СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКОВОЙ ФОРМЫ
METHOD OF MAKING CERAMIC SHELL MOLD

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления керамических оболочковых форм с улучшенной податливостью для литья по выплавляемым моделям при производстве отливок турбинных лопаток с равноосной регламентированной макроструктурой из жаропрочных сплавов на никелевой основе, обладающих низкими характеристиками пластичности и испытывающих затрудненную усадку со стороны формы при кристаллизации.
Известен способ быстрого формирования керамической оболочковой формы для литья по выплавляемым моделям, в составе которых присутствуют органические выгораемые волокна (Патент US № 6814131, МПК: B22C 1/00, B22C 1/08, B22C 7/02, B22C 9/04, публ. 09.11.2004). Способ включает в себя:
- приготовление суспензии лицевого слоя из сухой смеси следующего состава, мас%:
• Наполнитель огнеупорный
80,0-98,0
• Стекловолокно
1,0-10,0
• Огнеупорное волокно
1,0-10,0
сухую смесь смешивается с водно-коллоидным связующим с образованием огнеупорной суспензии, которая используется при формировании лицевого слоя форм.
- приготовление суспензии для последующих слоев из сухой смеси следующего состава, мас %:
• Наполнитель огнеупорный
76,0-98,0
• Стекловолокно
1,0-10,0
• Огнеупорное волокно
1,0-10,0
• Органическое волокно
0,3-4,0
огнеупорного наполнителя
стекловолокна
огнеупорного волокна
органических волокон
сухую смесь смешивается с водно-коллоидным связующим с образованием огнеупорной суспензии, которая используется при формировании последующих слоев форм. При этом, в качестве  предлагаются: плавленый диоксид кремния, оксид алюминия и алюмосиликаты, такие как муллит, кианит и молохит, циркон, хромит, зола рисовой шелухи, прокаленный кокс и их смеси. В качестве  рассматриваются рубленые и размолотые стеклянные волокна длиной ~ 3 - 6 мм и диаметром ~ 10 мкм. В качестве  используются волокна с соотношением длины к ширине около 20:1 из следующих материалов: металлические волокна, арамидные волокна, углеродные волокна, а также измельченные или размолотые алюмосиликаты, такие как муллит, оксиды, такие как оксид алюминия и диоксид циркония, нитриды, такие как нитрид кремния, углерод, и карбиды, такие как карбид кремния, и их смеси. В качестве  рассматриваются: олефины, амиды, арамиды, полиэфиры и целлюлозные волокна.
Специально приготовленные керамические огнеупорные суспензии, армированные органическими волокнами, применяются для всех слоев литейной формы и предназначаются: для повышения производительности участка изготовления форм, за счет получения более толстого слоя за каждое погружение; для получения более ровного слоя на острых углах и кромках; для предотвращения трещин в формах; пустоты, полученные при выгорании органических волокон, в значительной степени увеличивают газопроницаемость и выбиваемость форм, снижается жесткость форм, что способствует повышению качества литых заготовок.
Недостатками данного технического решения являются, во-первых, недостаточное количество органических выгораемых волокон в составе огнеупорных керамических суспензий последующих слоев для существенного снижения жесткости формы, во-вторых, наличие волокон в составе огнеупорных керамических суспензий приводит к закупориванию истекающего отверстия традиционного вискозиметра ВЗ-246, что затрудняет контроль параметров вязкости суспензий и, как следствие, вынуждает пользователя прибегать к изготовлению специального вискозиметра с увеличенным объемом и  диаметром сопла.
Известен способ изготовления керамических форм (Патент RU № 2697678, МПК В22С 1/00, публ. 16.08.2019), включающий формирование на модельном блоке, по меньшей мере, одного слоя керамического покрытия с использованием суспензии, содержащей связующее на основе кремнийсодержащего вещества, модификатора на основе кобальтсодержащего вещества и огнеупорного наполнителя на основе электрокорунда, формирование последующих слоев керамического покрытия с использованием суспензии на основе кремнийсодержащего связующего и комбинированного огнеупорного наполнителя, обсыпку блока после нанесения каждого слоя зернистым электрокорундом, при этом в качестве кремнийсодержащего связующего в суспензиях используют кремнезольное связующее на водной основе, а для формирования последующих слоев, начиная по крайней мере, со второго слоя, используют суспензию следующего состава, мас. %: электрокорунд 37-50; кварц пылевидный 20-25; кварц плавленый 3-5; кремнезольное связующее на водной основе 20-40. Указанный способ предусматривает увеличение живучести суспензий; снижение теплопроводности формы; увеличение ее податливости; повышение выхода годного равноосного литья длинномерных тонкостенных заготовок пустотелых лопаток ГТД с бандажными полками; снижении себестоимость форм; повышение экологической безопасности при работе с суспензиями.
