- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. СВОЙСТВА И СОСТАВ МАТЕРИАЛОВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ
- •1.1. Общие свойства керамики
- •1.1.1. Микроструктура
- •1.1.3. Механическая прочность
- •1.1.4. Модуль упругости
- •1.2.2. Ползучесть
- •1.2.3. Длительная прочность
- •1.3. Теплофизические свойства керамических материалов
- •1.3.1. Теплопроводность
- •1.3.2. Термическое расширение
- •1.4. Термические свойства керамики
- •1.4.1. Огнеупорность
- •1.4.2. Термическая стойкость
- •1.6. Состав и свойства материалов для керамических стержней
- •1.6.1. Огнеупорные материалы
- •1.6.2.Связующие вещества
- •2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ
- •2.1. Основные стадии производства керамики
- •2.3. Прессование стержней
- •2.3.1. Требования к шликерам
- •2.3.2. Прессование
- •2.3.3. Оборудование для прессования стержней
- •2.3.4. Подготовка стержнй"сыРПа к обжигу
- •2.4. Обжиг ст<Фжней
- •2.4.4. Процессы спекания и обжиг керамики
- •2.4.5. Жидкостное спекание
- •2.4.6. Твердофазовое спекание
- •2.4.7. Факторы, определяющие режим обжига изделий
- •2.5. Изготовление стержней лопаток
- •2.5.1. Подготовка исходных материалов
- •2.5.2. Приготовление пластификатора
- •2.5.3. Приготовление термопластичной массы
- •2.5.4. Прессование керамических стержней
- •2.5.5. Рихтовка сырых стержней
- •2.5.6. Изготовление образцов-свндетелей
- •2.5.7. Упаковка сырых стержней в короба
- •2.5.9. Выгрузка коробов из печи и стержней из коробов
- •2.5.10. Определение прочности образцов
- •3.2. Классификация восковых масс по назначению
- •3.2.1. Модельные массы
- •3.2.2. Литниковые массы
- •3.2.3. Водорастворимые массы
- •3.2.4. Специальные модельные массы
- •3.3. Свойства восковых масс и их влияние на качество моделей и отливок
- •3.4. Мониторинг дефектов восковых моделей
- •4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ
- •4.1. Требования к керамическим оболочковым формам
- •4.1.1. Точность воспроизведения конфигурации моделей
- •4.1.3. Термическая стойкость
- •4.1.4. Газопроницаемость и газотворность
- •4.1.5. Химическая стойкость и инертность
- •4.2. Материалы для оболочковых форм, их характеристика и подготовка
- •4.2.1. Основа оболочковых форм
- •4.2.2. Связующие материалы оболочек
- •4.3. Технологический процесс формирования огнеупорной оболочки
- •4.3.1. Приготовление связующего раствора
- •4.3.2. Приготовление огнеупорной суспензии
- •5. ЛИТЕЙНЫЕ ЖАРОПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
- •5.1. Требования к жаропрочным материалам
- •5.2. Классификация жаропрочных сплавов на основе никеля
- •5.3. Основные структурные составляющие никелевых сплавов
- •5.4. Основные направления увеличения прочности сплавов на никелевой основе
- •5.5. Легирование литых жаропрочных сплавов
- •5.6. Термообработка никелевых жаропрочных сплавов
- •6.4.2. Восстановление неметаллических включений
- •6.5. Технологические приемы повышения свойств литых жаропрочных сплавов
- •6.5.1. Поверхностное модифицирование
- •.6.5.2. Модифицирование сплава дисперсными частицами тугоплавких элементов
- •6.5.3. Высокотемпературная обработка расплава
- •7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ТОНКОСТЕННЫХ ГАБАРИТНЫХ
- •ОТЛИВОК
- •7.1. Влияние технологических параметров на заполняемость литейных форм металлом
- •7.1.1. Полнота удаления модельного состава из форм
- •7.1.2. Полнота удаления газотворных составляющих
- •7.1.3. Состояние поверхности лицевого слоя оболочки
- •8.3. Внутренние дефекты отливок
- •8.4. Несоответствие по геометрии
- •8.5. Прочие виды дефектов лопаток
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- •ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ ОТЛИВОК АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
го потребовалось бы тщательное фракционирование и регулирование со отношения частиц. Такую задачу решить очень сложно, так как промыш ленность выпускает порошки огнеупоров (в частности электрокорунда) с зернами соседних фракций и пористость полуфабриката из подобных масс чаще всего находится в пределах 25-45 %, а плотность изделия достигает ся при обжиге. Часто в практике керамического производства для ускоре ния контроля зерновой композиции определяют величину удельной по верхности микропорошков, выражаемую в си 1т. Ее определение основано на зависимости гидравлического сопротивления порошка при прохожде нии через него воздуха от размеров частиц.
