PL225530B1 - Lejna mieszanina formierska do produkcji ceramicznych form odlewniczych - Google Patents

Lejna mieszanina formierska do produkcji ceramicznych form odlewniczych

Info

Publication number
PL225530B1
PL225530B1 PL406518A PL40651813A PL225530B1 PL 225530 B1 PL225530 B1 PL 225530B1 PL 406518 A PL406518 A PL 406518A PL 40651813 A PL40651813 A PL 40651813A PL 225530 B1 PL225530 B1 PL 225530B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
weight
amount
volume
sic powder
containing colloidal
Prior art date
Application number
PL406518A
Other languages
English (en)
Other versions
PL406518A1 (pl
Inventor
Marcin Małek
Paweł Wiśniewski
Hubert Matysiak
Krzysztof Jan Kurzydłowski
Original Assignee
Politechnika Warszawska
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 Politechnika Warszawska filed Critical Politechnika Warszawska
Priority to PL406518A priority Critical patent/PL225530B1/pl
Publication of PL406518A1 publication Critical patent/PL406518A1/pl
Publication of PL225530B1 publication Critical patent/PL225530B1/pl

Links

Landscapes

  • Mold Materials And Core Materials (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest lejna mieszanina formierska do produkcji ceramicznych form odlewniczych stosowanych w metalurgii i odlewnictwie precyzyjnym.
W obecnie stosowanych mieszaninach formierskich do wytwarzania ceramicznych form odlewniczych używa się spoiw opartych głównie na roztworach koloidalnych zawierających nanocząstki SiO2. Spoiwa te dobrze wiążą osnowę w postaci proszków na bazie AI2O3, mulitu czy glinokrzemianu cyrkonu. Wspólną cechą tych materiałów formierskich jest ich mała przewodność cieplna, która wpływa w późniejszych etapach technologicznych na wydłużanie czasu stygnięcia zalanych w formę ceramiczną stopów. Powoduje to znaczny rozrost ziarna i dendrytów, a co za tym idzie spadek właściwości mechanicznych otrzymywanych odlewów. Zastosowanie węglika krzemu, z racji tego, iż posiada on dużą przewodność cieplną, jako materiału do konstrukcji ceramicznych form odlewniczych znacznie przyspieszyłoby procesy stygnięcia i spowodowało znaczny wzrost właściwości mechanicznych otrzymywanych odlewów oraz skrócenie czasu trwania procesu. Dodatkowo węglik krzemu charakteryzuje się bardzo szeroką dostępnością oraz niską ceną, co dodatkowo spowodowało znaczące obniżenie kosztów wytwarzania ceramicznych form odlewniczych. Zastosowanie SiC jako osnowy w miejsce proszku AI2O3 jest niemożliwe, gdyż w kontakcie z proszkiem podczas obróbki cieplnej spoiwo, czyli nanocząstki SiO2 powodują degradację SiC poprzez jego utlenianie i drastyczny spadek jego podstawowej właściwości, czyli przewodności cieplnej. Dlatego też nie można przy obecnie stosowanych recepturach tworzenia mas ceramicznych zastosować proszków na bazie węglika krzemu.
