Анализ свойств суспензии и керамики для литья по выплавляемым моделям, полученных на отечественных связующих на водной основе
https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-2-15-28
Аннотация
Качество литых деталей, изготовленных методом литья по выплавляемым моделям, в значительной мере определяется качеством керамических форм. В настоящее время предприятия авиа- и двигателестроения переходят на экологически безопасное водное связующее для изготовления керамических форм. В работе определены динамическая и условная вязкости суспензий, приготовленных с использованием пылевидного плавленого кварца и отечественных водных связующих марок ВТ13-02У (ООО «Вакуумтех»), Ставроформ ВС (ООО «Полимет»), UltraCast One+ и UltraCast Prime (ООО «Технопарк»). Показано, что полученные суспензии имеют близкие значения вязкости и по своим реологическим свойствам близки к ньютоновским жидкостям. Значения динамической и условной вязкости при содержании связующего 400 мл на 1 кг пылевидного кварца составили ~732 мПа·с и ~380 с соответственно. При увеличении содержания связующего до 600 мл на 1 кг пылевидного кварца вязкость снизилась до ~70 мПа·с и ~16 с соответственно. Также было выведено уравнение, связывающее динамическую вязкость, определенную с помощью ротационного вискозиметра, и условную вязкость, установленную с помощью прибора ВЗ-4. Были определены механические свойства при испытаниях на трехточечный изгиб керамических образцов, полученных с использованием суспензий на указанных выше связующих и обсыпки из плавленого кварца. Образцы, полученные на связующих ВТ13-02У, Ставроформ ВС и UltraCast One+, показали очень близкие значения прочности: 3,5–4,3 МПа после сушки и 5,8– 6,1 МПа после прокалки. Из-за наличия в составе связующего полимерной добавки керамические образцы на связующем UltraCast Prime имели более высокие значения прочности на изгиб после сушки и после прокалки – 6,4 и 7,2 МПа соответственно. Также было показано, что с увеличением вязкости суспензии и уменьшением фракции плавленого кварца прочность керамических образцов возрастает. Из всех рассмотренных связующих наименьшая шероховатость поверхности наблюдалась у образцов, полученных с использованием связующих UltraCast.
Ключевые слова
Об авторах
В. Е. БаженовРоссия
Вячеслав Евгеньевич Баженов – кандидат технических наук, доцент кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов (ЛТиХОМ), Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС» (НИТУ МИСИС).
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4, стр. 1
Е. П. Ковышкина
Россия
Елена Павловна Ковышкина – аспирант кафедры ЛТиХОМ, НИТУ МИСИС.
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4, стр. 1
А. В. Санников
Россия
Андрей Владимирович Санников – кандидат технических наук, доцент кафедры ЛТиХОМ, НИТУ МИСИС.
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4, стр. 1
А. В. Колтыгин
Россия
Андрей Вадимович Колтыгин – кандидат технических наук, доцент кафедры ЛТиХОМ, НИТУ МИСИС.
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4, стр. 1
Д. В. Тен
Россия
Денис Васильевич Тен – инженер научного проекта лаборатории «Гибридные наноструктурные материалы», НИТУ МИСИС.
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4, стр. 1
А. А. Рижский
Россия
Андрей Андреевич Рижский – учебный мастер кафедры ЛТиХОМ, НИТУ МИСИС.
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4, стр. 1
В. Д. Белов
Россия
Владимир Дмитриевич Белов – доктор технических наук, зав. кафедрой ЛТиХОМ, НИТУ МИСИС.
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4, стр. 1
Е. А. Лазарев
Россия
Евгений Алексеевич Лазарев – главный металлург, ПАО ОДК «Кузнецов».
443009, Самара, Заводское шоссе, 29
Список литературы
1. Kanyo J.E., Schaffцner S., Uwanyuze R.S., Leary K.S. An overview of ceramic molds for investment casting of nickel superalloys. Journal of the European Ceramic Society. 2020;40(15):4955—4973. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.07.013
2. Новокрещенных Е.Н., Мырзина К.М., Ордин Д.А., Вахрушев В.В., Дьяков М.С., Пойлов В.З., Углев Н.П. Исследование и выбор реагентов при разработке составов водно-коллоидных связующих для литейных керамик. Международный научно-исследовательский журнал. 2017;(10):14—18.
3. Pattnaik S., Karunakar D.B., Jha P.K. Developments in investment casting process — A review. Journal of Materials Processing Technology. 2012;212:2332—2348. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2012.06.003
4. Базылев В.А., Черномас В.В. Применение связующего «Армосил®» для изготовления оболочковых форм в литье по выжигаемым моделям. В сб: Материалы 46-й научно-технической конференции студентов и аспирантов (г. Комсомольск-на-Амуре, 1– 15 апр. 2016 г.). Комсомольск на Амуре: Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, 2016. С. 47—49.
5. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Овчинников М.В., Пинаев А.С. Применение универсальных кремнеземных связующих на водной основе для изготовления керамических форм для литья по выплавляемым моделям. Технологии металлургии, машиностроения и материалообработки. 2019;(18):149—154.
6. Деменок А.О., Ганеев А.А., Деменок О.Б., Бакерин С.В., Кулаков Б.А. Разработка ресурсосберегающей технологии получения крупногабаритных отливок из титановых сплавов. Вестник ЮжноУральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2015;15(2):20—25.
7. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А. Овчинникова М.В. Технология формообразования с применением связующих на водной основе в литье по выплавляемым моделям. Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2020;11(1):29—31.
8. Шутова О.О., Леушина Л.И. Повышение экологической безопасности технологии точного алюминиевого литья на предприятии авиастроения. В сб: Металлургия XXI столетия глазами молодых: Cборник докладов V Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов (22 мая 2019 г.). Донецк: Донецкий национальный технический университет, 2019. С. 342—344.