Для формирования первого или двух первых слоев оболочки используют суспензию, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
• Электрокорунд фракции F1200
17,0
• Электрокорунд фракции F320
28,0
• Электрокорунд фракции F240
25,0
• Модификатор - алюминат кобальта
10,0
• Кремнезольное водное связующее марки «Keycote»
20,0
а для формирования последующих слоев оболочки используют суспензию, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
• Электрокорунд фракции F1200
9,0
• Электрокорунд фракции F320
15,0
• Электрокорунд фракции F240
13,0
• Кварц пылевидный
25,0
• Кварц плавленый
3,0
• Кремнезольное водное связующее марки «Matrixsol 30»
35,0
Покрытие наносят окунанием модельного блока с керамическими стержнями в керамическую суспензию с последующей обсыпкой его зернистым материалом. Обсыпку выполняют в следующей последовательности: для первого слоя - электрокорунд фракции F80, для второго слоя - электрокорунд фракции F40, для третьего и последующих слоев - электрокорунд фракции F30. Обсыпку проводят в пескосыпах с псевдокипящим слоем.
Время сушки модельного блока после нанесения 1-го слоя составляет 4-6 ч, время сушки модельного блока после нанесения 2-го слоя - 5-6 ч. Время сушки наружных слоев керамического покрытия 4-8 часов.
После окончательного формирования литейной керамической формы на модельном блоке проводят удаление модельной массы в бойлерклаве при вертикальном расположении литейных керамических форм чашей вниз.
Прокаливание литейных керамических форм проводят в камерной электрической печи при температуре 1000°С.
Литейные керамические формы заливают сплавом ЖС-6У на установке типа УППФ при температуре расплава 1550°С. Получают длинномерные заготовки пустотелых лопаток ГТД с бандажными полками с толщиной стенок до 0,7 мм с регламентированной равноосной макроструктурой.
-6
-6
-6
Суть изобретения сводится к искусственно вызванному разрушению связей между зернами последующих слоев формы за счет формирования микротрещин на их границах при прокалке вытопленных форм. Формирование микротрещин носит запланированный характер и обусловлено разницей в КТР электрокорунда (8,6×10 1/°С), плавленого кварца (0,5×10 1/°С) и кварца кристаллического (13,7×10 1/°С), кроме того, образование микротрещин в форме обусловлено прохождением следующих полиморфных превращений: переход β-кварца в α-кварц при температуре 573°С сопровождается увеличением линейных размеров последнего на 2,4%, а переход α-кварца в α-кристобалит при температуре 1300°С сопровождается изменением линейных размеров на 17,4%.
Наличие микротрещин в материале последующих слоев литейной керамической формы снижает ее жесткость, что способствует компенсации термических напряжений, возникающих при кристаллизации заготовки лопатки, в особенности с бандажной полкой и практически исключает возникновение трещин в заготовке лопатки, тем самым повышая качество литья.
-6
-6
Недостатком данного способа формирования литейной формы является ее основа в виде порошков электрокорунда, обладающих существенно более высоким КТР (8,6×10 1/°С), чем тот же концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный (5,0×101/°С). Податливость литейных форм на электрокорунде существенно ниже, чем на КДСП, что выражается в значениях прочности этих форм, хотя данный факт частично нивелируется расшатывающим действием кварца, как пылевидного, так и плавленого, что несомненно приводит к снижению прочности и, соответственно, жесткости форм. В изобретении использована традиционная тройная смесь порошков электрокорунда, при этом, порошки электрокорунда на порядок дороже порошков КДСП.