Wynalazek dotyczy lejnej mieszaniny formierskiej składającej się z osnowy w postaci proszku SiC - odmiana zielona lub odmiana czarna o wielkości cząstek 200 mesh-600 mesh, wodnego nanokompozytu zawierającego koloidalny AI2O3 o średniej wielkości cząstek 5 nm-100 nm i zawartości AI2O3 40% wagowych, jednego spoiwa w ilości 6%-15% objętościowo w stosunku do ilości wodnego nanokompozytu zawierającego koloidalny AI2O3 wybranego z grupy: wodorozpuszczalny poli(alkohol winylowy) o stopniu hydrolizy 77-88% i ciężarze cząsteczkowym 14000 g/mol-130000 g/mol albo wodorozpuszczalny glikol polietylenowy o ciężarze cząsteczkowym 1500 g/mol-20000 g/mol albo wodorozcieńczalna dyspersja polimerowa poli(akrylowa) albo poli(uretanowa) o temperaturze zeszklenia -60°C do +50°C i zawartości fazy stałej w dyspersji 16-50% wagowych, środka antypiennego w ilości 0,010-0,075% objętościowo w stosunku do ilości spoiw, środka zwilżającego w ilości 0,0100,075% objętościowo w stosunku do ilości spoiw, przy czym udział fazy stałej wynosi 60-80% wagowych a udział zawartości proszku SiC wylicza się ze wzoru
FL = * 100% rttp+ mr gdzie:
mp - masa proszku SiC mr - masa wodnego nanokompozytu zawierającego koloidalny AI2O3 oraz spoiwa wybranego z powyższej grupy
FL - udział % proszku SiC przy czym do obliczeń zakłada się udział % proszku SiC oraz masę wodnego nanokompozytu zawierającego koloidalny AI2O3.
W porównaniu z dotychczas stosowanymi masami ceramicznymi, gęstwy na bazie nowo opracowanych spoiw i proszku SiC charakteryzują się dwukrotnie większym czasem stabilności mieszan iny. Formy mają wyższą gęstość, niższą porowatość i istotnie mniejszą średnią wielkość porów. Ilości stosowanych proszków i spoiw są porównywalne zarówno w skali laboratoryjnej jak i przemysłowej. Dzięki opracowaniu mieszaniny formierskiej według wynalazku uzyskano możliwość odlewania detali metodą Brigmana, możliwość odlewania części turbin lotniczych metodą LMC, możliwość wytwarzania ochładzalników do form odlewniczych, bardzo dobrą przewodność cieplną form ceramicznych umożliwiającą otrzymywanie odlewów o drobnokrystalicznej strukturze dendrytycznej co zwiększa ich właściwości mechaniczne w temperaturach podwyższonych, SiC to materiał szeroko dostępny i stosunkowo tani w porównaniu ze stosowanymi w metalurgii i odlewnictwie, brak reaktywności materiału formy ze stopami na bazie niklu i kobaltu.
Wykonano badania dla nowo opracowanej masy formierskiej. Okazało się, że unika się degr adacji SiC podczas termicznej obróbki cieplnej i zachowano wysoką przewodność cieplną materiału form. Dodatkowo w celu ulepszenia upłynnienia mieszanki i zachowania odpowiednich lepkości
PL 225 530 B1 mieszczących się w granicach 25-40 s dla obecnie stosowanych mas ceramicznych w przemyśle, mierzonych za pomocą kubka czerpalnego Zahn 4#, dodano w ilościach od 6-15% objętościowo dodatkowych substancji stosowanych jako spoiwa wypełniające. Są to związki wodorozcieńczalne albo wodorozpuszczalne tj. poli(alkohol winylowy), glikol poli(etylenowy), polimerowe dyspersje poli(akrylowe) oraz poliuretanowe. Następnym krokiem było wytworzenie na bazie tych związków i proszku SiC mieszaniny formierskiej przeznaczonej do produkcji form odlewniczych o wysokiej przewodności cieplnej stosowanych w metalurgii i odlewnictwie.
