Способ изготовления керамических оболочек для литья по удаляемым моделям

Авторы патента:

B22C9/04 - с применением разовых моделей

Владельцы патента RU 2547071:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ (RU)

Изобретение относится к литейному производству. Модельный блок послойно обмазывают керамической суспензией с последующей обсыпкой огнеупорным материалом и сушкой каждого слоя. В качестве обсыпочного материала используют измельченный бой керамических оболочек, содержащий в своем составе кварц в фазах тридимита и кристобалита, железо и железную окалину. Обеспечивается повышение трещиностойкости и прочности керамических оболочек. 1 пр.

Изобретение относится к литейному производству, а именно, к получению стальных отливок по удаляемым моделям.

Известен способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям, включающий обработку модельного блока в огнеупорной суспензии, в котором первые один или два слоя выполнены с использованием в качестве связующего гидролизованного раствора этилсиликата и пылевидного диоксида кремния в качестве наполнителя, а последующие слои - с использованием в качестве связующего жидкого стекла и пылевидного диоксида кремния в качестве наполнителя, и последующую обсыпку модельно-керамического блока зернистым материалом на основе диоксида кремния, отличающийся тем, что пылевидный диоксид кремния как наполнитель используют в фазе тридимита с размером фракции до 100 мкм, а зернистый диоксид кремния используют также в фазе тридимита с размером зерен 100-400 мкм. После нанесения первых двух слоев с использованием в качестве связующего гидролизованного раствора этилсиликата наносят разделительный слой на основе алюмоборфосфатного концентрата плотностью 1,25-1,30 г/см³. После нанесения первого слоя с использованием в качестве связующего гидролизованного раствора этилсиликата наносят разделительный слой на основе алюмоборфосфатного концентрата плотностью 1,25-1,30 г/см³. Зернистый материал плакируют алюмоборфосфатным концентратом в количестве 3-5% от массы зернистого материала [1].

Данный способ имеет ряд недостатков. Он характеризуется высокими трудоемкостью, длительностью и сложностью реализации, поскольку требует введения дополнительных операций технологического процесса, в частности, нанесения разделительного слоя на основе алюмоборфосфатного концентрата и плакирования алюмоборфосфатным концентратом зернистого материала. Наличие в составе связующего жидкого стекла может приводить к разупрочнению керамических оболочек, поскольку жидкое стекло обладает низкой термической стойкостью. Кроме того, оболочковые формы, имеющие в своем составе жидкое стекло, могут характеризоваться недостаточно хорошей выбиваемостью.

Известен способ изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям, включающий послойное нанесение на блок выплавляемых моделей суспензии, обсыпку огнеупорным материалом, вытопку моделей, сушку и прокаливание, отличающийся тем, что, с целью сокращения расхода огнеупорного материала, повышения газопроницаемости, термостойкости и прочности оболочковых форм, третий слой оболочки обсыпают крупной фракцией, а последующие слои - мелкой фракцией предварительно просушенного керамического боя форм (возврата) после выбивки отливок [2].

К недостаткам способа можно отнести введение дополнительной операции сушки керамического боя (возврата) перед использованием, а также тот факт, что возврат используется, начиная с третьего слоя формы, а для формирования первых двух слоев требуются свежие материалы.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления керамических оболочек для литья, преимущественно, по удаляемым моделям, включающий формирование оболочки путем послойной обмазки модельного блока керамической суспензией с последующей обсыпкой огнеупорным материалом и сушкой, удалением моделей и прокалкой, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества литья за счет повышения прочности оболочек на сжатие и на изгиб, а также уменьшения коэффициента термического расширения оболочек и устранения линейной усадки, обмазку проводят составом, масс.%: тонкоизмельченный тридимит и/или кристобалит удельной поверхностью 4000-8000 см²/г с содержанием оксида натрия и/или калия 2,0-6,0 масс.% - 50-70; вода - 30-50, а в качестве обсыпочного материала используют тонкоизмельченный тридимит и/или кристобалит удельной поверхностью 200-2000 см²/г с содержанием оксида натрия и/или калия 0,5-1,0 масс.% [3].