2.3. Прессование стержней
Концентрированные суспензии, применяемые для всех процессов ке рамического литья, принято называть керамическими шликерами.
Керамические шликеры могут быть получены на основе водных сус пензий и на основе суспензий с расплавленным органическим пластифика тором. Дисперсионная среда последних (преимущественно парафин или композиции на его основе) твердеет в результате теплоотдачи в металли ческую форму, после чего из последней извлекают упрочнившуюся отлив ку.
Изготавливают стержни (отливка - полуфабрикат) методом горячего литья под давлением.
2.3.1. Требования к шликерам
Однородность шликера (характеризуемая соотношением в нем мине ральных компонентов и жидкости, а также зерновым составом минераль ной части) не должна существенно нарушаться под влиянием оседания твердых частиц при его хранении и в процессе литья. Взаимодействие час тиц в концентрированной суспензии препятствует их свободному паде нию, и скорость оседания снижается во много раз по сравнению с расчет ной (по закону Стокса). Практически всегда используют достаточно кон центрированные шликеры с объемным соотношением Т:Ж примерно (2,8-нЗ,8): 1 (для электрокорунда). При необходимости длительного хране ния производственные шликеры обязательно перемешивают.
Шликер должен обладать хорошей текучестью (т.е. низкой вязко стью) при достаточно высокой концентрации дисперсной фазы. При горя чем литье высокая концентрация шликера снижает расход пластификатора и повышает относительную плотность полуфабриката.
Физико-химические способы воздействия на шликер, обеспечиваю щие снижение его вязкости без значительного разбавления жидкостью, принято называть разжижением шликера.
Обязательным требованием к минеральному порошку, вводимому в
шликер, является хорошее высушивание его, т.е. максимальное удаление свободной влаги, сильно ухудшающей смачивание минеральных частиц парафином. Влажность порядка 1 % препятствует получению шликера с хорошей текучестью, и даже 0,1- 0,2 % влаги оказывают заметное отрица тельное влияние.
Основным компонентом дисперсионной среды шликера является па рафин, т.е. смесь твердых предельных углеводородов, получаемая при пе реработке нефти. У применяемых парафинов ?°пл лежит в пределах 5055 °С. Плотность твердого парафина составляет около 0,9 г/см , а расплав ленного - около 0,8 г/см3 Соответственно объем парафина при затверде вании уменьшается на 10-12 %, что существенно влияет на технологию горячего литья.
В сочетании с парафином для приготовления шликеров могут быть использованы и другие термопластические вещества, например стеарин, полиэтилен, воск, церезин. При добавлении к парафину они заметно влия ют на температуру его плавления и вязкость.
2.3.2. Прессование
Шликер при температуре 80-110 °С подается в пресс-форму и выдер живается под давлением в течение времени, достаточного для затвердева ния всех участков тела (стержня). В зависимости от размеров и конфигу рации стержня продолжительность выдержки колеблется от нескольких секунд до нескольких минут. Поскольку шликер практически не сжимает ся, то роль давления не заключается в его непосредственном уплотнении. В процессе заливки давление обеспечивает достаточно быстрее заполнение формы и предотвращает неоформление отдельных участков под влиянием застывания подводимого к ним шликера. Однако излишне высокое давле ние может вызвать фонтанирование шликера из литниковых отверстий пресс-формы, раскрытие ее половинок и, как следствие, изменение геомет рических размеров стержня.
Периодом заливки действие давления не заканчивается. При охлажде нии наблюдается усадка шликера на 3-5 % по объему, связанная с затвер деванием парафина. Объемной усадке соответствует линейная усадка на 1- 2 %. Однако внешние размеры стержня быстро фиксируются вследствие затвердевания слоев, прилегающих к стенкам формы. Поэтому наружная
линейная усадка (отнесенная к размерам формы) не превышает 0,2- 0,3 %, что достаточно для беспрепятственного извлечения стержня.
