5.1 Определение линейной усадки модельного состава

Методика определения свободной и затрудненной линейной усадки модельного состава заключается в замере изменения длины образца в опреде­ленном интервале температур. Усадку модельного состава выражают в процентах.

Величину свободной линейной усадки можно с достаточной точ­ностью определить на образцах квадратного сечения 10×10 и длиной 200 мм, изготовленных в пресс-формах. Пресс-форма имеет миллиметровую шкалу, нанесенную вдоль рабочей полости. Величину усадки замеряют при­бором с помощью нониуса на вставке, свободно перемещающейся в рабочей полости пресс-формы. Вставка при запрессовке модельного состава находится внутри пресс-формы, которую заполняют составом в вертикальном положении через запрессовочное отверстие. [2]

5.2 Определение прочно­сти

Наибольшее распро­странение получили прочностные ис­пытания модельных соста­вов на статический изгиб. При этом одновременно может быть определена стрела прогиба образ­ца, косвенно характеризующая пластичность состава.

Для исследований могут быть применены специальные приборы для испытаний на статический изгиб и разрывные машины небольшой мощности с фиксируемыми нагрузками до 200—500 Н и ценой деления шкалы не более 0,5 Н, снабженные реверсорами. [2]

5.3 Определение твердости

Показатель твердости при испытаниях на пенетрометре — глубина погружения в исследуемый образец стальной иглы под действием постоянного груза за определенное время. Глубину погружения условно обозначают Н_т и выражают в миллиметрах. Пенетрометр имеет столик для установки образца в горизонтальном положении в стойку, по которой кронштейн сво­бодно передвигается вверх и вниз. На консоли кронштейна находится боек с иглой. В пальцевую канавку бойка для удержания его во взве­денном (верхнем) положении входит специальный фиксатор. Обра­зец для испытаний имеет форму шайбы толщиной не менее 10 мм со строго параллельными основаниями, поверхность которых должна быть гладкой. Шток с грузом опускают поворотом фиксатора, при этом игла погружается в испытуемый образец. По истечении 10 с по индикатору с точностью до 0,01 мм фиксируют величину погру­жения иглы в образец. Испытывают не менее трех образцов из каж­дого исследуемого модельного состава и определяют среднее зна­чение Н_т. [2]

5.4 Определение термического расширения

Показателем термического расширения является отношение увеличения длины образца при нагреве к его первоначальной длине, выраженное в про­центах.

От каждой разновидности модельного состава испытывают не менее трех образцов и результаты испытании усредняют. Недостатками этого метода является то, что нагрев прибора в процессе испытаний неблагоприятно сказывается на точности, а температурный интервал испытаний ограничен ввиду того, что достоверность данных зависит от состояния образца. Размягчение будет приводить к деформациям, искажающим результаты испытаний. Более достоверные данные о расширении модельных составов можно получить при дилатометрических испытаниях либо с использованием тензометрии. [2]

5.5 Определение стойкости модельных составов к деформации при температуре 20 ℃ и нагреве (теплоустойчивости)

Стойкость составов к деформациям под действием собственной массы при комнатной и повышенных температурах оценивают либо стрелой прогиба δ₁ образца, концы которого лежат на двух опорах, либо расстоянием δ₂, на которое опускается конец консольно располо­женного образца. Испытания при повышенных темпе­ратурах ведут в термостате. Размеры образцов, расстояние между опорами или длина консольной части, а также продолжительность выдержки при заданной температуре для получения сравнимых результатов при всех испытаниях должны быть постоянными. [2]

5.6 Определение текучести

Ее определяют для оценки способности модельного состава при заданных параметрах процесса изготовления моделей (температуры и состояния модельного состава, давления запрессовки) заполнять полость пресс-формы. Текучесть определяют по длине спирали, получающейся при запрессовке модельного состава в спи­ральную полость пресс-формы.

Текучесть модельного состава в пастообразном состоянии оценивают длиной цилиндрического ступенчатого образца переменного сечения изготовляемого в пресс-форме. [2]

5.7 Определение содержания воздуха в пастообразных составах

Простейшим методом является отбор пробы готового модельного состава, например, с помощью цилиндрического пробника, расплав­ления пробы и определения разницы объемов образца из пастооб­разного состава с воздухом и монолитного образца той же массы. [2]

5.8 Определение стойкости модельного состава к взаимодействию со связующим раствором

Образцы, имеющие форму пластин, выдерживают в растворе связующего. Продолжи­тельность выдержки выбирают в соответствии с максимально возможной в производственных условиях продолжительностью кон­такта непросохшей суспензии с поверхностью модели, но не более 24 ч. Состояние поверхности образцов оценивают визуально. Затем осматривают излом образцов для определения возможных изменений в поверхностном слое модельного состава. Далее проверяют золь­ность модельного состава и сравнивают с зольностью образцов, не имевших контакта со связующим. Определяют также (взвешиванием на аналитических весах) изменение массы образцов до и после ис­пытаний.

