Изготовление керамических оболочек

Керамические оболочки изготовляют из обмазки и огнеупорного покрытия. Обмазку наносят на блоки путем окунания их в ванну со специальным составом или (при крупных моделях) обливания. Вынутый блок медленно поворачивают в различных направлениях, для того чтобы дать стечь излишней обмазке и распределить ее равномерной пленкой по поверхности. После этого покрытие немедленно обсыпают песком в пескосыпах или кипящем слое и сушат в потоке воздуха (2...4 ч) или парами аммиака (10...20 мин).

Обмазку наносят несколькими слоями (3...12) до получения оболочки со стенками 1,5...4,0 мм.

Удаляют модели из керамической формы выправлением горячей водой, паром, горячим воздухом и растворением в воде – в зависимости от использованного модельного состава.

Воскообразные модели выплавляются перегретым паром при 100...120 °С в течение 10–12 мин.

Оболочку прокаливают в печах при температуре 900...1000 °С. При этом выгорают остатки модельного состава, удаляются продукты неполного гидролиза, испаряются вода и другие газотворные вещества, происходит спекание частичек связущего и наполнителя, вследствие чего повышается газопроницаемость и прочность оболочки.

Формовка оболочек

Оболочки формуют, т.е. упаковывают в опорный наполнитель, в целях предотвращения в них трещин или разрушения при прокаливании и заливке. Термостойкие и прочные оболочки, изготовленные, например, из плавленого кварца или шамота, как правило, не формуют.

Известны различные способы формовки. Наиболее распространены засыпка холодных оболочек холодным сыпучим наполнителем перед прокаливанием и заформовывание горячих прокаленных или подогретых после прокаливания и охлаждения оболочек в горячий наполнитель.

На дно опоки 2 (рис. 3.3) насыпают небольшой слой наполнителя 5, чтобы верхний уровень торца литниковой воронки оболочки 3 был примерно на уровне верха опоки, ставят оболочки, воронки закрывают крышками 1 и насыпают наполнитель 4. Опоку ставят на вибростол с амплитудой колебаний 0,5...0,6 мм и частотой около 1400 мин^-1. После уплотнения наполнителя крышки снимают и формы прокаливают.

Рис. 3.3. Заформованный блок, подготовленный к прокаливанию

Процесс прокаливания заформованных оболочек длителен, требует значительных затрат энергии и большого расхода жаростойких опок. При этом к оболочке, пропитанной модельным составом, затруднен доступ кислорода воздуха, необходимого для выжигания остатков модельного состава. В качестве наполнителя чаще всего применяют обычный кварцевый песок. Это нередко приводит к искажению размеров оболочек и, следовательно, отливок, так как примыкающие к опоке наружные слои песка нагреваются до температуры полиморфного превращения (573 °С) и расширяются раньше, чем прилегающие к оболочке слои песка и сама оболочка. Увеличивающийся в объеме песок, ограниченный стенками опоки, расширение которой невелико, давит на оболочку, что может вызвать ее деформацию или разрушение.

Заливка металла в формы

Формы заливают, как правило, в горячем состоянии. При заливке сплавов на основе железа температура формы должна быть 800...900 °С, никеля – 900...1100 °С, меди – 600...700 °С, алюминия и магния – 200...250 °С. Формы после прокаливания охлаждают до требуемой температуры.

Подавляющее число форм заливают из открытых или чайниковых ковшей под гравитационным давлением со всеми предосторожностями против попадания шлака и других засоров. Помимо традиционного способа для заливки особо сложных деталей с тонкими кромками применяют центробежную заливку. Такая заливка особенно целесообразна при получении отливок, имеющих форму тел вращения и тонкие кромки на периферии (цельнолитые сопловые аппараты, осевые роторы турбин и т.п.). Часто центробежную заливку применяют для титановых сплавов в вакуумных печах. Частота вращения 400...500 мин^-1 и отрабатывается для каждой детали экспериментально. Центробежный способ литья является основным в ювелирном и зубопротезном производстве.

Охлаждение форм. Формы охлаждаются естественным путем (на воздухе) или принудительно (обдувка воздухом, душирование водой). Естественное охлаждение происходит очень медленно. Например, средняя скорость охлаждения стальных отливок, залитых в форму с опорным наполнителем при 900 °С, составляет около 6 °С/мин. Та же форма, но без наполнителя, охлаждается со скоростью 30 °С/мин.

При медленном охлаждении, особенно в первые часы, идет активное взаимодействие металла отливки с кислородом воздуха. При этом, особенно в верхних частях блока, на отливках образуется окалина, обезуглероженный и обедненный слой. Помимо потери товарного вида (окалина) окисленные слои снижают механические свойства отливок (твердость, сопротивление износу и др.), а также эти слои невозможно качественно упрочнить закалкой. Для предупреждения данного дефекта следует проводить ускоренное охлаждение форм в нейтральной или восстановительной атмосферах.

После выбивки на блоках отливок остаются остатки наполнителя и оболочка. После охлаждения блока наполнитель осыпается.

Очистка отливок, их отделение от литниковой системы, термическая обработка. Металл отливки имеет большую усадку, чем окружающая ее керамика. Поэтому на наружных частях между металлом и керамикой возникает зазор, что обеспечивает легкое ее отделение. Керамика, оформляющая внутренние части (отверстия, пазы и т.п.), обжимается металлом и отделить ее механическим путем практически невозможно.

Окончательная очистка отливок осуществляется в кипящем 50 %-м растворе щелочи NaOH или KOH. Отливки от литниковой системы отделяются на вибраторе во время разрушения керамической оболочки или путем отрезки отливок абразивными кругами или лезвийным инструментом. Термообработка полученных отливок должна проводиться в печах без окислительной атмосферы, т.е. в нейтральной или защитной среде.