Formowanie przebiegło prawidłowo:
• dobre krycie zestawów przez mieszanki zarówno dla powierzchni płaskich, zakrzywionych i krawędzi, • dobra adhezja proszków posypek dla powierzchni płaskich, zakrzywionych i krawędzi, • istotnie dłuższe czasy suszenia w odniesieniu do procesu WSK PZL Rzeszów S.A. na bazie spoiwa zhydrolizowanego krzemianu etylu, ale porównywalne z czasami suszenia form na bazie krzemionki koloidalnej.
Z otrzymanych wyników badań ceramicznych form uzyskanych na bazie węgliku krzemu uzyskano:
• Wyraźnie większą dyfuzyjność cieplną form w porównaniu z dotychczas stosowanymi • Większą szybkość krzepnięcia odlewów w formach z SiC • SiC jako materiał posypki i formy umożliwia rozdrobnienie ziarna i odległości między ramionami wtórnymi dendrytów w odlewach, co zwiększyło ich wytrzymałość mechaniczną.
Do sporządzenia ceramicznych mieszanin odlewniczych zastosowano proszki SiC o oznaczeniach 98C (odmiana czarna) i 99C (odmiana zielona) i granulacji (200-600 mesh), wodny nanokompozyt zawierający koloidalny AI2O3 o średniej wielkości cząstek 5 nm-100 nm i zawartości AI2O3 w ilości 400 g oraz spoiwa polimerowe w ilościach 6-15% objętościowo. Dodatkowo zastosowano środki antypienne i zwilżające w ilości 0,010-0,075% wag. Ilość potrzebnego proszku obliczano w zależności od objętości użytego nanokompozytu i założonej ilości fazy stałej wynoszącej 60,0-80,0%. Całość umieszczono w reaktorze i wymieszano przy użyciu mieszadła mechanicznego. Każdego dnia mieszania uzupełniano ubytek odparowanej wody oraz dokonywano badań podstawowych wytworzonej mieszaniny. Badaniami tymi były:
- badanie gęstości mieszaniny,
- badanie lepkości przy użyciu czerpalnego kubka Zahn o średnicy otworu Φ=4 mm,
- badania właściwości reologicznych masy lejnej w reometrze,
- badanie pH mieszaniny,
- test płyty wzorcowej („plateweight test”) o wymiarach 75x75 mm i wadze 75,46 g.
I RECEPTURA:
Udział proszku SiC - 62,5%
Proszek SiC 400 mesh - 766,67 g wodny nanokompozyt zawierający koloidalny AI2O3 - 400 g
Spoiwo poli(akrylowe) o zawartości fazy stałej 36% i temp. zeszklenia -5°C w ilości 15% objętościowo - 60 g
Antypieniacz 0,0075% objętościowo - 0,345 g
Zwilżacz 0,0075% objętościowo - 0,345 g
II RECEPTURA Udział fazy stałej - 65%
Proszek SiC 400 mesh - 787,43 wodny nanokompozyt zawierający koloidalny AI2O3 - 400 g
Spoiwo poli(akrylowe) o zawartości fazy stałej 36% i temperaturze zeszklenia +20°C w ilości 6% objętościowo - 24 g
Antypieniacz 0,0075% objętościowo - 0,318 g
Zwilżacz 0,0075% objętościowo - 0,318 g
III RECEPTURA Udział fazy stałej - 70%
Proszek SiC 400 mes - 1073,33 g wodny nanokompozyt zawierający koloidalny AI2O3 - 400 g
Spoiwo poli(alkohol winylowy) w ilości 15% objętościowo roztworu 5% o masie cząsteczkowej 26 tys. i stopniu zhydrolizowania 88% - 60 g
PL 225 530 B1
Antypieniacz 0,0075% objętościowo - 0,345 g
Zwilżacz 0,0075% objętościowo - 0,345 g
IV RECEPTURA Udział fazy stałej - 65%
Proszek SiC 400 mesh - 787,43 wodny nanokompozyt zawierający koloidalny AI2O3 - 400 g
