемости и прочностикерамических форм, в качестве углеродсодержащей добавки суспензия содержит графитовыйфпорошок при сле-дующем соотношении ингредиентов,вес.ВГидролиэованный этилсиликат 45-50Графитовый порошок 33-35 55Огнеупорный напол- нитель ф 2. Суспензия по и;1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что в качестве графитового порошка суспензия содержитпорошок серебристого графита,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 261663, кл. В 22 С 25/00, 1969. 2. Гуляев В.Б. и др. Специальные способы литья, Л 1971, с. 217. 3. Авторское свидетельство СССР М 482235, кл. В 22 С 1/00, 1974,4. Патент СШЬ Р 3367393,кл. 164-34, 1968,5. Авторское свидетельство СССР Р 183908, кл. В 22 С 9/04, 1964.Остальное ВНИИПИ Заказ 7708/42 Тираж 872 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Пористость промежуточногослоя после прокалки,Наличие трещин на стенкахформы после прокалкиЗаливы в отливках ЗаметныеЗаметподте- ные лодки, тол-теки, щиной, толщи-. слоя на слоя 3 мм Зммсуспензия сползает с поверхностиблока