[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2691435C1 - Mixture for making cast ceramic rods of hollow blades from heat-resistant alloys by casting on molten casts - Google Patents

Mixture for making cast ceramic rods of hollow blades from heat-resistant alloys by casting on molten casts Download PDF

Info

Publication number
RU2691435C1
RU2691435C1 RU2018127147A RU2018127147A RU2691435C1 RU 2691435 C1 RU2691435 C1 RU 2691435C1 RU 2018127147 A RU2018127147 A RU 2018127147A RU 2018127147 A RU2018127147 A RU 2018127147A RU 2691435 C1 RU2691435 C1 RU 2691435C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
powders
heat
casting
size
Prior art date
Application number
RU2018127147A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Альмир Амирович Ганеев
Олег Борисович Деменок
Борис Алексеевич Кулаков
Сергей Петрович Павлинич
Анна Олеговна Деменок
Екатерина Сергеевна Гайнцева
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2018127147A priority Critical patent/RU2691435C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2691435C1 publication Critical patent/RU2691435C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/02Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives
    • B22C1/12Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives for manufacturing permanent moulds or cores
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10Cores; Manufacture or installation of cores

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: manufacturing technology.SUBSTANCE: invention relates to foundry production, namely, to mixture for production of cast ceramic rods, mainly used in casting blades of gas-turbine engines from heat-resistant alloys. Mixture contains, wt%: electrocorundum (AlO) 77.0–85.0, fused silicon dioxide (SiO) 10.0–13.0, zirconium dioxide (ZrO) 3.0–5.0, reaction-active modification of magnesium oxide (MgO) 1.0–2.0, silicon carbide (SiC) 1.0–3.0, low-melting plasticizer based on paraffin with polyethylene over 100 % – 10–16. Mixture has the following fractional composition, containing wt%: powders with size of 100–120 mcm – 46.0–48.0, powders with size of 30–40 mcm – 47.0–49.0 and powders with size of 3–10 mcm – 5.0–7.0.EFFECT: higher quality of casts from heat-resistant alloys due to higher strength, heat resistance, geometrical accuracy and smaller depth of interaction of rod with alloys.1 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано при изготовлении керамических стержней, применяемых при производстве полых отливок из жаропрочных сплавов, преимущественно лопаток для газотурбинных двигателей.The invention relates to the field of foundry and can be used in the manufacture of ceramic rods used in the manufacture of hollow castings from heat-resistant alloys, mainly blades for gas turbine engines.

Традиционным материалом для изготовления стержней для литья лопаток ГТД из жаропрочных сплавов является керамика на основе плавленого SiO2 (I.C. Huseby, M.P. Borom and C.D. Gresjkovid, High temperature characterization of silica-based core for superalloys, Am. Ceram. Soc. Bull., 58, 448-52, 1979).The traditional material for the manufacture of cores for casting GTE blades made of high-temperature alloys is fused SiO 2 based ceramics (IC Huseby, MP Borom and CD Gresjkovid, High Temperature characterization of silica-based core for superalloys, Am. Ceram. Soc. Bull., 58 , 448-52, 1979).

Керамика может содержать также до 40 мас. % спекающей добавки из ряда более тугоплавких оксидов: ZrSiO4, ZrO2, Al2O3. Стержни из плавленого SiO2 устойчивы к воздействию металлических расплавов, имеют низкий коэффициент температурного линейного расширения и относительно легко удаляются из изделия при помощи водных растворов щелочей. Недостатки данной керамики связаны с низкой прочностью (предел прочности при изгибе обычно составляет 10,0÷12,0 МПа), не устойчивы к воздействию металлических расплавов из жаропрочных сплавов и фазовой нестабильностью основного компонента. При спекании плавленый аморфный SiO2 частично расстекловывается с образованием кристобалита. На стадии охлаждения данная кристаллическая модификация SiO2 подвержена деструктивному полиморфному превращению с изменением удельного объема. Это проводит к образованию макротрещин, резкому снижению прочности и потере требуемой геометрической конфигурации Ceramics may also contain up to 40 wt. % sintering additives from a number of more refractory oxides: ZrSiO 4 , ZrO 2 , Al 2 O 3 . The rods of fused SiO 2 are resistant to metal melts, have a low coefficient of temperature linear expansion and are relatively easily removed from the product with the help of aqueous solutions of alkalis. The disadvantages of this ceramics are associated with low strength (flexural strength is usually 10.0 ÷ 12.0 MPa), they are not resistant to the effects of metal melts from heat-resistant alloys and the phase instability of the main component. During sintering, fused amorphous SiO 2 partially melts glass with the formation of cristobalite. At the cooling stage, this crystalline modification of SiO 2 is subject to destructive polymorphic transformation with a change in specific volume. This leads to the formation of macrocracks, a sharp decrease in strength and loss of the required geometric configuration.

