СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ Российский патент 1997 года по МПК B22C1/06 B22C1/16 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к изготовлению керамических форм по выплавленным моделям для литья титановых и жаропрочных сплавов.

Используемые в настоящее время для приготовления огнеупорных суспензий связующие материалы на основе различных соединений кремнезема (этилсиликаты, кремнезоли, жидкое стекло) приводят к образованию на поверхности отливок стеклообразного слоя с очень высокой твердостью (до 1200 МПА), который растрескивается в процессе усадки отливок. Это приводит к появлению больших сложностей при механической обработке отливок и не гарантирует их надежности при эксплуатации.

Известна суспензия для изготовления керамических форм, содержащая глинозем различного состава, латекс, водный раствор полиоксихлорида алюминия и нитрата кальция (патент США N 3933190, кл. 164 26, 1974). Применение этой композиции позволяет отказаться от использования кремнеземных связующих, но при этом значительно снижается производственность труда и усложняется технология приготовления суспензии. Помимо этого получается пористая форма с высокой гигроскопичностью из-за наличия соединений кальция, поэтому получается грубая поверхность отливок, содержащая газовые поры, а в случае хранения форм более двух часов на воздухе поверхность отливок покрывается стеклообразным слоем за счет взаимодействия с адсорбированной влагой.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и по достигаемому результату является суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, где реализована попытка связать кремнезем в химическое соединение для повышения его химической инертности с целью снижения взаимодействия материала форм на границе металл-форма (авт. св. СССР N 908469, В 22 С 1/06, 1982). Цель достигается тем, что суспензия, включающая электрокорунд, гидролизованный раствор этилсиликата, дополнительно содержит молотую корундовую керамику, при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Гидролизованный раствор этилсиликата 20 25
Молотая корундовая керамика 10 20
Электрокорунд Остальное
Корундовая керамика имеет следующий состав, мас.

Окись алюминия 94 97
Окись кремния 1 2
Борный ангидрид 1 2
Окись кальция 1 2
Содержащиеся в предложенной суспензии оксиды алюминия, кремния, кальция и борный ангидрид после спекания образуют между собой прочное соединение шпинельного типа. Однако, в этом случае требуется существенное повышение температуры прокалки (с 1100 до 1730^oC), хотя эффект повышения инертности к титановым и жаропрочным сплавам явно недостаточен. Помимо этого возрастает способность форм к адгезии газов, а это дополнительно ухудшает качество отливок.

Задача изобретения улучшение качества отливок, сокращение расходов на их доработку, повышение усталостной прочности материала отливок, упрощение технологии изготовления керамических форм за счет снижения температуры прокалки и уменьшения количества слоев покрытия, а также улучшения экологических показателей процесса.

Задача решается тем, что суспензия, включающая наполнитель (корунд, циркон, диоксид циркония) и связующее, согласно изобретению дополнительно содержит активатор порошок металла llla, lVa, Va групп или его оксид, а в качестве связующего алкоксиалюмоксан и стабилизатор в органическом растворителе, при следующем соотношении компонентов, мас.

Алкоксиалюмоксан 4 8
Стабилизатор 2 4
Органический растворитель 19 21
Активатор, порошок металла IIIa, IVa, Va групп или его оксид 5 8
Наполнитель Остальное
Алкоксиалюмоксаны получают по авт. св. СССР N 366207, кл. С 08 С 79/10, 1973. В качестве стабилизатора используют ацетоуксусный эфир, этилацетат или другие известные стабилизаторы систем подобного рода.

В качестве растворителя используют любой, не растворяющий модельную массу, органический растворитель или смесь растворителей.

В качестве огнеупорного наполнителя берут порошок электрокорунда, циркона, диоксида циркония.

В качестве активатора спекания используют металлические порошки алюминия (марки АСД) и титана (марки ПТОМ) или их оксиды.

Эта суспензия обеспечивает отсутствие газонасыщенного слоя на поверхности отливок из титановых и жаропрочных сплавов, получаемых в формах на ее основе.

Приготовление суспензии осуществляется путем механического смещения всех компонентов в течение 25 30 мин в емкости с плотно прилегающей крышкой при 20 25^oC и влажности 60 80%
Выдержка суспензии после приготовления для удаления пузырьков воздуха составляет 15 20 мин.

Изготовление керамических оболочек производят по общепринятой технологии последовательным окунанием модели в суспензию, ее обсыпкой и сушкой каждого слоя. Первые два-три слоя (лицевых) изготавливаются из предлагаемой суспензии, а последующие слои формы с использованием стандартной этилсиликатной технологии. Формы можно целиком изготавливать на предлагаемой суспензии, но это значительно повысит их стоимость.

