RU2760029C1 - Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns - Google Patents
Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns Download PDFInfo
- Publication number
- RU2760029C1 RU2760029C1 RU2021117096A RU2021117096A RU2760029C1 RU 2760029 C1 RU2760029 C1 RU 2760029C1 RU 2021117096 A RU2021117096 A RU 2021117096A RU 2021117096 A RU2021117096 A RU 2021117096A RU 2760029 C1 RU2760029 C1 RU 2760029C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molds
- suspension
- rods
- ceramic
- tooling
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 18
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 35
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000003349 gelling agent Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 19
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 12
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 abstract description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 101150115489 MPK7 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
- B22C1/02—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives
- B22C1/10—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives for influencing the hardening tendency of the mould material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
- B22C9/04—Use of lost patterns
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам изготовления керамических форм и стержней из огелиеваемых суспензий по постоянным моделям. The invention relates to foundry, in particular to methods for the manufacture of ceramic molds and rods from ghelium suspensions according to constant patterns.
Широко известны способы изготовления керамических форм и стержней по Шоу-процессу (Производство точных отливок / И. Дошкарж, Я. Габриель, М. Гоушть и др. – М.: Машиностроение, 1979. – 296 с.; Стрюченко, А.А. Керамические формы в точном литье по постоянным моделям / А.А. Стрюченко, Э.В. Захарченко. – М.: Машиностроение, 1988. – 128 с.).Methods of making ceramic molds and rods according to the Show-process are widely known (Production of precision castings / I. Doshkarzh, J. Gabriel, M. Gousht et al. - M .: Mashinostroenie, 1979. - 296 p .; Stryuchenko, A.A. Ceramic molds in precision casting according to constant models / A.A.Stryuchenko, E.V. Zakharchenko. - M .: Mashinostroenie, 1988. - 128 p.).
Недостатками указанных способов являются нестабильность продолжительности отверждения суспензий, низкие прочностные характеристики керамики, склонность к образованию в ней крупных трещин.The disadvantages of these methods are the instability of the suspension hardening duration, low strength characteristics of ceramics, and the tendency to form large cracks in it.
Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления керамических форм и стержней по постоянным моделям (Пат. 2157292 Российская Федерация, МПК7 В22С 9/04. Способ изготовления керамических форм и стержней по постоянным моделям / С.А. Никифоров, А.В. Афонаскин, М.В. Никифорова. – 99106164/02; заявл. 24.03.1999; опубл. 10.10.2000, Бюл. № 28). В соответствии с ним осуществляют изготовление керамических форм и стержней по постоянным моделям, включающее приготовление суспензии на основе огнеупорного наполнителя и кремнеземного гидролизованного раствора этилсиликата, приготовление гелеобразователя, введение гелеобразователя в суспензию при непрерывном перемешивании, заполнение формообразующей оснастки готовой суспензией, выдержку для отверждения форм и стержней в оснастке, извлечение модели из формы или стержня из оснастки, сушку, сборку и прокалку. Причем гелеобразователь приготавливают в виде композиции из порошкообразного наполнителя, органоминерального химического компонента и вещества, регулирующего водородный показатель гелеобразователя.The closest in technical essence is a method of making ceramic molds and rods according to constant models (Pat. 2157292 Russian Federation, MPK7 В22С 9/04. A method of making ceramic molds and rods according to constant models / S.A. Nikiforov, A.V. Afonaskin, M.V. Nikiforova. - 99106164/02; application. 03.24.1999; publ. 10.10.2000, bull. No. 28). In accordance with it, ceramic molds and rods are manufactured according to constant models, including the preparation of a suspension based on a refractory filler and a hydrolyzed silica solution of ethyl silicate, preparation of a gelling agent, introduction of a gelling agent into the suspension with continuous stirring, filling the forming equipment with a ready-made suspension, holding for solidification of the molds and in the tooling, removing the model from the mold or the rod from the tooling, drying, assembling and calcining. Moreover, the gelling agent is prepared in the form of a composition of a powdered filler, an organomineral chemical component and a substance that regulates the pH of the gelling agent.