(коробление) стержня. Максимальное содержание кристаллической фазы, при котором керамические стержни способны сохранять приемлемые прочностные свойства, не превышает 15-30 об. %. (Специальные способы литья: Справочник / под. общ. ред. В.А. Ефимова. - М.: Машиностроение, 1991. - с. 140-148. 2. Специальные способы литья: Справочник (под общ. ред. Я.И. Шкленника). - М.: Машиностроение, 1984. - с. 239-244)(buckling) of the rod. The maximum content of the crystalline phase, in which the ceramic rods are able to maintain acceptable strength properties, does not exceed 15-30 vol. % (Special casting methods: Handbook / pp. Ed. VA Efimov. - M .: Mashinostroenie, 1991. - p. 140-148. 2. Special casting methods: Handbook (under general ed. Ya.I. Shklennik.) - M .: Mashinostroenie, 1984. - p. 239-244)

Известна смесь для изготовления керамических стержней, состоящая из полиамоорганосилоксанового связующего, наполнителя: - смеси электрокорунда и карбида кремния, пластификатора - смеси парафина и полиэтилена, трансформаторного масла. Однако стержни, изготовленные из этого состава, после обжига имеют отклонения в размерах до 0,3 мм. Поэтому эти стержни применяются для лопаток с точностью размеров по толщине стенок, не превышающей ± 0,3 мм.A mixture for the manufacture of ceramic rods is known, consisting of a polyamoorganosiloxane binder, a filler: - a mixture of electrocorundum and silicon carbide, a plasticizer - a mixture of paraffin and polyethylene, transformer oil. However, rods made of this composition, after firing, have deviations in sizes up to 0.3 mm. Therefore, these rods are used for blades with a dimensional accuracy of the wall thickness not exceeding ± 0.3 mm.

Вместе с тем корундовые керамические стержни выгодно отличают высокая прочность, геометрическая точность, термохимическая устойчивость при высокотемпературной заливке в вакууме отливок из жаропрочных сплавов, в том числе турбинных лопаток.At the same time, corundum ceramic rods are favorably distinguished by high strength, geometric accuracy, and thermochemical stability during high-temperature vacuum casting of heat-resistant alloys, including turbine blades.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является смесь (Григорьева Н.А. и др. Отливка цельнолитых сопловых аппаратов с пустотелыми лопатками. - Авиационная промышленность, 1961, №4, с. 90, прототип) для изготовления литейных керамических стержней, включающая следующие компоненты, масс. %:The closest in technical essence and the achieved technical result is a mixture (Grigorieva, NA and others. Casting solid nozzle apparatus with hollow blades. - Aviation industry, 1961, № 4, p. 90, prototype) for the manufacture of foundry ceramic rods, including following components, masses. %:

электрокорунд (ЭБ-99) зерно №180electrocorundum (EB-99) grain №180 8080 электрокорунд (ЭБ-99) зерно №8electrocorundum (EB-99) grain number 8 10ten пылевидный кварцdust quartz 10ten пластификатор ПП10 или ПП15 сверх 100%plasticizer PP10 or PP15 over 100% 15-1815-18

Прототип имеет следующие недостатки:The prototype has the following disadvantages:

недостаточная прочность стержней как на этапе их обжига, так и в период заливки форм металлом вследствие сетки микротрещин, появляющейся из-за того, что даже прокаленный при 1300-1350°С insufficient strength of the rods both at the stage of their firing and during the period of casting the forms with metal due to the grid of microcracks, which appears due to the fact that it is even calcined at 1300-1350 ° С

пылевидный кварц содержит не менее 50% структурной составляющей -β-кварц, который при нагреве претерпевает ряд полиморфных превращений;powdered quartz contains at least 50% of the structural component -β-quartz, which undergoes a number of polymorphic transformations when heated;

пылевидный кварц, как естественный материал содержит до 2% примесей, имеет высокий коэффициент термического расширения (порядка 140-160⋅10-7 1/град) что способствует малой прочности при спекании стержня σизг=5,0-8,0 МПа, большой усадке до 1,5-2%, что, следовательно, приводит к значительному искажению геометрии стержня;Dusty quartz, as a natural material contains up to 2% of impurities, has a high thermal expansion coefficient (about 140-160⋅10 -7 1 / degrees), which contributes to low strength during sintering of the core σ izg = 5.0-8.0 MPa, large shrinkage up to 1.5-2%, which, consequently, leads to a significant distortion of the rod geometry;

повышенный брак отливок из-за частичной или полной поломки стержней вследствие их недостаточной прочности и неоптимального фракционного состава стержневой смеси;increased waste castings due to partial or complete breakage of the rods due to their insufficient strength and suboptimal fractional composition of the core mixture;

высокая трудоемкость и энергоемкость подготовки пылевидного кварца, заключающаяся в предварительном прокаливании его до 1300-1350°С в течение 16-24 ч.high labor intensity and energy intensity of preparing dust-like quartz, which consists in preliminary calcination of it to 1300-1350 ° C for 16-24 hours

В основу изобретения положена задача создать такую смесь для изготовления литейных керамических стержней, которая обеспечивала бы улучшение качества отливок из жаропрочных сплавов, за счет повышения прочности, термостойкости, геометрической точности и устойчивости к воздействию металлических расплавов жаропрочных сплавов, а также снижение трудоемкости и энергоемкости подготовки исходных материалов.The basis of the invention is to create such a mixture for the manufacture of casting ceramic rods, which would improve the quality of castings from heat-resistant alloys, by increasing the strength, heat resistance, geometric accuracy and resistance to the effects of metal melts of heat-resistant alloys, as well as reducing the complexity and energy intensity of preparing the original materials.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка смеси для изготовления керамических стержней, обладающих высокими прочностными характеристиками, низкой линейной усадкой в процессе обжига, малой глубиной взаимодействия с жаропрочными сплавами, при высокой технологичности процесса изготовления стержней.The technical result of the invention is to develop a mixture for the manufacture of ceramic rods with high strength characteristics, low linear shrinkage in the firing process, a shallow depth of interaction with heat-resistant alloys, with high technological process of manufacturing rods.

Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что смесь для изготовления литейных керамических стержней, преимущественно используемых при литье лопаток газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов, включающая электрокорунд, плавленую двуокись кремния, пластификатор на основе парафина с This problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the mixture for the manufacture of casting ceramic rods, mainly used for casting blades of gas turbine engines from superalloys, including electrocorundum, fused silicon dioxide, plasticizer based on paraffin

полиэтиленом, двуокись циркония (ZrO2), окись магния (MgO), карбид кремния (SiC) при следующем соотношении ингредиентов, масс. %:polyethylene, zirconium dioxide (ZrO 2 ), magnesium oxide (MgO), silicon carbide (SiC) in the following ratio of ingredients, mass. %:

электрокорунд - 77,0-85,0electrocorundum - 77.0-85.0

плавленая двуокись кремния - 10,0-13,0fused silica - 10.0-13.0

двуокись циркония - 3,0-5,0zirconium dioxide - 3.0-5.0

окись магния - 1,0-2,0magnesium oxide - 1.0-2.0

карбид кремния - 1,0-3,0silicon carbide - 1.0-3.0

легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом сверх 100% - 10-16, при этом она имеет фракционный состав, состоящий, % масс.:fusible plasticizer based on paraffin with polyethylene in excess of 100% - 10-16, while it has a fractional composition, consisting,% mass .:

порошки размером 100-120 мкм - 46,0-48,0powders with a size of 100-120 microns - 46.0-48.0

порошки размером 30-40 мкм - 47,0-49,0powders with a size of 30-40 microns - 47.0-49.0

порошки размером 3-10 мкм - 5,0-7,0.powders with a size of 3-10 microns - 5.0-7.0.

Электрокорунд и кварц в кристаллической или аморфной модификации входят в состав практически всех используемых в настоящее время керамических стержней для оформления внутренних полостей лопаток ГТД. Электрокорунд является химически инертным по отношению к жаропрочным сплавам и высокоогнеупорным материалом, выпускается промышленностью в виде порошков различного фракционного состава. Достоинства плавленого кварца заключаются в его очень низком коэффициенте термического расширения (КТР), возможности уменьшения температуры спекания при сохранении прочностных характеристик и облегчения удаления стержня из отливки.Electrocorundum and quartz in crystalline or amorphous modification are part of almost all currently used ceramic rods for decorating the internal cavities of GTE blades. Electrocorundum is chemically inert with respect to heat-resistant alloys and high-refractory material, produced by the industry in the form of powders of various fractional composition. The advantages of fused silica are in its very low coefficient of thermal expansion (CTE), the possibility of reducing the sintering temperature while maintaining the strength characteristics and facilitating the removal of the core from the casting.

Известно, что спекание стержней из материалов, относящихся к системе Al2O3 -SiO2, показанной на фигуре с. 63 (Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. Выпуск 1. Двойные системы. / Н.А. Торопов [и др.] - Л.: Наука, 1969. - 822 с.), является преимущественно твердофазным. При этом, температура спекания зависит от дисперсности и активности, химической чистоты исходных порошков, условий спекания, вида и количества добавок. Дисперсность порошков корунда оказывает It is known that sintering rods of materials related to the Al 2 O 3 -SiO 2 system shown in FIG. 63 (State diagrams of silicate systems. Handbook. Issue 1. Binary systems. / NA Toropov [et al.] - L .: Nauka, 1969. - 822 p.), Is predominantly solid-phase. At the same time, the sintering temperature depends on the dispersion and activity, the chemical purity of the initial powders, the sintering conditions, the type and amount of additives. The dispersion of corundum powders has

решающее влияние не только на температуру спекания, но и вообще на возможность спекания корунда.decisive influence not only on sintering temperature, but generally on the possibility of sintering corundum.

Обожженный стержневой материал обычно состоит из двух фаз: кристаллической и аморфной (стекловидной). Кристаллическая фаза представляет собой определенные химические соединения, твердые растворы, фазы внедрения. Аморфная фаза практически всегда присутствует во всех традиционных стержнях, поскольку в состав данных материалов входит стеклообразующий SiO2.Annealed core material usually consists of two phases: crystalline and amorphous (vitreous). The crystalline phase consists of certain chemical compounds, solid solutions, phases of incorporation. The amorphous phase is almost always present in all traditional rods, since these materials include glass-forming SiO 2 .

В стержневых смесях наличие стеклофазы должно быть строго ограничено (не более 15-20% масс. %), чтобы избежать деградации прочностных характеристик. В заявке содержание SiO2 ограничено 10-13%, меньшее содержание затрудняет выщелачивание стержня.In core mixtures, the presence of a glass phase should be strictly limited (no more than 15–20% wt.%) In order to avoid degradation of the strength characteristics. In the application, the SiO 2 content is limited to 10–13%, the lower content makes the rod leaching difficult.

При изготовлении стержней необходимо стремиться получить мелкокристаллическую волокнистую (игольчатую) структуру обеспечивающую эффект армирования стержня и повышения его термостойкости.In the manufacture of rods, it is necessary to strive to obtain a fine-crystalline fibrous (needle) structure providing the effect of reinforcing the rod and increasing its heat resistance.

