Способ изготовления керамических стержней в литье по выплавляемым моделям с использованием самотвердеющих смесей (варианты)

Изобретение относится к области литейного производства. Способ изготовления керамических стержней в литье по выплавляемым моделям с использованием самотвердеющих смесей включает приготовление самотвердеющей на воздухе смеси, ее вакуумирование, изготовление стержней-сырцов и их сушку. Стержни-сырцы изготавливают прессованием в металлические одноместные или многоместные пресс-формы. Самотвердеющая на воздухе смесь содержит, мас.%: огнеупорный наполнитель – зернистый белый электрокорунд – 0,01-21,0, отвердитель – оксид щелочноземельного металла – 4,0-7,5 и суспензию лицевого слоя на основе кислого водно-коллоидного связующего – остальное. Сушку запрессованных стержней-сырцов осуществляют при загрузке их в холодную печь, последующем нагреве до 100°С со скоростью ≤5°С/мин, выдержке при 100°С до полного удаления влаги, но не менее 6 часов, и охлаждении с печью до 20°С. Обеспечивается снижение образования дефектов типа «газовая пористость» в отливках из жаропрочных сплавов с равноосной структурой. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 5 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для изготовления керамических стержней при производстве отливок в литье по выплавляемым моделям из жаропрочных сплавов, в том числе и в вакууме.

В сложившейся практике литья по выплавляемым моделям, при изготовлении полых отливок используются керамические стержни (стержни), призванные оформлять внутренний профиль отливки. Существующие на сегодняшний день технологические процессы изготовления стержней, в своём большинстве основаны на высокотемпературном твёрдофазном спекании (обжиге) компонентов стержневых составов, отличаются высокой трудоёмкостью в сочетании с высокой затратностью. Удаление стержней из готовых отливок занимает особое положение, поскольку создаёт дополнительные затраты материала и труда в процессе изготовления отливки.

Альтернативой созданию полноценных обожжённых стержней является способ изготовления безобжиговых стержней с использованием самотвердеющих на воздухе смесей. Материал для таких стержней запрессовывается в одноместные или многоместные пресс-формы, где происходит его твердение в течение очень короткого времени, а после сушки, призванной удалить внесённую воду, стержень готов к изготовлению восковой модели. Удаление подобных безобжиговых стержней из готовых отливок не представляет трудностей и производится на штатном пескоструйном оборудовании.

Из уровня техники середины 50-х годов XX века известна технология литья пустотелых лопаток турбин с простой конфигурацией внутренней полости, когда начали применяться безобжиговые стержни, изготовленные по методу Шоу-процесса. Стержни прессовались на пневмо-прессах в металлические пресс-формы. Для каждого стержня готовили жидкотекучую суспензию, состоящую из порошка маршалита и раствора гидролизованного этилсиликата. Перед прессованием в суспензию вводили около 1% (от массы порошка) 15%-ного раствора едкого калия или натрия, под воздействием которого происходило твердение массы в течение 30-40 секунд. За это время рабочий запрессовывал массу и выдерживал её в пресс-форме под давлением. После разбора пресс-формы, стержень поджигался и лишь после полного сгорания летучих веществ, его снимали. Затем стержень укрепляли в растворе гидролизованного этилсиликата, а после воздушной сушки, стержни поступали на изготовление восковых моделей. Такие стержни в течение нескольких лет применялись в серийном производстве, несмотря на нестабильность технологии, низкие прочностные и огнеупорные свойства стержней, которые к тому же имели большие отклонения по геометрии профиля. (Каблов Е.Н. Литые лопатки газовых турбин. - М.: МИСИС, 2001. - 632 с., стр. 449).

Усложнение конструкций лопаток турбин подвигло литейщиков к освоению и внедрению новых технологий, связанных с высокотемпературным обжигом стержней. Изучение процессов, происходящих при обжиге стержней, позволило разработать технологию изготовления безобжиговых стержней простой конфигурации. Такая технология предусматривает термообработку при температуре 250-300°С в засыпке глинозёма и последующую пропитку пористых стержней кремнийорганической жидкостью, которая при сушке на воздухе полимеризуется и упрочняет стержень. (Каблов Е.Н. Литые лопатки газовых турбин. - М.: МИСИС, 2001. - 632 с., стр. 455).

Известна самотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая в качестве связующего ортофосфорную кислоту, соединение магнезиального и/или магнезиально-шпинельного типа, воду и огнеупорный наполнитель (Патент RU №942858, МПК В22С 1/18, публ. 15.07.1982).

Известна самотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая в качестве связующего ортофосфорную кислоту, мелкодисперсный магнийсодержащий порошок, щавелевую кислоту и огнеупорный наполнитель (Патент RU №2061572, МПК В22С 1/18, публ. 10.06.1996).

Общим недостатком всех вышеперечисленных патентов, связанных с использованием ортофосфорных связующих, является наличие в составе стержней двухзамещённого трёхводного фосфата магния (MgHPO4×3H2O), являющегося результатом взаимодействия ортофосфорной кислоты с оксидом магния. Данное фосфорсодержащее соединение при высоких температурах способно к взаимодействию с заливаемым расплавом, что неизбежно приводит к снижению эксплуатационных свойств отливок ответственного назначения. Наличие в составе указанных смесей ортофосфорных связующих связывает их с большой чёрной металлургией.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбран способ изготовления керамических стержней для литья полой опорной пластины кольцевой корпусной отливки (Патент CN №103286273, МПК B22C9/10; C04B35/66, публ. 29.04.2015). Стержень в своём составе содержит материал матрицы на основе порошков электрокорунда с размером зёрен от 800 мкм до 44 мкм; 1-20 % (от массы порошка электрокорунда) органических волокон; 0,08-0,12 % (от массы порошка электрокорунда) хлорида аммония; 60-70 % (от общей массы порошка электрокорунда, органического волокна и хлорида аммония) золя кремнезёма, при этом, pH фактор золя составляет 8, а содержащее мицелл SiO2 составляет не менее 28,0 %.

