Исследование линейной усадки модельных составов и механизмов взаимодействия в системе «выплавляемая модель – огнеупорная керамическая форма»

Выполнено исследование свободной линейной усадки ненаполненных (ПС50-50, МВС3-Т, Romocast 105, Romocast 152) и наполненных (Romocast 252, Romocast 325) модельных составов в зависимости от температуры окружающей среды. Полученные результаты выявили следующие основные особенности в изменении указанного технологического параметра. Установлено, что наибольшей свободной линейной усадкой обладают ненаполненные модельные составы, а наименьшей – наполненные. При этом процессы, связанные со свободной линейной усадкой, протекали в образцах в течение длительного времени (до 24 ч). Это, вероятно, связано с продолжительностью процессов полимеризации и низкой теплопроводностью модельных составов. Изменение температуры окружающей среды в интервале от –5 до +35 °С оказывает существенное влияние на величину изменения линейных размеров образцов из исследованных модельных составов. Изменение длины образцов из ненаполненных модельных составов варьируется в диапазоне от +0,3 до –0,4 %, а из наполненных – от +0,2 до –0,15 %. При охлаждении до –5 °С и последующем нагреве до +20 °С образцов из ненаполненных составов их исходная длина уменьшается в среднем на 0,2 мм, а при нагреве до +35 °С и последующем охлаждении до +20 °С она увеличивается в среднем на 0,2–0,3 мм. При аналогичных изменениях температуры окружающей среды у образцов из наполненных модельных составов изменение размеров составляет не более 0,1 мм. Для устранения растрескивания огнеупорных керамических форм предложено проводить захолаживание системы «выплавляемая модель – огнеупорная керамическая форма», что обеспечивает гарантированный зазор между моделью и формой и нивелирует негативное влияние расширяющегося модельного состава.

1. Chen Q., Li H., Shen H. Transient modeling of grain structure and macrosegregation during direct chill casting of Al—Cu alloy. Processes. 2019. Vol. 7. No. 6. P. 1—16.

2. Deev V.B., Degtyar V.A., Kutsenko A.I., Selyanin I.F., Voitkov A.P. Resource-saving technology for the production of cast aluminum alloys. Steel in Trans. 2007. Vol. 37. No. 12. P. 991—994.

3. Kumar Nayak R., Venugopal S. Prediction of shrinkage allowance for tool design of aluminium alloy (A356) investment casting. Mater. Today: Proc. 2018. Vol. 5. No. 11. P. 24997—25005.

4. Sabau A.S., Viswanathan S. Material properties for predicting wax pattern dimensions in investment casting. Mater. Sci. Eng. A. 2003. Vol. 362. No. 1-2. P. 125— 134.

5. Деев В.Б., Пономарева К.В., Приходько О.Г., Сметанюк С.В. Влияние температур перегрева и заливки расплава на качество отливок из алюминиевых сплавов при литье по газифицируемым моделям. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2017. No. 3. С. 65—71.

6. Деев В.Б., Пономарева К.В., Куценко А.И., Приходько О.Г., Сметанюк С.В. Влияние условий плавки алюминиевых сплавов на свойства и качество отливок, полученных по газифицируемым моделям. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2017. No. 4. С. 39—45.

7. Ефимов В.А. Специальные способы литья: Справочник. М.: Машиностроение, 1991 .

8. Pattnaik S., Karunakar D.B., Jha P.K. Developments in investment casting process: Review. J. Mater. Process. Technol. 2012. No. 212. P. 2332— 2348.

9. Singh R., Singh S., Hashmi M.S.J. Investment casting. Ref. Modul. in Mater. Sci. and Mater. Eng. 2016. P. 1—18.

10. Barnett S.O. Investment casting — the multi-process technology. Foundry Trade J. 1988. No. 11. P. 33—37.

11. Иванов В.Н. Литье по выплавляемым моделям: 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1984.

12. Репях С.И. Требования к модельным составам отливок ответственного назначения. Металлы и литье Украины. 2010. No. 11. С. 10—16.

13. Herman A., Česal M., Mikeš P. The deformation of wax patterns and castings in investment casting technology. Arch. Foundry Eng. 2012. Vol. 12. No. 1. P. 37—42.

14. Tascyoglu S., Inem B., Akar N. Conversion of an investment casting sprue wax to a pattern wax by the modification of its properties. Mater. Design. 2004. Vol. 25. P. 499—505.

15. Репях С.И. Технологические основы литья по выплавляемым моделям. Днепропетровск: Лира, 2006.

16. Adrian S. Sabau, Viswanathan Srinath. Material properties for predicting wax pattern dimensions in investment casting. Mater. Sci. Eng. A. 2003. Vol. 362. Р. 125—134

17. Er. Charanjeetsingh Sandhu, Er. Ajay Sharma. Investigation of optimize wax pattern in the investment casting by using the different form of waxes. J. Mechan. Civil Eng. 2012. Vol. 3. No. 4. P. 1—6.

18. Bemblage O., Karunakar D.B. A study on the blended wax patterns in investment casting process. In: Proc. of the World Congress on Engineering (London, UK, July 6—8, 2011). London: WSE, 2011. Vol. I. P. 721—727.

19. Tascioglu S., Akar N. A novel alternative to the additives in investment casting pattern wax compositions. Mater. Design. 2003. No. 24. Р. 693—698.

20. Оспенникова О.Г., Шутов А.Н., Пикулина Л.В., Душкин А.М. Модельные композиции на основе синтетических материалов для литья лопаток ГТД. Литейное производство. 2003. No. 1. С. 21—23.

21. Hamedi M., Farzaneh A. Optimization of dimensional deviations in wax patterns for investment casting. J. Comput. Appl. Mech. 2014. Vol. 45. No. 1. P. 23—28.

22. Yahaya B., Izman S., Idris M.H., Dambatta M.S. Effects of activated charcoal on physical and mechanical properties of microwave dewaxed investment casting moulds. J. Manufact. Sci. Technol. 2016. No. 13. P. 97—103.

23. Lee K., Blackburn S., Welch Stewart T. Adhesion tension force between mould and pattern wax in investment castings. J. Mater. Process. Technol. 2015. No. 225. Р. 369—374.

24. Dave I.B., Kaila V.N. Optimization of ceramic shell mold materials in investment casting. Int. J. Res. Eng. Technol. 2014. Vol. 3. No. 10. P. 30—33.

25. Lia H., Chandrashekharaa K., Komaragirib S., Lekakhb S.N., Richards V.L. Crack prediction using nonlinear finite element analysis during pattern removal in investment casting process. J. Mater. Process. Technol. 2014. No. 214. Р. 1418—1426.

26. Никитин К.В., Соколов А.В., Никитин В.И., Дьячков В.Н. Инновации в литье по выплавляемым моделям. Самара: СамНЦ РАН, 2017.

27. Никитин К.В., Соколов А.В., Никитин В.И., Дьячков В.Н. Применение продуктов рециклинга алюминиевых шлаков в технологиях литья по выплавляемым моделям. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2018. No. 6. С. 58—71.

28. Дьячков В.Н., Парамонов А.М. Способ изготовления оболочковой огнеупорной формы: Пат. 2509622 (РФ). 2014.