СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ ПО УДАЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
MANUFACTURING METHOD OF CERAMIC MOLDS BY REMOVED PATTERNS

Изобретение относится к литейному производству, а именно к технологии изготовления металлокерамических форм, получаемых по удаляемым моделям, и может быть использовано для получения отливок.
Известен способ изготовления керамических форм по удаляемым моделям, включающий изготовление модели, послойное нанесение на модель огнеупорной суспензии с сушкой каждого слоя, удаление модели, прокалку формы (А.с. №1386355 А1, 07.04.1988, В22С 9/04. - прототип). В данном способе повышение прочности формы обеспечивается за счет использования пропитывающего раствора, в качестве которого используют водный раствор железоаммонийоксалата концентрацией 200-250 г/л.
Недостатком данного технического решения является то, что данный способ не обеспечивает получение необходимых параметров прочности формы, поскольку повышение качества керамической формы осуществляется только за счет стабилизации процесса обезуглероживания поверхности отливки.
Технический результат заявленного изобретения - повышение прочности и долговечности керамической формы.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления керамических форм по удаляемым моделям, включающем изготовление модели, послойное нанесение на модель огнеупорной суспензии с сушкой каждого слоя, удаление модели, прокалку керамической формы, после изготовления модели на последнюю наносят, по меньшей мере, два слоя огнеупорной суспензии на основе оксида металла, а затем наносят слои огнеупорной суспензии, содержащей гидролизованный раствор этилсиликата, огнеупорный наполнитель и отвердитель на основе полиэтиленполиамина, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- гидролизованный раствор этилсиликата 18-22
- отвердитель на основе полиэтиленполиамина 4-10
- огнеупорный наполнитель - остальное до 100%,
при этом огнеупорный наполнитель содержит электрокорунд, мулит и пудру с интерметаллидом NiAl, причем пудра с интерметаллидом NiAl составляет 10-45% от общего количества компонентов огнеупорного наполнителя.
При этом в качестве оксида металла может быть использован оксид кремния, или оксид алюминия, или оксид бария, или оксид магния.
Прокалка керамической формы может быть осуществлена при температуре 1200-1400°С в течение 4-10 ч.
Нанесение после изготовления модели, по меньшей мере, двух слоев огнеупорной суспензии на основе оксида металла, и последующее нанесение слоев огнеупорной суспензии, содержащей гидролизованный раствор этилсиликата, огнеупорный наполнитель и отвердитель на основе полиэтиленполиамина, при следующем соотношении компонентов, мас.%: гидролизованный раствор этилсиликата 18-22, отвердитель на основе полиэтиленполиамина 4-10, огнеупорный наполнитель, содержащий электрокорунд, мулит и пудру с интерметаллидом NiAl - остальное до 100%, позволяет получить форму, обладающую повышенной прочностью, что соответственно увеличивает ее долговечность.
Нанесение на модель слоев огнеупорной суспензии на основе оксида металла обеспечивает получение защитных слоев. В качестве оксида металла может быть использован оксид кремния, или оксид алюминия, или оксид бария, или оксид магния.
Количество последующих наносимых на модель слоев огнеупорной суспензии зависит от необходимой толщины формы. Оптимальной является толщина слоя, равная 2-4 мм, поскольку нанесение менее 2 слоев не обеспечивает необходимую прочность получаемой формы.
Огнеупорный наполнитель необходим в составе суспензии, поскольку он является несущим керамическим каркасом. В качестве огнеупорного наполнителя используют состав, содержащий электрокорунд, мулит и пудру с интерметаллидом NiAl. При этом оптимальное количество интерметаллида составляет 10-45%. Указанное количество объясняется тем, что наличие NiAl менее 10% не обеспечивает необходимую прочность формы, а наличие NiAl более 45% приводит к повышенной прочности формы, что может привести в дальнейшем к появлению трещин в ней.
В качестве связующего в заявленном способе 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. 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 18% может произойти разупрочнение керамики, что ухудшит способность формы противостоять заливаемому металлу, а при использовании более 22% - прочность керамики увеличивается настолько, что это приведет к повышению остаточных термических напряжений в отливке и соответственно к образованию трещин в последней.
Полиэтиленполиамин используется в качестве отвердителя и обладает рядом преимуществ перед другими отвердителями: дает более высокие физико-механические свойства, обладает высокой теплостойкостью и низкой экзотермичностью.
Причем при включении в состав суспензии полиэтиленполиамина менее 4% - не происходит его отверждения, а при использовании более 10% - повышается жесткость керамики и соответственно увеличивается количество трещин при изготовлении формы.