Улучшения структуры и снижения температуры спекания алюмосиликатных стержней неэвтектического состава можно достигнуть добавкой Zr2 - 3-5%. Для алюмосиликатоциркониевых неэвтектических составов стержней целесообразно ввод добавки MgO - 1-2%, которые входят в твердые растворы α-корунда. Кроме того добавки MgO препятсвуют нежелательному переходу при температурах обжига ZrO2 из моноклинной в тетрагональную модификацию, которая сопровождается изменением объема и растрескиванием стержней.Improving the structure and reducing the sintering temperature of aluminosilicate rods of non-eutectic composition can be achieved by adding Zr 2 - 3-5%. For aluminosilicate-zirconium non-eutectic compositions of the rods, it is advisable to add an MgO additive — 1–2%, which are included in solid solutions of α-corundum. In addition, the addition of MgO prevents undesirable transition at the firing temperatures of ZrO 2 from monoclinic to tetragonal modification, which is accompanied by a change in volume and cracking of the rods.

Для повышения температуры начала деформации и ускорения процесса спекания стержня необходимо ввести в систему Al2O3-SiO2 - карбид кремния, что связано с высокой активностью оксида кремния в момент его образования при температурах выше 1000°С по реакции:To increase the temperature of the onset of deformation and accelerate the process of sintering the rod, you must enter into the system Al 2 O 3 -SiO 2 - silicon carbide, which is associated with a high activity of silicon oxide at the time of its formation at temperatures above 1000 ° C by the reaction:

SiC+2O2=SiO2+CO2 SiC + 2O 2 = SiO 2 + CO 2

В этом случае, согласно диаграмме состояния Al2O3-SiO2 показанной на фигуре с. 63 (Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. Выпуск 1. Двойные системы. / Н.А. Торопов [и др.] - Л.: Наука, 1969. - 822 с.), на границах зерен синтезируется муллитовая связка, которая обеспечивает прочное срастание границ зерен основной кристаллической фазы - Al2O3. Однако содержание SiC должно быть также ограничено не более 1-3, т.к. избыточное количество вводимого SiC в случае неполного его окисления при обжиге может стать причиной газовой пористости в отливках.In this case, according to the Al 2 O 3 -SiO 2 state diagram shown in FIG. 63 (State diagrams of silicate systems. Handbook. Issue 1. Binary systems. / NA Toropov [et al.] - L .: Nauka, 1969. - 822 p.), At the grain boundaries a mullite binder is synthesized, which provides a durable the accretion of the grain boundaries of the main crystalline phase is Al 2 O 3 . However, the SiC content should also be limited to no more than 1-3, since excessive amounts of SiC injected in case of incomplete oxidation during firing can cause gas porosity in the castings.

Исходя из результатов проведенного теоретического анализа и экспериментальных данных предложен новый стержневой состав: SiO2=10-13%; ZrO2=3-5%, MgO=1-2%, SiC=1-3%, остальное Al2O3 и легкоплавкий пластификатор на основе парафина с полиэтиленом 10-16% сверх 100%.Based on the results of the theoretical analysis and experimental data, a new core composition was proposed: SiO 2 = 10-13%; ZrO 2 = 3-5%, MgO = 1-2%, SiC = 1-3%, the rest is Al 2 O 3 and a low-melting paraffin-based plasticizer with polyethylene 10-16% in excess of 100%.

Наряду с химическим составом, физико-химические свойства стержня существенным образом зависят и от фракционного состава стержневой смеси. Несмотря на значительный прогресс в технологии и средствах производства литых лопаток ГТД, брак в литейных цехах все еще значителен. При литье охлаждаемых рабочих лопаток турбины он достигает 30-50%. Брак проявляется по причине коробления стержня, смещения и полома в процессе прокаливания формы и заливки ее сплавом.Along with the chemical composition, the physicochemical properties of the rod significantly depend on the fractional composition of the core mixture. Despite significant progress in technology and means of production of GTE casting blades, the marriage in foundries is still significant. When casting cooled turbine blades, it reaches 30-50%. Marriage is manifested due to warping of the rod, displacement and breakage in the process of calcining the mold and pouring it into the alloy.

Одной из причин коробления стержня является неоптимальное соотношение фракционного состава стержневой смеси, распределение тонкой и грубой фракций в полости пресс-формы после запрессовки, что в свою очередь также приводит к повышенной пористости и низким механическим свойствам.One of the reasons for the distortion of the core is the non-optimal ratio of the fractional composition of the core mixture, the distribution of fine and coarse fractions in the mold cavity after pressing, which in turn also leads to increased porosity and low mechanical properties.

Отличительной особенностью формирования фракционного состава стержней является наличие каркасообразующих фракций. Кроме того, при формировании фракционного состава стержней, не стоит задача обеспечения максимальной плотности, а необходимо обеспечить геометрическую A distinctive feature of the formation of the fractional composition of rods is the presence of frame-forming fractions. In addition, when forming the fractional composition of rods, there is no need to ensure maximum density, but it is necessary to provide geometric

размерную точность и стабильность, минимальную усадку и устойчивость к короблению.dimensional accuracy and stability, minimal shrinkage and resistance to warping.