Этот способ, взятый в качестве прототипа, хотя и обеспечивает стабильность отверждения суспензии, характеризуется следующим рядом существенных недостатков:This method, taken as a prototype, although it ensures the stability of suspension curing, is characterized by the following number of significant disadvantages:
- Поскольку используется кварцевый наполнитель суспензии, не удается качественно изготавливать точные отливки, в том числе из химически активных и жаропрочных сплавов, по причине полиморфных превращений кварца и его низкой термохимической устойчивости при заливке расплавов в вакууме.- Since a quartz suspension filler is used, it is not possible to produce high-quality precision castings, including those from chemically active and heat-resistant alloys, due to polymorphic transformations of quartz and its low thermochemical stability when pouring melts in a vacuum.
- При подготовке кремнеземного связующего применяется дорогостоящий, экологически опасный этилсиликат, который подвергается длительному гидролизу в среде пожароопасного спирта с применением вредной соляной кислоты.- When preparing a silica binder, an expensive, environmentally hazardous ethyl silicate is used, which undergoes prolonged hydrolysis in a flammable alcohol environment with the use of harmful hydrochloric acid.
- Наличие этилового спирта в керамике вызывает необходимость его выжигания, что делает технологический процесс пожароопасным и экологически вредным.- The presence of ethyl alcohol in ceramics necessitates its burning, which makes the technological process fire hazardous and environmentally harmful.
- Присутствие органических веществ в форме обуславливает высокие температуру прокалки и длительность для их удаления и формирования требуемой структуры и свойств керамики. - The presence of organic substances in the form causes a high calcination temperature and duration for their removal and the formation of the required structure and properties of the ceramic.
- Прочность форм и стержней после отверждения суспензии имеет низкие значения, что приводит к браку отливок, в особенности сложнопрофильных.- The strength of the molds and cores after curing the suspension has low values, which leads to the rejection of castings, especially those with complex profiles.
В основу изобретения положена техническая задача – разработка способа изготовления керамических форм и стержней по постоянным моделям, который обеспечил бы уменьшение длительности формообразования и повышения физико-механических характеристик керамических форм и стержней, в том числе трещиноустойчивости и термохимической устойчивости в вакууме, для улучшения качества изготовления точных отливок, в особенности сложнопрофильных из химически активных и жаропрочных сплавов. При этом следует обеспечить безопасность жизнедеятельности на стадиях подготовки связующего и гелеобразователя. The invention is based on a technical problem - the development of a method for the manufacture of ceramic molds and rods according to constant patterns, which would provide a decrease in the duration of formation and increase the physical and mechanical characteristics of ceramic molds and rods, including crack resistance and thermochemical stability in vacuum, to improve the quality of manufacturing precise castings, in particular, complex-shaped castings made of chemically active and heat-resistant alloys. In this case, the safety of life should be ensured at the stages of preparation of the binder and gelling agent.
Указанная задача решается таким образом, что в способе изготовления керамических форм и стержней по постоянным моделям, включающем подготовку керамической суспензии на основе огнеупорного наполнителя и кремнеземном связующем, приготовление гелеобразователя, введение гелеобразователя в суспензию при непрерывном перемешивании, заполнение формообразующей оснастки готовой суспензией, выдержку для отверждения форм и стержней в оснастке, извлечение модели из формы или стержня из оснастки, прокалку, согласно изобретению при приготовлении суспензии в качестве кремнеземного связующего используют кремнезоль основной, в качестве огнеупорного наполнителя используют порошкообразный муллит с размером частиц 10…40 мкм, гелеобразователь готовят путем плакирования зернистого муллита с размером частиц 160-300 мкм смесью раствора алюмборфосфатного концентрата и силиката кальция в количестве 2-4 % от массы зернистого муллита, после отверждения форм и стержней осуществляют их обработку в вакууме с остаточным воздушным давлением 1400-2000 Па, а прокаливание осуществляют при температуре 350-600 °С в течении 30-90 минут.This problem is solved in such a way that in the method for the manufacture of ceramic molds and rods according to constant models, including the preparation of a ceramic suspension based on a refractory filler and a silica binder, preparation of a gelling agent, introduction of a gelling agent into the suspension with continuous stirring, filling the forming tooling with a ready-made suspension, holding for curing molds and rods in a tooling, removing a model from a mold or a rod from a tooling, calcining, according to the invention, when preparing a suspension, silica binder is used as a basic silica binder; powdered mullite with a particle size of 10 ... 40 μm is used as a refractory filler; mullite with a particle size of 160-300 microns with a mixture of a solution of alumborophosphate concentrate and calcium silicate in an amount of 2-4% of the mass of granular mullite, after curing the molds and rods, they are processed in vacuum with a residual air pressure 1400-2000 Pa, and calcination is carried out at a temperature of 350-600 ° C for 30-90 minutes.
