Патент на изобретение №2285575
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
(57) Реферат:
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения бескремнеземных керамических форм. В качестве органического связующего суспензия содержит раствор эпоксидной смолы в органическом растворителе, в качестве металлического порошка – порошок алюминия, титана, циркония, хрома, а в качестве огнеупорного наполнителя – порошок тугоплавких соединений, выбранных из группы оксидов алюминия, хрома, титана, циркония; нитридов алюминия, титана, кремния, бора; карбидов кремния, титана, ниобия, циркония, бора, ванадия; боридов титана, циркония, ниобия при следующем соотношении компонентов (масс.%): органическое связующее – 10-40, металлический порошок – 0,5-35,0, огнеупорный наполнитель – остальное. В качестве органического растворителя эпоксидной смолы суспензия содержит смесь диметилкетона и скипидара. Их содержание составляет 40-90 масс.% и 10-60 масс.% соответственно. Использование изобретения позволит получать качественные высокоогнеупорные керамические формы. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения оболочковых бескремнеземных керамических форм в процессе литья по выплавляемым моделям для изготовления отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, кобальта, титана, ниобия, хрома методом высокоградиентной направленной кристаллизации. Известна суспензия, содержащая этилсиликатное связующее на основе этилсиликата-40 (ЭТС-40) в количестве: 22,0-24,0 масс.%, гидрид циркония в количестве 4,0-6,0 масс.% и огнеупорный наполнитель – оксид циркония (IV) – остальное [Патент Японии №47-11831]. Недостатком этой суспензии является низкая прочность ( Известна суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, включающая огнеупорный наполнитель (графитовый порошок), органическое связующее на основе термореактивной смолы в количестве 24-30 масс.%, металлический порошок (титана) в качестве технологической добавки в количестве 0,6-3,5 масс.% [Авторское свидетельство СССР №772675]. Однако полученные из этой суспензии керамические формы при прокалке на воздухе разрушаются ввиду того, что графитовый порошок на воздухе сгорает, т.е. спекание графита отсутствует. Наиболее близкой к изобретению по составу и назначению является суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям для получения отливок из жаропрочных сплавов, включающая в качестве органического связующего – водный раствор (15-65%-ной концентрации) алкилполиоксибензолальдегидной смолы, в качестве металлического порошка – порошок алюминия, в качестве огнеупорного наполнителя – порошок, выбранный из группы оксидов алюминия, иттрия при следующем соотношении компонентов (масс.%):
[Патент Российской Федерации №2108195]. Суспензия предназначена для получения оболочковых форм при литье химически активных и жаропрочных сплавов и обладает высокой прочностью при 1700°С, однако она имеет следующие недостатки: – малая теплопроводность получаемых форм, что не позволяет увеличить скорость кристаллизации, т.е. производительность плавильной установки; – рабочая температура керамической формы не позволяет получить температурный градиент на фронте кристаллизации выше 100°С/см; – огнеупорность форм не выше 1600°С, т.к. при отверждении алкилполиоксибензолальдегидной смолы выделяются формальдегид и адсорбционная вода, удаляющаяся при 700-800°С и вызывающая появление микротрещин при прокалке, а в случае использования оксида иттрия – не выше 1500°С, ввиду образования легкоплавких эвтектик в системе оксид алюминия – оксид иттрия. Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение теплопроводности керамических форм для литья деталей методом высокоградиентной направленной кристаллизации, огнеупорности не менее, чем до 2000°С и рабочей температуры не менее, чем до 1850°С. Поставленная техническая задача достигается тем, что предложена суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям для получения отливок из жаропрочных сплавов, включающая органическое связующее, технологическую добавку – металлический порошок и огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве органического связующего раствор эпоксидной смолы в органическом растворителе, в качестве металлического порошка – порошок алюминия, титана, циркония или хрома, а в качестве огнеупорного наполнителя – порошок тугоплавких соединений, выбранных из группы оксидов алюминия, хрома, титана, циркония; нитридов алюминия, титана, кремния, бора; карбидов кремния, титана, ниобия, циркония, бора, ванадия; боридов титана, циркония, ниобия или их смеси при следующем соотношении компонентов (масс.%):