Каркасообразующими фракциями в стержне являются порошки F 120 (120 мкм) и F100 (100 мкм). Они формируют конструкцию стержня, непосредственно соприкасаясь друг с другом в геометрически правильном порядке, причем деформация частиц порошков не происходит. От этих фракций зависит размерная стабильность, склонность к усадке и короблению стержня, максимально возможная объемная доля дисперсной фазы. Вторая группа фракций заполняет образовавшиеся поры, сформированные порошками 120 мкм и 100 мкм, и придает устойчивость этой конструкции. Для повышения устойчивости этой конструкции необходимо заполнить эти поры не вообще мелкими фракциями, а фракциями определенных размеров. Назначение третьей группы мелкой фракции, состоит в том, чтобы заполнить мелкие поры, образованные второй группой фракции и обеспечить необходимую шероховатость поверхности.Frame forming fractions in the rod are powders F 120 (120 microns) and F100 (100 microns). They form the structure of the rod, directly contacting each other in a geometrically correct order, and the deformation of the particles of the powders does not occur. Dimensional stability, tendency to shrinkage and warping of the rod, the maximum possible volume fraction of the dispersed phase depends on these fractions. The second group of fractions fills the pores formed, formed by 120 μm and 100 μm powders, and gives stability to this structure. To increase the stability of this structure, it is necessary to fill these pores not in general with small fractions, but with fractions of certain sizes. The purpose of the third group of the fine fraction is to fill the small pores formed by the second group of the fraction and provide the necessary surface roughness.

Из сказанного следует важность рассмотрения геометрической размерной последовательности формирования фракционного состава порошков для стержневой смеси.From the foregoing, it is important to consider the geometric dimensional sequence of the formation of the fractional composition of powders for the core mixture.

В таблице 1 приведены расчетные параметры пор, образованные порошками фракцией опытного стержневого состава.Table 1 shows the calculated parameters of the pores formed by the powders fraction of the experimental core composition.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Примечание: знак "+" обозначает, что порошки данного размера могут заполнять поры, образованные фракционным составом стержня; знак "-" обозначает, что порошки данного размера не могут поместиться в поры, образованные фракционным составом стержневой смеси.Note: the sign "+" means that powders of this size can fill the pores formed by the fractional composition of the rod; the sign "-" means that powders of this size cannot fit into the pores formed by the fractional composition of the core mixture.

Сравнение размеров порошков и пор в таблице 1 позволяет определить размерный гранулометрический состав стержневой смеси.Comparison of the sizes of powders and pores in table 1 allows to determine the size particle size distribution of the core mixture.

При формировании стержневой смеси каркасообразующими фракциями 120 мкм и 100 мкм, образуются поры с максимальным размером 49,7 мкм и 41,5 мкм соответственно. Следовательно, порошки с размерами 75, 63 и 50 мкм (см. табл. 1) не поместятся в эти поры и они не будут заполнены. Использование этих фракций будет способствовать формированию неоднородной каркасной гранулометрической структуры стержня и неравномерной ее усадке, что приведет к короблению стержня. Поэтому эти фракции исключены из опытной стержневой смеси.When a core mixture is formed by frame-forming fractions of 120 μm and 100 μm, pores are formed with a maximum size of 49.7 μm and 41.5 μm, respectively. Consequently, powders with sizes of 75, 63 and 50 microns (see Table 1) will not fit into these pores and they will not be filled. The use of these fractions will contribute to the formation of an inhomogeneous frame structure of the rod and its uneven shrinkage, which will lead to warping of the rod. Therefore, these fractions are excluded from the experimental core mixture.

Оптимизация гранулометрического состава с выбранными фракциями проводилось с использованием программы Excel, результаты представлены в таблице 2.Optimization of the particle size distribution with the selected fractions was carried out using Excel, the results are presented in table 2.

Figure 00000003
Figure 00000003

В оптимизированном гранулометрическом составе содержание каркасообразующих фракций соответственно составляет 46.3%. Вторая группа фракций, которая заполняет поры, сформированные порошками 120 мкм и 100 мкм, и придает устойчивость конструкции стержня (порошки 30-40 мкм) - 48%. Третья группа фракций, которая должна заполнить мелкие поры, образованные, второй группой фракций и обеспечить необходимую шероховатость поверхности стержня (порошки 3-10 мкм) - 5,7%. За счет оптимизации фракционного состава повышается плотность структуры и геометрическая стабильность стержня.In the optimized particle size distribution, the content of the frame-forming fractions, respectively, is 46.3%. The second group of fractions, which fills the pores formed by powders of 120 μm and 100 μm, and gives the stability of the core structure (powders 30-40 μm) - 48%. The third group of fractions, which should fill the small pores formed, the second group of fractions and provide the necessary surface roughness of the rod (powders 3-10 microns) - 5.7%. By optimizing the fractional composition, the density of the structure and the geometric stability of the rod increase.

Для определения оптимального химического состава стержневой смеси были проведены исследования физико-механических свойств различных составов. Показателями для сравнения служили: прочность образцов при изгибе, усадке размеров образцов от номинальных, характеризующие геометрическую точность стержней, коэффициент термического расширения и глубина взаимодействия с жаропрочным сплавом ЖС6У.To determine the optimal chemical composition of the core mixture, studies of the physicomechanical properties of various compositions were carried out. The indicators for comparison were: the strength of the samples under bending, shrinkage of the sizes of the samples from the nominal ones, which characterize the geometric accuracy of the rods, the coefficient of thermal expansion and the depth of interaction with the ZhS6U heat-resistant alloy.

