Смесь для изготовления огнеупорных литейных стержней Советский патент 1982 года по МПК B22C1/18 

I

Изобретение относится к оЬласти литейного производства и может быть использовано для получения керамических стержней, выполняющих в литых охлаждаемых лопатках газотурбинного двигателя газовые тракты.

Известна смесь для изготовления керамических стержней, которая содер жит огнеупорный наполнитель на основе окислов кремния и алюминия, легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом и карбид кремния в качестве упрочняющей добавки lj.

Готовые стержни имеют следующие свойства при прочность при изгибе до 280 кг/см ; прочность при сжатии до 220 кг/см .

,/1ри температуре прокладки стержней около 1000 С карбид кремния начинает взаимодействовать с кислородом с образованием кремнезема. Температура прогрева стержня при заливке металлом составляет IZOO-ISOO C. При

ЭТИХ температурах стержни i состоящие из пылевидного кварца, имеют малую прочность. Под воздействием зали ваемого металла они деформируются, что приводит к браку отлибок.

Повысить прочность стержней можно увеличением температуры спекания, но при этом усложняется технологический процесс и увеличиваются энергозатраты, что значительно увеличивает сто10имость литья.

Известна смесь для изготовления стержней, в составе которой содержится в качестве добавки, повышающей прочность стержней и ускорение про15цесса спекания смеси, окись железа 2.

Присутствие в стержневом составе смеси окислов железа резко снижает температуру спекания керамики, при

20 этом наряду с твердофазным спеканием происходит жидкофазное спекание за счет образования таких легкоплавких соединений, как, например, фей3, ялит с температурой плавления 1209 Эти стержневые составы непригодны д получения отливок из сплавов с температурой плавления выше 1200°С, та как при контакте со сплавом стержни будут размягчаться, теряя конфигурацию; поэтому стержни из этого состава применяются для получения отливок из легоплавких сплавов. Наиболее близкой к изобретению является смесь, содержащая огнеупор ный наполнитель на основе окислов алюминия и кремния, легкоплавкий пластификатор (17-21 мас.%) на основе парафина с полиэтиленом и ynpo няющую добавкуt 0,1-1,5 мас.%) , в «ачестве которой содержится бишофит предварительно прокаленный при 290ЗООЧ 3. При прокалке стержней бишофит за счет взаимодействия с компонентами наполнителя образует форстерит и шпинели, образовавшиеся соединения повышают прочность стержней, но при температуре контакта со сплавом на основе никеля она недостаточно высо и составляет 70-80 кгс/см при 1150 1200 С. Однако увеличить содержание бишо фита в смеси из-за возникновения значительных объемных превращений нельзя, так как это приводит к растрескиванию и снижению прочности стержней. Целью изобретения является повышение прочности стержней при контак их со сплавом на никелевой основе. Цель достигается тем, что смесь для изготовления огнеупорных литейных стержней, включающая огнеупорны наполнитель на основе окислов кремн и алюминия, -легкоплавкий пластифика тор на основе парафина с полиэтиленом, в качестве упрочняющей добавки содержит нитрид кремния при следующем соотношении ингредиентов, мас.% j Легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом17,0-21,0 Нитрид кремния 0,1-10,0 Огнеупорный наполнитель на основе окислов кремния и алюми ия Остальное Нитрид кремния обладает высокой термической устойчивостью, высокой стойкостью против окисления при высоких температурах, которая обуславливает .высокую прочность при высоких температурах, так, например, образец Из нитрида кремния при 20с имеет прочность при изгибе 16 кг/мм при 1200°С прочность при изгибе составляет 1,7 кг/мм, , - J кроме того.нитрид кремния обладает высокой стойкостью по отношению к расплавленному металлу. Нитрид кремния, распределяясь по объему стержня, играет роль упрочняющей фазы при высоких температурах, воздействующих на стержень при контакте с расплавом. Было приготовлено пять стержневых составов с содержанием пластификатора ПП-15 на основе парафина с полиэтиленом/ 17-21 масД; огнеупорного наполнителя на основе окиси алюминия и кремния (смесь плавленого кварца и электрокорунда в соотношении соЬтветственно и добавлением нитрида кремния, количество которого в каждой смеси составляло последовательно О , 1 ; 1,0; 5,0; 10,0; 15,0 масД. Дисперсность порошков огнеупор го наполнителя и нитрида кремния доставляет 10-30 мкм. Технология приготовления стержневой смеси не отличается от обычной и заключается в тщательном перемешивании сухих компонентов, затем перемешивании сухих компонентов и пластификатора в термостате, имеющем температуру 120-130°С. Спекание керамических образцов проводили в засыпке с постепенным набором температур и выдержкой при в течение трех ч. Составы смесей приведены в табл.1 , а их свойства в табл,2.