Наиболее близким по технической сущности и по ожидаемому эффекту - повышение податливости (снижение жесткости) форм, является способ изготовления керамической оболочковой формы с улучшенной податливостью (Патент FR № 2862244, МПК: B22C 1/00, B22C 1/16, B22C 9/04, публ. 08.12.2006), который принят за наиболее близкий аналог (прототип), включающий изготовление выплавляемого модельного блока, содержащего, как минимум, одну восковую модель, нанесение окунанием на модельный блок огнеупорного покрытия в виде, по меньшей мере, одного лицевого и последующих огнеупорных слоев огнеупорных суспензий для формирования керамической формы, а также промежуточного графитового слоя, обсыпку в пескосыпе каждого слоя зернистым обсыпочным материалом, послойную сушку огнеупорного покрытия, удаление восковой модели из керамической формы, прокалку керамических формы.
Способ включает формирование на модельном блоке, по меньшей мере, одного демпфирующего слоя керамического покрытия с использованием в качестве связующего выгораемых полимеров в виде поливинилового спирта или акрилового латекса, или фенольно-альдегидного полимера. Связующее находится в отдельной дополнительной емкости, поскольку кардинальным образом отличается от традиционных керамических огнеупорных суспензий, состоящих их связующего и наполнителя.
Формирование промежуточного демпфирующего слоя производится в два этапа. На первом этапе, производится обсыпка связующего на модельном блоке специально изготовленными волокнами, скрепленными в пакет при помощи органических связующих, при этом, волокна представляют собой рубленную углеродсодержащую волокнистую пряжу, а сам пакет представляет собой волокна диаметром 9-14 мкм и длиной ~ 6 мм. Волокна могут состоять из аморфного диоксида кремния, из оксида магния, из углеродных или графитовых материалов, удерживаемых вместе в соответствующем пучке с помощью летучего органического связующего, находящегося вокруг волокон и между волокнами. При нанесении волокон используется персональный «дождевальный» пескосып, обеспечивающий случайно ориентированное прилипание волокон к связующему.
На втором этапе формирования промежуточного демпфирующего слоя задействован второй штатный пескосып «дождевального» типа, обеспечивающий подачу зернистого обсыпочного материала на еще влажное связующее, при этом, под воздействием кинетической энергии падающего с установленной высоты зерна, происходит вдавливание, укладывание и плотное прилегание отдельных волокон к связующему.
При обжиге вытопленных керамических форм сгорают, как углеродные или графитовые волокна, так и летучее органическое связующее, образую между слоями керамической формы полость и промежутки с ослабленными границами раздела, играющими роль демпфера при усадке металла.
Недостатком данного способа формирования литейной формы являются: во-первых, необходимость организации самостоятельного производства по изготовлению волокон; во-вторых, требуется наличие в технологическом процессе дополнительного технологического оборудования в виде расходного бака со связующим и пескосыпа «дождевального» типа; в-третьих, использование фенольно-альдегидного полимера, в качестве связующего, крайне нежелательно по экологическим соображениям; в-четвертых, обсыпка углеродными или графитовыми волокнами посредством пескосыпа «дождевального» типа существенно загрязнит воздух и ухудшит условия труда персонала.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, и невозможно обеспечить при использовании прототипа, является низкая податливость керамической оболочковой литейной формы, следовательно, снижение выхода годных отливок турбинных лопаток из жаропрочных сплавов на никелевой основе, обладающих низкими характеристиками пластичности, получение отливок турбинных лопаток с равноосной регламентированной макроструктурой.
