СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ Российский патент 2008 года по МПК B22C1/02 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к изготовлению керамических форм, получаемых по выплавляемым моделям, и может быть использовано преимущественно для получения отливок типа втулок.

Известна суспензия для изготовления керамических форм (Патент РФ №2245212 С1, 27.01.2005, В22С 1/00), содержащая гидролизованный этилсиликат в качестве связующего и огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее - 20-40; огнеупорный наполнитель на основе оксида алюминия - остальное.

Недостатком данного технического решения является то, что при использовании данной суспензии получают большое количество бракованных отливок с поверхностными дефектами (трещинами).

Наиболее близкой к предложенной суспензии является суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, включающая гидролизованный раствор этилсиликата, огнеупорный наполнитель и эмаль (Патент РФ №2283720 С1, 20.09.2006, В22С 1/16) - прототип. Причем эмаль входит в состав суспензии в качестве технологической добавки вместе с тугоплавким соединением, температура плавления которого не ниже 1400°С.

Недостатком данного технического решения является то, что из-за включения тугоплавкого соединения для керамических форм, полученных из данной суспензии, характерна повышенная прочность керамики при высоких температурах, что в конечном счете приводит к появлению трещин в отливке при литье.

Технический результат заявленного изобретения - повышение податливости керамической формы, повышение качества отливок за счет устранения трещин в отливках.

Указанный технический результат достигается тем, что суспензия, включающая гидролизованный раствор этилсиликата, огнеупорный наполнитель и эмаль, дополнительно содержит полиэтиленполиамин и древесные измельченные опилки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- гидролизованный раствор этилсиликата 14-17,

- эмаль 2,2-3,2,

- полиэтиленполиамин 10-15,

- древесные измельченные опилки 5-7,

- огнеупорный наполнитель - до 100%,

при этом эмаль имеет температуру плавления 800-1240°С.

При этом в качестве огнеупорного наполнителя суспензия может содержать электрокорунд или дистенсилимонит или пылевидный кварц.

В суспензии может использоваться гидролизованный раствор этилсиликата на основе оксида алюминия, или оксида кремния, или оксида магния.

В качестве эмали суспензия может содержать эмали ЭВ, или ЭВК, или ЭВТ.

В качестве эмали ЭВ суспензия может содержать эмаль ЭВ-55А. В качестве эмали ЭВК суспензия может содержать эмаль ЭВК-13 или ЭВК-103, или ЭВК-106, или ЭВК-75.

В качестве эмали ЭВТ суспензия может содержать эмаль ЭВТ-9, или ЭВТ-10, или ЭВТ-20, или ЭВТ-21, или ЭВТ-23, или ЭВТ-24, или ЭВТ-37, или ЭВТ-52, или ЭВТ-76, или ЭВТ-80, или ЭВТ-100.

При литье в керамические формы отливок типа втулок из хрупких интерметаллидных сплавов за счет разности коэффициентов усадки заливаемого интерметаллидного сплава и керамической формы (у интерметаллидного сплава он значительно больше) при кристаллизации отливки на ней образуются трещины. В заявляемом изобретении данный недостаток отсутствует.

Включив в состав суспензии, помимо эмали, полиэтиленполиамин и древесные измельченные опилки, добиваются повышения податливости, а также повышения качества отливок за счет устранения поверхностных дефектов, в том числе трещин, образующихся из-за сохранения повышенной прочности при воздействии высоких температур и под действием термических напряжений.

В качестве связующего в предложенной суспензии используется раствор гидролизованного этилсиликата, например ЭТС-40. Связующее определяет основные технологические свойства формовочной смеси, и его использование при изготовлении керамической формы необходимо для склеивания зерен наполнителя (например, кварцевого песка). Этилсиликат является основой для приготовления связующего при литье по выплавляемым моделям и обладает высокой стойкостью к агрессивным средам, прочностью, термостойкостью, и одновременно податливостью. При использовании в заявляемой суспензии гидролизованного этилсиликата меньше 14% может произойти разупрочнение керамики, что ухудшит способность формы противостоять заливаемому металлу, а при использовании более 17% - увеличивается прочность керамики, что может привести к повышению остаточных термических напряжений в отливке и соответственно к образованию трещин в последней.

Полиэтиленполиамин используется в качестве отвердителя эпоксидных смол и обладает рядом преимуществ перед другими отвердителями: дают более высокие физико-механические свойства, обладают высокой теплостойкостью и низкой экзотермичностью.

Причем при включении в состав суспензии полиэтиленполиамина менее 10% - керамика имеет низкую прочность, недостаточную при воздействии на нее высоких температур, а при использовании более 15% - повышается жесткость керамики и соответственно увеличивается количество трещин при изготовлении формы.

Огнеупорный наполнитель необходим в составе суспензии, поскольку он является несущим основным керамическим каркасом. В качестве огнеупорного наполнителя возможно использование любого вещества, относящегося к классу огнеупоров (Al₂O₃, SiO₂ и др.) и используемого в литье по выплавляемым моделям, например электрокорунд, дистенсилимонит, пылевидный кварц.

Использование в заявленной суспензии древесных измельченных опилок позволяет получить более рыхлую структуру керамики, что в свою очередь влияет на податливость последней. При этом при включении в состав суспензии опилок менее 5% форма не получается достаточно податливой, а при использовании более 7% - повышается текучесть керамики, что не позволяет получить достаточную прочность формы.

Включение в состав суспензии эмали позволяет снизить прочность керамики и тем самым снизить термические напряжения в отливке. Состав эмали может содержать силикатные системы типа SiO₂-В₂О₃, BaO-CaO, Al₂O₃, ZrO₂, MgO, ZnO, Cr₂O₃, CoO. При этом оптимальным является содержание SiO₂ в диапазоне 40-50%, а содержание оксидов В₂О₃ и BaO в диапазоне 10-45%.

