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

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ < 1863695

Союз Севетйкнк социалистический

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИ 6ТВЛЬСТВУ (б1) Дополнятельнов к авт. свяд-ву.— (22) Заявлено 300879 (21) 281,844/22-02 Р )М.

; с присоединением заявки HP— (23) Приоритет—

В 22 С 1/16

Государствеииый кояитет

СССР ио делая изобретеиий и открытий

Опубликовано 150981 Бюллетень Йо 34

Рз) УДК 621.. 742 . 42:

:621.74.045 (088.8) Дата опубликоаания описания 15.09.81 -

В.В.Аппилинский, В.В.Седельников, Я.

Л.П.Карепин и Г.Я.Козлов (72) Авторы изобретення (71) Заявитель (54 } СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ

СЛОЕВ ЛИТЕИНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПО ВЬП1ЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Изобретение относится к литейному производству, в частности для изготовления литейных форм нз жаропрочных сплавов по ныплавляемнм моделям.

Прн литье турбинных лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) одним из наиболее опасных дефектов являются горячие трещины. Далеко -не нсе трещины в лопатках обнаруживаются

10 сущестнующими методами контроля, и часть деталей попадает »а изделия, что приводит к критическим ситуациям.

Образование горячих трещин в лопатках в первую очередь сняэоно с ниэ- 15 кой податливостью оболочек, обуславливающейся высокой .прочностью, а также с термическими напряжениями, ноэникающими из-за различной скорости охлаждения тонкостенного пера 20 и толстостенной эамконой части. В первую очередь горячие трещины наблюдаются у рабочих лопаток, имеющих бандажную полку или большую закрутку пера. В этом случае эффект торможения усадки отливки со стороны формы проявляется более отчетливо.

Для устранения горячих трещин в лопатках необходимо иметь формы, в которых используется керамическая 30 оболочка, обладающая высокой податливостью, но имеющая достаточную конструктивную прочность и жесткость исключающие разрушение и распор формы жидким металлом во время заливки.

Учитывая, что при заливке металлом оболочка н первую очередь работает на изгиб, имеется возможность разупрочнить и сделать пористыми промежуточные слои керамики без большого ущерба для общей конструктивной прочности, так как при изгибе максимальные напряжения возникают в наружных слоях по сечению стенки оболочки, а максимальные — в срединных. Причем общая конструктивная прочность оболочки может быть компенсирована при раэупрочнении средин-. ных слоев увеличением толщины стенки формы. Увеличение толщины стенки формы по сравнению с традиционным способом нанесения пбкрытия (толщина одного слоя 0,7 — 0,9 мм) может быть достигнуто беэ увеличения коли.чества слоев за счет применения спо" соба обсыпки блоков зернистым матери-. алом (1) в сочетании с применением суспензии повышенной вязкости, образующей толщину каждого слоя в 2,02,5 мм.

863695

4, 1

Высокоподатливая керамическая оболочка должна состоять иэ прочного облицовочного слоя, малопрочного пористого слоя и наружного высокопрочного слоя, При этом связь облицо. вочного слоя с наружным высокопрочным должна осуществляться через зерна присыпочного песка пористого слоя, связанные в местах контакта друг с другом связующим суспензии с такой прочностью, чтобы при воздействии заливаемого металла не произошло разрушение этих связей и смещение г зерен относительно друг друга в поры.

Следовательно, с одной стороны, необходимо, чтобы высокопрочный облицовочный слой, раэупрочненный пористый слой и высокопрочный наружный слой работали как единое целое и оказывали необходимое сопротивление разрушающему воздействию заливаемого металла. С другой стороны, необходимо, чтобы при усадке отливки в процессе охлаждения происходило разрушение связей между зернами присыпочного песка пористого слоя при усилиях. меньших, чем усилия, вызывающие образование трещин в отливках.

Кроме того, толщина пористого слоя должна быть такой, чтобы при разрушении связей между зернами присыпочного песка происходило уменьшение толщины пористого слоя на значительную величину за счет перемещения зерен в пустоты. Следовательно, пористость промежуточных слоев, как с точки зрения податливости формы, так и с точки зрения теплоизоляционных свойств, должна быть высокой.

Практически пористость промеж точного слоя должна быть возможно максимальной при достаточной прочности керамики, обеспечивающей заливку жидкого металла в оболочку беэ ее разрушения и деформации.

Для осуществления процесса изготовления податливых Форм с высокопористой промежуточной разупрочненной

-.зоной необходима огнеупорная суспензия с выгорающей добавкой..

Широко известны составы огнеупорных суспензий, обеспечивающих высокую прочность керами-веских форм и включающих электрокорунд или дистенсиллиманит, а в качестве свяэующегогидролиэованный раствор этилсиликата (2) .

Известны также суспензии, позволяющие сочетать прочность формы с термостойкостью путем добавления в суспензию металлического пОрошка и вспенивателя (3).

Известен также состав огнеупорной суспензии, включающий в качестве выгорающей добавки древесные отходы (опилки, стружки, пробку), хлебные отходы и различные пластмассы (4).