Технический задачей предлагаемого изобретения является улучшение податливости керамической оболочковой формы для литья по выплавляемым моделям, адаптация к автоматизированному процессу изготовления керамических форм для использования в производстве отливок турбинных лопаток с равноосной регламентированной макроструктурой из жаропрочных сплавов на никелевой основе, обладающих низкими характеристиками пластичности,
согласно изобретению
Техническая проблема решается за счет того, что в способе изготовления керамической оболочковой формы с улучшенной податливостью, включающем изготовление выплавляемого модельного блока, содержащего, как минимум, одну восковую модель, нанесение окунанием на модельный блок огнеупорного покрытия в виде, по меньшей мере, одного лицевого и последующих огнеупорных слоев огнеупорных суспензий для формирования керамической формы, а также промежуточного графитового слоя, обсыпку в пескосыпе дождевального типа каждого слоя зернистым электрокорундом, послойную сушку огнеупорного покрытия, удаление восковой модели из керамической формы, прокалку керамических формы, , на модельный блок наносится, по меньшей мере, один лицевой слой огнеупорной суспензии на основе концентрата дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП) следующего состава, мас. %:
• кислое водно-коллоидное связующее
43,0-47,0
• поверхностный модификатор - алюминат кобальта
4,0-12,0
• концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный (КДСП)
45,0-49,0,
при этом последующие слои формируются с использованием огнеупорной суспензии на основе концентрата дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП) следующего состава, мас. %:
• высоко-щелочное водно-коллоидное связующее
51,0-55,0
• концентрат дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП)
45,0-49,0,
при этом, по меньшей мере, один промежуточный графитовый слой наносится с использованием огнеупорной суспензии на основе концентрата дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП) следующего состава, мас. %:
• высоко-щелочное водно-коллоидное связующее
73,0-77,0
• концентрат дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП)
5,0-7,0
• графит серебристый (ГЛ-1)
18,0-20,0,
обсыпку промежуточного графитового слоя проводят зернистым электрокорундом в пескосыпе с псевдокипящим слоем, при этом, сушка лицевого слоя производится на конвейере при влажности воздуха 50-55%, температуре 20-22°С и скорости воздушных потоков 0,5-1,0 м/с в течение 2-3 часов, сушка всех последующих слоев, включая промежуточный графитовый, производится на конвейере, расположенном в климатической камере, при влажности воздуха 30-32%, температуре 20-22°С и скорости воздушных потоков 4,0-5,0 м/с в течение 3-4 часов, окончательная сушка производится в климатической камере не менее 12 часов, а прокалка вытопленных форм проводится по режиму, исключающему образование α-кристобалита:
• загрузка формы в холодную печь;
• нагрев до 740-750°С со скоростью ≤ 200°С/ч;
• выдержка при температуре 740-750°С в течение 3 часов;
• охлаждение с печью до температуры 100-20°С.
согласно изобретению
2
2
Кроме того, , кислое водно-коллоидное связующее (pH 3,5…4,5), содержит 27,5-30,0% мицелл SiO с размером 13-15 нм и удельной поверхностью 181-210 м/г.
согласно изобретению,
2
2
Кроме того,  высоко-щелочное водно-коллоидное связующее (pH 9,5…10,5), содержит 25,0-31,0% мицелл SiO с размером 8-10 нм и удельной поверхностью 272-340 м/г.
согласно изобретению,
2
Кроме того,  алюминат кобальта обладает удельной поверхностью зерен на уровне 7000 - 10000 см/г.
согласно изобретению,
Кроме того,  обсыпку промежуточного графитового слоя проводят зернистым электрокорундом фракции F30(F36).
Способ реализуется на роботизированном комплексе и включает изготовление выплавляемого модельного блока, содержащего как минимум одну восковую модель, нанесение окунанием на модельный блок огнеупорного покрытия в виде слоев огнеупорной суспензии, обсыпку каждого слоя в пескосыпе дождевального типа зернистым электрокорундом по принятой в промышленности схеме (F100/F54/F30), послойную сушку огнеупорного покрытия, удаление восковых моделей, прокалку керамических форм. Удаление воска из керамической формы производится в бойлерклаве по штатному режиму, прокалка вытопленной формы производится в камерных электрических печах с подачей цехового воздуха по режиму, исключающему образование в составе формы α-кристобалита из водно-коллоидных связующих: загрузка формы в холодную печь; нагрев до 740-750°С со скоростью ≤ 200°С/ч; выдержка при температуре 740-750°С в течение 3 часов (выдержка по времени); охлаждение с печью (охлаждение керамических форм в печи) до температуры 100-20 °С.
Выплавляемый модельный блок может содержать в своем составе как минимум одну восковую модель, а максимальное количество восковых моделей не ограничивается.
В отличии от прототипа, на модельный блок наносится, по меньшей мере, один лицевой слой огнеупорной суспензии на основе концентрата дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП) следующего состава, мас. %:
•кислое водно-коллоидное связующее
43,0-47,0
• поверхностный модификатор - алюминат кобальта
4,0-12,0
• концентрат дистен-силлиманитовый порошкообразный (КДСП)
45,0-49,0,
при этом, последующие слои формируются с использованием огнеупорной суспензии на основе концентрата дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП) следующего состава, мас. %:
• высоко-щелочное водно-коллоидное связующее
51,0-55,0
• концентрат дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП)
45,0-49,0,
при этом, по меньшей мере, один промежуточный графитовый слой наносится с использованием огнеупорной суспензии на основе концентрата дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП) следующего состава, мас. %:
• высоко-щелочное водно-коллоидное связующее
73,0-77,0
• концентрат дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП)
5,0-7,0
• графит серебристый (ГЛ-1)
18,0-20,0.
