Патент на изобретение №2343037

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ ПО УДАЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает изготовление модели, послойное нанесение на модель огнеупорной суспензии, обсыпку каждого слоя огнеупорным материалом, сушку, удаление модели, пропитку формы упрочняющим раствором и прокалку при температуре 1150-1350°С в течение 4-8 часов. Упрочняющий раствор содержит, мас.%: кремнийорганический лак 10-25, этиловый спирт – остальное. Достигается повышение прочности керамической формы. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к технологии изготовления керамических форм, получаемых по удаляемым моделям, и может быть использовано для получения отливок в керамических формах.

Известен способ изготовления стержней и форм на гипсовом связующем (Патент РФ №2214314 С1, 20.10.2003, В22С 9/00), включающий подготовку суспензии, ее вибровакуумирование, заливку и отверждение в оснастке с последующими пропиткой в упрочняющем растворе и прокалкой. В данном способе пропитку осуществляют раствором кремнийорганического лака при непрерывном воздействии ультразвукового поля интенсивностью (0,5-5)·10⁴ Вт/10².

Недостатком данного технического решения является то, что данный способ может быть применен только для изделий на гипсовом связующем. А также в указанном способе пропитка осуществляется при обязательном воздействии ультразвукового поля, что требует наличия соответствующего оборудования и усложняет процесс изготовления.

Известен также способ изготовления керамических форм по удаляемым моделям, включающий изготовление модели, послойное нанесение на модель огнеупорной суспензии с обсыпкой каждого слоя огнеупорным материалом и сушкой, удаление модели, прокалку формы и пропитку последней раствором (А.с. №1386355 А1, 07.04.1988, В22С 9/04) – прототип. В данном способе в качестве пропитывающего раствора используют водный раствор железоаммонийоксалата концентрацией 200-250 г/л.

Недостатком данного технического решения является то, что в данном способе пропитка керамической формы используется при литье в открытых печах и осуществляется для повышения качества керамической формы за счет стабилизации процесса обезуглероживания поверхности отливки.

Технический результат заявленного изобретения – повышение прочности керамической формы.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления керамических форм по удаляемым моделям, включающем изготовление модели, послойное нанесение на модель огнеупорной суспензии с обсыпкой каждого слоя огнеупорным материалом и сушкой, удаление модели, прокалку формы и пропитку последней раствором, керамическую форму пропитывают упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

– кремнийорганический лак – 10-25

– этиловый спирт – остальное до 100%,

после пропитки осуществляют сушку керамической формы, а затем керамическую форму прокаливают при температуре 1150-1350°С в течение 4-8 часов.

При этом в качестве кремнийорганического лака может быть использовано соединение из группы полиорганосилоксанов.

В качестве кремнийорганического лака может быть использован полиметилсилоксановый лак, или полиметилфенилсилоксановый лак, или полиэтилфенилсилоксановый лак, или полифенилсилоксановый лак, или полиалюмоорганосилоксановый лак.

Обработка керамики раствором, содержащим в своем составе кремнийогранический лак, способствует повышению прочности (Каблов Е.Н. «Литые лопатки газотурбинного двигателя», Москва, «МИСИС», 2001).

Пропитка керамических форм упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт, позволяет получить кремнийкислородный каркас (т.е. покрытие, обладающее повышенной прочностью), что повышает прочность керамической формы и соответственно выход годного литья.

Пропитку керамических форм можно осуществить любым из известных способов, применяемых при изготовлении керамических форм, например, путем погружения керамической формы в упрочняющий раствор или путем распыления упрочняющего раствора на керамическую форму и т.д.

Включение в упрочняющий раствор кремнийорганического лака менее 15% не изменяет прочностных свойств керамики, а при включении кремнийорганического лака более 25% – керамика будет иметь повышенную плотность и хрупкость, что может привести к разрушению керамической формы.

В качестве кремнийорганического лака может быть использовано любое соединение, например из группы полиорганосилоксанов, в том числе полиметилсилоксановый лак, или полиметилфенилсилоксановый лак, или полиэтилфенилсилоксановый лак, или полифенилсилоксановый лак, или полиалюмоорганосилоксановый лак.

Использование в составе упрочняющего раствора этилового спирта обеспечивает хорошую смачиваемость в процессе пропитки, а в процессе сушки – ускорение последней за счет летучести спирта.

После пропитки керамической формы упрочняющим раствором осуществляют ее сушку. Оптимальной для получения максимальной степени отверждения упрочняющего раствора является сушка керамической формы при температуре 18-22°С в течение 0,5-1,5 часов. При сушке менее 0,5 ч может быть не достигнута необходимая прочность керамической формы из-за недостаточной степени отверждения раствора. Сушка более 1,5 ч является нерентабельной, поскольку процесс отверждения полностью завершается в течение 1,5 часов.