К недостаткам прототипа, помимо сложной рецептуры керамической смеси, следует отнести, во-первых, продолжительность её смешивания (12-24 часов), во-вторых, в составе керамической смеси содержится хлорид аммония, относящийся к III классу опасности согласно ГОСТ 12.1.005-88, в-третьих, хлористый аммоний, при температурах нагреве выше 337°С, разлагается на две газообразные составляющие: аммиак (NH3) и хлористый водород (HCl), наличие которых осложняет работу вакуумной системы при плавке металла и крайне не желательно в составе расплава металла, поскольку способствует насыщению металла азотом и образованию в отливках дефектов типа «газовая пористость». Кроме того, в прототипе не указывается режим сушки стержней, полученных методом свободной заливки в полость восковой пресс-формы.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, и невозможно обеспечить при использовании прототипа, является изготовление стержней применительно к литью по выплавляемым моделям с образованием в отливках дефектов типа «газовая пористость», брак и снижение в итоге выхода годных отливок, повышение себестоимости и трудозатрат.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение стержней применительно к литью по выплавляемым моделям жаропрочных сплавов с равноосной структурой, исключение образования в отливках дефектов типа «газовая пористость», повышение в итоге выхода годных отливок при снижении расходов на производство, за счёт отказа от высокотемпературного обжига стержней и использования доступных материалов, при этом, применение разработанных самотвердеющих на воздухе смесей, должно быть простым и не трудоёмким.

Техническая проблема решается тем, что в способе изготовления керамических стержней в литье по выплавляемым моделям с использованием самотвердеющих смесей, включающем приготовление самотвердеющих смесей, изготовление стержней-сырцов и их сушку, согласно изобретению, по первому варианту, стержни-сырцы изготавливаются прессованием в металлические одноместные или многоместные пресс-формы с использованием самотвердеющих на воздухе смесей, прошедших вакуумирование и включающих готовую к применению суспензию лицевого слоя на основе кислого водно-коллоидного связующего, огнеупорный наполнитель в виде зернистого белого электрокорунда и порошкообразный отвердитель в виде оксида щелочноземельного металла, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Огнеупорный зернистый наполнитель 0,01 - 21,0
Отвердитель 4,0 - 7,5
Суспензия лицевого слоя остальное,

при этом используется суспензия лицевого слоя следующего состава, мас. %:

Кислое водно-коллоидное связующее 43,0-47,0
Концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный (КДСП) 53,0-57,0,

а сушку запрессованных стержней-сырцов производят по режиму:

- загрузка стержней-сырцов в холодную печь;

- нагрев до температуры 100°С со скоростью ≤ 5°С/мин;

- выдержка при температуре 100°С до полного удаления внесённой влаги, но не менее 6 часов;

- охлаждение с печью до температуры 20°С,

по второму варианту, стержни-сырцы изготавливаются прессованием в металлические одноместные или многоместные пресс-формы с использованием самотвердеющих на воздухе смесей, прошедших вакуумирование и включающих готовую к применению суспензию лицевого слоя на основе кислого водно-коллоидного связующего, огнеупорный наполнитель в виде зернистого белого электрокорунда и порошкообразный отвердитель в виде оксида щелочноземельного металла, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Огнеупорный зернистый наполнитель 0,01 - 21,0
Отвердитель 4,0 - 7,5
Суспензия лицевого слоя остальное,

при этом используется суспензия лицевого слоя следующего состава, мас. %:

Кислое водно-коллоидное связующее 43,0-47,0
Поверхностный модификатор - алюминат кобальта 4,0-12,0
Концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный 45,0-49,0,

а сушку запрессованных стержней-сырцов производят по режиму:

- загрузка стержней-сырцов в холодную печь;

- нагрев до температуры 100°С со скоростью ≤ 5°С/мин;

- выдержка при температуре 100°С до полного удаления внесённой влаги, но не менее 6 часов;

- охлаждение с печью до температуры 20°С,

по третьему варианту , стержни-сырцы изготавливаются прессованием в металлические одноместные или многоместные пресс-формы с использованием самотвердеющих на воздухе смесей, прошедших вакуумирование и включающих готовую к применению суспензию лицевого слоя на основе кислого водно-коллоидного связующего, огнеупорный наполнитель в виде зернистого белого электрокорунда и порошкообразный отвердитель в виде оксида щелочноземельного металла, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Огнеупорный зернистый наполнитель 0,01 - 20,5
Отвердитель 4,5 - 6,5
Суспензия лицевого слоя остальное,

при этом используется суспензия лицевого слоя следующего состава, мас. %:

Кислое водно-коллоидное связующее 21,0-23,0
Микропорошок белого электрокорунда фракции F360 56,0-60,0
Микропорошок белого электрокорунда фракции F1000 или F1200 19,0-21,0,

а сушку запрессованных стержней-сырцов производят по режиму:

- загрузка стержней-сырцов в холодную печь;

- нагрев до температуры 100°С со скоростью ≤ 5°С/мин;

- выдержка при температуре 100°С до полного удаления внесённой влаги, но не менее 6 часов;

- охлаждение с печью до температуры 20°С.

