СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ Российский патент 1994 года по МПК B22C1/02 B22C9/10 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам керамических стержней, оформляющих полости в охлаждаемых лопатках газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов.

Известны смеси для литейных керамических стержней из термопластичных композиций, содержащих огнеупорный наполнитель и в качестве пластификатора парафинополиэтиленовый сплав. Кроме того, смеси могут дополнительно содержать пчелиный воск, олеиновую кислоту и др, (Д. И. Абрамсон. Керамика для авиационных изделий. Оборонгиз, 1963, с. 190-202).

Указанные смеси требуют нагрева до 160-180^оС, однако, при этом из системы удаляются низколетучие компоненты пластификатора, что отрицательно влияет на литейные свойства шликера и не позволяет получать стержни сложной конфигурации. Кроме того, наблюдаются дефекты в виде газовых пузырей и вздутий.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является смесь огнеупорного наполнителя с пластификатором на основе парафина и технологической добавкой (Литье по выплавляемым моделям. Под ред. Я. И. Шкленникова и В. А. Озерова, М. , Машиностроение, 1984, с. 242-243) при следующем соотношении компонентов, мас. % :
непрозрачное квар- цевое стекло 80-82 парафин 16,5-18,38 полиэтилен 0,9-1,0 канифоль 0,65-0,72.

Введение технологической добавки в виде канифоли в смесь снижает температуру запрессовки до 75-85^оС, устраняет необходимость смазывания пресс-форм, прессового стакана и пуансона. Смесь указанного состава обеспечивает высокую литейную способность, что выражается в улучшенной заполняемости стержневых пресс-форм.

Однако она обладает существенным недостатком - затрудненным удалением воздушных включений в процессе прессования, что приводит к образованию пузырей в приповерхностном слое, а также вздутий округлой формы на поверхности стержней размером более 0,2 мм. Вздутия образуются как после извлечения стержней из пресс-формы, так и при их хранении и последующего отжига. Стержни с дефектом по вздутиям не подлежат ремонту и являются браком. Наличие воздушных включений в приповерхностном слое приводит к браку стержней при их зачистке.

Для облегчения выхода воздуха из пресс-формы в ней обычно предусматривают специальные воздушные каналы, однако, в случае смесей с парафиновым пластификатором, содержащим особенно много воздушных включений, не происходит полного удаления воздуха из полуфабриката.

Механизм образования вздутий на поверхности стержней и пузырей в приповерхностном слое можно представить следующим образом.

В объеме смеси практически всегда присутствуют пузырьки воздуха большего или меньшего размера. Эти пузырьки самопроизвольно из смеси не выходят, кроме этого захват воздуха смесью происходит в процессе заполнения пресс-формы, а при этом воздух из пресс-формы частично удаляется через воздушные каналы.

После заполнения пресс-формы начинается образование твердой корки (слоя) на поверхности контакта смеси со стенками формы, которая по мере увеличения толщины и уменьшения ее температуры становится практически непроницаемой для воздуха. В этом время во внутренних элементах объема прессовки масса остается в жидком состоянии и воспринимает сжимающее усилие от пресса, передаваемое на газовые включения, располагающиеся в основном в приповерхностном слое. Чем дольше остается смесь в жидком состоянии и чем продолжительнее действующее давление, тем с большим усилием газовое давление стремится разжаться при снятии давления, причем, чем больше воздуха, тем больше усилие его сжатия и давление на приповерхностную корку изнутри. Наряду с этим, в процессе охлаждения прессовки воздух уменьшается в объеме, что частично компенсирует его давление на приповерхностную корку изнутри. При достаточно тонкой приповерхностной корке вздутия на поверхности стержней образуются в процессе их хранения, в случае относительно толстой корки - при последующем нагреве без внешнего давления, когда происходит ее размягчение.

Цель изобретения - повышение качества поверхности стержней за счет устранения дефекта газовых вздутий на поверхности стержней.

Для достижения поставленной цели смесь для изготовления керамических стержней, включающая огнеупорный наполнитель и органический пластификатор на основе парафина, дополнительно содержит низкомолекулярный кремнийорганический каучук при следующем соотношении ингредиентов, мас. % :
огнеупорный напол- нитель 70-88,2
органический плас-
тификатор на осно- ве парафина 11,7-24
низкомолекулярный
кремнийорганичес- кий каучук 0,1-6.

