Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД

Исследования, посвященные особенностям термодеструкции ППС-моделей, позволяют учесть физико-химические превращения материала и определить основные температурно-временные параметры в процессе получения сложнопрофильных отливок из жаропрочных сплавов способом литья по выжигаемым моделям. Показано, что...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2015
Автори:	Максюта, И.И., Квасницкая, Ю.Г., Нейма, А.В., Михнян, Е.В., Тихонова, О.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2015
Назва видання:	Процессы литья
Теми:	Проблемы технологии формы
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160464
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД / И.И. Максюта, Ю.Г. Квасницкая, А.В. Нейма, Е.В. Михнян, О.А. Тихонова // Процессы литья. — 2015. — № 3. — С. 47-56. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-160464
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1604642019-11-07T01:25:33Z Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Нейма, А.В. Михнян, Е.В. Тихонова, О.А. Проблемы технологии формы Исследования, посвященные особенностям термодеструкции ППС-моделей, позволяют учесть физико-химические превращения материала и определить основные температурно-временные параметры в процессе получения сложнопрофильных отливок из жаропрочных сплавов способом литья по выжигаемым моделям. Показано, что применение экструдированного высокоплотного ППС улучшает степень шероховатости отливки и даёт возможность избежать науглераживания приповерхностной зоны. Дослідження, присвячені особливостям термодеструкції ППС-моделей, дозволяють врахувати фізико-хімічні перетворення матеріалу і визначити основні температурно-часові параметри в процесі отримання складнопрофільних виливків з жароміцних сплавів способом лиття за моделями, що випалюються. Показано, що застосування екструдованого ППС підвищеної густини покращує ступінь шорсткості поверхні виливків і дає можливість уникнути навуглецювання приповерхневої зони. Studies that focus on features thermal destruction of polystyrene models allow to consider the physical and chemical transformation of materials and the basic temperature and time parameters in the development process of obtaining castings complex profile of high-temperature alloys by casting at models that burned. It is shown that the use of extruded polystyrene of high density improves the degree of surface roughness of castings and allows you to avoid the surface carburization zone. 2015 Article Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД / И.И. Максюта, Ю.Г. Квасницкая, А.В. Нейма, Е.В. Михнян, О.А. Тихонова // Процессы литья. — 2015. — № 3. — С. 47-56. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160464 669.018.45 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Проблемы технологии формы Проблемы технологии формы
spellingShingle	Проблемы технологии формы Проблемы технологии формы Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Нейма, А.В. Михнян, Е.В. Тихонова, О.А. Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД Процессы литья
description	Исследования, посвященные особенностям термодеструкции ППС-моделей, позволяют учесть физико-химические превращения материала и определить основные температурно-временные параметры в процессе получения сложнопрофильных отливок из жаропрочных сплавов способом литья по выжигаемым моделям. Показано, что применение экструдированного высокоплотного ППС улучшает степень шероховатости отливки и даёт возможность избежать науглераживания приповерхностной зоны.
format	Article
author	Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Нейма, А.В. Михнян, Е.В. Тихонова, О.А.
author_facet	Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Нейма, А.В. Михнян, Е.В. Тихонова, О.А.
author_sort	Максюта, И.И.
title	Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД
title_short	Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД
title_full	Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД
title_fullStr	Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД
title_full_unstemmed	Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД
title_sort	выжигаемые ппс-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей гтд
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Проблемы технологии формы
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160464
citation_txt	Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД / И.И. Максюта, Ю.Г. Квасницкая, А.В. Нейма, Е.В. Михнян, О.А. Тихонова // Процессы литья. — 2015. — № 3. — С. 47-56. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT maksûtaii vyžigaemyeppsmodelikakperspektivnyjmetodulučšeniâkačestvalityhdetalejgtd AT kvasnickaâûg vyžigaemyeppsmodelikakperspektivnyjmetodulučšeniâkačestvalityhdetalejgtd AT nejmaav vyžigaemyeppsmodelikakperspektivnyjmetodulučšeniâkačestvalityhdetalejgtd AT mihnânev vyžigaemyeppsmodelikakperspektivnyjmetodulučšeniâkačestvalityhdetalejgtd AT tihonovaoa vyžigaemyeppsmodelikakperspektivnyjmetodulučšeniâkačestvalityhdetalejgtd
first_indexed	2025-07-14T13:06:12Z
last_indexed	2025-07-14T13:06:12Z
_version_	1837627734324412416
fulltext	ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 3 (111) 47 Проблемы технологии формы 1. Дорошенко В. С. Производство металлических отливок по моделям из пенопласта в со- временном машиностроении / В. С. Дорошенко // Строительные и дорожные машины. – 2014. – № 2. – С. 19-23. 2. Шалевская И. А. Экологический мониторинг образования вредных выбросов в цехе литья по газифицируемым моделям / И. А. Шалевская, А. В. Богдан, В. О. Шинский // Металл и литьё Украины. – 2015. – № 2. – С. 32-36. 3. Шалевская И. А. реализация эффективного экомониторинга объектов и процессов литей- ного производства на основе сенсорных и локально-региональных сетей / И. А. Шалев- ская // Литейщик россии. – 2014. – № 1. – С. 40-42. 