RU2674273C1

RU2674273C1 - Method of manufacturing a ceramic form for investment casting

Info

Publication number: RU2674273C1
Application number: RU2017142434A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Горюхин; Екатерина Сергеевна Гайнцева; Олег Борисович Деменок; Лилия Флюровна Габдрахманова; Радис Раилович Ганиев; Тимур Артурович Хайруллин
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2018-12-06

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to foundry and can be used to produce castings by investment casting. Method of manufacturing a ceramic mold for investment casting includes layering on the melted model of the suspension based on an aqueous binder and refractory pulverized filler in the form of micropowder of electrocorundum with sprinkling the surface of each layer and drying the applied layer. Between the ceramic layers cause mesh material with a burnout temperature less than 1,000 °C, which is set after each layer or after a specified number of layers.EFFECT: it provides the necessary strength of the form in the raw state and the elimination of the difficult shrinkage of the metal in the calcined form.4 cl, 4 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения отливок литьем по выплавляемым моделям.The invention relates to foundry and can be used to produce castings by investment casting.

Известен способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям (патент РФ №2532583, кл. В22С 9/04, 29.07.2013), включающий формирование на модельном блоке оболочки с использованием кремнезольного связующего, плавленого кварца в качестве огнеупорного наполнителя и обсыпочного материала, сушку слоев оболочки и вытопку модельного состава в горячей воде, где для формирования первого или двух первых слоев оболочки используют кремнезоль кислый и плавленый кварц при следующем соотношении компонентов, об. %:A known method of manufacturing ceramic shell molds for investment casting (patent of the Russian Federation No. 2532583, class B22C 9/04, 07.29.2013), including the formation on the model block shell using silica binder, fused silica as a refractory filler and dusting material, drying the layers of the shell and refluxing the model composition in hot water, where silica sol and fused silica are used to form the first or two first layers of the shell in the following ratio of components, vol. %:

Кремнезоль кислыйSilica Sour 37-4137-41 Плавленый кварцFused quartz 59-63,59-63,

а для формирования последующих слоев оболочки используют суспензию, содержащую кремнезоль основной и плавленый кварц при следующем соотношении компонентов, об. %:and for the formation of subsequent layers of the shell using a suspension containing silica main and fused silica in the following ratio of components, vol. %:

Кремнезоль основнойSilica main 36-4436-44 Плавленый кварцFused quartz 56-64.56-64.

Недостатками способа являются:The disadvantages of the method are:

- низкая прочность формы в «сыром» состоянии, что иногда приводит к разрушению формы в момент удаления модельной массы;- low mold strength in the "wet" state, which sometimes leads to the destruction of the mold at the time of removal of the model mass;

- высокая прочность формы после прокаливания, что приводит к образованию трещин и разрушению отливок с затрудненной усадкой при охлаждении формы после заливки сплавом;- high mold strength after calcination, which leads to the formation of cracks and the destruction of castings with difficult shrinkage when cooling the mold after pouring the alloy;

- повышение трудоемкости отделения формы от отливки из-за высокой прочности керамики.- increasing the complexity of separating the mold from the casting due to the high strength of the ceramic.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ изготовления формы для литья по выплавляемым моделям (патент РФ №2297302, кл. В22С 9/04, 18.11.2004), который включает послойное нанесение на выплавляемую модель суспензии на основе водного связующего и огнеупорного пылевидного наполнителя с обсыпкой поверхности формы кварцевым песком каждого слоя. При нанесении третьего слоя обсыпку ведут кварцевым песком с добавлением электрокорунда в количестве до 30% от общего веса кварцевого песка. Обеспечивается повышение прочности керамических форм.Closest to the technical nature of the claimed invention is a method of manufacturing a casting mold for investment casting (RF patent No. 2297302, class B22C 9/04, 11/18/2004), which includes layer-by-layer deposition on a lost wax model based on an aqueous binder and refractory dust-like filler with dusting the surface of the form with quartz sand of each layer. When applying the third layer, sprinkling is carried out with quartz sand with the addition of electrocorundum in an amount of up to 30% of the total weight of quartz sand. Provides increased strength of ceramic molds.

Причиной разрушения не прокаленной формы является ее низкая прочность, составляющая 3-4 МПа при испытании на изгиб. При удалении модельной массы, происходит ее расширение и в местах наибольшего напряжения, например, соединение двух стенок под небольшим углом, происходит образование трещин, приводящих к разрушению формы (фиг. 1).The reason for the destruction of the non-calcined form is its low strength of 3-4 MPa when tested in bending. When the model mass is removed, it expands and in places of greatest stress, for example, the connection of two walls at a small angle, the formation of cracks occurs, leading to the destruction of the form (Fig. 1).