Образцы для исследований были изготовлены из трех химических составов стержневой массы (таблица 3, составы 1, 2 и 3), содержащих в основе электрокорунд различных фракций (ГОСТ 3647-80), плавленый кварц (ТУ 4191-001-91973903-12), а также, карбид кремния марки 64С (ГОСТ Р 52381-2005), периклазовый порошок (окись магния) марки ППЭ-88 (ГОСТ 13236-83) и порошок двуокиси циркония марки ЦрО (ГОСТ 21907-76), оптимизированные по фракционному составу (таблица 2).Samples for research were made of three chemical compositions of the core mass (table 3, compositions 1, 2 and 3) containing the basis of electrocorundum of different fractions (GOST 3647-80), fused quartz (TU 4191-001-91973903-12), and also, silicon carbide of brand 64С (GOST R 52381-2005), periclase powder (magnesium oxide) of the PPE-88 brand (GOST 13236-83) and powder of zirconium dioxide of the TsrO brand (GOST 21907-76), optimized by fractional composition (Table 2 ).

В качестве пластификатора применяли состав на основе парафина в смеси с полиэтиленом, который вводили в стержневую массу в количестве 10-16% по массе (сверх 100%).As a plasticizer, a paraffin-based compound was used in a mixture with polyethylene, which was introduced into the core mass in an amount of 10-16% by weight (in excess of 100%).

Образцы изготавливали шликерным литьем стержневой смеси с использованием соответствующего прессового оборудования и технологической оснастки.Samples were made by slip casting core mixture using the appropriate pressing equipment and tooling.

Стержневая смесь готовилась в обогреваемом конверторе в который загружалась подготовленная ранее шихта с мелющими телами (спеченные The core mixture was prepared in a heated converter into which the previously prepared mixture with grinding bodies was loaded (sintered

шары из окиси алюминия) в соотношении 1:1. После этого включался обогрев конвертора и зернистый материал перемешивался всухую при температуре 100-120°С в течении 1 ч.alumina balls) in a 1: 1 ratio. After that, the heating of the converter was turned on and the granular material was mixed dry at a temperature of 100-120 ° C for 1 hour.

Заготовки образцов получали запрессовкой стержневой массы в пресс-форму на пресс-автомате марки CLEVELAND СТМ-25 при следующих параметрах:Sample blanks were prepared by pressing in a rod mass into a mold on a CLEVELAND STM-25 press machine with the following parameters:

давление запрессовки - 8МПа;pressing pressure - 8 MPa;

температура массы - 85-90°С;mass temperature - 85-90 ° С;

время выдержки сырца в пресс-форме - 25 с.the time of exposure of the raw in the mold - 25 C.

Заготовки образцов всех составов были подвергнуты обжигу при температуре 1350-1370°С в проходной газовой печи ПГ-30.The blanks of samples of all the compositions were subjected to firing at a temperature of 1350-1370 ° C in the through gas furnace PG-30.

Обжиг образцов в газовой печи производился по следующему режиму:The samples were fired in a gas oven in the following mode:

- нагрев до 600°С со скоростью 50°С/мин;- heating up to 600 ° С at a rate of 50 ° С / min;

- дальнейший нагрев до 1350-1370°С со скоростью 100°С/мин;- further heating to 1350-1370 ° С at a rate of 100 ° С / min;

- выдержка при температуре 1350-1370°С в течение 8-10 ч;- exposure at a temperature of 1350-1370 ° C for 8-10 hours;

- выключение печи и охлаждение коробов вместе с печью до 300°С;- turning off the furnace and cooling the ducts together with the furnace to 300 ° C;

- охлаждение коробов на воздухе до комнатной температуры.- cooling boxes in the air to room temperature.

Предел прочности (σи) и стрелу прогиба (ƒ) образцов из стержневых материалов определяли испытанием образцов-пластин размерами 70×20×4 мм при 3х-точечном статическом изгибе согласно ГОСТ Р 50523-93.The tensile strength (σ and ) and deflection (ƒ) of samples from core materials were determined by testing sample plates with dimensions of 70 × 20 × 4 mm with 3-point static bending according to GOST R 50523-93.

После выдержки в заданных условиях в течение 30 мин, с целью выравнивания температуры по сечению образца, производили нагружение образца со скоростью 5Н/с.After soaking under specified conditions for 30 minutes, in order to equalize the temperature over the cross section of the sample, the sample was loaded at a rate of 5N / s.

Деформацию образца при изгибе определяли индикатором, изменение показаний которого контролировали путем видеосъемки. Этот прием позволяет с большей точностью зафиксировать момент слома образца.The deformation of the sample during bending was determined by the indicator, the change in the readings of which was monitored by video filming. This technique allows to record the moment of sample breakdown with greater accuracy.

Размеры образцов, используемые при расчетах, измеряли с помощью микрометра, с погрешностью, не превышающей 0,01 мм.The dimensions of the samples used in the calculations were measured using a micrometer, with an error not exceeding 0.01 mm.

Значения предела прочности являются среднеарифметическим результатом испытания 5-6 образцов. Разброс данных отдельных испытаний The values of tensile strength are the average of the test result of 5-6 samples. Variation of individual test data

не превышал 5…10% от среднего. Для проверки результатов расчета на оптимальность фракционного состава были проведены дополнительно 2 эксперимента с различными фракционными составами 4 и 5 при выбранном оптимальном химическом составе. Результаты испытаний приведены в таблице 3.did not exceed 5 ... 10% of the average. To check the results of the calculation for the optimality of the fractional composition, an additional 2 experiments were conducted with different fractional compositions 4 and 5 with the selected optimal chemical composition. The test results are shown in table 3.