Взвешенный образец модельного состава (~15 г) погружают в раствор связующего и выдерживают в течение 2 ч при контактной температуре, а затем помещают в ки­пящую воду на 2,5 ч. Воду охлаждают, модельный состав снимают с ее поверхности, исследуют кислотное число, температуру каплепадения и зольность модельного состава. По результатам исследований судят о стойкости модельного состава при взаимодействии со связующим. Плавкость, зольность, коксуемость, кислотное число, число омыления определяют стандартными методами. Например, плавкость оценивают температурами плавления или каплепадения, определяемыми соответственно по ГОСТ 4255—75 и ГОСТ 6793—74, зольность—по ГОСТ 1461—75, количество содержащейся воды — по ГОСТ 2477—65, кислотное число - по ГОСТ 5985—79, коксуе­мость (на приборе ЛК. Н-70) — по ГОСТ 8852—74, число омыления — по ГОСТ 21749—76. До настоящего времени актуальна проблема создания наиболее обоснованных и объективных унифициро­ванных методов исследований и контроля модельных материалов и централизованного производства приборов для их прове­дения. [2]

6 ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ

6.1 Требования, предъявляемые к стержням

Обычно при изготовлении отливок, например, «лопатка», из жаропрочных сплавов для оформления внутренней полости используют специальные стержни.

К стержням предъявляются следующие требования:

1. гладкая поверхность стержней - высота микронеровностей Rz < 30 мкм;

2. низкий коэффициент линейного расширения - менее 2^.10^-6 1/К в интервале температур 20 – 1100 ^оС;

3. стой­кость к тепловым ударам до температуры 1250 – 1300 ^оС;

4. точность размеров - в пределах менее 0,15% номинальных;

5. высокая прочность - _и > 15 МПа;

6. высокая пористость - 25 – 30 %;

7. низкая плотность 1200 - 1700 кг/м³;

8. стержни не должны деформироваться при заливке оболочек расплавом;

9. материалы, из которых изготовлены стержни, не должны вступать в химические реакции со спла­вом или его окислами.

6.2 Материалы, применяемые для изготовления стержней

В состав керамических стержней входят следующие компоненты:

1. огнеупорная основа, представляющая сыпучие материалы различных фракций;

2. связка;

3. спекающие добавки;

4. вспомогательные материалы.

В таблицах 14 и 15 представлены составы, свойства и режимы изготовления наиболее распространенных стержней. [6]

Таблица 14 – Составы и свойства стержней

Состав и свойства стержней	Пределы отклонений
	max	min
Электрокорунд № 10…12	81,5	80,5
Электрокорунд М20	15,1	14,9
Глинозем	3,1	2,9
Двуокись титана (TiO 2)	1,1	0,9
Пластификатор ПП-10 (сверх 100 %)	16,0	15,0
Предел прочности при изгибе, МПа: при 20 ℃ при 1300 ℃
	8,0	10,0
	5,0	11,0
Открытая пористость (По), %	29,0	33,0
Кажущаяся плотность (ρ), г/см3	2,0	2,7
Водопоглощение (W), %	11,0	16,0
Класс шероховатости	3	4
Усадка при обжиге, %	0,8	2,0
Удаляемость стержней	Шестикратный цикл	Двукратный цикл

Таблица 15 - Составы смесей и режимы изготовления керамических стержней [1]

№ п/п

Состав смеси, % по массе

Режим изготовления

Состав

Количество

Прессование

Обжиг

tдеформ. при 0,4 МПа, С

t,С

, с

t,С

, ч

1

Электрокорунд

88-90

90

20-30

1200

10

1400

М5 или М7 -20

М40 -50

Шлифзерно -25

Двуокись циркония -5

Пластификатор

10-12

Парафин -95

Полиэтилен -5

2

Цирконовый концентрат -92

87

75-85

15-20

1300-1350

6-8

1350

Карбид кремния -8 (М7 или М14)

Пятиокись ниобия -0,1

13

Пластификатор

Парафин -91,4

Полиэтилен -5,0

Канифоль -3,6

6.2.1 Огнеупорная основа стержней

По минералогическому и химическому составам основные огнеупорные материалы делятся на три группы:

1. огнеупорные, имеющие температуру плавления t_пл = 1580…1770 ℃ (каолин, шамот, кремнезем);

2. высокоогнеупорные с температурой плавления t_пл = 1770…2000 ℃ (алюмосиликаты высокоглиноземистые, корунд плавленый и естественный);

3. высшей огнеупорности с температурой плавления t_пл ℃ (MgO, CaO, ZrO₂).

Для изготовления стержней, применяемых при литье лопаток с моно- и направленно-кристаллической структурой, как правило, используется электрокорунд.

Промышленное применение в литейном производстве находит корунд, получаемый из глинозема высокой очистки плавлением в электропечах и называемый белым корундом.

При изготовлении керамических стержней применяется шлифпорошок № 10…12 (величина зерна 10…12мкм), а также микропорошок М20 (величина зерна 0,20 мкм).

Химическая стойкость огнеупоров нередко лимитирует возможность их применения, особенно в случаях, когда они работают в контакте с другими огнеупорами, газовыми средами или расплавленным металлом. [6]