3.4 Виготовлення оболонкових виливниць

Для процесу литва за витопними моделями використовують систему керамічних оболонкових виливниць. Кожна виливниця повинна відтворювати складну форму моделі, мати достатню міцність, щоб протистояти утворенню тріщин та руйнуванню при видаленні моделі. Проте надмірна міцність оболонкової виливниці ускладнює видалення оболонки після литва і може призвести до руйнування відливка, з утворенням дефектів, які називаються «гарячі надриви». Вони виникають в процесі кристалізації і охолодження відливок під дією напруження, яке пов'язано з невідповідністю коефіцієнту термічного розширення (стискання) металу і виливниці. Таким чином, оболонкова виливниця повинна бути достатньо міцною, щоб забезпечити металу необхідну форму і щільність, але і достатньо податливою, щоб деформуватися і навіть частково руйнуватися по мірі того, як метал кристалізується і дає усадку. В процесі спрямованої кристалізації оболонкова виливниця знаходиться при високих температурах особливо тривалий час, що викликає спотворення форми виливниці і підсилює взаємодію матеріалу виливниці з металом, особливо з такими найбільш хімічно активними елементами, як А1 та Hf.

Оболонкова виливниця створюється неодноразовим нанесенням керамічного розчину і висушуванням вогнетривкої крихти. До складу керамічного розчину зазвичай входить дисперсна (розміром біля 70 мкм), вогнетривка пудра і зв'язка у вигляді ультрадрібнозернистого кремнезему. Для нанесення розчину на поверхню модельних блоків з воскової маси їх занурюють в розчин, а потім витягують і дають зайвому розчину стекти. При точному дотримуванні правилам обмазки розчин створює на поверхні блоків рівне покриття. Поки розчин вологий на його поверхню наносять вогнетривку крихту («штукатурять»). Для цього крихту або висипають на поверхню розчину, або занурюють обмазані модельні блоки в псевдозріджену масу вогнетривких частинок. Після такого обштукатурювання зв'язці дають затужавіти за рахунок хімічних реакцій або за допомогою контрольованого підігрівання; ступінь тужавіння повинна бути такою, щоб наступні шари покриття не порушили цілісність попередніх шарів. Типова оболонкова виливниця складається з 5-7 шарів. Далі воскову модель з нанесеною оболонкою поміщують в контейнер із жаростійкої сталі і заливають напіврідкою керамічною масою. Потім все це висушують до тужавіння керамічної маси.

Вибір того або іншого матеріалу для виготовлення виливниці залежить від декількох параметрів, до яких належать тип жароміцного стопу, температура литва, різновид процесу литва, вартість. Нижче наведені деякі з вогнетривких матеріалів і їх максимальні робочі температури, °С:

• глинозем (А1₂О₃) ………1840;

• кремнезем (SiO₂) ……….1680;

• циркон (ZrSiO₄) ………..1650;

• алюмосилікати (різні) …1560.

Стабільність і реологічні характеристики керамічного розчину, міцність сирої оболонки і її жароміцність залежать від зв'язки. Для виготовлення оболонкових виливниць застосовуються зв'язки фосфатні, алюмінатні, а також на основі колоїдного кремнезему або етилсилікату. Останні характеризуються надзвичайно малими розмірами частинок і рівним шаром покривають керамічну оболонку. Малий розмір частинок обумовлює велику контактну поверхню і високу реакційну здатність, що забезпечує високу міцність в сирому і відпаленому стані. В зв'язку керамічних розчинів додається невелика кількість органічних матеріалів для поліпшення змочування моделі, зменшення спінювання і підвищення міцності оболонки.

При висушуванні виливниць важливими параметрами є швидкість і рівномірність висушування. Їх коливання в процесі висушування може призвести до спотворення моделі. Висушування проводиться в спеціальних сушильних камерах.

Завершальною операцією виготовлення оболонкової виливниці є видалення з неї матеріалу моделі. Цю операцію зазвичай здійснюють або в паровому автоклаві, або методом миттєвого випаровування. В обох випадках процес проводять після повного висушування виливниці. При видаленні за допомогою пари виливниця поміщується в посудину, в яку подається пара під тиском 620-1035 кПа при нагріванні до температур 150-185 °С. Воскова маса, що видалена з виливниці у такий спосіб, може бути регенерована і використана знову. Залишки маси видаляються при подальшому відпаленні виливниці.

Спосіб миттєвого випаровування полягає в тому, що виливниці поміщуються в печі і витримуються при 980-1090 °С. При цьому за одну операцію відбувається і видалення воскової маси, і відпалення виливниць.