Известный способ имеет ряд недостатков. Тонкоизмельченный тридимит и/или кристобалит получают путем обжига в течение 1,5-2,0 ч кварцевого песка в присутствии карбонатов натрия и/или калия, например технической соды, при температуре порядка 1300°C. При этом для получения материала на основе тридимита требуется более длительный обжиг и соответственно более высокие энергозатраты, чем для получения материала на основе кристобалита. Далее получаемый щелочно-кремнеземный ингредиент с кремнеземным модулем 40-50 подвергают измельчению и дроблению до получения дисперсного порошка. Данные обстоятельства обуславливают высокую трудо- и энергоемкость, а также сложность технологического процесса. Кроме того, указанные в прототипе составы обмазки и обсыпочного материала не всегда обеспечивают требуемую скорость охлаждения керамической оболочки после ее заливки металлическим расплавом из-за недостаточной теплопроводности материала формы, что может привести к образованию грубой крупнозернистой микроструктуры формирующейся отливки, снижающей ее механические свойства.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Решается задача экономии затрат на приобретение свежих материалов и сокращения операций их подготовки к использованию при снижении трудовых и энергетических ресурсов на реализацию технологического процесса изготовления керамических оболочек.

Технический результат - повышение качества керамических оболочек.

Технический результат достигается тем, что, согласно способу изготовления керамических оболочек для литья по удаляемым моделям, включающему формирование оболочки путем послойной обмазки модельного блока керамической суспензией с последующей обсыпкой огнеупорным материалом и сушкой, удалением моделей и прокалкой, в качестве обсыпочного материала используют измельченный бой керамических оболочек, содержащий в своем составе кварц в фазах тридимита и кристобалита.

В составе боя керамических оболочек, образующегося после выбивки стальных отливок из форм, помимо кварца в фазах тридимита и кристобалита (основа) содержится до 5-10% железа и железной окалины.

Высокотемпературные фазы кварца - тридимит и кристобалит - формируются необратимо в ходе заливки керамических оболочек стальным расплавом, их последующей выбивки и хранения образовавшегося боя и имеют меньший коэффициент линейного термического расширения по сравнению с низкотемпературными фазами кварца - α- и β-кварцем. Их использование в качестве обсыпочного материала исключает повторное протекание полиморфных превращений кварца при прокаливании и заливке форм, обусловливающих изменение объема, плотности и смены видов кристаллических решеток материала, что позволяет повысить трещиностойкость и прочность оболочек и минимизировать брак получаемых отливок. Железо создает своеобразный армирующий каркас и способствует повышению теплопроводности материала оболочки, позволяя получать мелкозернистую микроструктуру отливок за счет высокой скорости охлаждения формы. Окись железа присутствует в составе боя керамических оболочек большей частью в виде гематита, что снижает вероятность образования пригара при заливке форм стальным расплавом, либо делает его легкоотделяемым.

Пример осуществления способа

Оболочковые формы изготавливали следующим образом. Для изготовления огнеупорной суспензии использовалось готовое связующее ГС-20Э ТУ 6-02-1-046-95 и маршалит (искусственный пылевидный кварц) марки А и Б по ГОСТ 9077-82. Для доводки связующего до рабочей вязкости использовалась добавка азотной кислоты.

В качестве обсыпочного материала применялся измельченный бой керамических оболочек, прошедший просеивание с целью распределения по фракциям. Для первого слоя применялся бой со средним размером фракции 0,2 мм, для последующих слоев - свыше 0,3 мм.

Равномерное покрытие поверхности модельного блока огнеупорной суспензией проводилось послойно путем 2-3-кратного погружения блока в рабочую емкость гидролизера с целью удаления пузырьков воздуха с поверхности блока и предоставления возможности отекания избытку суспензии. Сушку каждого слоя проводили на воздухе в течение 5-6 часов при температуре 22-28°C и влажности не выше 60%. Общее количество слоев оболочковой формы - шесть.

Вытопка моделей осуществлялась горячей водой при температуре 90-99°C. Далее проводилась сушка оболочковых форм на воздухе в течение 2,0 ч. Затем проводилась формовка оболочковых форм в прокалочные опоки с использованием в качестве наполнителя измельченного керамического боя оболочек. Прокаливание оболочковых форм в опорном наполнителе в прокалочной печи СНО 8.16.5/10 осуществлялось по режиму: нагрев до 700°C со скоростью не более 150°C в час с выдержкой при температурном максимуме 4,0-6,0 ч.

