§ 5. Изготовление керамических оболочек

Стенка оболочковой формы, изготовленной по выплавляемой модели, представляет собой прочную керамическую корочку, полученную в результате нанесения на модель нескольких слоев суспензии и обсыпки. Суспензия представляет собой смесь жид­кого связующего и огнеупорного наполнителя. Слой суспензии на модели должен обладать достаточной прочностью, быть огне­упорным, иметь хорошую способность точно воспроизводить сложный рельеф поверхности модели отливки.

В качестве связующего в суспензии применяют гидролизован-ные растворы этилсиликата, жидкое стекло, ацетоновый раствор кремневой кислоты и др. В производстве художественных отли­вок чаще всего применяют этилсиликат в виде гидролизованного раствора. Связующие свойства этилсиликата объясняются его взаимодействием с водой, но вода почти не смешивается с этил-силикатом, и реакция гидролиза идет медленно. Поэтому для вве­дения воды в этилсиликат применяют различные растворители (ацетон, этиловый спирт и др.), хорошо растворяющие воду и этил­силикат. Для ускорения гидролиза, увеличения прочности обо­лочки формы и сокращения времени ее сушки применяют 0,2— 0,3 %-ную соляную кислоту. Для проведения гидролиза этилси­ликата необходимо знать расход воды, растворителя и соляной кислоты. Их количество определяется расчетом и зависит от хи­мического состава этилсиликата. Примерлый состав гидролизного этилсиликата марки 32 следующий: 30—34 % SiO₂; 30 % этило­вого спирта (гидролизный) марок А и Б; 62,7 % этилсиликата; 7,3 % воды; 100 мл соляной кислоты плотностью 1,18—1,19 г/см⁸ (сверх 100 %). Жидкое стекло как связующее суспензии в про­изводстве художественных отливок не получило широкого рас­пространения вследствие низкой огнеупорности получаемого по­крытия.

В качестве наполнителя суспензии применяют пылевидный кварц — маршаллит, искусственную кварцевую муку, получае­мую размолом чистого кварцевого песка, молотый плавленый кварц. Наиболее распространенным из них является маршаллит марок КП-1, КП-2, КП-3 с содержанием кремнезема не менее 98 %, оксидов железа не более 0,05 %, влаги не более 2 %. Содержание щелочей не допускается. Размеры зерен кварца соответствуют размеру стороны ячейки сит 0,1—0,05 мм (номера сит 01—005).

Перед употреблением пылевидный кварц прокаливают в те­чение 3—4 ч при температуре 850—900 °С. После прокаливания кварц охлаждают до 18—22 °С и для обеспечения необходимого зернового состава просеивают через сито 005. Недостаток пыле­видного кварца как наполнителя суспензии в том, что при на­греве он претерпевает полиморфные превращения, связанные с увеличением его объема, что приводит к изменению линейных размеров оболочек. При нагреве до 1000 °С их размеры увеличи-

8 Зотов б. Н. 193

ваются на 1,4 %. Поэтому кварцевый пе­сок в ряде случаев стали заменять дру­гим высокоогнеупорным материалом, бо­лее постоянного объема (плавленый кварц, циркон и др.).

Для обсыпки слоев суспензии при­меняют кварцевый песок марок О61К016— О62К025 с содержанием кремнезема не менее 97 %. Кварцевый песок перед употреблением прокаливают при темпе­ратуре 850—900°Си просеивают через сито с ячейками 0,630—1,0 мм.

Рис. 91. Бачок для суспен­зии

Огнеупорную суспензию приготовляют в бачках из коррозионно-стойкой стали или алюминия, с ручным перемешиванием или

в специальных механических мешалках-бачках (рис. 91). Вмести­мость бачка должна быть такой, чтобы в него свободно погружался модельный блок. Для удобства рекомендуется иметь два бачка с суспензией: один — с раствором для слоя первого покрытия, второй — для последующих. Для приготовления суспензии в ба­чок заливают гидролизованный раствор до уровня, позволяющего полностью погружать в него модельные блоки. Перемешивая рас­твор, в бачок-мешалку медленно засыпают маршаллит до полу­чения однородной массы установленной плотности. Плотность суспензии для первого слоя покрытия блоков рекомендуется 1,74—1,78 г/см³, для второго и последующих 1,68—1,72 гсм³. Перед употреблением приготовленную суспензию отстаивают в течение 5—10 мин до прекращения выделения из нее пузырьков воздуха.

Процесс нанесения слоя суспензии на модельный блок сво­дится к следующему. Модельный блок берут за литниковую чашу или подставку стояка (если стояк изготовлен с металлическим стержнем) и погружают в бачок с суспензией (см. рис. 91). Затем блок вынимают из бачка и, медленно поворачивая, добиваются образования на его поверхности равномерного слоя суспензии. После этого модельный блок (с целью закрепления слоя суспензии и связи его с последующим слоем) переносят в струю песка для обсыпки. Обсыпка модельных блоков производится в специальных установках. На рис. 92 показана схема установки для обсыпки в кипящем слое.

Принцип работы установки следующий. В металлический ци­линдр / (рис. 92), заполненный кварцевым песком 2, снизу через металлическую сетку 4 и слой войлока 3 по трубе 5 подается сжатый воздух. Проходя через слой песка, воздух разрыхляет его, обра­зуя кипящий слой, в который и погружается модельный блок. После обсыпки модельный блок подвергают естественной сушке в течение 30—35 мин при температуре 20—25 °С. Затем на модель­ный блок наносят аналогично первому последующие слои суспен-

194

Рис. 82, Пескосып с кипящим слоем

зии и обсыпки. Число слоев покрытия зависит от размера модельного блока. На моделях кабинетных художествен­ных отливок достаточно иметь три-че­тыре слоя покрытия. После последнего покрытия и обсыпки модельный блок устанавливают на стеллаж для есте­ственной сушки на 4—5 ч при темпе­ратуре 20—25 °С. При использовании принудительной циркуляции воздуха процесс сокращается до 2—3 ч. Для сушки модельных блоков после нане­сения суспензии и обсыпки применяют также вакуумно-аммиачные камеры. Оболочки выдерживают в камере под действием паров влажного аммиака в течение 2 мин. После откачки аммиака оболочки проветривают, прокачивают воздух через камеру. Общая продол­жительность сушки одного слоя обо­лочки 15—20 мин.

Процесс нанесения огнеупорного покрытия на поверхность песчаного стержня такой же, как и для модельного блока, с той лишь разницей, что слой суспензии не обсыпают кварцевым пе­ском, чтобы предотвратить его попадание в отливку. Слой су­спензии на стержне сушится в электрическом шкафу при темпе­ратуре 50—60 °С.