Приготовление суспензии на кремнезольном водном связующем и порошкообразном муллите улучшает экологическую обстановку, устраняет пожароопасность, обеспечивает высокие физико-механические характеристики керамических форм и стержней по постоянным моделям и высокую точность отливок. The preparation of a suspension on a silica ash water binder and powdered mullite improves the ecological situation, eliminates the fire hazard, provides high physical and mechanical characteristics of ceramic molds and rods according to constant patterns and high accuracy of castings.
Подготовка гелеобразователя путем плакирования зернистого муллита с размером частиц 160-300 мкм смесью алюмборфосфатного концентрата и силиката кальция в количестве 2-4 % от массы зернистого муллита создает условия для равномерного распределения гелеобразователя в объеме керамической суспензии. Это приводит к ускорению формообразования и исключению образования крупных трещин в керамике. При этом формируется мелкая сетка трещин, необходимая для газопроницаемости керамики. Кроме того, при последующей прокалке керамики кремнезем связующего в результате взаимодействия с алюмоборфосфатным концентратом становится химически связанным. Продукты взаимодействия являются термохимически устойчивыми, как и муллитсодержащий наполнитель, к заливаемым в вакууме химически активным и жаропрочным сплавам (титановым, никелевым). Это повышает качество точных отливок из таких сплавов. Preparation of the gelling agent by cladding granular mullite with a particle size of 160-300 μm with a mixture of alumborophosphate concentrate and calcium silicate in an amount of 2-4% of the mass of granular mullite creates conditions for uniform distribution of the gelling agent in the volume of the ceramic suspension. This leads to the acceleration of shaping and the exclusion of the formation of large cracks in the ceramic. In this case, a fine network of cracks is formed, which is necessary for the gas permeability of the ceramic. In addition, during the subsequent calcination of the ceramics, the silica of the binder becomes chemically bound as a result of interaction with the aluminoborophosphate concentrate. The reaction products are thermochemically stable, like the mullite-containing filler, to chemically active and heat-resistant alloys (titanium, nickel) poured in a vacuum. This improves the quality of precision castings from these alloys.
Вакуумирование отвержденных керамических форм и стержней с остаточным воздушным давлением 1400-2000 Па обеспечивает надежное и стабильное удаление «свободной» влаги, ее высокую трещиноустойчивость, а также создаются условия для снижения температуры и продолжительности последующей прокалки.Vacuuming cured ceramic molds and rods with a residual air pressure of 1400-2000 Pa provides reliable and stable removal of "free" moisture, its high crack resistance, and also creates conditions for reducing the temperature and duration of subsequent calcination.
Таким образом отличительные признаки в своей совокупности вызывают ускорение формообразования и повышение физико-механических свойств керамических форм и стержней, что улучшает качество изготовления точных отливок, в особенности сложнопрофильных из химически активных и жаропрочных сплавов. Thus, the distinctive features in their totality cause the acceleration of shaping and an increase in the physicomechanical properties of ceramic molds and rods, which improves the quality of manufacturing precision castings, especially those of complex profile, made of chemically active and heat-resistant alloys.