Наиболее близкой к предлагаемому по техническому существу и достигаемому результату является суспензия на гидролизованном зтилсиликате, огнеупорном наполнителе (пылевидный кварц и дистенсиллиманит), в которой для увеличения пористости промежу- ) точного слоя, содержится до 3 вес.% электродного пека. Для промежуточных слоев в суспензию вводится до

50 вес.В дистенсиллиманита (5).

Применение составов огнеупорных

1О суспенэий для изготовления податливых Форм с пористым промежуточным слоем имеет ряд существенных недостатков. Так, при введении в суспензию древесных опилок наблюдается образование тпещин из-эа набухания и усадки их нри удалении моделей в воде и последующей подсушке Форм; происходит засорение электрокорунда при его регенерации из боя оболочек; при сгорании добавок, как правило, 2О обильно выделяется сажистый дым,что требует сооружения в печах устройств для подвода воздуха или кислорода с целью дожигания сажистых веществ.

Кроме того, огнеупорная суспензия с добавлением электродного пека не увеличивает пористость керамики, а следовательно и ее теплоизоляционные свойства; при выплавлении моделей электродный пек оплавляется, что снижает прочность оболочки и ведет 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 огнеупор4О нйй наполнитель, .гидролизованный этилсиликат и углеродсодержащую добавку, содержит в качестве углеродсодержащей добавки графитовый порошок при следующем соотношении ингредиентов, вес.Ъ

Гидролиэованный зтилсиликат 45-50

Графитовый порошок 33-35

Огнеупорный накопитель Остальное

8 качестве углеродсодержащей добавки суспензия содержит серебристый графит. !

Приготовление огнеупорной суспен 5 зии производится в бочке с помощью механической мешалки с числом оборотов крыльчатки 200-300 об/мин.

Времй перемешивания суспензия составляет 30-60 мин. Огнеупорная сусчен6О эия не выстаивается, Й сразу же используется для нанесения огнеупорного покрытия. Во время нанесения огнеупорного покрытия постоянного перемешивания суспензии не требуется, Седиментационная устоичивость (сох863695 ранение технологической вязкости суспензии в спокойном состоянии) находится в пределах 30-40 мин. Если огнеупорна суспензия находится в спокойном состоянии более 1 ч, то перед работой ее необходимо перемешать в течение 15-20 мин.

5 при нанесении огнеупорной суспензии на модельный блок достаточно однократного окунани.". (хорошая кроющая способность). для контроля вязкости суспенэии диаметр отверстия вискозиметра ВЗ-4 увеличен до b 0,05 мм. при этом вязкость суспензии в соответствии .с рецептурой при нормальном качестве гидролизованного раствора этилсили- 15 ката 40 устанавЛивают в предеЛах ZU30 Ст. Вязкость огнеупорной суспензии регулируется добавлением гидролизованного раствора зтилсиликата

{если краска более густая) или дистен-Щ силлкманита (если краска менее густая) .

Для получения высокопористого промежуточного слоя податливых керамических оболочек подготавливают пять смесей, каждая из которых содержит гидролизованный раствор зтилсиликата, в качестве огнеупорного накопителя,дистенсидлиманит: и в качестве углеродсодержащей добавки графитовый-порошск, в частности серебристый графит. С использованием каждой смеси изготавливают керами-. ческие формы для отливки пластин длиной 150 мм, толщиной 3 мм и шириной 40 мм, а также образцы для определения IopHGTocTH высокопористого слоя.

Формы изготавливают по следующей технологии.

Обычным порядком на .,одельные бло- Д() ки наносят 4 слоя суспензии, содержащей гидролизованный раствор этилсиликата и дистенсиллиманита. Затем наносят 5-ый и 6-ой слои суспензия с углеродсодержащей добавкой, а затем 7-ой слой опять на обычной суспензии . Обсыпка всех слоев осуществляется зернистым электрокорундом с виброуплотнением, а сушка — вакуумно-аммиачным способом, так как толщина каждого слоя. после обсыпки зернистым материалом составляет

2,0-3 мм. При указанной толщине слоя покрытия может не произойти— необратимого твердения связующего по всей толщине слоя, 55

Затем модели удаляют в горячей воде, формы просушивают прокаливают для удаления выгорающей добавки и 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 контроля формы 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 изобретению имеют следующие характеристики.

Разрушающая нагрузка на изгиб при комнатной температуре 7-слойной керамики с добавкой в суспензию 35% серебристого графита в 5-ый и б-ой

-слои при толщине слоя 12-13 мм, предварительно прокаленной при

1000 С в течение 3 ч, составляет 1.719 кгс.

Предел прочности. на сжатие при испытании перпендикулярно слоям

7-слойной керамики с добавкой- в суспензию 35В серебристого графита в

5-ый и 6-ой слои, предварительно прокаленной при 1000 С в течение 3 ч ° составляет 1.2-16 кгс/см, Разрушающая осевая нагрузка на сжатие (параллельно слоям) трубчатых керамических образцов,с отверстием Ф 5 мм и высотой 40 мм, предва - рительно прокаленных при 1000 С в течение 3 ч, толщиной 5-5,5 мм: 7слойной керамики с добавкой в суспензию 35% серебристого графита в 5-ый и 6-ой слои при толщине .стенок образцов 12-23 мм — 30-35; 9-слойной керамики с добавкой в суспензию 353 серебристого графита в 5-ый и 6-ой слои при толщине образца 14-15 мм—

30-34.