В многослойных оболочковых формах изготавливались отливки «Барашек» массой 80 г из стали 30Л ГОСТ 977-88. Заливка форм проводилась при температуре 1550-1580°C.

Результаты промышленных испытаний, проведенных согласно предлагаемому способу, показали, что из десяти опытных оболочек ни одна не разрушилась при прокаливании и последующей заливке стальным расплавом.

Испытания подтвердили эффективность предлагаемого способа для получения высококачественных оболочковых форм при снижении трудо-, энергоемкости, сложности технологического процесса их изготовления и экономии затрат на свежие материалы.

Источники информации

1. Патент на изобретение РФ №2302311, B22C 9/04, 2007.

2. Тимофеев, Г.И. Использование отработанной смеси при изготовлении форм по выплавляемым моделям / Г.И. Тимофеев, А.И. Евстигнеев // Литейное производство, 1980. - №3. - С.21-22.

3. Авторское свидетельство СССР №1353565, B22C 9/04, 1987 - прототип.

Способ изготовления керамических оболочек для литья по удаляемым моделям, включающий формирование оболочки путем послойной обмазки модельного блока керамической суспензией с последующей обсыпкой огнеупорным материалом и сушкой, удаление моделей и прокалку оболочки, отличающийся тем, что в качестве обсыпочного огнеупорного материала используют измельченный бой керамических оболочек, содержащий в своем составе кварц в фазах тридимита и кристобалита, железо и железную окалину.

Изобретение относится к области литейного производства. Послойно формируют оболочку из огнеупорного, обсыпочного и связующего материалов.

Способ изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям // 2536130

Заявленное изобретение относится к литейному производству. Подготовленную огнеупорную суспензию наносят послойно на модель методом погружения и наносят обсыпку.

Обсыпочный материал для изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям // 2532765

Изобретение относится к литейному производству. Обсыпочный материал содержит в мас.%: электрокорунд 30-40, железная окалина 25-35, железо остальное.

Способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям // 2532764

Изобретение относится к литейному производству. На блок выплавляемых моделей наносят огнеупорную суспензию.

Способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям // 2532753

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает послойное нанесение на блок выплавляемых моделей огнеупорной суспензии, обсыпку зернистым материалом, вытопку моделей, сушку и прокаливание.

Способ изготовления отливок по выплавляемым моделям // 2532750

Изобретение относится к литейному производству. На блок выплавляемых моделей послойно наносят огнеупорную суспензию.

Способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям // 2532583

Изобретение относится к литейному производству. На модельном блоке формируют оболочку с использованием кремнезольного связующего, огнеупорного наполнителя и обсыпочного материала.

Способ изготовления литейных керамических форм // 2531335

Изобретение относится к области литейного производства. На модели формируют огнеупорные слои из огнеупорной суспензии на основе этилсиликатного связующего.

Способ изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям для сложнопрофильных отливок // 2529603

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает приготовление огнеупорной суспензии, послойное формирование огнеупорных слоев оболочки, сушку, отверждение, выплавление модели, сушку и обжиг полученной керамической формооболочки.

Отливки из сплава, имеющие защитные слои, и способы их изготовления // 2529134

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает помещение сплава в литейную форму и окисление элемента сплава с формированием защитного слоя на поверхности отливки.

Способ получения отливок по выплавляемым моделям // 2557855

Изобретение относится к области литейного производства. Изготавливают форму из сыпучего огнеупорного магнитного материала в литейном корпусе с разовой моделью путем воздействия вакуума и электромагнитного поля для уплотнения материала. Модель удаляют с помощью вакуума, оказывая на огнеупорный дисперсный магнитный материал формы избыточное воздушное давление (1,5-2,5)·105 Па. Расплавленный металл заливают в полученную форму путем создания разряжения в форме и подачи давления на расплав и воздействия на огнеупорный дисперсный магнитный материал формы наносекундными электромагнитными импульсами в течение 30-60 секунд. Извлечение отливки из формы осуществляют после кристаллизации расплава путем снятия магнитного поля и высыпания огнеупорного магнитного материала из литейного корпуса. Обеспечивается повышение формозаполняемости, трещиноустойчивости и исключение пропитки модельной массой огнеупорного магнитного материала формы. 2 табл., 2 пр.