Заявленный способ изготовления керамических форм и стержней по постоянным моделям осуществляют следующим образом.The claimed method for the manufacture of ceramic molds and rods according to constant patterns is as follows.
Приготавливают керамическую суспензию из огнеупорного наполнителя – порошкообразного муллита с размером частиц 10-40 мкм и кремнеземного связующего, в качестве которого используют кремнезоль основной. Приготовление суспензии ведут путем перемешивания ингредиентов в мешалке с частотой вращения крыльчатки 1500 – 1800 об/мин в течение 30 – 40 мин. Затем приготавливают гелеобразователь. Для этого зернистый муллит с размером частиц 160-300 мкм плакируют смесью алюмборфосфатного концентрата и силиката кальция в количестве 2-4 % от массы зернистого муллита.A ceramic suspension is prepared from a refractory filler - powdered mullite with a particle size of 10-40 microns and a silica binder, which is used as the main silica sol. The suspension is prepared by mixing the ingredients in a mixer with an impeller speed of 1500 - 1800 rpm for 30 - 40 minutes. Then a gelling agent is prepared. For this, granular mullite with a particle size of 160-300 microns is clad with a mixture of alumborophosphate concentrate and calcium silicate in an amount of 2-4% of the mass of granular mullite.
При количестве плакирующей смеси меньше, чем 2 % от массы зернистого муллита не удается обеспечить стабильного и равномерного отверждения суспензии в оснастке. Количество плакирующей смеси больше, чем 4 % от массы зернистого муллита вызывает преждевременное выпадение геля в отдельных микрообъемах суспензии. Это значительно снижает прочностные характеристики керамики.When the amount of the cladding mixture is less than 2% of the mass of granular mullite it is not possible to ensure a stable and uniform curing of the suspension in the tooling. The amount of the cladding mixture is more than 4% of the mass of granular mullite causes premature precipitation of the gel in separate microvolumes of the suspension. This significantly reduces the strength characteristics of the ceramics.
Затем вводят гелеобразователь в подготовленную ранее суспензию при непрерывном перемешивании. Заливают суспензию в формообразующую оснастку. В зависимости от количества гелеобразователя происходит отверждение суспензии в оснастке в течение 15–20 мин. Форму или стержень устанавливают в вакуумную камеру для удаления «свободной» влаги при остаточном воздушном давлении 1400–2000 Па в зависимости от массы формы и стержня. Then the gelling agent is introduced into the previously prepared suspension with continuous stirring. The suspension is poured into the forming tooling. Depending on the amount of the gelling agent, the suspension hardens in the tooling for 15–20 minutes. The mold or rod is placed in a vacuum chamber to remove "free" moisture at a residual air pressure of 1400–2000 Pa, depending on the mass of the mold and the rod.
При остаточном воздушном давлении больше, чем 2000 Па не обеспечивается качественное удаление «свободной» влаги, что вызывает брак керамических форм, стержней и точных отливок. Остаточное воздушное давление меньше, чем 1400 Па не целесообразно по причине неоправданных затрат энергии на создание глубокого вакуума. At a residual air pressure of more than 2000 Pa, high-quality removal of "free" moisture is not ensured, which causes defects in ceramic molds, rods and precision castings. The residual air pressure less than 1400 Pa is not advisable due to the unjustified energy consumption for creating a deep vacuum.
Окончательным этапом является прокалка керамических форм и стержней. Причем в отличие от аналогов и прототипа удается существенно снизить температуру и продолжительность прокалки, которые составляют 350 – 600 °С и 30 – 90 мин в зависимости от габаритов форм и стержней. Это уменьшает энергоемкость и повышает эффективность этого способа литья точных отливок, в особенности сложнопрофильных из химически активных и жаропрочных сплавов.The final step is calcining the ceramic molds and rods. Moreover, in contrast to analogs and the prototype, it is possible to significantly reduce the temperature and duration of calcination, which are 350 - 600 ° C and 30 - 90 minutes, depending on the dimensions of the molds and rods. This reduces the energy consumption and increases the efficiency of this method of casting precision castings, especially of complex-shaped castings of reactive and heat-resistant alloys.