9. Мухамадеев И.Р., Деменок О.Б., Ганеев А.А., Павлинич С.П., Аликин П.В. Выбор связующих на водной основе для оболочковых форм литья по выплавляемым моделям титановых сплавов. Вестник ЮжноУральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2015;15(3):95—104.
10. Ворфоломеев М.С. Особенности изготовления корундовых керамических форм по выплавляемым моделям на основе неорганического водного связующего. Литейное производство. 2021;(11):16—18.
11. Козлов В.В., Варфоломеев М.С. Особенности технологии изготовления корундовых литейных форм на основе зольных связующих в литье по выплавляемым моделям. Литейщик России. 2020;(10):32—35.
12. Ордин Д.А., Новокрещенных Е.Н., Пойлов В.З., Углев Н.П. Перевод технологии литья по выплавляемым моделям в авиастроении на керамику, полученную с использованием связующих на водной основе: Обзор выполненных исследований. Вестник ПНИПУ. 2016;(3):59—74.
13. Чернов В.П., Селиванова Е.А. Исследование свойств огнеупорных суспензий, используемых для керамических форм при литье по выплавляемым моделям. Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2010;(3):21—25.
14. Kanyo J.E., Schaffцner S., Uwanyuze R.S., Leary K.S. An overview of ceramic molds for investment casting of nickel superalloys. Journal of the European Ceramic Society. 2020;40:4955—4973. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.07.013
15. Дьячков В.Н., Парамонов А.М., Никитин К.В. Совершенствование технологии получения отливок способом ЛВМ. Литейщик России. 2012;(5):32—33.
16. Дубровин В.К., Кулаков Б.А., Карпинский А.В., Гойхенберг Ю.Н. Выбор формовочных материалов для литья по разовым моделям. Литейщик России. 2015;(7):12—15.
17. Петров А.Ю., Трубкина С.Н., Гилев В.И., Вертюх С.С., Овчинников М.В. Универсальные кремнезольные связующие материалы на водной основе. Литейщик России. 2018;(6):9—13.
18. Юсипов Р.Ф., Демьянов Е.Д., Виноградов В.Ю., Паремский И.Я., Айрапетян А.С. Метод оценки качества поверхности лицевого слоя формы литья по выплавляемым моделям. Литейное производство. 2021;(8):23—26.
19. Ferenc-Dominik J., Matysiak H., Kurzydlowski K.J. Organic viscosity modifiers for controlling rheology of ceramic slurries used in the investment casting. Advances in Science and Technology. 2010;70:102—107. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AST.70.102
20. Kolczyk J., Zych J. Rheological properties of ceramic slurries with colloidal binders used in the investment casting technology. Metalurgija. 2013;52:55—58.
21. Jones S., Yuan C. Advances in shell moulding for investment casting. Journal of Materials Processing Technology. 2003;135:258—265. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00907-X
22. Jones S., Jolly M.R., Lewis K. Development of techniques for predicting ceramic shell properties for investment casting. British Ceramic Transactions. 2002;101:106—113. https://doi.org/10.1179/096797802225003316
23. AMETEK Brookfield. LV Standard Spindles. URL: https://store.brookfieldengineering.com/lv-standardspindles/?_pos=1&_sid=d76593138&_ss=r (accessed: 02.12.2022).
24. Li K., Liu X.-D., Du Z.-X., Li Y.-F. Bending strength and fracture surface topography of natural fiber-reinforced shell for investment casting process. China Foundry. 2016;13:211—216. https://doi.org/10.1007/s41230-016-5100-4
25. Zhao E., Kong F., Chen Y., Chen R., Chen Y. Characterization of zirconia-based slurries with different binders for titanium investment casting. China Foundry. 2012;9:125—130.
26. Venkat Y., Choudary K.R., Das D.K., Pandey A.K., Singh S. Ceramic shell moulds with zircon filler and colloidal silica binder for investment casting of shrouded low-pressure turbine blades. Ceramics International. 2020;46:26572—26580. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.07.125
27. Vyas A.V., Pandya M.P., Sutaria M.P. Effect of mixing proportion and mixing time on primary slurry retention and surface roughness of investment casting shells. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020;872:012094. https://doi.org/10.1088/1757-899X/872/1/012094
28. Bundy J., Viswanathan S. Characterization of zirconiabased slurries with different binders for titanium investment casting. International Journal of Metalcasting. 2008;3:27—37. https://doi.org/10.1007/BF03355439
29. Kline D.M. Controlling strength and permeability of silica investment casting molds: Masters Theses. Missouri: Missouri University of Science and Technology, 2010.
30. Lee K., Blackburn S., Welch S.T. A more representative mechanical testing of green state investment casting shell. Ceramics International. 2017;43:268—274. http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.09.149
31. Ivanov V.I., Kazennov S.A., Kurchman B.S. et al. Investment casting (Ed. by Ya.I. Shklennik, V.A. Ozerov). Moscow: Mashinostroenie, 1984. (In Russ.).
Рецензия
Для цитирования:
Баженов В.Е., Ковышкина Е.П., Санников А.В., Колтыгин А.В., Тен Д.В., Рижский А.А., Белов В.Д., Лазарев Е.А. Анализ свойств суспензии и керамики для литья по выплавляемым моделям, полученных на отечественных связующих на водной основе. Известия вузов. Цветная металлургия. 2023;(2):15-28. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-2-15-28
For citation:
Bazhenov V.E., Kovyshkina E.P., Sannikov A.V., Koltygin A.V., Ten D.V., Rizhsky А.A., Belov V.D., Lazarev Е.A. Analysis of the slurry and ceramic properties for investment casting obtained with domestic colloidal silica binders. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2023;(2):15-28. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-2-15-28