По первому варианту:

Кроме того, согласно изобретению, по первому варианту, в составе суспензии лицевого слоя используют кислое водно-коллоидное связующее с pH 3,5…4,5, которое содержит 27,5-30,0% мицелл SiO2 с размером 13-15 нм и удельной поверхностью 181-210 м2/г.

Кроме того, согласно изобретению, в составе суспензии лицевого слоя используют КДСП с удельной поверхностью 6000-8000 см2/г.

Кроме того, согласно изобретению, в качестве огнеупорного зернистого наполнителя в составе самотвердеющих смесей используют зернистый белый электрокорунд фракций от F100 до F30.

Кроме того, согласно изобретению, в качестве отвердителя используют порошок оксида магния MgO с удельной поверхностью зёрен 5000 - 5500 см2/г.

Кроме того, согласно изобретению, самотвердеющие смеси перед запрессовкой стержня-сырца подлежат вакуумированию.

Кроме того, согласно изобретению, прессование стержней-сырцов производится в металлические пресс-формы, используя самотвердеющие смеси.

Кроме того, согласно изобретению, допускается армирование запрессованных стержней-сырцов за счёт установки жеребеек.

Кроме того, согласно изобретению, допускается сушка запрессованных стержней-сырцов в гипсовых драйерах.

Кроме того, согласно изобретению, допускается пропитка просушенных стержней кремнийорганической жидкостью.

По второму варианту:

Кроме того, согласно изобретению, по второму варианту, в составе суспензии лицевого слоя используют кислое водно-коллоидное связующее с pH 3,5…4,5, которое содержит 27,5-30,0% мицелл SiO2 с размером 13-15 нм и удельной поверхностью 181-210 м2/г.

Кроме того, согласно изобретению, в составе суспензии лицевого слоя используют алюминат кобальта с удельной поверхностью 7000 - 10000 см2/г.

Кроме того, согласно изобретению, в составе суспензии лицевого слоя используют КДСП с удельной поверхностью 6000-8000 см2/г.

Кроме того, согласно изобретению, в качестве огнеупорного зернистого наполнителя в составе самотвердеющих смесей используют зернистый белый электрокорунд фракций от F100 до F30.

Кроме того, согласно изобретению, в качестве отвердителя используют порошок оксида магния MgO с удельной поверхностью зёрен 5000 - 5500 см2/г.

Кроме того, согласно изобретению, самотвердеющие смеси перед запрессовкой стержня-сырца подлежат вакуумированию.

Кроме того, согласно изобретению, прессование стержней-сырцов производится в металлические пресс-формы, используя самотвердеющие смеси.

Кроме того, согласно изобретению, допускается армирование запрессованных стержней-сырцов за счёт установки жеребеек.

Кроме того, согласно изобретению, допускается сушка запрессованных стержней-сырцов в гипсовых драйерах.

Кроме того, согласно изобретению, допускается пропитка просушенных стержней кремнийорганической жидкостью.

По третьему варианту:

Кроме того, согласно изобретению, по третьему варианту, в составе суспензии лицевого слоя используют кислое водно-коллоидное связующее с pH 3,5…4,5, которое содержит 27,5-30,0% мицелл SiO2 с размером 13-15 нм и удельной поверхностью 181-210 м2/г.

Кроме того, согласно изобретению, в качестве огнеупорного зернистого наполнителя в составе самотвердеющих смесей используют зернистый белый электрокорунд фракций от F100 до F30.

Кроме того, согласно изобретению, в качестве отвердителя используют порошок оксида магния MgO с удельной поверхностью зёрен 5000 - 5500 см2/г.

Кроме того, согласно изобретению, самотвердеющие смеси перед запрессовкой стержня-сырца подлежат вакуумированию.

Кроме того, согласно изобретению, прессование стержней-сырцов производится в металлические пресс-формы, используя самотвердеющие смеси.

Кроме того, согласно изобретению, допускается армирование запрессованных стержней-сырцов за счёт установки жеребеек.

Кроме того, согласно изобретению, допускается сушка запрессованных стержней-сырцов в гипсовых драйерах.

Кроме того, согласно изобретению, допускается пропитка просушенных стержней кремнийорганической жидкостью.

При осуществлении способов используются суспензии лицевого слоя, аналогичные опубликованным в патентах на изобретения RU 2 729229, RU 2 723 878 и RU 2 725921.

Как в прототипе способ изготовления керамических стержней в литье по выплавляемым моделям с использованием самотвердеющих смесей включает приготовление самотвердеющих смесей, изготовление стержней-сырцов и их сушку.

В отличии от прототипа, по первому варианту, стержни-сырцы изготавливаются прессованием в металлические одноместные или многоместные пресс-формы с использованием самотвердеющих на воздухе смесей, прошедших вакуумирование и включающих готовую к применению суспензию лицевого слоя на основе кислого водно-коллоидного связующего, огнеупорный наполнитель в виде зернистого белого электрокорунда и порошкообразный отвердитель в виде оксида щелочноземельного металла, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Огнеупорный зернистый наполнитель 0,01 - 21,0
Отвердитель 4,0 - 7,5
Суспензия лицевого слоя остальное,

при этом используется суспензия лицевого слоя следующего состава, мас. %:

Кислое водно-коллоидное связующее 43,0-47,0
Концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный (КДСП) 53,0-57,0,

а сушку запрессованных стержней-сырцов производят по режиму:

- загрузка стержней-сырцов в холодную печь;

- нагрев до температуры 100°С со скоростью ≤ 5°С/мин;

- выдержка при температуре 100°С до полного удаления внесённой влаги, но не менее 6 часов;

- охлаждение с печью до температуры 20°С.