Большое значение на получение качественной керамической формы оказывают параметры прокалки керамической формы, такие как температура и время прокалки. Проведение после пропитки упрочняющим раствором и сушки дополнительной прокалки керамической формы при температуре 1150-1350°С в течение 4-8 часов способствует выгоранию органических составляющих, присутствующих в керамической форме.

При температуре прокалки менее 1150°С керамическая форма не обладает достаточной прочностью, что отрицательно скажется на выходе годного литья. А осуществление прокалки при температуре более 1350°С является нецелесообразным, поскольку дальнейшее увеличение температуры прокалки не приведет к повышению (улучшению) прочностных характеристик керамики.

Выбор времени прокалки (4-8 ч) керамической формы в заявленном способе при обозначенном выше диапазоне температур обусловлен тем, что проведение прокалки менее 4 ч не обеспечивает полного прогрева слоя керамического покрытия, что не позволит получить упрочнение керамической формы, а более 8 ч является нерентабельным, поскольку не происходит дальнейших изменений в материале керамики, ведущих к упрочнению керамической формы.

При использовании заявленного способа прочность керамической формы, по сравнению с прототипом, повышается на 10-25%, в зависимости от % содержания кремнийорганического лака в упрочняющем растворе.

Предлагаемый способ изготовления керамической формы иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Предлагаемое изобретение было отработано в условиях литейного цеха при изготовлении керамической формы для производства отливок рабочих колес газотурбинного двигателя.

Основа керамической формы была получена традиционным способом: изготовление модели, послойное нанесение на модель огнеупорной суспензии с обсыпкой каждого слоя огнеупорным материалом и сушкой, удаление модели, прокалку формы. Далее осуществляли пропитку керамической формы упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

– кремнийорганический лак (КО-85) – 20

– этиловый спирт – остальное до 100%.

После пропитки керамической формы упрочняющим раствором осуществляли сушку последней при температуре 20°С в течение 1 ч и прокалку керамической формы при температуре 1200°С в течение 6 ч.

В результате получили керамическую форму, обладающую достаточно прочной структурой (по сравнению с известным способом повышение прочности составило 15%) и которая позволила повысить на 20% (по сравнению с известными аналогами) выход качественных точнолитых отливок рабочего колеса газотурбинного двигателя, имеющих сложную конфигурацию.

Пример 2.

Основа керамической формы была получена аналогично способу 1. После прокалки формы осуществляли пропитку керамической формы упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремнийорганический лак (КО-85) – 9

этиловый спирт – остальное до 100%.

После пропитки керамической формы упрочняющим раствором осуществляли сушку последней при температуре 20°С в течение 1 ч и прокалку керамической формы при температуре 1200°С в течение 6 ч.

В результате получили керамическую форму, не обладающую достаточной прочностью, что в дальнейшем привело к разрушению керамической формы в процессе заливки последней металлом.

Пример 3.

Основа керамической формы была получена аналогично способу 1. После прокалки формы осуществляли пропитку керамической формы упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремнийорганический лак (КО-85) – 26

этиловый спирт – остальное до 100%,

После пропитки керамической формы упрочняющим раствором осуществляли сушку последней при температуре 20°С в течение 1 ч и прокалку керамической формы при температуре 1200°С в течение 6 ч.

В результате получили керамическую форму, обладающую повышенной твердостью, что в дальнейшем привело к получению горячих трещин в отливке.

Пример 4.

Основа керамической формы была получена аналогично способу 1. После прокалки формы осуществляли пропитку керамической формы упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремнийорганический лак (КО-85) – 23

этиловый спирт – остальное до 100%.

После пропитки керамической формы упрочняющим раствором осуществляли сушку последней при температуре 20°С в течение 1 ч и прокалку керамической формы при температуре 1100°С в течение 3 ч.

В результате получили керамическую форму, обладающую недостаточной прочностью, что привело в дальнейшем к появлению трещин в керамической форме и вытеканию металла при заливке.

Из приведенных выше примеров следует, что использование заявленного способа изготовления керамических форм по удаляемым моделям с обозначенным количественным соотношением кремнийорганического лака в упрочняющем растворе и указанными параметрами прокалки керамической формы позволяет повысить прочность керамической формы и соответственно повысить выход годного литья.

Формула изобретения

1. Способ изготовления керамических форм по удаляемым моделям, включающий изготовление модели, послойное нанесение на модель огнеупорной суспензии с обсыпкой каждого слоя огнеупорным материалом и сушкой, удаление модели, прокалку керамической формы и ее пропитку раствором, отличающийся тем, что керамическую форму пропитывают упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

после пропитки осуществляют сушку керамической формы и прокалку при температуре 1150-1350°С в течение 4-8 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганического лака используют соединения из группы полиорганосилоксанов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганического лака используют полиметилсилоксановый лак, или полиметилфенилсилоксановый лак, или полиэтилфенилсилоксановый лак, или полифенилсилоксановый лак, или полиалюмоорганосилоксановый лак.