Таблица

Огнеупорный напонитель:

плавленый кварц электрокорунд б соотношении 1 : 4

Легкоплавкий пластификатор .ПП-15

Нитрид кремния

.Огнеупорный наполнитель на основе окислов кремния и алюминия

Бишофит, прокаленный при 290-3004

Прочность на изгиб, кгс/см при температуре .испытаний 20°С

при температуре испытаний 115(f С

ПО . 140 UaK видно из табл.1, оптимальная добавка нитрида кремния находится в пределах 0,1-10 вес.. Введение нитрида кремния менее 0,1 не увеличивает прочности изделия. При уве

82,9 80,0 75,0 69,0 65,0

17 18 20 21 20

19 0.1 1,0 5,0 10,0 15,0

80

305 300 270 310

180 195 70-80 личении количества нитрида кремния более 10% .наблюдается уменьшение прочности. Это связано с тем, что увеличение количества нитрида кремния требует увеличения температуры и времени спекания, а это приводит к увеличению энергозатрат. Широкие пределы добавок нитрида кремния в стержневом составе объединяются применением их в различных видах лопаток. Стержни со сложным профилем и тонкими стенками 0,1 1,5 мм изготовляют изсоставов, содержащих небольшое количество нитрида кремния, так как тонкостенные лопатки имеют высокую скорость затвердевания ( время действия высоких температур на стержень мало. При габаритных стержнях с толстыми стенками количество нитрида кремния в стержневом составе должно быть увеличено, так как стержень при за- ливке металлом подвергается длитель- ному воздействию высоких-температур Нитрид кремния имеет низкий коэффици ент термического расширения 2, градТ , соизмеримый с наполнителем, поэтому размерная точность отливок не нарушается. Предложенный состав изготавливают так же, как известный. Толщина стенок лопаток газотурбин ного двигателя, для газовых трактов которых используются стержни из пред лагаемого состава, составляет 0,3 6 мм. Заливку форм производят в вакууме сплавом на никелевой основе. Форму подогревают до , а температура заливки составляет С вводом нитрида кремния в смесь существенно повышается прочность стержней, которые прогреваются во время заливки до 1250-1300°С.Удалени стержней из полости лопатки осуществляется в ЗО-ЗЗ ном растворе аделочей при 130-135 С. Время удаления зависит от конфигурации лопатки и от количества окиси кремния в стержне98 вой смеси. Всреднем время удаления стержней составляет ч. Использование предложенного состава дает возможность уменьшить количество брака на 20-231. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения по предварительным расчетам составит 80-90 тыс.руб. в год. Формула изобретения I Смесь для изготовления огнеупорных литейных стержней для выполнения газовых трактов в литых охлаждаемых лопатках газотурбинного двигателя, включающая огнеупорный наполнитель на основе окислов кремния и алюминия, легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом и упрочняю «У добавку, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности стержней при контакте их со сплавом на никелевой основе, смесь в качестве упрочняющей добавки содержит нитрид кремния при следующем соотношении ингредиентов, мас.: Легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом 17,0-21,0 Нитрид кремния 0,1-10,0 Огнеупорный наполнитель на основе окислов кремния и алюминия Остальное Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 435048, кл. В 22 С 9/04, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР №668764, кл. В 22 С 1/00, 1974. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке If 2839860/02, кл. В 22 С 1/18, 1979.