При определении усадки необходимо соблюдать температурные па­ раметры пресс-формы и модельной массы.

Прочность модельных масс определяют экспериментально по анало­ гии с определением прочности керамики (см. раздел 2.5.10). Наибольшее распространение в отечественной и зарубежной практике получили проч­ ностные испытания модельных сплавов на статический изгиб. При этом одновременно может быть определена стрела прогиба образца, косвенно характеризующая пластичность состава.

Предел прочности рассчитывают по формуле

a mr = MpIW = 3P l{2bh\

где Мр - изгибающий момент, вызванный разрушающей нагрузкой; W - модуль (момент) сопротивления изгибу;

Р- нагрузка, вызывающая разрушение образца при изгибе;

/- длина расчетного участка образца (расстояние между опорами); b - толщина образца в месте излома;

h - высота образца в месте излома.

Образцы испытывают при постоянной температуре (обычно 20 °С) и термостатируют при этой температуре в течение 2 часов.

Показателем термического расширения является отношение увеличе­ ния длины образца при нагреве к его первоначальной длине, выраженное в процентах:

I, = (Д///0) ■100 %,

где А/ - прирост длины образца;

/0- начальная длина образца при t = 20 °С.

Под теплоустойчивостью понимают стойкость модельных масс к де­ формациям под действием собственной массы при комнатной температуре

иповышенных температурах. Ее оценивают величиной прогиба образца.

3.4.Мониторинг дефектов восковых моделей

При рассмотрении проблем, связанных с изготовлением восковых мо­ делей, очень важным является выявление основных причин дефектов. К наиболее общим причинам дефектов, включая возникающие во время на­ гнетания модельной массы в пресс-форму, можно отнести:

1) линии тока;

2) захватывание воздуха;

3) следы смазки;

4) вид поверхности модели (эффект «апельсиновой кожуры»),

5 ) недолив;

6) образование пустот.

Возникновение линий тока обычно обусловлено следующими факто­ рами:

а) низкой температурой пресс-формы; б) низкой температурой модельной массы;

в) неправильно выбранным давлением нагнетания; г) неправильно выбранной скоростью течения;

д) нагнетанием массы в крупное сечение сквозь тонкое. Захватывание воздуха обычно вызвано следующими причинами:

а) модельная масса слишком горячая - это вызывает завихрения во время нагнетания;

б) слишком велика скорость течения - модельная масса затекает в форму быстрее, чем воздух уходит через швы, поэтому он и захватывается; в) воздух захватывается модельной массой в машине и нагнетается

вместе с ней в пресс-форму; г) воздух захватывается ремонтным воском при заполнении канавок в

керамических стержнях.

Следы смазки остаются в складках или сгибах пресс-формы, следы имеют вид линий тока.

Эффект «апельсиновой кожуры» возникает в следующих случаях: а) пресс-форма слишком холодная; б) модельная масса слишком холодная;

в) используется недостаточное давление нагнетания. Недолив обычно обусловлен:

а) низкой температурой пресс-формы; б) низкой температурой модельной массы; в) малой скоростью нагнетания;

г) сдерживанием течения массы в пресс-форме при тонких сечениях стенок.

Образование пустот происходит из-за:

а) слишком высокой температуры пресс-формы; б) слишком высокой температуры модельной массы; в) недостаточного давления нагнетания;

г) слишком маленького стояка литниковой системы; д) неправильного расположения стояка;

е) прокачки модельной массы в крупное сечение сквозь тонкое.

Этот длинный перечень только подчеркивает, как много переменных величин влияет на нагнетание модельной массы в пресс-форму, поэтому качество моделей необходимо рассматривать комплексно, а не только в за­ висимости от свойств самой модельной массы.

4.ИЗГОТОВЛЕНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ

4.1.Требования к керамическим оболочковым формам

Основа способа литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) —оболочко­ вая форма: неразъемная, горячая, негазотворная, газопроницаемая, жест­ кая, податливая к разрушению по окончании кристаллизации металла, с гладкой контактной поверхностью, точная. Это сложнейший инструмент для обработки расплава металла с целью получения отливок с заданными размерами, шероховатостью поверхности, структурой и свойствами. При выборе материалов и технологии изготовления оболочковых форм необхо­ димо учитывать сложные и тяжелые условия, в которых они пребывают на различных этапах эксплуатации, а также специфику отливки в них жаро­ прочных сплавов, а именно:

-высокую химическую активность легирующих элементов сплавов (Ti, Al, Cr, Mo, W, Со, NB);

-наличие в сплавах углерода, являющегося активным восстановите­ лем металлов из окислов керамики;

-высокую температуру плавления сплавов;

-низкое остаточное давление воздуха при плавке и формировании от­

ливки.

Принимая во внимание высокую себестоимость отливок из жаропроч­ ных сплавов и повышенные требования к ним, следует использовать кера­ мические формы только высокого качества.

Таким образом, литейная форма должна обладать целым спектром специальных свойств, к которым можно отнести:

-точность воспроизведения конфигурации моделей;

-прочность;

-хорошую податливость;

-термическую стойкость;

-газопроницаемость;

-газотворность;

-химическую стойкость и инертность.

4.1.1.Точность воспроизведения конфигурации моделей

Хорошее смачивание и прочное прилипание суспензии к поверхности модели, а также соответствующие зерновой состав и окатанная форма зе­ рен пылевидной составляющей (основы) суспензии —необходимые усло­ вия формирования качественной оболочки.

Жидкость (связующий раствор) смачивает поверхность тем лучше, чем больше силы сцепления между молекулами твердой поверхности и жидкости. Количественно это выражается углом смачивания 9. С умень­ шением угла 0 смачивание улучшается (см. рис. 4.1, а),при 0 > 90° суспен­ зия не смачивает модель (рис. 4.1, б).