Spoiwo poli(alkohol winylowy) w ilości 6% objętościowo roztworu 10% o masie cząsteczkowej 47 tys. i stopniu zhydrolizowania 88% - 24 g Antypieniacz 0,0075% objętościowo - 0,345 g Zwilżacz 0,0075% objętościowo - 0,345 g
V RECEPTURA Udział fazy stałej - 65%
Proszek SiC 400 mesh - 854,29 g wodny nanokompozyt zawierający koloidalny AI2O3 - 400 g
Spoiwo poli(glikol etylenowy) 15% objętościowo roztworu 30% o masie cząsteczkowej 150 - 60 g Antypieniacz 0,0075% objętościowo - 0,345 g Zwilżacz 0,0075% objętościowo - 0,345 g
VI RECEPTURA Udział fazy stałej - 60%
Proszek SiC 400 mesh - 660 g wodny nanokompozyt zawierający koloidalny AI2O3 - 400 g
Spoiwo poli(uretanowe) 10% objętościowo - 40 g
Antypieniacz 0,0075% objętościowo - 0,33 g
Zwilżacz 0,0075% objętościowo - 0,33 g
Płynną część dodano do reaktora i mieszano. Po kilku minutach dodawano porcjami proszek SiC tak aby nie spowodować drastycznego wzrostu lepkości mieszaniny. Tak przygotowaną mieszaninę pozostawiono na 24 h w celu jej całkowitego upłynnienia, po czym zbadano jej podstawowe właściwości opisywane wyżej.
W tak przygotowanej mieszaninie formierskiej zanurzano wykonane wcześniej modele woskowe i obsypywano je posypką z SiC o granulacji:
- warstwa przymodelowa: proszki SiC F80 mesh
- warstwy konstrukcyjne SiC F40 mesh
Warstwy nakładano w odstępach 8 h, po sprawdzeniu czy poprzednia warstwa całkowicie wyschła. Używano w tym celu techniki napięciowej.
Wykonano 7 warstwowe formy, które zostały następnie poddane procesowi obróbki cieplnej. Wytworzono trzy rodzaje form:
- forma w stanie surowym,
- forma wypalona (po obróbce cieplnej 760°C przez 1 h),
- forma wyżarzona (po obróbce cieplnej 1200°C przez 1 h).
Formy zostały zalane nadstopem niklu IN716C. Po wybiciu uzyskane odlewy poddano podstawowym badaniom. Zakres kontroli odlewów obejmował: kontrolę wizualną (VI), fluorescencyjne badanie penetracyjne (FPI), prześwietlanie promieniami rentgena (X-Ray) oraz kontrolę zgodności wymiarowej (CMM). Uzyskane w ten sposób odlewy charakteryzowały się mniejszym rozrostem ziarna a co za tym idzie większą odpornością mechaniczną w podwyższonej temperaturze. Zatem uzyskana fo rma spełniała podstawowe oczekiwania przemysłowe i nadaje się do procesów metalurgii oraz odlewania precyzyjnego.
Po otrzymaniu i podstawowych badaniach uzyskanych odlewów z form ceramicznych na bazie SiC w porównaniu z dotychczas stosowanymi formami zauważono:
• wzrost przewodności cieplnej w temperaturze otoczenia 30x, w temperaturze 1200°C - 3x, • brak wpływu na wielkość, kształt i udział fazy γ’ (spełniają podstawowe założenia przemysłu), • istotne rozdrobnienie węglików pierwotnych MC (grube węgliki obniżają wł. wytrzymałościowe), • istotne rozdrobnienie struktury dendrytycznej, o 60% mniejsze odległości pomiędzy ramionami wtórnymi dendrytów (SDAS), • ma wpływ na wielkość makroziaren w rdzeniu (5-6 mm) co jest korzystne, gdyż w wysokich temperaturach eksploatacji grube ziarno podwyższa wł. mechaniczne odlewów.
PL 225 530 B1