При содержании эмали в суспензии менее 2,2% - прочность керамики снижается незначительно, что не позволяет снизить и остаточные напряжения в отливке, а при содержании эмали в суспензии выше 3,2% происходит разупрочнение керамической формы и ее разрушение.

Оптимальными для использования в заявляемой суспензии являются эмали с температурой плавления 800°С - 1240°С. При использовании более легкоплавких эмалей (например, с температурой плавления 500°С) ухудшается прилегающая к отливке поверхность формы в процессе прокалки последней из-за интенсивного оплавления эмали. При введении в суспензию эмали с температурой плавления выше 1240°С форма недостаточно прогревается при заливке в нее металла и эмаль может не сплавиться.

Суспензия используется при изготовлении керамической формы для нанесения двух и более слоев формы, которые должны прилегать к отливке.

Суспензия приготавливается перемешиванием всех входящих в состав суспензии компонентов до получения однородной массы. После нанесения слоев суспензии на внутреннюю поверхность формы (которая прилегает к отливке) осуществляют сушку и прокалку формы. Температуру нагрева формы выбирают ниже температуры плавления эмали, например для ЭВ-55А - 900-950°С. При заливке металла в керамическую форму опилки выгорают, эмаль оплавляется, частицы огнеупорного наполнителя обволакиваются эмалью. В результате этого снижается прочность керамической формы и образуется слой, имеющий пористую, податливую структуру, не препятствующую в дальнейшем усадке интерметаллидного сплава (отливки). Таким образом, использование заявленной суспензии при изготовлении керамических форм позволяет получить качественно новую форму и исключить брак отливок.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Предлагаемое изобретение было отработано в условиях литейного цеха ФГУП ММПП «Салют». Все керамические суспензии готовились по единой технологии.

При изготовлении керамической формы для производства отливок, а именно втулок, из сплава ВКНА использовали суспензию со следующим соотношением компонентов, мас.%:

- гидролизованный раствор этилсиликата (ЭТС-40) - 15,

- эмаль ЭВ-55А - 3,

- полиэтиленполиамин - 12,

- древесные измельченные опилки - 6,

- огнеупорный наполнитель (пылевидный кварц) - до 100%.

Основа керамической формы была получена традиционным способом: нанесением многослойного керамического покрытия на модельный блок (6 слоев) с последующим выплавлением модели, сушкой и прокалкой формы. Далее на внутреннюю поверхность формы (с которой должна соприкасаться отливка) наносили четыре слоя вышеобозначенной суспензии. После нанесения слоев суспензии на внутреннюю поверхность формы осуществляли сушку и прокалку формы при температуре 950°С. Затем была произведена заливка металла в керамическую форму для получения отливки. В результате получили керамическую форму, обладающую достаточно прочной и в то же время пористой, податливой структурой, не препятствующей в дальнейшем усадке отливки. Получили отливки, в которых отсутствует брак (100% выход годных отливок).

Пример 2.

При изготовлении керамической формы для производства отливок, а именно втулок, использовали суспензию со следующим соотношением компонентов, мас.%:

- гидролизованный раствор этилсиликата (ЭТС-40) - 15,

- эмаль ЭВ-55А - 3,

- полиэтиленполиамин - 12,

- древесные измельченные опилки - 8,

- огнеупорный наполнитель (пылевидный кварц) - до 100%.

Для изготовления керамической формы были произведены те же технологические операции, приведенные в примере 1, но с использованием суспензии, приведенной в данном примере 2.

В результате получили слишком рыхлую структуру керамики, которая в дальнейшем при заливке металла приводила к разрыву формы. Брак отливок, полученных с помощью этой керамической формы, составил 40%.

Пример 3.

При изготовлении керамической формы для производства отливок, а именно втулок, использовали суспензию со следующим соотношением компонентов, мас.%:

- гидролизованный раствор этилсиликата (ЭТС-40) - 15,

- эмаль ЭВ-55А - 3,

- полиэтиленполиамин - 7,

- древесные измельченные опилки - 6,

- огнеупорный наполнитель (пылевидный кварц) - до 100%.

Для изготовления керамической формы были произведены те же технологические операции, приведенные в примере 1, но с использованием суспензии, приведенной в данном примере 3.

В результате получили повышенную прочность керамики, что привело в дальнейшем к появлению трещин в отливках. Брак отливок, полученных с помощью данной керамической формы, составил 50%.

Из приведенных выше примеров следует, что получение качественных отливок возможно только, если использовать при изготовлении керамической формы заявленное количественное соотношение используемых в суспензии компонентов.

Изобретение относится к литейному производству, в частности для получения отливок типа втулок. Суспензия содержит, мас.%: гидролизованный раствор этилсиликата 14-17; эмаль 2,2-3,2; полиэтиленполиамин 10-15; древесные измельченные опилки 5-7; огнеупорный наполнитель остальное. В качестве эмали суспензия содержит эмали ЭВ, или ЭВК, или ЭВТ, имеющие температуру плавления 800-1240°С. В качестве огнеупорного наполнителя используют электрокорунд, или дистенсилимонит, или пылевидный кварц. Достигается повышение податливости керамической формы, повышение качества отливок за счет устранения трещин в отливках. 6 з.п. ф-лы.

1. Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, включающая гидролизованный раствор этилсиликата, огнеупорный наполнитель и эмаль, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полиэтиленполиамин и древесные измельченные опилки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

гидролизованный раствор этилсиликата14-17эмаль2,2-3,2полиэтиленполиамин10-15древесные измельченные опилки5-7огнеупорный наполнительдо 100

при этом эмаль имеет температуру плавления 800-1240°С.