Смесь для изготовления литейных керамических стержней

Союз Советских Социалистических Реслублик(22) Заявлено 231179 (21) 2862131/22-02 Р 1) М В 22 С 1/18 с присоединением заявки йоГосударствеииый комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СМЕСЬ ЦЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ Изобретение относится к литейно.му производству, а именно к формовочным смесям, применяемым для изготовления литейных стержней, используемых для получения полостейгазотурбинных лопаток из жаропрочных сплавов.Известна смесь 1 для изготовления керамических стержней, в составкоторой входят следующие компоненты,мас.%:Электрокорунд (ЭБ),зерно 9 180 80Электрокорунд (ЭБ),зерно 9 8 10Пылевидный кварц 10Пластификатор ПП или ПП15-18Перечисленные материалы смешивают при 80-140 о С в конверторе до жидкотекучего состояния и эапрессовывают в рресс-форму. Извлеченные иэпресс-формы стержни помещают в короб, засыпают просушенным глиноземом и подвергают обжигу при 1200 оСв течение 10 ч, а затем в графитовомтигле - в засыпке из графита - ивторично обжигают в индукционнойпечи при 1450 оС в течение одного часа.30 Недостатком этой смеси являетсято, что пылевидный кварц,как естественный материал содержит до 2 приме.сей, имеет большой коэффициент термического расширения (порядка 140-:-16010 т,оа ), что дает малую прочность при спекании б из =50-80 кг/мбольшую усадку до 1,5-2 и, следовательно, приводит к значительномуискажению геометрии керамическогостержня,Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности и достигаемому результату является смесь дляизготовления керамических стержней,содержащая электрокорунд,карбид кремния, полнорганоалюмосилоксановуюсмолу, легкоплавкий пластификаторна основе парафина с полиэтиленоми трансформаторное масло.полученный шликер иэ этой смесивакуумируют при 150-200 мм рт.стизапрессовываю при 90-110 фС и давлении 3-5 кг/см . Сырой стержень укладывают на драйер, являющийся точным отпечатком рабочей части однойполовинки пресс-формы, затем опрокидывают вместе с драйером в керамический короб, заполненный техническим глиноземом, укладывают на драйергруз, обеспечивающий давление 2.Зкг/см , и уплотняют глинозем вибрацией. После снятия груза и драйера верхнюю часть стержня засыпаютглиноземом, помещают в печь и обжигают стержни 2.Однако связующее, кремнеорганический лак, состоит из мелких глобулярных, кристаллических частиц двуокиси кремния (50 г) с большим количеством примесей, которые препятствуют процессу спекания, При спеканииизвестной смеси под воздействием температуры лак разлагается на 50МгО, СОг, С 0 и т.д., затем происходит собственно спекание корундас частицами кристаллического 51,Для нормального протекания этогопроцесса необходима высокая (порядка 1350 С) температура. обжига кера-мической смеси. Для улучшения процесса спекания можно было бы увеличить содержание кремнеорганическоголака, но это приведет к снижениюпрочности керамики, а если увеличитьтемпературу спекания, то увеличитсяусадка керамики при обжиге. Крометого, известная смесь керамическоймассы имеет малую пористость, чтоспособствует противодействию керамики охлаждающемуся металлу отливки иможет вызвать на ней трещины.Цель изобретения - снижение температуры спекания смеси при сохранении достаточной прочности и пористости стержней,20 30 Поставленная цель достигается тем, что смесь, включающая электрокорунд, легкоплавкий пластификатор наоснове парафина с полиэтиленом, а также кремнийсодержащее связующее, сорержит в качестве упомянутого 40 связующего плавленную двуокись кремния фракции 40-50 мкм и дополнительно содержит электродный графит при .следующем соотношении ингредиентов, мас.:45Плавленная двуокиськремния 3-8Легкоплавкий пластификатор на основепарафина с полиэти 0леном 9-17Электродный графит 3-8Электрокорунд ОстальноеПлавленная двуокись кремния фракции 40-50 мкм соответствует удельной йоверхности 13000-16000 см /г.2 Для изготовления керамических стержней было подготовлено 9 смесей, из них 7 смесей с удельной поверхностью двуокиси кремния равной 14500 см /г,г одна смесь - с 13000 см /г и одна - Щгс 16000 см /г.Двуокись кремния бралась в виде плавленного тонкодиспероного порошка, приготовленного из боя кварцевого стекла (С 5-1 ТУШД 0.027.220) с раз- Я мерами зерен не менее 10 мм. Помол производился в шаровой мельнице корундовыми шарами диаметром 18-20 мм н соотношении стекло: шары - 1;2 с добавлением дистиллированной воды из расчета 22 влажности. После мокрого помола, который произнодят в течение 24-48 ч, полученную массу сушат при 120 С.