После удаления модельной массы форма проходит термическую обработку (прокаливается при 1000°С в течение четырех часов) и приобретает прочность до 30 МПа на изгиб. При охлаждении отливки в конструкции которой есть участки где затруднена усадка сплава при его затвердевании (лопатка имеющая с одного конца замок, а с другого бандажную полку) из-за высокой прочности формы, полученной на водном связующем, в отливке возникают напряжения, приводящие к образованию трещин и ее разрыву.After removing the model mass, the mold undergoes heat treatment (it is calcined at 1000 ° C for four hours) and acquires a bending strength of up to 30 MPa. When the casting is cooled, the design of which has areas where shrinkage of the alloy is difficult during its hardening (a blade having a lock at one end and a retaining shelf at the other end) due to the high strength of the mold obtained on an aqueous binder, stresses arise in the casting leading to cracking and her break.

Высокая прочность керамической формы, полученной на водном связующем, доходящая до 25-30 МПа, затрудняет механическое отделение керамики и создает опасность повреждения отливки при применении больших усилий.The high strength of the ceramic mold obtained on an aqueous binder, reaching up to 25-30 MPa, complicates the mechanical separation of ceramics and creates the risk of damage to the casting when using large forces.

Задача изобретения - управление прочностью керамической формы в «сыром» и прокаленном состояниях.The objective of the invention is the control of the strength of the ceramic mold in the "raw" and calcined states.

Технический результат - обеспечение необходимой прочности формы в «сыром» состоянии и устранение затрудненной усадки металла в прокаленной форме.The technical result is the provision of the necessary form strength in the "wet" state and the elimination of difficult shrinkage of the metal in the calcined form.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается способом изготовления формы для литья по выплавляемым моделям, включающий послойное нанесение на выплавляемую модель суспензии на основе водного связующего и огнеупорного пылевидного наполнителя в виде микропорошка электрокорунда с обсыпкой поверхности каждого слоя и сушку нанесенного слоя, отличающийся тем, что между керамическими слоями наносят сетчатый материал с температурой выгорания менее 1000°С, который устанавливают после каждого слоя или после заданного количества слоев.The problem is solved, and the technical result is achieved by the method of manufacturing a casting mold for investment casting, including layer-by-layer deposition on a lost wax model of a suspension based on an aqueous binder and refractory dust-like filler in the form of electrocorundum micropowder with dusting the surface of each layer and drying the deposited layer, characterized in that mesh material is applied between the ceramic layers with a burn-out temperature of less than 1000 ° C, which is set after each layer or after a predetermined amount quality layers.

Кроме того, согласно изобретению, в качестве сетчатого материала может быть использована полимерная сетка.In addition, according to the invention, a polymer network can be used as the mesh material.

Кроме того, согласно изобретению, в качестве сетчатого материала может быть использован сетчатый текстиль.Furthermore, according to the invention, mesh textiles can be used as the mesh material.

Кроме того, согласно изобретению, в качестве сетчатого материала может быть использована металлическая сетка.In addition, according to the invention, a metal mesh can be used as the mesh material.

Керамическая форма формируется путем окунания модели в суспензию, состоящую из водного связующего и огнеупорного наполнителя (например, микропорошок электрокорунда) и последующей обсыпкой огнеупорным порошком и сушкой нанесенного слоя керамики. После сушки, нанесенных в необходимом количестве слоев керамики, наносят сетчатый материал, после чего продолжают процесс нанесения керамических слоев до заданного технологом.The ceramic mold is formed by dipping the model in a suspension consisting of an aqueous binder and refractory filler (for example, micronum powder) and then sprinkling it with refractory powder and drying the applied ceramic layer. After drying, applied in the required number of layers of ceramics, a mesh material is applied, after which the process of applying ceramic layers is continued to a predetermined technologist.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1, представлено сечение модели 1 - модель; 2 - керамический стержень. На фиг. 2 представлено сечение модели с нанесенными в необходимом количестве керамическими слоями 1 - модель; 2 - керамический стержень; 3 - слои керамики. На фиг. 3 представлено сечение модели с керамическими слоями и нанесенным сетчатым материалом 1 - модель; 2 - керамический стержень; 3 - слои керамики; 4 - сетчатый материал. На фиг. 4 представлено сечение модели с завершающими слоями керамики 1 - модель; 2 - керамический стержень; 3 - слои керамики 4 - сетчатый материал.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1, presents a section of the model 1 - model; 2 - ceramic rod. In FIG. 2 shows a section of the model with the required amount of ceramic layers 1 - model; 2 - ceramic rod; 3 - layers of ceramics. In FIG. 3 shows a section of a model with ceramic layers and applied mesh material 1 - model; 2 - ceramic rod; 3 - layers of ceramics; 4 - mesh material. In FIG. 4 shows a section of the model with the final layers of ceramic 1 - model; 2 - ceramic rod; 3 - layers of ceramics; 4 - mesh material.