В отличии от прототипа, по второму варианту, стержни-сырцы изготавливаются прессованием в металлические одноместные или многоместные пресс-формы с использованием самотвердеющих на воздухе смесей, прошедших вакуумирование и включающих готовую к применению суспензию лицевого слоя на основе кислого водно-коллоидного связующего, огнеупорный наполнитель в виде зернистого белого электрокорунда и порошкообразный отвердитель в виде оксида щелочноземельного металла, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Огнеупорный зернистый наполнитель 0,01 - 21,0
Отвердитель 4,0 - 7,5
Суспензия лицевого слоя остальное,

при этом используется суспензия лицевого слоя следующего состава, мас. %:

Кислое водно-коллоидное связующее 43,0-47,0
Поверхностный модификатор - алюминат кобальта 4,0-12,0
Концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный 45,0-49,0,

а сушку запрессованных стержней-сырцов производят по режиму:

- загрузка стержней-сырцов в холодную печь;

- нагрев до температуры 100°С со скоростью ≤ 5°С/мин;

- выдержка при температуре 100°С до полного удаления внесённой влаги, но не менее 6 часов;

- охлаждение с печью до температуры 20°С.

В отличии от прототипа, по третьему варианту, стержни-сырцы изготавливаются прессованием в металлические одноместные или многоместные пресс-формы с использованием самотвердеющих на воздухе смесей, прошедших вакуумирование и включающих готовую к применению суспензию лицевого слоя на основе кислого водно-коллоидного связующего, огнеупорный наполнитель в виде зернистого белого электрокорунда и порошкообразный отвердитель в виде оксида щелочноземельного металла, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

Огнеупорный зернистый наполнитель 0,01 - 20,5
Отвердитель 4,5 - 6,5
Суспензия лицевого слоя остальное,

при этом используется суспензия лицевого слоя следующего состава, мас. %:

Кислое водно-коллоидное связующее 21,0-23,0
Микропорошок белого электрокорунда фракции F360 56,0-60,0
Микропорошок белого электрокорунда фракции F1000 или F1200 19,0-21,0,

а сушку запрессованных стержней-сырцов производят по режиму:

- загрузка стержней-сырцов в холодную печь;

- нагрев до температуры 100°С со скоростью ≤ 5°С/мин;

- выдержка при температуре 100°С до полного удаления внесённой влаги, но не менее 6 часов;

- охлаждение с печью до температуры 20°С.

Применение порошкообразного отвердитель в виде оксида щелочноземельного металла при разных соотношениях ингредиентов позволяет изменять время желирования связующего из суспензии лицевого слоя.

Кроме того, в вариантах изобретения, в составе суспензии лицевого слоя используют кислое водно-коллоидное связующее с pH 3,5…4,5, которое содержит 27,5-30,0% мицелл SiO2 с размером 13-15 нм и удельной поверхностью 181-210 м2/г, что обеспечивает высокую реакционную способность мицелл к отвердителю при желировании связующего из суспензии лицевого слоя.

Кроме того, в составе суспензии лицевого слоя используют КДСП с удельной поверхностью 6000-8000 см2/г, что обеспечивает плотную упаковку компонентов самотвердеющих смесей и экономичность процесса изготовления стержней.

Кроме того, в составе суспензии лицевого слоя используют алюминат кобальта с удельной поверхностью 7000-10000 см2/г, что обеспечивает регламентированную макроструктуры отливок.

В составе суспензии лицевого слоя используют микропорошки белого электрокорунда фракций, например, F360 и F1000, или F1200, что обеспечивает повышение качества отливок.

Кроме того, в качестве огнеупорного зернистого наполнителя самотвердеющих смесей используют зернистый белый электрокорунд фракций от F100 до F30, что не ограничивает производство в выборе зернистости наполнителя и обеспечивает пониженное потребление суспензии лицевого слоя.

Кроме того, в качестве отвердителя используют порошок оксида магния с удельной поверхностью зёрен 5000-5500 см2/г, что обеспечивает высокую реакционную способность отвердителя при желировании связующего из суспензии лицевого слоя.

Кроме того, перед запрессовкой самотвердеющих смесей в металлические пресс-формы их вакуумируют, что обеспечивает удаление воздуха, замешанного при их приготовлении.

Кроме того, прессование стержней-сырцов производят в металлические пресс-формы, что обеспечивает геометрическую точность стержней.

Кроме того, допускается армирование стержней-сырцов за счёт установки жеребеек, что обеспечивает стержням дополнительное упрочнение. Жеребейки выполнены в виде металлических или керамических прутков, или трубок.

Кроме того, допускается сушка стержней-сырцов на гипсовых драйерах, что обеспечивает ускоренное удаление влаги, при этом исключается коробление стержней, связанное с удалением воды, привнесённой в смесь из связующего лицевого слоя. Гипсовый драйер представляет собой ложемент с углублением, повторяющим профиль стержня.

Кроме того, допускается пропитка просушенных стержней кремнийорганической жидкостью, которая на воздухе полимеризуется, что обеспечивает дополнительное упрочнение стержня.