Легкоплавкий пластификатор (ПП) содержит 90 мас, высокоочищенного парафина (ГОСТ 16960-71 марки В, Вг, Вэ) и 10 мас. полиэтилена марки 15802- 02 0 ГОСТ 16337-70) придает сырым необожженным стержням необходимую прочность (6=60-90 кг/см,6= 60-70 кг/см ) .Электрокорунд для смеси брался следующего состава:электрокорунд Р 4с размером зерен 50-40 мкмэлектрокорунд Р 5с размером зерен 63"50 мкмэлектрокорунд М 12с размером зерен 160-125 мкм.Смесь электрокорундоных порошков брали соответственно в соотношении 1:0,42:0,4 загружали в конвертор и сушили в течение двух часов при 140- 160 С. Для перемешивания массы в конвертор загружали корундовые шары диаметром 40 мм в соотношении керамическая масса: шары - 1:1. После сушки и перемалывания в конвертор загружапи пластификатор и электродный графит и перемешивали массу в течение не менее трех часов. Готовую массу выгружали из конвертора, оснобождали от корундоных шарон и прессовали стержни при 140-160 С и данлении 3-5 кг/смг. Стержни устанавливали н керамические короба,. засыпали глиноземом ГАГОСТ 6912-64 или окисью магния ГОСТ 4226-67 и обжигали н прокалочной электропечи при 1250 С.В табл.1-3 приведены предлагаемые составы смесей и их свойства,Керамические стержни могут быть удалены из отливок н 70 растворе планиковой кислоты (НР) н течение 150 ч, или в автоклаве, заполненном раствором щелочи (КОН) 35-40-ной концентрации, плотностью 1,55- 1,41 г/смэ, при 180-210 С, давлении 3-5 атм, в течение 6-10 ч.Дисперсность частиц плавленной двуокиси кремния существенно влияет не только на температуру обжига, но и на усадку керамического стержня, пористость, прочность и чистоту его поверхности, Поскольку дисперсность влияет одновременно на .несколько факторов, то фракция принята оптимальной (40-50 мкм), что соответствует 13000-16000 смг/г.Как видно из табл.2,с уменьшением величины частиц плавленной двуокиси865479 Таблица 1 Ингредиенты, мас Ъ Шликер на основе плавленной двуокиси кремния Пласти- фикатор ГраФитСодержание Удельная поверхность,см/г 10,7 14500 5,0 3,0 81,3 5,0 11 2 5,0 14500 78,8 8,0 5,0 16,1 14500 70,9 145 00 3,0 9,7 5,0 82,3 12,2 5,0 5,0 14500 75,8 8,0 17,3 5,0 14500 69,7 5,0 12,8 5,0 13000 77,2 14500 50 79,0 11,0 5,0 16000 5,0 8,7 5 0 81,3 кремния уменьшается температураобжига керамики, так как более мелкие частицы лучше размягчаются за то же время при более низкой температуре.Предлагаемая смесь хорошо спекается в низкотемпературных (до 1300 аС) прокалочных электропечах, что исключает необходимость применения мало- экономичных пламенных высокотемпературных печей, При этом усадка керамической смеси минимальна, порядка 0,1. После обжига стержниимеют прочность Оиз =150-300 .кг/см и 6 =440-710 кг/см. Поверхность вйут.ренних полостей иэделий, сформйрованных керамическими стержнями, имеет чистоту 2,5 (илИЧ 6 по ГССТ 2789-73 и 5 класс точности по ГОСТ 1015 И 1 Т 2 по .:нормали 56-20 АИ) .Основной экономический эффект от использования предлагаемой смеси будет составлять от применения вкачестве связующего двуокиси кремния ве связующего двуокиси кремния стоимость 2,5 руб. 1 кг) взамен полиорганоалюмосилоксановой смолы (стоимость 14,5 руб. 1 кг ),1865479 10 Таблица 3 Обжиг стержней в засыпке в МдО Состав смесей Классточностипо нормали 5620 АНКлассточностиотливок оиобожженных кгс/см Чистота поверхности отливок377,5 182,1 0,1 АЛТ 2 5 кл.ост. 1015 450,8 АЛТ 2 5 клеост,1015 2,5 468,0 160 р 7 0,3 АЛТ 2 5 кл.ост.1015 171,8 0,1 2,5 493,8 АЛТ 2 5 кл.ост.1015 2 с 5 500,5 180 р 8 0,1 0;2 АЛТ 2 352,5 137,5 Вг 20 2,5 5 кл,ост.1015 408,3 153,7 0,2 АЛТ 2 2,5 534,0 5 кл.ост.1015 179,0 0,1 4775 АЛТ 2 йй 20 167,4 0,1 формула изобретения 8,0-17,0 Смесь для изготовления литейных М керамических стержней, преимущественно используемых при литье лопаток газотурбинных двигателей, вхлючающая электрокорунд, легкоплавкий пластификатор на основе парафина с поли- д 1 этиленом, кремнийсодержащее.связующее, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения температуры обжига стержней при сохранении высокой прочности и пористости, смесь д содержит в качестве кремнийсодержащего связующего плавленную двуокись кремнйй фракции 40-50 мкм и дополнительно содержит электродный графит при следующем соотношении ингредиентов, мас.Плавленная двуокиськремния фракция40-50 мкм 3,0-8,0 Легкоплавкий пластификатор на основепарафина с полиэти- леномЗаказ 7938/17 Тирам 872 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва,. 3-35 р Раушская наб., д.4/5филиал ППП "Патентф, г.Узгород, ул.Проектная, 4 Электродный графит 3,0-8,0Злектрокорунд Остальное.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Григорьева Н.А. и др. Отливкацелънолитых сопловых аппаратов с 2. Авторское свидетельство СССР9 348271, кл. В 22 С 1/22, 1969.