Предлагаемый способ изготовления керамических форм и стержней по постоянным моделям иллюстрируется следующими примерами.The proposed method for the manufacture of ceramic molds and rods according to constant patterns is illustrated by the following examples.
Пример 1. Готовят керамическую суспензию из кремнезоля основного (30 % масс.) и огнеупорного наполнителя (70 % масс.). В качестве последнего используют порошкообразный муллит с размерами частиц 10–40 мкм. Example 1. A ceramic suspension is prepared from the basic silica ash (30% by weight) and a refractory filler (70% by weight). Powdered mullite with a particle size of 10–40 µm is used as the latter.
Подготовку суспензии осуществляют путем перемешивания ингредиентов в мешалке с частотой вращения крыльчатки 1500 об/мин в течение 30 мин. Затем приготавливают гелеобразователь. Для этого в зернистый муллит с размерами частиц 160–300 мкм заливают раствор алюмоборфосфатного концентрата, перемешивают в шнековом смесителе 2…3 мин, затем засыпают порошок силиката кальция и вновь перемешивают в течение 2 минут. Полученный материал обладает сыпучестью, может храниться неограниченно во времени и использоваться по мере необходимости. Силикат кальция отверждает раствор алюмоборфосфатного концентрата и равномерно распределяется на зернах муллита, надежно адгезируя в пленке связующего. Таким образом, осуществляется плакирование зернистого муллита смесью алюмоборфосфатного концентрата и силиката кальция, обладающих коагулирующим воздействием на кремнезольное связующее керамических форм и стержней.The suspension is prepared by mixing the ingredients in a mixer with an impeller speed of 1500 rpm for 30 minutes. Then a gelling agent is prepared. To do this, a solution of aluminoborophosphate concentrate is poured into granular mullite with a particle size of 160-300 microns, mixed in a screw mixer for 2 ... 3 minutes, then calcium silicate powder is poured and mixed again for 2 minutes. The resulting material is free-flowing, can be stored indefinitely and used as needed. Calcium silicate cures the solution of aluminoborophosphate concentrate and is evenly distributed on the mullite grains, reliably adhering to the binder film. Thus, the cladding of granular mullite is carried out with a mixture of aluminoborophosphate concentrate and calcium silicate, which have a coagulating effect on the silica ash binder of ceramic molds and rods.
В примере 1 готовят три вида гелеобразователя с разным количеством плакирующей смеси, соответственно 2; 3; 4 % от массы зернистого муллита, и их вводят в три емкости с подготовленной керамической суспензией из расчета 20 % масс гелеобразователя к массе суспензии при ее непрерывном перемешивании. Затем три вида суспензии заливают в оснастку (три опоки с моделями). Выдерживают суспензию в оснастке для формирования форм, по окончании чего удаляют постоянные модели. Формы помещают в вакуумную камеру, где при остаточном воздушном давлении 1800 Па в течение 10 минут осуществляют удаление «свободной» влаги. Окончательным этапом является прокалка форм и заливка в них расплавленного металла с получением отливок из стали 20ГЛ, титанового сплава ВТ5Л, жаропрочного никелевого сплава ЖС6У. Параллельно изготавливают керамические формы согласно прототипу. Сравнительные данные по характеристикам форм и отливок представлены в табл.1. In example 1, three types of gelling agents are prepared with different amounts of the cladding mixture, respectively 2; 3; 4% of the mass of granular mullite, and they are introduced into three containers with a prepared ceramic suspension at the rate of 20% of the mass of the gelling agent to the mass of the suspension with continuous stirring. Then three types of suspension are poured into the tooling (three flasks with models). The suspension is maintained in the mold forming tooling, after which the permanent models are removed. The molds are placed in a vacuum chamber, where, at a residual air pressure of 1800 Pa, “free” moisture is removed for 10 minutes. The final stage is calcining the molds and pouring molten metal into them to obtain castings from 20GL steel, VT5L titanium alloy, and high-temperature nickel alloy ZhS6U. In parallel, ceramic molds are produced according to the prototype. Comparative data on the characteristics of molds and castings are presented in Table 1.