9'

Рис. 4.1. Смачивание поверхности модели суспензией

При недостаточном смачивании модели воздух остается на ее поверх­ ности в виде пузырей и образует шаровидные углубления в оболочке, осо­ бенно в острых внутренних углах, что на отливках проявляется в виде ша­ ровидных бугорков.

Применение очень вязкой суспензии для первого слоя (80-100 с по вискозиметру ВЗ-4) также способствует образованию данного дефекта. Прочное прилипание суспензии и воспроизведение конфигурации модели оболочкой достигается в том случае, если угол смачивания 0 < 45°, а ус­ ловная вязкость суспензии для первого слоя находится в пределах 25-60 с по вискозиметру ВЗ-4.

Основа суспензии - смесь зерен различной дисперсности, включая зерна размером менее 1 мкм. Чем выше требования к поверхности отливок, тем тоньше (мельче) должен быть пылевидный материал, особенно для первого слоя. Для предупреждения расслоения суспензии, т.е. для поддер­ жания постоянства зернового состава по высоте, ее непрерывно перемеши­ вают.

4.1.2.Прочность и податливость формы

Взатвердевшей оболочке вследствие расширения или усадки моде­ лей, а также при их выплавлении возникают напряжения растяжения, сжа­ тия, изгиба и среза. Если эти напряжения достигнут предела прочности оболочки, то в ней появятся трещины (наиболее частый дефект). Другим характерным дефектом оболочек является отслоение огнеупорных слоев, особенно лицевого. Этот процесс обусловлен видом и качеством связую­ щих растворов, силами адгезии суспензии с поверхностью модели, количе­

ством связующих растворов в суспензии (степень наполненности суспен­ зии) и, самое главное, условиями сушки покрытия.

Расплав металла во время заливки и после нее, до образования проч­ ного затвердевшего слоя, оказывает давление на оболочку изнутри и мо­ жет разрушить ее. Поэтому оболочка должна обладать достаточной проч­ ностью и жесткостью, чтобы противостоять этому давлению и размываю­ щему действию расплава при его течении. Особенно важна прочность и жесткость оболочки в горячем состоянии. В то же время оболочка должна быть достаточно податливой, чтобы не препятствовать усадке металла и не способствовать образованию внутренних напряжений в нем, приводящих нередко к короблению отливок и возникновению трещин в них.

Требования к прочности оболочки в горячем состоянии и к ее подат­ ливости противоречивы. Предотвратить появление трещин в отливках можно снижением прочности оболочки до разумных пределов или повы­ шением ее температуры с тем, чтобы замедлить остывание затвердевшей отливки (термостатирование). Медленное охлаждение в горячих формах уменьшает также коробление отливок. Построение литниково-питающих систем с применением питателей с пережимами тоже способствует устра­ нению горячих трещин и коробления отливок. Оболочка должна легко раз­ рушаться после охлаждения в ней отливки с тем, чтобы не затруднять ее очистку. Прочность оболочковых форм оценивают по результатам испыта­ ния образцов-свидетелей на статический изгиб.

Разрушение оболочки может произойти вследствие разрыва пленок связующего по направлению АБ в местах соприкосновения зерен, т.е. в ре­ зультате преодоления сил когезии связующего, - когезионное разрушение (рис. 4.2), либо вследствие отрыва пленок связующего от поверхности зер­ на по кривой ГДЕ, т.е. в результате преодоления сил адгезии и одновре­ менного разрыва этой пленки, - адгезионно-когезионное разрушение. Раз­ рыв зерен основы маловероятен.

В оболочках, как правило, наблюдается первый тип разрушений. По­ этому прочность оболочки увеличивается с повышением прочности свя­ зующих растворов и увеличением числа контактов зерен в оболочке. Так, самую высокую прочность оболочкам сообщают связующие растворы гид­ ролизованного этилсиликата (ГЭТС) с мольным отношением т =

= 0,2...0,3 т = н 20 . Число контактов зерен на единице площади или

с 2н 50

V

вединице объема оболочки возрастает с уменьшением размеров твердых частиц суспензии, увеличением их удельной поверхности или снижением пористости.

Нельзя обеспечить плотную упаковку зерен одной фракции или близ­ ких по размерам. Для плотной упаковки соотношение между количеством зерен крупной и мелкой фракции должно быть таким, чтобы пустоты меж­ ду крупными зернами были заполнены более мелкими зернами. Оптималь­ ное соотношение между зернами крупной и мелкой фракций 7:3 (при соот­ ношении размеров зерен примерно 1:10). Если в суспензии используется полидисперсный пылевидный материал, то наиболее плотная упаковка по­ лучается при обсыпке суспензии первого слоя песком зернистостью 120— 160 мкм, но при этом снижается газопроницаемость оболочки. Для дости­ жения необходимой газопроницаемости и одновременно прочности обо­ лочки последующие слои следует обсыпать более крупными песками.

Прочность керамики определяют:

1.Плотность упаковки зерен оболочки и увеличение числа контактов,

вчастности:

-полидисперсность основы суспензии;

-величина удельной поверхности основы суспензии;

-величина зерна песков, применяемых для обсыпки;

-вид технологического оборудования, используемого при обсыпке блоков моделей зернистым материалом (пескосып «дождь» или «псевдо­ кипящий слой»).

2.Технологические параметры, в частности:

-качество смешивания суспензии (устранение коагуляции мелких фракций основы);

-степень обволакивания зерен основы тонким слоем связующих рас­

творов;

-содержание связующих растворов в составе огнеупорной суспензии (его можно уменьшить, если использовать высокоскоростные смесители, в данном случае усадка огнеупорных покрытий снижается);

-качество перемешивания суспензии;

-вязкость суспензии;