Оптимальное соотношение фракционного и химического составов стержневой смеси положительно повлияло на структуру, повышение физико-механических свойств, снизило усадку и коробление стержней и повысило стабильность их размеров. Наибольшая прочность стержней наблюдается в серии с оптимизированным химическим и гранулометрическим составом смеси №3.The optimal ratio of the fractional and chemical compositions of the core mixture had a positive effect on the structure, increased physical and mechanical properties, reduced shrinkage and warping of the rods and increased the stability of their sizes. The highest strength of the rods is observed in a series with an optimized chemical and granulometric composition of the mixture No. 3.

Из сравнения результатов эксперимента (см. табл. 3) следует, что на физико-химические свойства стержней влияет не только химический состав стержневой смеси, но и его фракционный состав.From a comparison of the experimental results (see Table 3), it follows that the physicochemical properties of the rods are influenced not only by the chemical composition of the core mixture, but also by its fractional composition.

Сравнительные свойства заявляемой стержневой смеси и прототипа приведены в таблице 4.Comparative properties of the inventive core mixture and the prototype are shown in table 4.

Заявленная стержневая смесь в сравнении с прототипом обеспечивает улучшение качества отливок из жаропрочных сплавов, за счет повышения прочности, термостойкости, геометрической точности и устойчивости к воздействию металлических расплавов, а также снижение трудоемкости и энергоемкости подготовки исходных материалов.The claimed core mixture in comparison with the prototype provides improved quality of castings from heat-resistant alloys, by increasing the strength, heat resistance, geometric accuracy and resistance to the effects of metal melts, as well as reducing the complexity and energy intensity of the preparation of raw materials.

Заявленная стержневая смесь опробована в заводских условиях для производства лопаток. Исследованием на образцах физико-механических свойств, показано, что заявленный стержневой состав имеет более высокие физико-механические свойства, меньшую склонность к короблению, усадке и низкий коэффициент термического расширения по сравнению с прототипом (см. табл. 4).The claimed core mixture tested in the factory for the production of blades. Research on samples of physicomechanical properties showed that the claimed core composition has higher physicomechanical properties, less tendency to warping, shrinkage and a low coefficient of thermal expansion compared with the prototype (see Table 4).

Из опытной стержневой смеси были изготовлены стержни для полых лопаток, которые дали положительные результаты. Брак по короблению, слому стержня снижен более чем в 2 раза. Применение смеси позволяет Rods for hollow blades were made from an experimental core mix, which gave positive results. Marriage by warping, breaking the rod is reduced by more than 2 times. The use of the mixture allows

повысить предел прочности стержней при изгибе до σизг=24-26 МПа. Снизить линейную усадку до 0,1-0,2% и глубину взаимодействия со сплавом ЖС6У до 0,04-0,06 мм. Заявленный стержневой состав с оптимизированным химическим и фракционным составом прошел производственную апробацию и рекомендован в серийное производство.increase the tensile strength to flexural rods mfd σ = 24-26 MPa. Reduce linear shrinkage to 0.1-0.2% and the depth of interaction with the ZhS6U alloy to 0.04-0.06 mm. The claimed core composition with optimized chemical and fractional composition has passed production approbation and is recommended for mass production.

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Claims (4)

Смесь для изготовления литейных керамических стержней, преимущественно используемых при литье лопаток газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов, содержащая электрокорунд, легкоплавкий органический пластификатор на основе парафина с полиэтиленом и кремнийсодержащее связующее, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит реакционно-активную модификацию окиси магния, карбид кремния и двуокись циркония, а в качестве кремнийсодержащего связующего плавленую двуокись кремния при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:The mixture for the manufacture of casting ceramic rods, mainly used for casting blades of gas turbine engines of heat-resistant alloys, containing electrocorundum, low-melting organic plasticizer based on paraffin with polyethylene and silicon-containing binder, characterized in that it additionally contains reactive modification of magnesium oxide, silicon carbide and zirconium dioxide, and as a silicon-containing binder fused silica in the following ratio of ingredients, wt.%: электрокорунд (Al2O3)electrocorundum (Al 2 O 3 ) 77,0-85,0                        77.0-85.0 плавленая двуокись кремния (SiO2)fused silica (SiO 2 ) 10,0-13,010.0-13.0 двуокись циркония (ZrO2)zirconium dioxide (ZrO 2 ) 3,0-5,0                            3.0-5.0 окись магния (MgO)magnesium oxide (MgO) 1,0-2,0                                        1.0-2.0 карбид кремния (SiC)silicon carbide (SiC) 1,0-3,0                            1.0-3.0 легкоплавкий пластификатор на основеlow melting plasticizer парафина с полиэтиленом сверх 100%paraffin with polyethylene over 100% 10-16,      10-16,
при этом она имеет фракционный состав, включающий, мас.%:while it has a fractional composition, including, wt.%: порошки размером 100-120 мкмpowders with a size of 100-120 microns 46,0-48,0            46.0-48.0 порошки размером 30-40 мкмpowders with a size of 30-40 microns 47,0-49,0            47.0-49.0 порошки размером 3-10 мкм3-10 micron powders 5,0-7,0                5.0-7.0
RU2018127147A 2018-07-23 2018-07-23 Mixture for making cast ceramic rods of hollow blades from heat-resistant alloys by casting on molten casts RU2691435C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127147A RU2691435C1 (en) 2018-07-23 2018-07-23 Mixture for making cast ceramic rods of hollow blades from heat-resistant alloys by casting on molten casts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127147A RU2691435C1 (en) 2018-07-23 2018-07-23 Mixture for making cast ceramic rods of hollow blades from heat-resistant alloys by casting on molten casts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2691435C1 true RU2691435C1 (en) 2019-06-13