Модельная масса выплавляется методом СВЧ нагрева, либо сухим воздухом, либо в расплаве модельной массы, либо в бойлерклаве.

Формы прокаливают при 950 1100^oC в течение 2 4 ч.

Температура заливаемого металла до 2000^oC.

Пример 1. В связующее на основе изопропоксиалюмоксана (4 мас. [Al(OC₃H₇изо)О] ₅ + 19 мас. изопропилового спирта абсолютированного + 2 мас. стабилизатора/ацетоуксусный эфир/) вводят 70 мас. огнеупорного наполнителя (порошок электрокорунда) и 5% мас. активатора (А1 пудра АСД-4) и перемешивают в закрытой емкости (частота вращения крыльчатки смесителя 500 об/мин.) в течение 30 мин. После приготовления суспензию выдерживают в течение 15 мин. для удаления пузырьков воздуха. Изготовление керамических форм производят по общепринятой технологии методом "окунания-обсыпания-послойной сушки". Первые два лицевых слоя изготавливают с применение связующего на основе алкоксиалюмоксана, а последующие 6 слоев с использованием этилсиликатного связующего. Выплавление модели осуществляют в расплаве модельной массы. Изготовленные 7 форм подвергли прокалке на воздухе по следующему режиму: нагрев со скоростью 100^oC/ч до 350^oC и выдержка 2 ч, затем нагрев с любой скоростью до 1100^oC и выдержка 2 ч. Прокаленные формы залиты титановым сплавом ВТ5л, имеющим температуру 1910^oC.

Примеры конкретного состава суспензий и характеристики качества форм и отливок приведены в таблице. Все составы отличаются количеством активатора процесса спекания форм (алюминиевого порошка АДС-4, титанового порошка ПТОМ, рутила TiO₂).

Предложенный состав представлен в примерах 1 4, где количество активатора составляют 5 8 мас. В этом случае образуется прочное, достаточно плотное покрытие с гладкой поверхностью. Отливки практически не имеют загрязнений и пригаров на своей поверхности, а слой несколько повышенной твердости образуется не за счет взаимодействия с формой, а за счет адсорбции газов печной атмосферы.

При увеличении содержания активатора (АСД-4) свыше 8% (суспензия 5) на лицевой поверхности формы после прокалки появляются тонкие нити аморфной окиси алюминия, которые легко растворяются в отливке, ухудшая ее качество. Кроме того, в покрытии возникают значительные растягивающие напряжения, приводящие к его растрескиванию и разрушению. Следы этого процесса остаются на поверхности отливок в виде наплывов и других шероховатостей, что естественно ухудшает внешний вид отливок и требует дополнительной их обработки.

Применение суспензии 6 приводит к получению непрочного, плохо спекающегося при заданном режиме прокалки форм покрытия. Следствием этого является значительная площадь пригара, высокая микротвердость поверхности отливок и значительная глубина слоя повышенной твердости.

Изобретение позволяет улучшить товарный вид отливок, сократить расходы на их обработку, повысить усталостную прочность материала отливки на 15 20% Вместе с тем, технология изготовления форм упрощается (температура прокалки форм снижается с 1350 до 1100^oC, цикл изготовления форм сокращается в 2 раза), а экологические показатели процесса существенно улучшаются за счет устранения летучих кислот и аммиачной среды при сушке слоев покрытия.

Использование: в металлургии - литейном производстве, в частности при изготовлении керамических форм по выплавляемым моделям для литья титановых и жаропрочных сплавов. Сущность изобретения: в суспензию, включающую наполнитель и связующее: алкоксиалюмоксан и стабилизатор в органическом растворителе, вводится дополнительно активатор спекания в виде дисперсного порошка металла IIIa, IVa, Va групп или его оксид при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Алкоксиалюмоксан - 4 - 8
Стабилизатор - 2 - 4
Органический растворитель - 19 - 21
Активатор, порошок металла IIIa, IVa, Va групп или его оксид - 5 - 8
Наполнитель - Остальное 1 табл.

Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, при производстве отливок из титановых и жаропрочных химически активных сплавов, включающая наполнитель и связующее, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит активатор порошок металла IIIа, IVа, Vа групп или его оксид, а в качестве связующего алкоксиалюмоксан и стабилизатор в органическом растворителе при следующем соотношении компонентов, мас.

Алкоксиалюмоксан 4 8
Стабилизатор 2 4
Органический растворитель 19 21
Активатор порошок металла IIIа, IVа, Vа групп или его оксид 5 8
Наполнитель Остальное