В общем, самотвердеющие смеси готовятся и используются следующим образом: отдельно взвешиваются и перемешиваются сухие компоненты смеси, при этом, время перемешивания сухих ингредиентов не превышает 3 минут, отдельно взвешивается суспензия лицевого слоя, навеска сухих компонентов смешивается с навеской суспензии лицевого слоя с использованием миксера или вручную до получения однородной массы. Процесс перемешивания занимает не более 1,5 минут, после чего, смесь вакуумируют в течение 20-30 секунд и используют порционно при запрессовке стержней-сырцов в количествах, соответствующих объёму металлических пресс-форм. Оксид магния, является катализатором отверждения кислого водно-коллоидного связующего, и его функция заключается в желировании связующего при комнатной температуре, таким образом, исходные ингредиенты самотвердеющих смесей связываются вместе, образуя при этом стержень-сырец определённой прочности. Посредством регулирования содержания в смеси оксида магния, можно точно контролировать время отверждения стержня-сырца. Затвердевание смеси происходит в металлических одноместных или многоместных пресс-формах в течение 2-3 минут, после чего стержень-сырец следует просушить, используя гипсовые драйеры по режиму: загрузка драйеров со стержнями-сырцами в холодную печь; нагрев до 100°С со скоростью ≤ 5°С/мин; выдержка при температуре 100°С до полного удаления внесённой влаги, но не менее 6 часов; охлаждение с печью (в печи).

Изобретение (варианты) обеспечивает ускоренное изготовление керамических стержней применительно к литью по выплавляемым моделям жаропрочных сплавов с равноосной структурой, исключение образования в отливках дефектов типа «газовая пористость», повышение в итоге качества и выхода годных отливок при снижении расходов на производство за счёт отказа от высокотемпературного обжига стержней и использования доступных материалов.

В таблице 1 приведены примеры составов самотвердеющих смесей для первого и второго вариантов изобретения.

В таблице 2 приведены примеры составов самотвердеющих смесей для третьего варианта изобретения.

В таблице 3 приведены основные технологические свойства стержней-сырцов для первого варианта изобретения.

В таблице 4 приведены основные технологические свойства стержней-сырцов для второго варианта изобретения.

В таблице 5 приведены основные технологические свойства стержней-сырцов для третьего варианта изобретения.

В таблицах 1-5 приведены примеры использования самотвердеющих смесей с указанием их составов и свойств. Контроль влажности самотвердеющих смесей проводился в соответствии с требованиями ГОСТ 29234.5-91, время полного отверждения стержней-сырцов оценивалось визуально, контроль прочности самотвердеющих смесей проводился на сжатие в соответствии с требованиями ГОСТ 23409.7-78. Из таблиц следует оптимальный состав самотвердеющих смесей, отражённый в формуле, так экспериментально установлено, что содержание наполнителя любой из представленных фракций не может превышать 21,0% (по первому и второму варианту) и 20,5% (по третьему варианту), поскольку в данном случае самотвердеющая смесь теряет текучесть, что особенно проявляется в сочетании с увеличением содержания отвердителя MgO. Содержание отвердителя MgO менее 4,0% (по первому и второму варианту) и менее 4,5% (по третьему варианту) не целесообразно, поскольку влечёт за собой увеличение времени желирования связующего, а увеличение содержания отвердителя MgO более 7,5% (по первому и второму варианту) и более 6,5% (по третьему варианту) приводит к снижению текучести самотвердеющих смесей и резкому снижению времени желирования связующего.

Примеры осуществления изобретения по первому варианту.

Пример 1. Методом прессования изготавливаются стержни-сырцы из самотвердеющей смеси следующего состава, мас. %: суспензия лицевого слоя 92,99 (содержит кислое водно-коллоидное связующее 43,0 и КДСП 57,0), отвердитель в виде оксида магния MgO 7,0 и огнеупорный зернистый наполнитель 0,01. Самотвердеющая смесь перед прессованием стержней-сырцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом прессование стержней-сырцов, производится с приложением давления, обеспечивающего заполнение оснастки. После затвердевания, стержни-сырцы проходят операцию сушки на гипсовых драйерах по режиму: загрузка драйеров со стержнями-сырцами в холодную печь; нагрев до температуры 100°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 100°С в течение 6 часов; охлаждение с печью до температуры 20°С.

Пример 2. Методом прессования изготавливаются стержни-сырцы из самотвердеющей смеси следующего состава, мас. %: суспензия лицевого слоя 75,0 (содержит кислое водно-коллоидное связующее 45,0 и КДСП 55,0), огнеупорный зернистый наполнитель 20,5 в виде белого электрокорунда фракции F100 и отвердитель в виде оксида магния MgO 4,5. Самотвердеющая смесь перед прессованием стержней-сырцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом прессование стержней-сырцов, производится с приложением давления, обеспечивающего заполнение оснастки. После затвердевания, стержни-сырцы проходят операцию сушки на гипсовых драйерах по режиму: загрузка драйеров со стержнями-сырцами в холодную печь; нагрев до температуры 100°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 100°С в течение 6 часов; охлаждение с печью до температуры 20°С.

Пример 3. Методом прессования изготавливаются стержни-сырцы из самотвердеющей смеси следующего состава, мас. %: суспензия лицевого слоя 75,0 (содержит кислое водно-коллоидное связующее 47,0 и КДСП 53,0), огнеупорный зернистый наполнитель 20,5 в виде белого электрокорунда фракции F30 и отвердитель в виде оксида магния MgO 4,5. Самотвердеющая смесь перед прессованием стержней-сырцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом прессование стержней-сырцов, производится с приложением давления, обеспечивающего заполнение оснастки. После затвердевания, стержни-сырцы проходят операцию сушки на гипсовых драйерах по режиму: загрузка драйеров со стержнями-сырцами в холодную печь; нагрев до температуры 100°С со скоростью 5 °С/мин; выдержка при температуре 100°С в течение 6 часов; охлаждение с печью до температуры 20°С.

Примеры осуществления изобретения по второму варианту.