Прокалка керамической формы осуществляется в вакууме, поскольку в противном случае может произойти окисление формы. Оптимальными параметрами прокалки керамической формы являются температура 1200-1400°С и время 4-10 ч. Температура менее 1200°С не обеспечивает достаточного упрочнения формы, а при температуре выше 1400°С может произойти расплавление формы. Выбор времени прокалки обусловлен тем, что прокалка менее 4 ч не обеспечивает необходимого спекания формы, а проведение прокалки более 10 ч является нецелесообразным.
Способ изготовления керамических форм по удаляемым моделям осуществляют следующим образом.
Сначала изготавливают модель, затем на модель наносят, по меньшей мере, два слоя огнеупорной суспензии на основе оксида металла, например оксида кремния. Далее наносят слои огнеупорной суспензии, содержащей гидролизованный раствор этилсиликата, отвердитель на основе полиэтиленполиамина и огнеупорный наполнитель, содержащий электрокорунд, мулит и пудру с интерметаллидом NiAl, в заявленном процентном соотношении всех указанных выше компонентов. При этом послойное нанесение на модель огнеупорной суспензии осуществляют с сушкой каждого слоя. Огнеупорную суспензию на основе оксида металла, также как и огнеупорную суспензию, содержащую гидролизованный раствор этилсиликата, отвердитель на основе полиэтиленполиамина и огнеупорный наполнитель, содержащий электрокорунд, мулит и пудру с интерметаллидом NiAl, получают путем перемешивания всех входящих в ее состав компонентов до получения однородной массы. После нанесения всех слоев огнеупорной суспензии, осуществляют сушку керамической формы. Сушку керамических изделий можно осуществить, например, на открытом воздухе, при этом для получения максимальной степени отверждения осуществляют сушку керамической формы при температуре 18-22°С в течение 0,5-1,5 ч. Затем осуществляют удаление модели и прокалку керамической формы. Параметры прокалки керамических изделий, такие как температура и время прокалки, влияют на качество получаемых керамических изделий. Оптимальными являются осуществление прокалки при температуре 1200-1400°С в течение 4-10 ч в вакууме.
В таблице приведены примеры конкретного осуществления способа, с использованием заявленных и выходящих за пределы заявленных соотношений используемых компонентов
№
Состав слоев огнеупорной суспензии
Параметры прокалки, t,°C время, ч.
Кач-во получаемой керамической формы и отливок при заливке
Гидролизованный раствор этилсиликата, %
Отвердитель на основе полиэтиленполиамина, %
Огнеупорный наполнитель, % (в том числе количество NiAl, %)
17
7
Остальное до 100 (27)
1300,7
Форма не достаточно прочная - большое кол-во брака из-за разрыва формы при ее заливке металлом
20
7
Остальное до 100 (27)
1300,7
Форма достаточно прочная, при этом она имеет структуру, не препятствующую в дальнейшем усадке отливки
1
23
7
Остальное до 100 (27)
1300,7
Форма имеет повышенную твердость и хрупкость - большое кол-во брака из-за появления трещин и разрушения формы при ее заливке металлом
2
20
3
Остальное до 100 (27)
1300,7
Форма имеет рыхлую структуру из-за неотверждения полиэтиленполиамина - большое кол-во брака из-за разрыва формы при ее заливке металлом
20
7
Остальное до 100 (27)
1300,7
Форма достаточно прочная, при этом она имеет структуру, не препятствующую в дальнейшем усадке отливки
20
11
Остальное до 100 (27)
1300,7
Форма имеет повышенную твердость - большое кол-во брака из-за появления трещин в форме при ее заливке металлом
20
7
Остальное до 100 (9)
1300,7
Форма не достаточно прочная - большое кол-во брака из-за разрыва формы при ее заливке металлом
3
20
7
Остальное до 100 (27)
1300,7
Форма достаточно прочная, при этом она имеет структуру, не препятствующую в дальнейшем усадке отливки
20
7
Остальное до 100 (46)
1300,7
Форма имеет повышенную твердость и хрупкость - большое кол-во брака из-за появления трещин в форме при ее заливке металлом
Таким образом, нанесение на модель огнеупорной суспензии на основе оксида металла и последующее нанесение слоев огнеупорной суспензии, содержащей гидролизованный раствор этилсиликата, отвердитель на основе полиэтиленполиамина и огнеупорный наполнитель, содержащий электрокорунд, мулит и пудру с интерметаллидом NiAl в заявленном соотношении компонентов позволяет повысить прочность керамики и тем самым повысить ее долговечность.