Газопроницаемость после прокалки при 1000 С в течение 3 ч 7-слойной керамики с добавкой в суспенэию 35% серебристого графита в 5-ый и 6-ой слои, составляет 17-19.

Газотворность при 1200 С предварительно прокаленной при 1000 С в течение 3 ч 7-слойной керамики с добавкой в суспензию 35Ъ серебристого графита в 5-ый и б-ой слои - газов нет.

Пористость керамики на суспензии с 35Ъ серебристого графита

65-68.

Прочность на изгиб в холодном состоянии керамической оболочки до выплавления модельной массы в воде составляет 45-55 кгс/см (керамические образцы аккуратно снимают с модельной подложки).

Прочность на изгиб в холодном состоянии керамической оболочки после выплавления модельной массы в воде

{t, воды 95-100 С) составляет 5060 кгс/см (сказывается пропитка керамики модельной массой), Прочность на изгиб в холодном состоянии керамики, изготовленной на обычной огнеупорной суспензии с применением того же гидрализованного

8 7

863695

t5

Таблица1

Ингредиенты

Составы суспенэий, вес.Ъ

3 ((1 (2

4 5

Гидролизованный этилсиликат 55

45 30 35

20 20 10

17

Дистенсиллиманит 20

Графитовый порошок

35 50 55

33 раствора этилсиликата, снятой с модельной подложки беэ выллавлвния в воде, составляет 50-60 гкс/см .

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 при 975225 С (графит . 4-ом и

5-ом слоях). Результаты химического анализа приведены в табл.3..

Содержания графита как в первых

3-х рабочих слоях, так и в наружных слоях не обнаружено после прокаливания оболочек в течение 1 ч.

Цвет керамики промежуточных сло- 20 ев после 1 ч прокалки светло-серый..

После прокаливания в течение 2 ч цвет керамики светло-коричневый.

После прокаливания в течение 3 и более часов цвет керамики светло- 5 розовый. Цвет обычных слоев керамики белый.

Остаточный углерод в промежуточных слоях керамики после 2 ч прокалки по оценке химического анализа находится в виде карбида кремния, образовавшегося в результате взаимодействия мелкодисперсного > графита .и исключительно активной Б10 ; образовавшейся иэ гидролизованного раствора этилсиликата.

Иэ приведенных данных следует, что во время прокаливания керамики в электрических печах при обычных атмосферных условиях (окислительная среда) происходит активное выгорание 40 графита, введенного в керамику в мелкодисперсном состоянии, и образование пор (величина пористости керамики и другие параметры приведены выше).

Детали, отлитые иэ сплавов ЖС-бу и ВЖЛ-12у, как в опытные формы, так и в серийные, не отличаются друг от . друга по химическому составу поверхностного слоя и основного металла.

Очистка поверхности деталей после отбивки 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, близ«х 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 последующейсушке 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 трещин о в отливках и с получением равномерного макрозерна без применения алюмината кобальта в качестве модификатора, что повышает пластичность материала (ЖС-бу) отливок; снижение температуры Формы на 100-150 С уменьшает разностенность отливок эа счетг улучшения температурных условий работы керамического стержня;стабилизируется геометрия отливок по разностенности за счет более мягкого прогрева оболочки и стержня при прокаливании и охлаждении Фсфм.

863695

Таблица2

Свойства

Показатели свойств суспензий

Л 1

3 4 5

68

76

Нет

Нет

Нет

Нет Нет

Нет Нет

Нет

Нет

Нет

Поведение суспензии при нанесении ее на керамический блок

Беэ под. теков, толщина слоя

li0-1/1 мм

Без подтеков, толщина слоя

2,0-2,2 мм

Без подтеков толщина слоя

2,1-2,5 мм

Т а блица 3

Строение керамики

Содержание углерода в промежуточных слоях, В

Время обжига

1 1 ) T 1

1 2 3 4 5 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 40

1.Суспензия для изготовления проме- .

0 жуточных слоев литейных керамических форм, получаемых по выплавляемым моделям, включающая огнеупорный наполнитель гидролиъюанный этилсиликат и -угле- 45 родсодержащую добавку, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения гаэопроницаемости и прочности . керамических форм, в качестве углеродсодержащей добавки суспензия со держит графитовый порошок при сле- дующем соотношении ингредиентов, вес.В

Гидролиэованный этилсиликат 45-50

Графитовый порошок 33-35 55

Огнеупорный наполнитель

2. Суспензия по и;1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что в качестве графитового порошка суспензия содержит порошок серебристого графита.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 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 C4IA Р 3367393, кл. 164-34, 1968, 5. Авторское свидетельствэ СССР

9 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 промежуточного слоя после прокалки, Наличие трещин на стенках формы после прокалки

Заливы в отливках

ЗаметныеЗаметподте- ные лодки тол-теки щиной, толщи-слоя на слоя

3 MM 3мм суспензия спол» зает с поверхности блока