Family

ID=66947525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018127147A RU2691435C1 (en) 2018-07-23 2018-07-23 Mixture for making cast ceramic rods of hollow blades from heat-resistant alloys by casting on molten casts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2691435C1 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU865479A1 (en) * 1979-11-23 1981-09-23 Предприятие П/Я Р-6837 Composition for making ceramic foundry cores
SU869932A1 (en) * 1979-11-16 1981-10-07 Институт проблем литья АН УССР Mixture for producing casting ceramic cores
SU1217550A1 (en) * 1984-08-13 1986-03-15 Всесоюзный Проектно-Технологический Институт Энергетического Машиностроения Ceramic composition for making foundry cores
SU1468639A1 (en) * 1986-07-30 1989-03-30 Производственное объединение "Ленинградский завод турбинных лопаток" им.50-летия СССР Sand for making casting ceramic cores
RU2132760C1 (en) * 1998-04-07 1999-07-10 Челябинский государственный технический университет Sand for making ceramic casting cores
RU2273543C1 (en) * 2004-09-01 2006-04-10 Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук, Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" Sand for making casting ceramic cores
US20080135721A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 General Electric Company Casting compositions for manufacturing metal casting and methods of manufacturing thereof
US7562691B2 (en) * 2005-07-29 2009-07-21 Snecma Core for turbomachine blades
EP2740550A1 (en) * 2011-08-03 2014-06-11 Hitachi Metals, Ltd. Ceramic core and method for producing same
US9839957B2 (en) * 2013-09-10 2017-12-12 Hitachi Metals, Ltd. Ceramic core, manufacturing method for the same, manufacturing method for casting using the ceramic core, and casting manufactured by the method

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU869932A1 (en) * 1979-11-16 1981-10-07 Институт проблем литья АН УССР Mixture for producing casting ceramic cores
SU865479A1 (en) * 1979-11-23 1981-09-23 Предприятие П/Я Р-6837 Composition for making ceramic foundry cores
SU1217550A1 (en) * 1984-08-13 1986-03-15 Всесоюзный Проектно-Технологический Институт Энергетического Машиностроения Ceramic composition for making foundry cores
SU1468639A1 (en) * 1986-07-30 1989-03-30 Производственное объединение "Ленинградский завод турбинных лопаток" им.50-летия СССР Sand for making casting ceramic cores
RU2132760C1 (en) * 1998-04-07 1999-07-10 Челябинский государственный технический университет Sand for making ceramic casting cores
RU2273543C1 (en) * 2004-09-01 2006-04-10 Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук, Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" Sand for making casting ceramic cores
US7562691B2 (en) * 2005-07-29 2009-07-21 Snecma Core for turbomachine blades
US20080135721A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 General Electric Company Casting compositions for manufacturing metal casting and methods of manufacturing thereof
EP2740550A1 (en) * 2011-08-03 2014-06-11 Hitachi Metals, Ltd. Ceramic core and method for producing same
US9839957B2 (en) * 2013-09-10 2017-12-12 Hitachi Metals, Ltd. Ceramic core, manufacturing method for the same, manufacturing method for casting using the ceramic core, and casting manufactured by the method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7943541B2 (en) Sintered refractory product exhibiting enhanced thermal shock resistance
JP6299859B2 (en) Mold, manufacturing method thereof, and casting method of TiAl alloy casting
US11208354B2 (en) Sintered zirconia mullite refractory composite, methods for its production and use thereof
US20180029107A1 (en) Mold composition s and methods for casting titanium and titanium aluminide alloys
JP5360633B2 (en) Ceramic core and manufacturing method thereof
US2842447A (en) Method of making a refractory body and article made thereby
JP2015504841A (en) Refractory and method for forming glass plate using refractory
EP3074363B1 (en) A method for forming a mold for casting a titanium-containing article
JP5774135B2 (en) Sintered materials based on doped chromium oxide
JP4944610B2 (en) Green component for manufacturing sintered refractory products with improved bubble generation behavior
US12037295B2 (en) Ceramic foam
US4579829A (en) Zircon/zirconia refractories
US9192983B2 (en) Silicon carbide-containing mold and facecoat compositions and methods for casting titanium and titanium aluminide alloys
WO2016013384A1 (en) Alumina-zirconia-silica fused-cast refractory, glass melting furnace, and method for producing glass plate
RU2691435C1 (en) Mixture for making cast ceramic rods of hollow blades from heat-resistant alloys by casting on molten casts
KR101763122B1 (en) Manufacturing method of ceramic core, ceramic core, precision casting method and precision casting products
JP2017508710A (en) Refractory with improved fluidity
US3773531A (en) Dense chrome refractory material
RU2662514C1 (en) Mixture for manufacture of foundry ceramic rods of hollow shovels from heat-resistant alloys by molding on floating models
RU2098220C1 (en) Mixture and method for manufacturing casting ceramic cores
US2880097A (en) Zircon refractory composition and method of making it
RU2273543C1 (en) Sand for making casting ceramic cores
Shcherbakova et al. Solution to technological problems of raising the reliability and quality of castings based on titanium alloys
CN106927840B (en) Thermal shock resistant complex phase ceramic material and preparation of ceramic discharge spout based on same
JP7577015B2 (en) Ceramic composition and fired ceramic body