В качестве органического растворителя суспензия содержит смесь диметилкетона и скипидара. Содержание диметилкетона и скипидара в растворе эпоксидной смолы составляет 40-90 масс.% и 10-60 масс.% соответственно. Необходимые свойства формы приобретают при сочетании порошка металла с огнеупорным наполнителем. При этом подбор пары металлический порошок – огнеупорный наполнитель осуществляется таким образом: либо порошок металла при прокалке образует оксид, нитрид, карбид или борид такого же состава, что и огнеупорный наполнитель, либо порошок металла образует с огнеупорным наполнителем твердые растворы. Введение указанных веществ в качестве огнеупорных наполнителей позволяет получать оболочковые формы с высокой прочностью при температуре 1800°С, а введение указанных металлических порошков в качестве высокотемпературного связующего обеспечивает спекание порошков оксидов, нитридов, карбидов, боридов. Эпоксидная смола при отверждении не выделяет никаких побочных продуктов. Пример осуществления изобретения Брали блок выплавляемых моделей (турбинная лопатка) и готовили суспензию следующего состава, масс.%:
Указанные компоненты тщательно перемешивали, доводили суспензию до определенной вязкости и затем послойно наносили суспензию на модельный блок с послойной обсыпкой. Обсыпка блоков осуществлялась крупными фракциями электрокорунда по принятой в промышленности технологии: первый слой – зерном электрокорунда №20 F 70, второй – зерном №40 F 46, третий и последующие слои оболочки зерном №63 F 30. Оболочковая бескремнеземная форма подвергалась сушке после нанесения каждого слоя, далее модель удалялась, форма прокаливалась и заливалась сплавом на основе хрома ВХ-1. Температура прокалки выбиралась в соответствии с конфигурацией блоков и с применяемой в промышленности технологией. Такая же технология применялась и для получения суспензий, состав которых приведен в таблице 1, где: 1-23 предлагаемые составы, а 24-26 – составы по прототипу. Формы, изготовленные на основе предлагаемых суспензий №№1-23, заливались различными жаропрочными сплавами: №№2, 3 – на основе кобальта (ХТН-61), №4 – на основе титана (ВТ-5), №6 – на основе ниобия (ВН-10), остальные – сплавом на никелевой основе (ЖС-6У). В таблице 2 представлены свойства керамических форм по предлагаемым суспензиям и по прототипу. Как видно из таблицы 2, составы суспензий №№1-23 позволяют получать высокую прочность керамических форм при температуре 1800°С, теплопроводность, огнеупорность и, как следствие, высокую рабочую температуру формы. Применение предлагаемой суспензии позволяет получать на фронте кристаллизации градиент 200-250°С/см, что обеспечивает получение более мелкодисперсной структуры с междендритным расстоянием порядка 100-150 мкм, дает возможность уменьшить микропористость отливок в 10-12 раз. Резкое уменьшение микропористости отливок позволяет увеличить величину усталостного напряжения на 20-30%, что ведет к повышению ресурса работы лопаток.
Формула изобретения
1. Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям для получения отливок из жаропрочных сплавов, включающая органическое связующее, технологическую добавку – металлический порошок и огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве органического связующего раствор эпоксидной смолы в органическом растворителе, в качестве металлического порошка – порошок алюминия, титана, циркония или хрома, а в качестве огнеупорного наполнителя – порошок тугоплавких соединений, выбранных из группы оксидов алюминия, хрома, титана, циркония; нитридов алюминия, титана, кремния, бора; карбидов кремния, титана, ниобия, циркония, бора, ванадия; боридов титана, циркония, ниобия или их смеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что в качестве органического растворителя она содержит смесь диметилкетона и скипидара. 3. Суспензия по п.2, отличающаяся тем, что содержание диметилкетона и скипидара в растворе эпоксидной смолы составляет 40-90 и 10-60 мас.% соответственно.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
в изг 1700°С=2,5 кг/см2) получаемой из нее оболочковой формы при высоких температурах (1700°С), а также наличие взаимодействия контактного слоя оболочковых форм с расплавом (2-6 мм). Большая степень взаимодействия внутреннего слоя керамической формы с расплавленным сплавом объясняется наличием оксида кремния (IV) в связующем на основе ЭТС-40.