Влияние покрытий для карбамидных моделей на качество оболочковых форм, полученных с применением водных связующих

При изготовлении отливок методом литья по выплавляемым моделям наряду с восковыми выплавляемыми используют и водорастворимые солевые модели на основе карбамида. Известно, что карбамидные модельные массы обеспечивают высокую прочность и позволяют сохранять форму моделей даже в случае повышения температуры в цехе. Тем не менее в силу экологических и производственных причин в настоящее время актуальным является переход на технологический процесс с применением готовых водных связующих на основе силиказоля. При этом возникают проблемы, связанные с изготовлением керамической оболочковой формы, из-за взаимодействия модельной массы и суспензии на водном связующем. В работе рассмотрена эффективность защитных покрытий на основе ремонтного воска, лака (АК 593) и лака с канифолью, нанесенных на водорастворимые модели на основе карбамида с добавками сульфата магния, нитрата калия, поливинилового спирта и диметилглиоксима. Степень взаимодействия оценивали по краевому углу смачивания и площади растекания водного связующего по поверхности образцов модельных масс с различными покрытиями. Было установлено, что все покрытия обеспечивают увеличение краевого угла смачивания и уменьшение площади растекания. Также с использованием ряда модельных составов с защитными покрытиями были получены керамические формы и отливки из никелевого жаропрочного сплава, для которых оценивали шероховатость и размерную точность. Было показано, что в случае нанесения покрытия на основе ремонтного воска защитные свойства недостаточны, что приводит к появлению трещин и наплывов в форме. В отливке это выражается в образовании механического пригара и значительном снижении размерной точности. В случае применения покрытий на основе лака и лака с канифолью каких-либо дефектов в форме или отливке не наблюдается, и именно эти покрытия можно рекомендовать в качестве защитных при использовании модельных составов на основе карбамида и суспензий на основе водных связующих. 

1. Kanyo J.E., Schafföner 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. Selvaraj S.K., Sundaramali G., Dev S.J., Swathish R.S., Karthikeyan R., Vishaal K.E.V., Paramasivam V. Recent advancements in the field of Ni-based superalloys. Advances in Materials Science and Engineering. 2021;Dec.2021:9723450. https://doi.org/10.1155/2021/9723450

3. Kumar S., Karunakar D.B. Development of wax blend pattern and optimization of injection process parameters by grey-fuzzy logic in investment casting process. International Journal of Metalcasting. 2022;16: 962—972. https://doi.org/10.1007/s40962-021-00655-y

4. Pradyumna R., Sridhar S., Satyanarayana A., Chauhan A.S., Baig M.A.H. Wax patterns for integrally cast rotors/stators of aeroengine gas turbines. Materials Today: Proceedings. 2015;2(4—5):1714—1722. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.07.005

5. Прокопчук Н.Р., Горщарик Н.Д., Клюев А.Ю., Козлов Н.Г., Рожкова Е.И., Латышевич И.А., Бакович Н.А. Модельные составы для точного литья. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 2015;4:122—128.

6. Дубровский В.А. Модельная композиция для выплавляемых моделей: Патент 2123902 (РФ). 1997.

7. Усков Д.И. Стержневой состав для получения прецизионных отливок. В сб: Молодежь и наука: Материалы Х Юбилейной Всеросс. науч.-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с междунар. участием, посвященной 80-летию образования Красноярского края (15—25 апреля 2014 г.). Красноярск: СФУ, 2014. С. 1—4.

8. Громаков А.И., Михнев М.М., Усков Д.И. Смесь для изготовления водорастворимых стержней. В сб: Материалы Международной научной конференции «Решетневские чтения» (9—12 ноября 2016 г.). Красноярск: Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, 2016. Т. 2. С. 332—333.

9. Fujitta T. Pattern material for making foundry patterns for use in investments casting process: Patent 4939187 (USA). 1990.

10. Стадничук В.И. Способ изготовления керамических форм по растворяемым моделям: Патент 2499651 (РФ). 2012.

11. Лакеев А.С., Щегловитов Л.А., Кузьмин Ю.Д. Прогрессивные способы изготовления точных отливок. Киев: Техника, 1984. 160 с.

12. Сумин Е.И., Андрианов Л.П. Композиция для изготовления водорастворимых моделей: Авт. св-во 602288 (СССР). 1976.

13. Seyedraoufi Z.S., Mirdamadi Sh. Synthesis, microstructure and mechanical properties of porous Mg—Zn scaffolds. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2013;21:1—8. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2013.01.023

14. Wen C.E., Yamada Y., Shimojima K., Chino Y., Hosokawa H., Mabuchi M. Compressibility of porous magnesium foam: dependency on porosity and pore. Materials Letters. 2004;58(3—4):357—360. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(03)00500-7

15. Hao G.L., Han F.S., Li W.D. Processing and mechanical properties of magnesium foams. Journal of Porous Materials. 2009;16:251—256. https://doi.org/10.1007/s10934-008-9194-y

16. Marutani Y., Kamitani T. Manufacturing sacrificial patterns for casting by salt powder lamination. Rapid Prototyping Journal. 2004;10(5):281—287. https://doi.org/10.1108/13552540410562313

17. Rutto H.K. Urea-based moulding compounds for investment casting: Thesis for the degree Philosophiae Doctor in Chemical Engineering. Pretoria: University of Pretoria, 2006.

18. Литье по выплавляемым моделями. Под ред. Я.И. Шкленника, В.А. Озерова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1971. 436 с.

19. Чуркин Б.С., Чуркин А.Б., Категоренко Ю.И. Специальные способы литья: Учеб.-метод. пос. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2012. 189 с.

20. Rutto H., Focke W. Thermomechanical properties of urea-based pattern molding compounds for investment casting. International Polymer Processing. 2010;25(1): 15—22. https://doi.org/10.3139/217.2256

21. Баженов В.Е., Ковышкина Е.П., Никитина А.А., Колтыгин А.В. Влияние различных добавок на свойства солевых водорастворимых модельных масс на основе карбамида. Цветные металлы. 2024;8: 82—90. https://doi.org/10.17580/tsm.2024.08.12

22. Баженов В.Е., Ковышкина Е.П., Колтыгин А.В., Белов В.Д., Дмитриев Д.Н. Разработка разделительного состава для растворяемых солевых моделей при литье по выплавляемым моделям. Литейное производство. 2023;(6):30—37.

23. Стадничук В.И., Бессмертный В.С. Формирование защитных гидрофобных пленок на рабочей поверхности литейных керамических форм. Огнеупоры и техническая керамика. 2011;(4—5):8—10.

24. Караник Ю.А. Способ изготовления отливок из черных и цветных металлов: Патент 2048955 (РФ). 1995.

25. Васин Ю.П., Евсеева Т.М., Лонзингер В.А., Аверьянов Е.Ф., Сезганов А.Н., Розовский Л.Д., Хохлова Е.В. Способ изготовления форм при литье по выплавляемым моделям: Авт. св-во 1310098 (РФ). 1985.

26. Колтыгин А.В., Белов В.Д., Баженов В.Е., Ковышкина Е.П., Фадеев А.В. Раствор для улучшения смачивания поверхности восковых моделей для литья по выплавляемым моделям: Заявка на патент 2023110773 (РФ). 2023.

27. 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;29(2):15—28. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-2-15-28