Способ удаления корундовых керамических стержней из внутренних полостей изделий Советский патент 1992 года по МПК B22D29/00 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к удалению керамических стержней из внутренней полости изделий, в частности рабочих лопаток, отливаемых методом направленной кристаллизации.

Известен способ удаления керамических стержней, состоящих из высокоогнеупорного и химически стойкого оксида алюминия, используемых для литья лопаток с направленной кристаллизацией, в расплаве бифторида калия (KHFa).

Недостатком данного способа является то, что расплав бифуорида калия, вследствие своей высокой химической активности, растворяет не только керамический стержень, но и растравливает поверхность отливок. Кроме того, процесс обработки в расплаве бифторида калия экологически вреден, так как в результате реакции оксида алюминия с бифторидом калия образуются фториды, в том числе фтористый водород - выс9коток.сичное соединение.

Наиболее близким техническим решением является способ удаления керамических стержней, изготовленных из отливок, получаемых направленным затвердеванием эвтектических и жаропрочных сплавов.

Способ заключается в том, что отливку с керамическим стержнем помещают в автоклав со щелочным раствором и нагревают до 200°С. За счет химического воздействия щелочи растворяется связка зерен керамического материала, одновременно с растворением связки происходит разрушение структуры стержня и частичное удаление зерен основного керамического материала путем механического воздействия.

Способ имеет существенные недостатки. Обработка керамических стержней щелочными растворами при температурах ниже 200°С не обеспечивает полного растворения корундовой составляющей стержней. После удаления легкорастворимых связок стержня необходимо обрабатывать дополнительно, используя методы механического удаления зерен корунда.

Промышленность переходит на использование тугоплавких керамических стерж vw

te

v| СО 00 N VI О

ней, физико-химические свойства которых обеспечивают требуемую термоустойчивость, термопластичность, прочность в условиях литья лопаток с направленной кристаллизацией. Такие стержни состоят практически из зерен электрокорунда с тугоплавкой глиноземистой связкой. Щелочная обработка этих составов при температурах ниже 200°С не обеспечивает разрушения структуры стержня и не позво лит растворить корундовую составляющую стержня. Причиной этого является то, что корунд при температурах ниже 200°С практически не растворяется в щелочах, поэтому гидрохимическая обработка стержней не приводит к разрушению их структуры и во внутренних полостях лопаток остаются неразложившиеся части керамики.

Цель изобретения - повышение качества изделий за счет обеспечения более полного химического растворения стержней и повышения производительности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем обработку изделий растворами гидроксидов натрия, калия или их смесей, согласно изобретению, обработку производят при концентрации щелочей в растворах гидроксидов 250-400 г/дм3 и температуре 250-450°С.

Способ осуществляют следующим образом.

Изделия погружают в автоклав с раствором гидроксидов натрия или калия, или их смесей. Концентрация раствора щелочи составляет 250-400 г/дм . Обработку керамических стержней в изделиях ведут при температуре 260-450°С до полного растворения стержневой смеси. Для реализации способа использовали лопатки, полученные методом направленной кристаллизации. Содержание электрокорунда в керамических стержнях не менее 89,2% (вес.). Лопатки изготовлены из сплава ЖС 32 и ЖС 26.

Для удаления керамического стержня из лопаток последние помещали в автоклавы и заливали водным раствором щелочи с содержанием R20 от 200 до 500 г/дм . Были использованы растворы следующих концентраций NazO и К20 (г/дм3);

р-р 1:200 N320;

р-р2: 250N32O;

р-рЗ: 250 К20

р-р4: 300 NaaO;

р-р5: 150 N320+150 К20;

р-р 6: 400 Na20;

р-р 7: 400 К20;

ртр 8: 450 N320;

р-р 9: 500 К2О.

Обработку лопаток проводили при температурах от 200 до 500°С циклами по 4 и 8 ч. По

окончании каждого цикла лопатки извлекали и с помощью специального щупа оценивали степень удаления керамического стержня. Максимальная продолжительность обработки была принята 80 ч. Степень удаления стержней из полостей лопаток рассчитывали на основании данных рентгеновского анализа лопаток, внутреннюю полость которых предварительно заполняли

0 рентгеноаморфным материалом. Качество поверхности лопаток после обработки в щелочных растворах контролировали рентге- нофазовым и кристаллооптическим методами. Для исследования качества внут5 ренней поверхности лопаток часть образцов была вскрыта и изучена микроструктура, фазовый и химический состав их поверхности.

Условия и результаты обработки лопа0 ток щелочными растворами приведены в таблице.

Предлагаемые интервалы температур и концентраций растворов обусловлены необходимостью полного удаления стержне5 вой смеси из отливки и получением высококачественной внутренней и внешней поверхности лопатки. Концентрация раствора щелочей и температура обработки взаимосвязаны и обеспечивают полное рас0 творение стержневой смеси.

При температуре и концентрации раствора щелочи ниже предлагаемых пределов растворение корундовой составляющей идет медленно и не обеспечивает полного

5 растворения стержня за 80 ч. При температуре обработки выше 450°С в автоклавах развивается давление, превышающее 100 МПа, что требует усложнения конструкции аппаратов для выщелачивания, а воздейст0 вне щелочи при этих температурах приводит к растравливанию внутренней и внешней поверхностей отливок. При повышении концентрации щелочи свыше 400 г/дм скорость растворения корундовой со5 ставляющей лопаток резко снижается вследствие повышения вязкости растворов и выделения в объемах пор керамики алюминатов натрия и калия, которые способны экранировать поверхности части корунда и

0 тем самым частично предотвращать их растворение.

Формула изобретения Способ удаления корундовых керамических стержней из внутренних полостей из5 делий, включающий обработку изделий водными растворами гидроксидов натрия, калия или их смесями в автоклавах, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий путем обеспечения более полного химического растворения стержней и повышения производительности, обработку производят при концентрации щелочей в растворах гидроксидов 250-400 г/дм и температуре 250-450°С.

Сущность изобретения: отливки обрабатывают водными растворами щелочей при их концентрации в растворах гидроксидов 250 - 400 г/дм3 и температуре 250 - 450°С. 1 табл.