Обсыпку промежуточного графитового слоя проводят зернистым электрокорундом в пескосыпе с псевдокипящим слоем. Сушка лицевого слоя производится на конвейере при влажности воздуха 50-55%, температуре 20-22°С и скорости воздушных потоков 0,5-1,0 м/с в течение 2-3 часов, что обеспечивает «мягкое», не создающее внутренних напряжений, удаление воды из лицевого слоя.
Сушка всех последующих слоев, включая промежуточный графитовый, производится на конвейере, расположенном в климатической камере, при влажности воздуха 30-32%, температуре 20-22°С и скорости воздушных потоков 4,0-5,0 м/с в течение 3-4 часов, что обеспечивает интенсивное удаление воды из слоев.
Окончательную сушку производят в климатической камере (изолированное пространство, в котором обеспечены заданные параметры воздуха) не менее 12 часов.
Прокалка вытопленных форм проводится по режиму, исключающему образование α-кристобалита: загрузка формы в холодную печь; нагрев до 740-750°С со скоростью ≤ 200°С/ч; выдержка при температуре 740-750°С в течение 3 часов (выдержка по времени); охлаждение с печью (охлаждение керамических форм в печи) до температуры 100-2°С.
Загрузку керамических форм производят в холодную (не нагретую) камерную электрическую печь с подвижным или стационарным подом, например, марки КК-Н-1000, оборудованную устройством управления типа «Термодат».
Применение в способе графита серебристого (ГЛ-1) обеспечивает образование в толщине формы полости, которая демпфирует (гасит) напряжения, повышает податливость керамической оболочковой формы.
2
2
Кроме того,применяют кислое водно-коллоидное связующее (pH 3,5…4,5), содержащее 27,5-30,0% мицелл SiO с размером 13-15 нм и удельной поверхностью 181-210 м/г, что обеспечивает экономичность, безотходность, экологическую безопасность и автоматизацию процесса изготовления огнеупорной керамической оболочковой форм.
2
2
Кроме того,применяют высоко-щелочное водно-коллоидное связующее (pH 9,5…10,5), содержащее 25,0-31,0% мицелл SiO с размером 8-10 нм и удельной поверхностью 272-340 м/г, что обеспечивает экономичность, безотходность, экологическую безопасность и автоматизацию процесса изготовления огнеупорной оболочковой формы.
Кроме того, применяют алюминат кобальта в лицевом слое с удельной поверхностью зерен на уровне 7000 - 10000 см2/г, что обеспечивает создание в расплаве дополнительных центров кристаллизации.
Кроме того, обсыпку промежуточного графитового слоя проводят зернистым электрокорундом фракции F30(F36) в пескосыпе с псевдокипящим слоем, что способствует дополнительному повышению податливости формы и снижению их жесткости. Обсыпка каждого слоя керамической формы зернистым электрокорундом возможна в пескосыпе, присутствующем в составе роботизированного комплекса, как путем окунания в кипящий слой (псевдокипящий слой), так и орошением сверху (дождевальный тип).
Причиной образования «горячих» трещин на отливках являются:
жесткая (мало податливая) литейная форма, оказывающая сопротивление усадке металла во время его кристаллизации; сплав, обладающий низкими характеристиками пластичности и испытывающий затрудненную усадку со стороны формы при кристаллизации.
Трещины в отливках образуются при кристаллизации расплава в жесткой (мало податливой) литейной форме в результате возникающих при кристаллизации напряжений, которые неизбежно возникают в отливках из-за затрудненной усадки сплава. Суть настоящего технического решения сводится к увеличению податливости керамической оболочковой формы и решается за счет присутствия в составе литейной формы, по меньшей мере, одной полости, образующейся после выгорания промежуточного графитового (демпфирующего) слоя при проведении прокалки формы. Несгоревшая составляющая графитового слоя, а это отдельные зерна КДСП из суспензии и отдельные зерна электрокорунда из обсыпки, образую ничем не связанный «скелет», деформируется под воздействием сплава при его усадке, не оказывая критического сопротивления, что и является залогом получения годного литья без трещин.