При охлаждении же всей массы залитого шликера преобладает внут ренняя усадка с образованием усадочных раковин или рыхлот в теле стержня. Такая усадка характерна для массивных стержней или стержней, имеющих переменную толщину. Выдержка под давлением обусловливает поступление новых порций шликера и способствует компенсации большей части внутренней усадки, т.е. заполнению раковин, рыхлот, и образованию стержня без дефектов. Для осуществления этих процессов необходима та кая конструкция пресс-формы и система теплоотвода, при которых литник и прилегающие к нему участки затвердевают последними, обеспечивая по ступление горячего шликера до конца процесса.
На качество стержней влияет и температура заливаемого шликера, оп ределяющая его вязкость. Излишнее снижение температуры ухудшает те кучесть и ускоряет затвердевание, что может привести к недоливам (осо бенно при наличии тонкостенных участков и сложной конфигурации стержня). Перегрев шликера, увеличивающий внутреннюю усадку, может снизить плотность стержня и, кроме того, повысить общую длительность затвердевания. Оптимальная температура шликера составляет 80-110 °С при прессовании через стакан. В современных аппаратах для литья кера мических масс заданные параметры режима поддерживаются автоматиче ски и зависят от принципа действия литьевой машины.
2.3.3. Оборудование для прессования стержней
Ведущие западные фирмы используют для прессования стержней
специальные прессы, развивающие усилие запирания пресс-формы от 38
2
до 100 т и обеспечивающие давление прессования до 1200 кгс/см Суще ствуют два принципиально различных типа прессов. В первом использует ся принцип литья шликера под давлением, во втором - принцип экструзии шликера в пластическом состоянии.
Схема прессования на прессах первого типа представлена на рис 2.3. Шликерная (стержневая масса) разогревается в емкости (на схеме не пока зана, т.к. является самостоятельным агрегатом), находящейся рядом со станиной пресса, и подается в инжекционный цилиндр 1 для запрессовки в пресс-форму 2. Емкость для расплавленного шликера оснащена системой перемешивания, позволяющей предотвратить оседание крупных частиц шликера и сохранить однородность его состава по всему объему резервуа ра. Обогреваемое сопло обеспечивает поступление жидкого шликера в пресс-форму при выдержке его под давлением с целью компенсации усад ки. Сопло может передвигаться в двух плоскостях, что облегчает его на стройку. К сожалению, опыта прессования на таких прессах стержней из
UJ
-Рь
|
I |
j |
J |
|
|
o j |
|
||
|
| |
Е |
Г |
|
|
i |
|
7 |
1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
1 |
|
— |
|
Е — * |
|
|
-- |
|
м- |
|
|
— |
|
J ------ |
|
Side View |
Front View |
Top View |
|
Рис. 2.3. Схема пресса, предназначенного для прессования стержней из предварительно рсплавленной массы: 1 - цилиндр инжекционный; 2 - пресс-форма; 3 - сопло запрессовочное; 4 - плита пресса (подвижная)
масс на основе порошков электрокорунда нет. Проблема заключается в том, что электрокорунд имеет высокую плотность (3,99 г/см3) и твердость (9 по шкале Мооса). В большинстве случаев западные фирмы используют порошки плавленого кварца, имеющие плотность 2,1 г/см3 и твердость 6 по шкале Мооса.
Высокая абразивная способность электрокорунда и большой удель ный вес требуют доработки конструкции пресса.
Схема пресса второго типа, производящего экструзию шликерной массы в пластическом состоянии,представлена на рис. 2.4. При работе на данном типе машин необходимо производить специальную подготовку (варку) шликерной массы. Подготовленную шликерную массу выливают на холодные поддоны. Толщина ее слоя при этом должна составлять 15- 20 мм. Затвердевшую массу режут на кусочки (кубики) с размером сторо ны 15-20 мм. Крошки и кусочки с размером сторон меньше 15 мм вновь расплавляют, и операцию повторяют. Кондиционные кусочки охлаждают в холодильных установках до -20 °С и хранят при данной температуре. По мере необходимости замороженные кусочки засыпают в бункер установ ки 1 для прессования. Пресс снабжен управляющей системой, позволяю щей регулировать температуру сопла 2, скорость движения поршня 3, дав ление прессования, температуру плит крепления пресс-формы б. Причем скорость прессования и давление в одном цикле могут быть величинами переменными (в зависимости от конфигурации стержня и условий запол нения пресс-формы).
Рис. 2.4. Схема пресса, предназначенного для прессования стержней из массы в виде камешков: 1 - бункер приемный; 2 - порт порционной загрузки; 3 - гидро цилиндр для перемещения сопла; 4 - узел разогрева камешков; 5 - сопло обогре ваемое; 6 - плита подвижная; 7 - пресс-форма