Анализ полученных результатов показывает, что заявленный способ позволяет существенно сократить цикл формообразования и улучшить физико-механические характеристики керамических форм, в том числе трещиноустойчивость и термохимическую устойчивость при снижении энергоемкости их изготовления. Это обеспечивает снижение брака точных отливок и повышение качества их изготовления, в том числе из химически активных и жаропрочных сплавов.The analysis of the results obtained shows that the claimed method can significantly reduce the formation cycle and improve the physical and mechanical characteristics of ceramic molds, including crack resistance and thermochemical stability, while reducing the energy consumption of their manufacture. This ensures a reduction in rejects of precision castings and an increase in the quality of their manufacture, including those made from chemically active and heat-resistant alloys.
Таблица 1Table 1
Сравнительные показатели способов изготовления керамических формComparative indicators of methods for making ceramic molds
по постоянным моделямon permanent models
а) после отверждения
б) после прокалки2. Bending strength of specimens, MPa:
a) after curing
b) after calcination
3,51.5
3.5
8,27.0
8.2
8,87.6
8.8
8,37.2
8.3
Пример 2. Изготовление керамических стержней осуществляют аналогично способу, представленному в примере 1. При этом подготовку гелеобразователя проводят путем плакирования зернистого муллита с размерами частиц 160–300 мкм смесью алюмоборфосфатного концентрата и силиката кальция в количестве 3 % от массы зернистого муллита. В ходе испытаний варьируют остаточное воздушное давление для вакуумной обработки керамики: 1400; 1600; 2000 Гц. Влияние этого параметра на свойства керамических стержней представлено в табл.2. Удаление «свободной» влаги из керамических стержней путем вакуумной обработки позволяет повысить прочностные характеристики и газопроницаемость керамики, снизить температуру и продолжительность ее прокалки. Это улучшает качество изготовления точных отливок, в особенности сложнопрофильных. Example 2. The manufacture of ceramic rods is carried out similarly to the method presented in example 1. In this case, the preparation of the gelling agent is carried out by cladding granular mullite with a particle size of 160-300 microns with a mixture of aluminoborophosphate concentrate and calcium silicate in an amount of 3% by weight of granular mullite. During the tests, the residual air pressure for vacuum processing of ceramics is varied: 1400; 1600; 2000 Hz. The influence of this parameter on the properties of ceramic rods is presented in Table 2. Removal of "free" moisture from ceramic rods by vacuum treatment allows increasing the strength characteristics and gas permeability of ceramics, reducing the temperature and duration of its calcination. This improves the quality of manufacturing precision castings, especially those with complex profiles.