На рисунке 1 отображены изменения размеров образцов при «нагреве-охлаждении»: а) сплав ВКНА 1ВР-ВИ для РО литья; б) керамика литейной формы.
В таблице 1 представлены сравнительные характеристики литейной керамики с наличием графитового промежуточного (демпфирующего) слоя и без него в зависимости от способа обсыпки.
-6
-6
Методом дилатометрического анализа определены значения термического расширения, рассчитана усадка жаропрочного никелевого сплава ВКНА1ВР-ВИ и литейной керамики при их нагреве до температуры ~ 1300°С и последующем охлаждении. Результаты исследования, представленные на рисунке 1, наглядно демонстрируют двукратное превышение усадки сплава, по отношению к усадке формы, так КТР сплава ВКНА1ВР-ВИ при его охлаждении составляет 14,44×10 1/°С, в то время как КТР литейной формы при охлаждении составляет всего 7,23×10 1/°С. Принимая во внимание тот факт, что литейный жаропрочный сплав ВКНА1ВР-ВИ изначально обладает низкими пластическими характеристиками, так его относительное удлинение не превышает 3,0%, вполне очевидно, что напряжения, возникающие в охлаждающейся отливке, неизбежно приведут к образованию на теле отливки «горячих» трещин.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет улучшить податливость керамической оболочковой формы для литья по выплавляемым моделям, адаптировать процесс изготовления форм к автоматизированному производству, при производстве отливок турбинных лопаток с равноосной регламентированной макроструктурой из жаропрочных сплавов на никелевой основе, обладающих низкими характеристиками пластичности, способствует более экономичному, безотходному и экологически безопасному производству. По заявляемому способу успешно проведены экспериментальные работы.
Приведены примеры осуществления способа изготовления керамической оболочковой формы с улучшенной податливостью.
Пример 1. На модельный блок наносится один лицевой слой огнеупорной суспензии на основе концентрата дистен-силлиманитового порошкообразного (КДСП) следующего состава, мас. %: кислое водно-коллоидное связующее - 43,0, алюминат кобальта - 12,0, КДСП - 45,0. Последующие слои со 2 слоя по 9 формируются с использованием суспензии на основе КДСП следующего состава, мас. %: высоко-щелочное водно-коллоидное связующее - 51,0, КДСП - 49,0. При этом один промежуточный графитовый слой наносится с использованием суспензии на основе КДСП следующего состава, мас. %: высоко-щелочное водно-коллоидное связующее - 73,0, КДСП- 7,0, графит серебристый (ГЛ-1) - 20,0. Обсыпку промежуточного графитового слоя проводят зернистым электрокорундом в пескосыпе с псевдокипящим слоем, а других слоев в пескосыпе дождевального типа. Сушка лицевого слоя производится на конвейере при влажности воздуха 50%, температуре 21°С и скорости воздушных потоков 1,0 м/с в течение 2 часов, сушка последующих слоев, включая промежуточный графитовый, производится на конвейере, расположенном в климатической камере, при влажности воздуха 30%, температуре 22°С и скорости воздушных потоков 4,5 м/с в течение 3,5 часов, окончательная сушка производится в климатической камере не менее 12 часов, а прокалка вытопленных форм проводится по режиму, исключающему образование α-кристобалита: загрузка формы в холодную печь; нагрев до 750°С, со скоростью ≤ 200°С/ч; выдержка при температуре 750°С, в течение 3 часов; охлаждение с печью до температуры 80°С.
Пример 2. На модельный блок наносится один лицевой слой огнеупорной суспензии на основе КДСП следующего состава, мас. %: кислое водно-коллоидное связующее - 45,0, алюминат кобальта - 8,0, КДСП - 47,0. Последующие слои со 2 слоя по 9 формируются с использованием суспензии на основе КДСП следующего состава, мас. %: высоко-щелочное водно-коллоидное связующее 53,0, КДСП 47,0. При этом один промежуточный графитовый слой наносится с использованием суспензии на основе КДСП следующего состава, мас. %: высоко-щелочное водно-коллоидное связующее 75,0, КДСП - 6,0, ГЛ-1 - 19,0. Обсыпку промежуточного графитового слоя проводят зернистым электрокорундом в пескосыпе с псевдокипящим слоем, а других слоев в пескосыпе дождевального типа. Сушка лицевого слоя производится на конвейере при влажности воздуха 52%, температуре 22°С и скорости воздушных потоков 0,7 м/с в течение 2 часов, сушка последующих слоев, включая промежуточный графитовый, производится на конвейере, расположенном в климатической камере, при влажности воздуха 31%, температуре 20°С и скорости воздушных потоков 5,0 м/с в течение 3 часов, окончательная сушка производится в климатической камере не менее 12 часов, а прокалка вытопленных форм проводится по режиму, исключающему образование α-кристобалита: загрузка формы в холодную печь; нагрев до 742 °С, со скоростью ≤ 200°С/ч; выдержка при температуре 742°С, в течение 3 часов; охлаждение с печью до температуры 70°С.