Пример 1. Методом прессования изготавливаются стержни-сырцы из самотвердеющей смеси следующего состава, мас. %: суспензия лицевого слоя 92,99 (содержит кислое водно-коллоидное связующее 43,0, поверхностный модификатор - алюминат кобальта 12,0, КДСП 45,0), отвердитель в виде оксида магния MgO 7,0 и огнеупорный зернистый наполнитель 0,01. Самотвердеющая смесь перед прессованием стержней-сырцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом прессование стержней-сырцов, производится с приложением давления, обеспечивающего заполнение оснастки. После затвердевания, стержни-сырцы проходят операцию сушки на гипсовых драйерах по режиму: загрузка драйеров со стержнями-сырцами в холодную печь; нагрев до температуры 100°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 100°С в течение 6 часов; охлаждение с печью до температуры 20°С.

Пример 2. Методом прессования изготавливаются стержни-сырцы из самотвердеющей смеси следующего состава, мас. %: суспензия лицевого слоя 75,0 (содержит кислое водно-коллоидное связующее 45,0, поверхностный модификатор - алюминат кобальта 8,0, КДСП 47,0), огнеупорный зернистый наполнитель 20,5 в виде белого электрокорунда фракции F100 и отвердитель в виде оксида магния MgO 4,5. Самотвердеющая смесь перед прессованием стержней-сырцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом прессование стержней-сырцов, производится с приложением давления, обеспечивающего заполнение оснастки. После затвердевания, стержни-сырцы проходят операцию сушки на гипсовых драйерах по режиму: загрузка драйеров со стержнями-сырцами в холодную печь; нагрев до температуры 100°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 100°С в течение 6 часов; охлаждение с печью до температуры 20°С.

Пример 3. Методом прессования изготавливаются стержни-сырцы из самотвердеющей смеси следующего состава, мас. %: суспензия лицевого слоя 75,0 (содержит кислое водно-коллоидное связующее 47,0, поверхностный модификатор-алюминат кобальта 4,0, КДСП 49,0), огнеупорный зернистый наполнитель 20,5 в виде белого электрокорунда фракции F30 и отвердитель в виде оксида магния MgO 4,5. Самотвердеющая смесь перед прессованием стержней-сырцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом прессование стержней-сырцов, производится с приложением давления, обеспечивающего заполнение оснастки. После затвердевания, стержни-сырцы проходят операцию сушки на гипсовых драйерах по режиму: загрузка драйеров со стержнями-сырцами в холодную печь; нагрев до температуры 100°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 100°С в течение 6 часов; охлаждение с печью до температуры 20°С.

Примеры осуществления изобретения по третьему варианту.

Пример 1. Методом прессования изготавливаются стержни-сырцы из самотвердеющей смеси следующего состава, мас. %: суспензия лицевого слоя 93,99 (содержит кислое водно-коллоидное связующее - 21,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F360 - 60,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F1000 - 19,0), отвердитель в виде оксида магния MgO 6,0 и огнеупорный зернистый наполнитель 0,01. Самотвердеющая смесь перед прессованием стержней-сырцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом прессование стержней-сырцов, производится с приложением давления, обеспечивающего заполнение оснастки. После затвердевания, стержни-сырцы проходят операцию сушки на гипсовых драйерах по режиму: загрузка драйеров со стержнями-сырцами в холодную печь; нагрев до температуры 100°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 100°С в течение 6 часов; охлаждение с печью до температуры 20°С.

Пример 2. Методом прессования изготавливаются стержни-сырцы из самотвердеющей смеси следующего состава, мас. %: суспензия лицевого слоя 75,0 (содержит кислое водно-коллоидное связующее - 22,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F360 - 58,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F1000 - 20,0), огнеупорный зернистый наполнитель 20,0 в виде белого электрокорунда фракции F100 и отвердитель в виде оксида магния MgO 5,0. Самотвердеющая смесь перед прессованием стержней-сырцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом прессование стержней-сырцов, производится с приложением давления, обеспечивающего заполнение оснастки. После затвердевания, стержни-сырцы проходят операцию сушки на гипсовых драйерах по режиму: загрузка драйеров со стержнями-сырцами в холодную печь; нагрев до температуры 100°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 100°С в течение 6 часов; охлаждение с печью до температуры 20°С.

Пример 3. Методом прессования изготавливаются стержни-сырцы из самотвердеющей смеси следующего состава, мас. %: суспензия лицевого слоя 75,0 (содержит кислое водно-коллоидное связующее - 23,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F360 - 56,0, микропорошок белого электрокорунда фракции F1000 - 21,0), огнеупорный зернистый наполнитель 20,0 в виде белого электрокорунда фракции F30 и отвердитель в виде оксида магния MgO 5,0. Самотвердеющая смесь перед прессованием стержней-сырцов вакуумируется до состояния, обеспечивающего полное удаление замешанного воздуха, при этом прессование стержней-сырцов, производится с приложением давления, обеспечивающего заполнение оснастки. После затвердевания, стержни-сырцы проходят операцию сушки на гипсовых драйерах по режиму: загрузка драйеров со стержнями-сырцами в холодную печь; нагрев до температуры 100°С со скоростью 5°С/мин; выдержка при температуре 100°С в течение 6 часов; охлаждение с печью до температуры 20°С.

Положительный технический результат получен во всех приведённых вариантах изобретения и примерах осуществления. По заявленному способу успешно проведены экспериментальные работы, способ (варианты) принят к использованию в производстве.