В отличие от известных источников в предложенной смеси низкомолекулярные кремнийорганические каучуки используются в качестве частично растворимых в расплавленном парафине компонентов, которые при охлаждении последнего выделяются по границам зерен закристаллизовавшегося парафина, обеспечивают их подвижность, что позволяет в процессе прессования эффективно удалять воздушные включения из полуфабрикатов по механизму перераспределения массы и заполнения пространства пор.

В заявленной смеси используемый кремнийорганический низкомолекулярный каучук взаимодействует с парафиносодержащим пластификатором так, что имеет место частично растворение каучука в расплавленном парафине и при последующем охлаждении в выделении его на границах зерен закристаллизовавшегося парафина с образованием тонких, прочно удерживаемых слоев. Образующаяся сложная структура в прессовке обеспечивает благоприятные условия для выхода воздуха из нее.

П р и м е р. В лабораторных условиях готовили смеси исследуемых составов и смесь по прототипу. Для этого использованы следующие материалы:
электрокорунд белый, марки 24А ОСТ 2МТ 71-78
глинозем технический,
марки Г-00, ГН-1, ГН-2, ГК ГОСТ 8912-87
кварц молотый
пылевидный, марки А, В ГОСТ 9077-82
карбид кремния 64С ГОСТ 3647-80
циркон марки КЦП ОСТ 48-82-74
непрозрачное квар-
цевое стекло НКС ТУ 21-55-52-80
канифоль сосно- вая ГОСТ 19113-73
паpафин нефтяной,
марки П₁, П₂ ГОСТ 13577-71
низкомолекулярный
кремнийорганичес-
кий каучук, марки
СКТН-А, -Б, -В, -Г ГОСТ 13835-73.

Составы приготовленных смесей приведены в табл. 1.

Исследуемые смеси и смесь по прототипу приготавливали и формовали стержни для литья охлаждаемых лопаток ГТД по общепринятой термопластичной технологии.

Стержни длиной до 150 мм обжигали в засыпке из глинозема при 1320-1350^оС в течение 8-10 ч. Составные поверхности стержней оценивали при визуальном контроле.

Результаты определения приведены в табл. 2.

Анализ результатов выхода годного показывает, что предложенная смесь обеспечивает значительное снижение брака стержней сложной конфигурации по пузырям и вздутиям.

При завышенном содержании низкомолекулярного кремнийорганического каучука наблюдается недопустимое расслаивание смеси на органическую и неорганическую составляющие в процессе приготовления и формования, а при занижении, действие добавки каучука незначительно. (56) Абрамсон Д. И. Керамика для авиационных изделий. Оборонгиз. 1963, с. 190-202.

Литье по выплавляемым моделям. Под ред. Я. И. Шкленника и В. А. Озерова. Машиностроение, 1984, с. 242-243.

Изобретение относится к линейному производству, а именно, к составам керамических стержней, оформляющих полости охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов. Сущность: для повышения качества поверхности стержней с органическим пластификатором на основе парафина за счет практического устранения дефекта газовых вздутий на поверхности стержней и пузырей в приповерхностном слое, при сохранении высокой линейной способности смесь содержит, мас. % : огнеупорный наполнитель 70-88,2, органический пластификатор 11,7-24, низкомолекулярный кремнийорганический каучук 0,1-6. Благодаря совместному содержанию в стержневой смеси органического пластификатора на основе парафина и низкомолекулярного кремнийорганического каучука происходит его частичное растворение в расплавленном парафине и при охлаждении - в выделении его на границах зерен закристаллизовавшегося парафина с образованием тонких прочно удерживаемых слоев. Брак стержней по дефекту "пузыри" и "вздутия" (по поверхности) снижен с 25-28% до 0,8-1,3% . 2 табл.

СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ, включающая огнеупорный наполнитель и органический пластификатор на основе парафина, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества поверхности стержней за счет устранения дефекта газовых вздутий на поверхности стержней и пузырей в поверхностном слое, она дополнительно содержит низкомолекулярный кремнийорганический каучук при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Огнеупорный наполнитель 70,0 - 88,2
Органический пластификатор на основе парафина 11,7 - 24,0
Низкомолекулярный кремнийорганический каучук 0,1 - 6,0