Таблица 2table 2
Влияние вакуумной обработки на свойства керамических стержнейInfluence of vacuum treatment on the properties of ceramic rods
а) после вакуумной обработки
б) после прокалки1. Bending strength of specimens, MPa:
a) after vacuum treatment
b) after calcination
9,38.4
9.3
8,98.0
8.9
8,57.5
8.5
Учитывая повышенные свойства керамических форм и стержней, технологичность, заявленный способ их изготовления может быть использован практически в любых отечественных и зарубежных цехах точного литья в керамические формы из огеливаемых суспензий по постоянным моделям для нужд авиастроения, нефтегазового комплекса, приборостроения. Taking into account the increased properties of ceramic molds and rods, manufacturability, the claimed method of their manufacture can be used in almost any domestic and foreign workshops for precision casting into ceramic molds from gellable suspensions according to constant models for the needs of aircraft construction, oil and gas complex, instrument making.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021117096A RU2760029C1 (en) | 2021-06-11 | 2021-06-11 | Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021117096A RU2760029C1 (en) | 2021-06-11 | 2021-06-11 | Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2760029C1 true RU2760029C1 (en) | 2021-11-22 |
Family
ID=78719281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021117096A RU2760029C1 (en) | 2021-06-11 | 2021-06-11 | Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2760029C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2826115C1 (en) * | 2024-06-05 | 2024-09-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" | Mixture for making moulds and cores and method of its preparation (versions) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0371895A2 (en) * | 1988-11-30 | 1990-06-06 | Howmet Corporation | Method of making ceramic cores and other articles |
| RU2157292C1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-10-10 | Южно-Уральский государственный университет | Method of manufacture of ceramic molds and cores according to constant models |
| RU2162763C1 (en) * | 1999-11-09 | 2001-02-10 | Южно-Уральский государственный университет | Method of preparing suspension for manufacture of ceramic molds and cores |
| RU2650219C2 (en) * | 2012-10-19 | 2018-04-11 | Аск Кемикалз Гмбх | Molding materials mixtures based on inorganic binders and a method of producing press molds and cores for metal casting |
-
2021
- 2021-06-11 RU RU2021117096A patent/RU2760029C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0371895A2 (en) * | 1988-11-30 | 1990-06-06 | Howmet Corporation | Method of making ceramic cores and other articles |
| RU2157292C1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-10-10 | Южно-Уральский государственный университет | Method of manufacture of ceramic molds and cores according to constant models |
| RU2162763C1 (en) * | 1999-11-09 | 2001-02-10 | Южно-Уральский государственный университет | Method of preparing suspension for manufacture of ceramic molds and cores |
| RU2650219C2 (en) * | 2012-10-19 | 2018-04-11 | Аск Кемикалз Гмбх | Molding materials mixtures based on inorganic binders and a method of producing press molds and cores for metal casting |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2826115C1 (en) * | 2024-06-05 | 2024-09-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" | Mixture for making moulds and cores and method of its preparation (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4762392B2 (en) | Core compositions and articles with excellent performance for casting in gas turbine applications | |
| CN100528403C (en) | Method for preparing casting titanium and titanium-aluminum base alloy porous ceramic mould shell | |
| KR20210053319A (en) | Investment Casting Shell Binder and Composition | |
| JPS60238117A (en) | Ceramic filter and its production and use | |
| US3751276A (en) | Refractory laminate based on negative sol or silicate and positive sol | |
| US3748157A (en) | Refractory laminate based on negative sols or silicates and basic aluminum salts | |
| CN101099988A (en) | Back coating of casting titanium and titanium-aluminum base alloy ceramic shell and preparation method thereof | |
| RU2412019C1 (en) | Method of producing ceramic shell moulds for investment casting | |
| US9539637B2 (en) | Investment casting refractory material | |
| RU2760029C1 (en) | Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns | |
| RU2302311C1 (en) | Method for making ceramic shell molds for casting with use of investment patterns | |
| US3754946A (en) | Refractory laminate based on negative sols or silicates and non polymeric organic cationic nitrogen containing compounds | |
| CN112275994B (en) | Silica sol for the preparation of casting moulds | |
| US4605057A (en) | Process for producing core for casting | |
| CN112250473B (en) | A kind of gradient porous ceramic core and preparation method thereof | |
| CN118492277B (en) | A method for improving the performance and precision of a soluble core for droplet injection molding and a soluble core | |
| JPS6363296B2 (en) | ||
| RU2603402C2 (en) | Composition of ceramic layer for making moulds and other articles | |
| JP6317995B2 (en) | Slurry filler material for manufacturing precision casting mold, slurry obtained by using the filler, and precision casting mold | |
| RU2748251C1 (en) | Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns | |
| RU2385782C1 (en) | Mix for manufacturing of shapes and rods in precision casting and method of its manufacturing | |
| US3752681A (en) | Refractory laminate based on positive sols and monofunctional organic acids and salts | |
| GB2155484A (en) | Binder and refractory compositions | |
| RU2326750C1 (en) | Poured self hardening blend on cement binding for fabrication of precision castings | |
| JP6368596B2 (en) | Slurry composition for producing precision casting mold and method for producing the same |