Таким образом, предлагаемое изобретение (варианты) с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, обеспечивает ускоренное изготовление керамических стержней применительно к литью по выплавляемым моделям жаропрочных сплавов с равноосной структурой, исключение образования в отливках дефектов типа «газовая пористость», повышение в итоге качества и выхода годных отливок при снижении расходов на производство и за счёт отказа от высокотемпературного обжига стержней и использования доступных материалов.

Способ изготовления керамических стержней в литье по выплавляемым моделям с использованием самотвердеющих смесей (варианты)

1. Способ изготовления керамических стержней в литье по выплавляемым моделям с использованием самотвердеющих смесей, включающий приготовление самотвердеющей смеси, изготовление стержней-сырцов и их сушку, отличающийся тем, что стержни-сырцы изготавливают прессованием в металлические одноместные или многоместные пресс-формы с использованием самотвердеющих на воздухе смесей, прошедших вакуумирование и включающих готовую к применению суспензию лицевого слоя на основе кислого водно-коллоидного связующего, огнеупорный наполнитель в виде зернистого белого электрокорунда и порошкообразный отвердитель в виде оксида щелочноземельного металла, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

огнеупорный наполнитель 0,01-21,0
порошкообразный отвердитель 4,0-7,5
готовая к применению суспензия лицевого слоя остальное,

при этом используют готовую к применению суспензию лицевого слоя следующего состава, мас.%:

кислое водно-коллоидное связующее 43,0-47,0
концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный 53,0-57,0,

а сушку запрессованных стержней-сырцов производят по режиму:

- загрузка стержней-сырцов в холодную печь;

- нагрев до температуры 100°С со скоростью ≤5°С/мин;

- выдержка при температуре 100°С до полного удаления внесённой влаги, но не менее 6 часов;

- охлаждение с печью до температуры 20°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в составе суспензии лицевого слоя используют кислое водно-коллоидное связующее с pH 3,5-4,5, содержащее 27,5-30,0% мицелл SiO2 размером 13-15 нм и удельной поверхностью 181-210 м2/г.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в составе суспензии лицевого слоя используют концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный с удельной поверхностью 6000-8000 см2/г.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве огнеупорного зернистого наполнителя в составе самотвердеющей смеси используют зернистый белый электрокорунд фракций от F100 до F30.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве отвердителя используют порошок оксида магния MgO с удельной поверхностью зёрен 5000-5500 см2/г.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что самотвердеющую смесь перед прессованием стержня-сырца подвергают вакуумированию.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прессование стержней-сырцов производят в металлические пресс-формы с использованием самотвердеющих смесей.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют армирование запрессованных стержней-сырцов за счёт установки жеребеек.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют сушку запрессованных стержней-сырцов в гипсовых драйерах.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют пропитку просушенных стержней кремнийорганической жидкостью.

11. Способ изготовления керамических стержней в литье по выплавляемым моделям с использованием самотвердеющих смесей, включающий приготовление самотвердеющей смеси, изготовление стержней-сырцов и их сушку, отличающийся тем, что стержни-сырцы изготавливают прессованием в металлические одноместные или многоместные пресс-формы с использованием самотвердеющих на воздухе смесей, прошедших вакуумирование и включающих готовую к применению суспензию лицевого слоя на основе кислого водно-коллоидного связующего, огнеупорный наполнитель в виде зернистого белого электрокорунда и порошкообразный отвердитель в виде оксида щелочноземельного металла, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

огнеупорный наполнитель 0,01-21,0
порошкообразный отвердитель 4,0-7,5
готовая к применению суспензия лицевого слоя остальное,

при этом используют готовую к применению суспензию лицевого слоя следующего состава, мас.%:

кислое водно-коллоидное связующее 43,0-47,0
поверхностный модификатор – алюминат кобальта 4,0-12,0
концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный 45,0-49,0,

а сушку запрессованных стержней-сырцов производят по режиму:

- загрузка стержней-сырцов в холодную печь;

- нагрев до температуры 100°С со скоростью ≤5°С/мин;

- выдержка при температуре 100°С до полного удаления внесённой влаги, но не менее 6 часов;

- охлаждение с печью до температуры 20°С.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в составе суспензии лицевого слоя используют кислое водно-коллоидное связующее с pH 3,5-4,5, содержащее 27,5-30,0% мицелл SiO2 размером 13-15 нм и удельной поверхностью 181-210 м2/г.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в составе суспензии лицевого слоя используют алюминат кобальта с удельной поверхностью 7000-10000 см2/г.

14. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в составе суспензии лицевого слоя используют концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный с удельной поверхностью 6000-8000 см2/г.

15. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в качестве огнеупорного наполнителя в составе самотвердеющих смесей используют зернистый белый электрокорунд фракций от F100 до F30.

16. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в качестве отвердителя используют порошок оксида магния MgO с удельной поверхностью зёрен 5000-5500 см2/г.

17. Способ по п. 11, отличающийся тем, что самотвердеющую смесь перед прессованием стержня-сырца подвергают вакуумированию.

18. Способ по п. 11, отличающийся тем, что прессование стержней-сырцов производят в металлические пресс-формы с использованием самотвердеющих смесей.

19. Способ по п. 11, отличающийся тем, что осуществляют армирование запрессованных стержней-сырцов за счёт установки жеребеек.

20. Способ по п. 11, отличающийся тем, что осуществляют сушку запрессованных стержней-сырцов в гипсовых драйерах.

21. Способ по п. 11, отличающийся тем, что осуществляют пропитку просушенных стержней кремнийорганической жидкостью.