Claims (1)

  1. Lejna mieszanina formierska do produkcji ceramicznych form odlewniczych na bazie proszkowej osnowy i spoiw, znamienna tym, że składa się z osnowy w postaci proszku SiC odmiana zielona lub odmiana czarna o wielkości cząstek 200 mes-600 mesh, wodnego nanokompozytu zawierającego koloidalny AI2O3 o średniej wielkości cząstek 5 nm-100 nm i zawartości AI2O3 40% wagowych, jednego spoiwa w ilości 6%-15% objętościowo w stosunku do ilości wodnego nanokompozytu zawierającego koloidalny AI2O3 wybranego z grupy: wodorozpuszczalny poli(alkohol winylowy) o stopniu hydrolizy 77-88% i ciężarze cząsteczkowym 14000 g/mol-130000 g/mol albo wodorozpuszczalny glikol polietylenowy o ciężarze cząsteczkowym 1500 g/mol-20000 g/mol albo wodorozcieńczalna dyspersja polimerowa poli(akrylowa) albo poli(uretanowa) o temperaturze zeszklenia -60°C do +50°C i zawartości fazy stałej w dyspersji 16-50% wagowych, środka antypiennego w ilości 0,010-0,075% objętościowo w stosunku do ilości dwóch spoiw, środka zwilżającego w ilości 0,010-0,075% objętościowo w stosunku do ilości spoiw, przy czym udział fazy stałej wynosi 60-80% wagowych a udział zawartości proszku SiC wylicza się ze wzoru
    FL = —4— * 100% ntp + mr gdzie:
    mp - masa proszku SiC mr - masa wodnego nanokompozytu zawierającego koloidalny AI2O3 oraz spoiwa wybranego z powyższej grupy FL - udział % proszku SiC przy czym do obliczeń zakłada się udział % proszku SiC oraz masę wodnego nanokompozytu zawierającego koloidalny Al2O3.
PL406518A 2013-12-16 2013-12-16 Lejna mieszanina formierska do produkcji ceramicznych form odlewniczych PL225530B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL406518A PL225530B1 (pl) 2013-12-16 2013-12-16 Lejna mieszanina formierska do produkcji ceramicznych form odlewniczych

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL406518A PL225530B1 (pl) 2013-12-16 2013-12-16 Lejna mieszanina formierska do produkcji ceramicznych form odlewniczych

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL406518A1 PL406518A1 (pl) 2015-06-22
PL225530B1 true PL225530B1 (pl) 2017-04-28

Family

ID=53396738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL406518A PL225530B1 (pl) 2013-12-16 2013-12-16 Lejna mieszanina formierska do produkcji ceramicznych form odlewniczych

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL225530B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL406518A1 (pl) 2015-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102481622B (zh) 用于制造模制覆层的铸型涂料
CN105834351B (zh) 一种耐高温的铸型材料
CN101497105A (zh) 一种铸型水基涂料及其制备工艺
CN104325065A (zh) 一种覆膜砂及其制备方法
WO2011159367A1 (en) Insulated investment casting mold and method of making
JPWO2018043412A1 (ja) 鋳型の製造方法
CN105964891A (zh) 一种具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂及其制备方法
CN103601474A (zh) 一种高温合金单晶叶片用水溶性陶瓷型芯及其制备方法
CN104045361A (zh) 铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料及其制备方法
CN104350024B (zh) 用于耐火模具的石膏组合物
CN107931533A (zh) 一种基于熔盐的可溶型芯及其制备方法与应用
EP3535073A1 (en) Investment casting compositions, molds, and related methods
CN107073560B (zh) 消失模用涂模剂组合物
JP2016002572A (ja) 精密鋳造鋳型製造用スラリー組成物及びその製造方法
US6949136B2 (en) High temperature investment material and method for making solid investment molds
PL225530B1 (pl) Lejna mieszanina formierska do produkcji ceramicznych form odlewniczych
CN114258329B (zh) 砂铸模造型用添加剂、砂铸模造型用砂组合物、砂铸模的制造方法及砂铸模
JP2011031274A (ja) 砂型用塗型剤組成物
US4188450A (en) Shell investment molds embodying a metastable mullite phase in its physical structure
JP6317995B2 (ja) 精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材及びそれを用いて得られたスラリー並びに精密鋳造鋳型
JP6449644B2 (ja) 消失模型用塗型剤組成物
US6746528B1 (en) High temperature investment material and method for making solid investment molds
JP6368596B2 (ja) 精密鋳造鋳型製造用スラリー組成物及びその製造方法
CN102295459A (zh) 超低水泥耐火浇注料的制法
RU2326750C1 (ru) Смесь наливная самотвердеющая на цементном связующем для производства точных отливок