В такой керамической форме, нанесенный между слоями керамики сетчатый материал повышает прочность формы в «сыром» состоянии (до прокаливания), что позволяет избежать растрескивания формы при удалении модели и снижает прочность керамической формы после прокаливания (при температуре 1000°С) из-за выгорания или плавления материала сетки и образования пор (пустот), что позволяет устранить затрудненную усадку металла в форме.In such a ceramic mold, the mesh material deposited between the ceramic layers increases the mold strength in the “wet” state (before calcination), which avoids cracking of the mold when the model is removed and reduces the strength of the ceramic mold after calcination (at a temperature of 1000 ° C) due to burnout or melting the mesh material and the formation of pores (voids), which eliminates the difficult shrinkage of the metal in the mold.

Пример конкретной реализации способаAn example of a specific implementation of the method

Изготовление формы включает операции изготовления обожженного керамического стержня, получения модели со стержнем внутри нее, нанесения на верхний знак стержня пористой прослойки, нанесения трех керамических слоев на готовую модель путем окунания ее в суспензию, состоящую из водного связующего и огнеупорного наполнителя (например, микропорошок электрокорунда) и последующей обсыпки огнеупорным порошком и сушки нанесенного слоя керамики, после чего на поверхность керамики наносят сетчатый материал. Далее наносят два керамических слоя и еще одну прослойку из сетчатого материала. Затем, наносят два последних керамических слоя и из формы удаляют модельную массу. После прокаливания формы по заданному режиму ее заливают сплавом и получают качественную отливку.The manufacture of the mold includes the operations of manufacturing a calcined ceramic rod, obtaining a model with a core inside it, applying a porous layer to the upper sign of the core, applying three ceramic layers to the finished model by dipping it into a suspension consisting of an aqueous binder and refractory filler (for example, fused alumina powder) and then sprinkling with refractory powder and drying the applied ceramic layer, after which mesh material is applied to the ceramic surface. Then two ceramic layers and one more layer of mesh material are applied. Then, the last two ceramic layers are applied and the model mass is removed from the mold. After calcining the mold according to the given mode, it is poured with alloy and a high-quality casting is obtained.

Из таблицы 1 видно, что изгибная прочность образцов, с установленным между керамическими слоями сетчатым материалом в «сыром» состоянии выше, чем у образцов без сетки. Прочность «сырых» образцов с сеткой из полимера выше на 45,31%, с сеткой из текстиля выше на 15,36%, с сеткой из латуни выше на 97,14%.From table 1 it is seen that the bending strength of the samples, with the mesh material installed between the ceramic layers in the “wet” state, is higher than that of the samples without the mesh. The strength of raw samples with a mesh of polymer is higher by 45.31%, with a mesh of textiles higher by 15.36%, with a mesh of brass higher by 97.14%.

Из таблицы 1 также видно, что изгибная прочность образцов, с установленным между керамическими слоями сетчатым материалом после прокаливания ниже, чем у образцов без сетки. Прочность прокаленных образцов с сеткой из полимера ниже на 41,76%, с сеткой из текстиля ниже на 25,82%, с сеткой из латуни ниже на 35,5%.From table 1 it is also seen that the bending strength of the samples, with a mesh material installed between the ceramic layers after calcination, is lower than that of samples without a mesh. The strength of calcined samples with a polymer net is lower by 41.76%, with a textile net 25.82% lower, with a brass net 35.5% lower.

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить прочность керамической формы в «сыром» состоянии и предотвратить затрудненную усадку металла в прокаленной форме.So, the claimed invention allows to increase the strength of the ceramic mold in the "wet" state and prevent difficult shrinkage of the metal in the calcined form.

Claims

1. Способ изготовления керамической формы для литья по выплавляемым моделям, включающий послойное нанесение на выплавляемую модель суспензии на основе водного связующего и огнеупорного пылевидного наполнителя в виде микропорошка электрокорунда с обсыпкой поверхности каждого слоя и сушку нанесенного слоя, отличающийся тем, что между керамическими слоями наносят сетчатый материал с температурой выгорания менее 1000°C, который устанавливают после каждого слоя или после заданного количества слоев.1. A method of manufacturing a ceramic investment casting mold, comprising layer-by-layer application of a suspension on the basis of an aqueous binder and refractory dust-like filler in the form of micropowder of electrocorundum with dusting the surface of each layer and drying the deposited layer, characterized in that a mesh layer is applied between the ceramic layers material with a burn-out temperature of less than 1000 ° C, which is installed after each layer or after a given number of layers.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сетчатого материала используют полимерную сетку.2. The method according to p. 1, characterized in that as a mesh material using a polymer network.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сетчатого материала используют сетчатый текстиль.3. The method according to p. 1, characterized in that as a mesh material using mesh textile.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сетчатого материала используют металлическую сетку.4. The method according to p. 1, characterized in that as the mesh material using a metal mesh.