Способ изготовления отливок по газифицируемым моделям // 2571238

Изобретение относится к литейному производству. Газифицируемую модель из пенополистирола с литниково-питающей системой, включающей прибыль, окрашивают противопригарной краской. Осуществляют формовку и заливку металлом формы. 15-75% прибыли литниково-питающей системы выполняют полой и перед формовкой заполняют полую часть прибыли экзотермической смесью. Экзотермическая смесь содержит в вес. %: окисляемый компонент 5-65, окислитель 5-65, катализатор 0-10, вермикулит вспученный остальное. Обеспечивается повышение качества отливок, снижение размеров прибыли и увеличение коэффициента использования жидкого металла. 3 з.п. ф-лы.

Способ изготовления комбинированных оболочковых форм по выплавляемым моделям для получения отливок из жаропрочных сплавов с направленной и монокристаллической структурами // 2572118

Изобретение относится к области литейного производства. Изготавливают модель. Послойно наносят на модель огнеупорную суспензию на основе пылевидного электрокорунда. Первые два слоя наносят с использованием в огнеупорной суспензии алюмоорганического связующего, содержащего хелатированный полиалкоксиалюмоксан 20-30 мас. % и алифатический спирт - остальное до 100%. Последующие слои наносят с использованием суспензии на основе связующего гидролизованного этилсиликата с добавкой активатора спекания алюминиевого порошка АСД-4. Осуществляют последующую обсыпку каждого слоя зернистым электрокорундом. Сушку первых двух слоев производят при 100% влажности, достигаемой распылением или разбрызгиванием воды, с последующей конвективной сушкой путем обдувания воздухом в течение 2-3 часов в условиях цеха при температуре 23-25°С. Удаляют модель. Формы прокаливают при температуре 1200-1350°С в течение 8-12 часов. Обеспечивается повышение прочности материала форм, снижение химического взаимодействия на границе металл-форма и уменьшение шероховатости отливок. 1 табл., 2 пр.

Способ литья алюминиевых сплавов // 2596933

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в авиационной технике и автомобилестроении. Способ литья включает сборку газифицируемых моделей отливки и элементов литниковой системы, при этом в газифицируемой модели литниковой системы создают полость, в которую засыпают наноструктурированный алмазный порошок (НАП), предварительно обработанный в поле электрического разряда напряженностью 800…1200 В/м. На модели наносят химически отверждаемое газопроницаемое противопригарное покрытие, формуют модели в литейной форме в песке, затем обработанный порошок закрывают пористой пробкой из материала модели. Форму вакуумируют с остаточным давлением 150…280 кПа и заливают алюминиевым сплавом. При выгорании модели тугоплавкие частицы НАП попадают в алюминиевый расплав, что обеспечивает комплексное внутриформенное модифицирование сплава, приводящее к измельчению всех структурных составляющих во всем объеме отливок и повышению качества отливок. 2 табл., 2 пр.

Состав керамического слоя для изготовления литейных форм и других изделий // 2603402

Изобретение может быть использовано для изготовления отливок способом литья по выплавляемым моделям. Состав содержит жидкую керамическую массу и керамический материал для обсыпки. Жидкая керамическая масса содержит, мас. %: 50-75% - керамический материал, представляющий собой смесь с распределением частиц по размеру, содержащую минимум 90% частиц размером менее 0,04 мм, имеющую следующий фазовый состав: 30-90% форстерита Mg2SiO4, 5-15% фаялита Fe2SiO4 и 5-65% смеси компонентов фазы, таких как хризолит 2(Mg0,88Fe0,12)SiO2, энстатит MgSiO3, тремолит Ca2Mg5Si8O22(OH)2, рингвудит (Mg,Fe)2, диопсид Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6 и другие, и 25-50% связующего, содержащего водный или водно-органический коллоидный раствор оксида металла и модификаторов. Керамический материал для обсыпки представляет собой смесь, имеющую следующий фазовый состав, в мас.%: 30-90% форстерита Mg2SiO4, 5-15% фаялита Fe2SiO4 и 5-65% смеси компонентов фазы, таких как хризолит 2(Mg0,88Fe0,12)SiO2, энстатит MgSiO3, тремолит Ca2Mg5Si8O22(OH)2, рингвудит (Mg,Fe)2, диопсид Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6 и другие. Предотвращается разрушение литейных форм в процессе заполнения металлом и обеспечивается возможность направленного затвердевания отливок. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