22. Способ изготовления керамических стержней в литье по выплавляемым моделям с использованием самотвердеющих смесей, включающий приготовление самотвердеющей смеси, изготовление стержней-сырцов и их сушку, отличающийся тем, что стержни-сырцы изготавливают прессованием в металлические одноместные или многоместные пресс-формы с использованием самотвердеющих на воздухе смесей, прошедших вакуумирование и включающих готовую к применению суспензию лицевого слоя на основе кислого водно-коллоидного связующего, огнеупорный наполнитель в виде зернистого белого электрокорунда и порошкообразный отвердитель в виде оксида щелочноземельного металла, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

огнеупорный наполнитель 0,01-20,5
порошкообразный отвердитель 4,5-6,5
готовая к применению суспензия лицевого слоя остальное,

при этом используют готовую к применению суспензию лицевого слоя следующего состава, мас.%:

кислое водно-коллоидное связующее 21,0-23,0
микропорошок белого электрокорунда фракции F360 56,0-60,0
микропорошок белого электрокорунда фракции F1000 или F1200 19,0-21,0,

а сушку запрессованных стержней-сырцов производят по режиму:

- загрузка стержней-сырцов в холодную печь;

- нагрев до температуры 100°С со скоростью ≤5°С/мин;

- выдержка при температуре 100°С до полного удаления внесённой влаги, но не менее 6 часов;

- охлаждение с печью до температуры 20°С.

23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что в составе суспензии лицевого слоя используют кислое водно-коллоидное связующее с pH 3,5-4,5, содержащее 27,5-30,0% мицелл SiO2 размером 13-15 нм и удельной поверхностью 181-210 м2/г.

24. Способ по п. 22, отличающийся тем, что в качестве огнеупорного наполнителя в составе самотвердеющих смесей используют зернистый белый электрокорунд фракций от F100 до F30.

25. Способ по п. 22, отличающийся тем, что в качестве отвердителя используют порошок оксида магния MgO с удельной поверхностью зёрен 5000-5500 см2/г.

26. Способ по п. 22, отличающийся тем, что самотвердеющую смесь перед прессованием стержня-сырца подвергают вакуумированию.

27. Способ по п. 22, отличающийся тем, что прессование стержней-сырцов производят в металлические пресс-формы с использованием самотвердеющих смесей.

28. Способ по п. 22, отличающийся тем, что осуществляют армирование запрессованных стержней-сырцов за счёт установки жеребеек.

29. Способ по п. 22, отличающийся тем, что осуществляют сушку запрессованных стержней-сырцов в гипсовых драйерах.

30. Способ по п. 22, отличающийся тем, что осуществляют пропитку просушенных стержней кремнийорганической жидкостью.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам изготовления керамических форм и стержней из огелиеваемых суспензий по постоянным моделям. Подготавливают керамическую суспензию на основе огнеупорного наполнителя и кремнеземного связующего.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ изготовления керамических форм по выплавляемым моделям для литья химически активных сплавов включает послойное нанесение на модельный блок керамической суспензии на основе алюмозоля и корундового наполнителя со спекающими добавками и обсыпку корундовым зернистым материалом.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ изготовления керамических форм по выплавляемым моделям включает послойное нанесение на модельный блок керамической суспензии на основе основного кремнезольного связующего и обсыпку огнеупорным зернистым материалом.

Изобретение относится к области литейного производства. Способ изготовления литейных керамических оболочковых форм при производстве отливок по выплавляемым моделям из жаропрочных сплавов включает изготовление выплавляемого модельного блока, нанесение на него огнеупорного покрытия в виде лицевого и последующих слоёв огнеупорных суспензий, обсыпку каждого слоя зернистым белым электрокорундом, послойную сушку, удаление моделей, прокалку формы.

Изобретение относится к области литейного производства. Способ изготовления литейных форм с использованием жидконаливных самотвердеющих смесей при производстве отливок из жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям включает изготовление выплавляемого модельного блока, нанесение на него огнеупорного покрытия, обсыпку каждого слоя зернистым белым электрокорундом, сушку, удаление моделей и прокалку формы.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ изготовления керамической формы для литья по выплавляемым моделям включает формирование выплавляемого модельного блока, нанесение на него покрытия в виде лицевого и последующих слоёв огнеупорных суспензий, обсыпку зернистым электрокорундом, сушку, удаление модели и прокалку керамической формы по режиму, исключающему образование α-кристобалита.

Настоящее изобретение относится к установкам и способам изготовления песчаного стержня. Установка содержит стержневой ящик (1), подающее устройство для введения смеси песка и неорганического связующего в стержневой ящик (1) и устройство (3) для отверждения для введения сжатого горячего воздуха, направляемого по определенному каналу, с целью отверждения смеси, в стержневой ящик (1).

Настоящее изобретение относится к установкам и способам изготовления песчаного стержня. Установка содержит стержневой ящик (1), подающее устройство для введения смеси песка и неорганического связующего в стержневой ящик (1) и устройство (3) для отверждения для введения сжатого горячего воздуха, направляемого по определенному каналу, с целью отверждения смеси, в стержневой ящик (1).

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано при литье турбинных лопаток из жаропрочных сплавов. На модельный блок наносят огнеупорное покрытие, каждый слой обсыпают зернистым электрокорундом, сушат, удаляют модель и прокаливают.
Изобретение относится к области литейного производства. Стержневую или опочную оснастку заполняют смесью, содержащей твердый диоксид углерода («сухой лед») в виде частиц размерами 0,5-2,0 мм в количестве 5-7 мас.%.
Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам изготовления керамических форм и стержней из огелиеваемых суспензий по постоянным моделям. Подготавливают керамическую суспензию на основе огнеупорного наполнителя и кремнеземного связующего.
Наверх