Пример 3. На модельный блок наносится один лицевой слой суспензии на основе КДСП следующего состава, мас. %: кислое водно-коллоидное связующее - 47,0, алюминат кобальта - 4,0, КДСП - 49,0. Последующие слои со 2 слоя по 9 формируются с использованием суспензии на основе КДСП следующего состава, мас. %: высоко-щелочное водно-коллоидное связующее -55,0, КДСП - 45,0. При этом один промежуточный графитовый слой наносится с использованием суспензии на основе КДСП следующего состава, мас. %: высоко-щелочное водно-коллоидное связующее - 77,0, КДСП - 5,0, ГЛ-1 - 18,0. Обсыпку промежуточного графитового слоя проводят зернистым электрокорундом в пескосыпе с псевдокипящим слоем, а других слоев в пескосыпе дождевального типа. Сушка лицевого слоя производится на конвейере при влажности воздуха 53%, температуре 20°С и скорости воздушных потоков 0,8 м/с в течение 2 часов, сушка последующих слоев, включая промежуточный графитовый, производится на конвейере, расположенном в климатической камере, при влажности воздуха 32%, температуре 21°С и скорости воздушных потоков 4,0 м/с в течение 4 часов, окончательная сушка производится в климатической камере не менее 12 часов, а предварительная прокалка вытопленных форм проводится по режиму, исключающему образование α-кристобалита: загрузка формы в холодную печь; нагрев до 747 °С, со скоростью ≤ 200°С/ч; выдержка при температуре 747 °С, в течение 3 часов; охлаждение с печью до температуры 50 °С.
Положительный технический результат получен во всех приведенных примерах осуществления.
Способ успешно внедрен на роботизированном комплексе в литейном производстве АО «ОДК-Авиадвигатель» при изготовлении керамических оболочковых форм для получения отливок турбинных лопаток из жаропрочного сплава ВКНА1ВР-ВИ, обеспечивает улучшение податливости, снижая жесткость керамической оболочковой формы, адаптацию технического решения к автоматизированному процессу изготовления керамических форм, а также являясь экономичным, безотходным и экологически безопасным, способствует улучшению качества отливок, как за счет исключения на отливках «горячих» трещин, так и за счет создания равноосной регламентированной макроструктуры, способствующей повышению усталостной прочности турбинных лопаток, приводит к сокращению расходов на производство турбинных лопаток, при этом не имеет ограничений по срокам живучести суспензий (при условии постоянного расхода).
Таким образом, предлагаемое изобретение с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками позволяет улучшить податливость и снизить жесткость керамической оболочковой формы для литья по выплавляемым моделям, позволяет адаптировать техническое решение к автоматизированному процессу изготовления керамических форм, при производстве отливок турбинных лопаток с равноосной регламентированной макроструктурой из жаропрочных сплавов на никелевой основе, обладающих низкими характеристиками пластичности, способствует более экономичному, безотходному и экологически безопасному производству.
Таблица 1
Тип литейной керамики
Способ обсыпки слоев
Характеристики 9-ти слойной литейной керамики
Прочность, МПа
Пористость открытая, %
Плотность кажущаяся, г/см<sup>3</sup>
До прокалки
После прокалки
Без графитового демпфирующего слоя
«Дождевальный»на все слои
7,5
4,9
26,5
2,69
«Псевдокипящий»на все слои
5,1
4,2
35,2
2,35
С наличием графитовых демпфирующих слоев
«Дождевальный»на все слои, включая один графитовый слой
7,0
5,5
26,9
2,66
«Псевдокипящий»на один графитовый слой;«Дождевальный»на все остальные слои
6,9
4,5
27,5
2,63