Способ изготовления оболочковых керамических форм // 2604281

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению отливок по удаляемым (выплавляемым, выжигаемым, газифицируемым) моделям. Способ включает послойное нанесение на модель оболочек путем погружения модели в суспензию из огнеупорного наполнителя и раствора связующего и последующей обсыпки зернистым материалом. В обсыпочный материал каждого слоя, кроме последнего, вводят коацерват в количестве 0,5-1,5 мас.%. Удаляют модели и осуществляют прокалку оболочек. В качестве коацервата используют квасцы. Обеспечивается сокращение времени сушки каждого слоя оболочковой формы. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов // 2612476

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на поверхность модели из пенополистирола легирующей композиции, которую готовят путем смешивания порошкообразной смеси с клеевым связующим, содержание которого не превышает 90% от массы порошкообразной смеси, при этом порошкообразная смесь имеет состав: 60÷90 мас.% титана и 40÷10 мас.% элементарного углерода. Входящие в легирующую композицию материалы обеспечивают протекание СВС-реакции при формообразовании отливки, что позволяет получать легированный слой высокой твердости, заданной толщины и состава на отливках из железоуглеродистых сплавов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 пр.

Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов // 2612864

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на поверхность модели из пенополистирола легирующей композиции, которую готовят путем смешивания порошкообразной смеси с клеевым связующим, содержание которого не превышает 90% от массы порошкообразной смеси, при этом порошкообразная смесь имеет состав: 5÷80% мас. титана и 70÷10% мас. ферробора при содержании бора не менее 6%. Входящие в легирующую композицию материалы обеспечивают протекание СВС-реакции при формообразовании отливки, что позволяет получать легированный слой высокой твердости, заданной толщины и состава на отливках из железоуглеродистых сплавов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 пр.

Способ изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям // 2613244

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения сложнопрофильных и тонкостенных отливок для авиационной техники и машиностроения. Способ включает получение моделей в пресс-форме, сборку моделей в модельный блок, окрашивание модельного блока газопроницаемой антипригарной краской, размещение модельного блока в опоке, заполнение опоки несвязанным формовочным материалом, уплотнение его вибрацией, герметизацию и вакуумирование опоки, заливку металла. Модели получают путем нанесения модификаторов на предварительно вспененные гранулы пенополистирола, засыпки их в пресс-форму совместно с неокрашенными гранулами пенополистирола и окончательного вспенивании. Модификаторы наносят в виде химически твердеющего плакирующего состава, содержащего, мас. %: наноструктурированный алмазный порошок 0,5…1,0; периклаз 1,5…2,0; водный раствор алюмоборфосфатного концентрата – остальное. Нанесение модификаторов осуществляют путем впрыскивания аэрозоля плакирующего состава в кипящий слой гранул пенополистирола с удельной скоростью (1…4)×10-3 кг/с⋅м2. Обеспечивается повышение физико-механических и литейных свойств сплавов и отливок. 3 табл., 2 пр.

Способ получения комбинированной формы для отливки сложных заготовок из титановых сплавов // 2614480

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения отливок, имеющих пространственно-сложные отверстия, из титановых сплавов. Механическим путем изготавливают основную графитовую форму, затем изготавливают пространственно сложный фрагмент формы путем нанесения на модель в виде сектора огнеупорной облицовки методом литья по выплавляемым моделям. Модель выращивают методом прототипирования. Полученный фрагмент закрепляют в графитовой форме. Обеспечивается повышение точности отверстий в крупногабаритных отливках. 5 ил., 1 пр.