4. Шинский И. О. Эффективные методы и средства построе ния помехоустойчивых сенсорных сетей мониторинга технологических процессов и объектов литейного производства / И. О. Шинский, Б. М. Шевчук, О. М. Заставный // Металл и литьё Украины. – 2010. – № 8. – С. 34-39. Поступила 25.02.2015 УДК 669.018.45 и. и. максюта, Ю. г. Квасницкая, А. В. нейма, е. В. михнян, о. А. тихонова Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев ВыЖигАемые ППс-моДели КАК ПерсПеКтиВный метоД УлУЧШениЯ КАЧестВА литых ДетАлей гтД* Исследования, посвященные особенностям термодеструкции ППС-моделей, позволяют учесть физико-химические превращения материала и определить основные температурно- временные параметры в процессе получения сложнопрофильных отливок из жаропрочных сплавов способом литья по выжигаемым моделям. Показано, что применение экструдиро- ванного высокоплотного ППС улучшает степень шероховатости отливки и даёт возможность избежать науглераживания приповерхностной зоны. Ключевые слова: выжигаемая модель, керамическая форма, термодеструкция, экструди- рованный пенополистирол, жаропрочный сплав. Дослідження, присвячені особливостям термодеструкції ППС-моделей, дозволяють врахувати фізико-хімічні перетворення матеріалу і визначити основні температурно-часові параметри в процесі отримання складнопрофільних виливків з жароміцних сплавів способом лиття за моделями, що випалюються. Показано, що застосування екструдованого ППС підвищеної густини покращує ступінь шорсткості поверхні виливків і дає можливість уникнути навуглецювання приповерхневої зони. Ключові слова: модель, що випалюється; керамічна форма, термодеструкція, екструдований пінополістирол, жароміцний сплав. *работа выполнена под руководством д-ра техн. наук. проф. О. И. Шинского 48 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 3 (111) Проблемы технологии формы Studies that focus on features thermal destruction of polystyrene models allow to consider the physical and chemical transformation of materials and the basic temperature and time parameters in the development process of obtaining castings complex profile of high-temperature alloys by casting at models that burned. It is shown that the use of extruded polystyrene of high density improves the degree of surface roughness of castings and allows you to avoid the surface carburization zone. Keywords: burns model, ceramic mold, thermal destruction, extruded polystyrene, superalloy. Введение На предприятиях энергомашиностроения как в Украине, так и за рубежом, в течение последних десятилетий традиционной технологией, используемой для получения литых фасонных деталей, в частности, сложнопрофильных лопаток ГТД, является литьё в многослойные оболочковые формы с выплавляемыми воско- содержащими моделями (метод ЛВМ). Этот процесс достаточно трудоёмок и экологически неблагоприятен. Кроме того, из-за низкой (около 30 0С) температуры размягчения воскосодержащей модельной массы, её значительной объёмной и линейной усадки и высокого коэффициента расширения при нагревании, этот метод имеет ограниченные возможности при возрастании массы отливок. Повышение точности геометрических размеров отливок, снижение трудозатрат, в том числе на оборудование и материалы, сокращение отходов производства, обеспечивает способ литья с использованием газифицированных моделей из полимеров (ЛГМ), в том числе пенополистирола (ППС). Однако опасность появления специфических дефектов поверхности отливок, в частности науглероживание, коксогазовые раковины, плены углерода, образующиеся вследствие взаимодействия металла, заполняющего форму, с продуктами неполной деструкции модели, стали причиной того, что этот процесс практически не применяется для сплавов со строго контро- лируемым содержанием углерода [1-4]. Технологически, экономически и экологически перспективной, с точки зрения промышленного использования на предприятиях газотурбостроения, особенно для крупногабаритного сложнопрофильного литья, является замена воскосодер- жащих моделей пенополистироловыми, удаляемыми методом растворения либо выжигания. Для того, чтобы подойти к практической реализации процесса удаления материала модели из вспенивающихся полимеров, в частности полистирола, необходимо рассмотреть механизм структурно-фазовых изменений для разных температурно-временных режимов, происходящих в материале под воздействием высоких температур [1, 5-6]. В идеале подвод тепла к пенополистиролу в процессе тепловой обработки приводит к критическому или близкому к этому состоянию и дальнейший обогрев вызывает усадку материала и перевод его в вязкотекучий гель [6]. В соответствии с положениями теории доменов, предложенной авторами [5], для такого состояния характерна максимальная подвижность цепей макромолекул (звеньев) вплоть до их взаимного перемешивания и сцепления друг с другом. Вероятность существования полимера в таком состоянии стремится к нулю при T → T кр ; состояние его структу- ры суперметастабильное – любое повышение температуры приводит к быстрому разрыву цепей доменов и распаду полимера в целом, то есть полимер приводят к такой энергетической точке, когда любое изменение температуры сопровождается изменением в ту или другую сторону агрегатного состояния полимера: при T → T кр – к распаду его, при T < T кр – к стеклообразному состоянию. Согласно законам термодинамики [1], любая система, состоящая из множества подвижных частиц или их комплексов, стремится к состоянию, которому в данных термодинамических условиях соответствует минимальный запас свободной энергии. Пенополистирол в микрообъёме (например, на уровне цепей доменов) с допущениями можно считать такой системой, которая при T кр имеет критический запас свободной энергии и при T обр > T кр существование стеклообразной структуры ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 3 (111) 49 Проблемы технологии формы становится невозможным, и она переходит в иное агрегатное состояние [5]. Таким образом, если рассматривать более высокие термические диапазоны воздействия на модель при её удалении способом выжигания, то, с большой степенью при- ближения, можно проводить аналогию с теми процессами, которые происходят, например, при использовании технологии ЛГМ. При совершенствовании технологии получения фасонных отливок повышенной геометрической точности из жаропрочных сплавов, авторы данной работы поста- вили цель определить оптимальные температурно-временные параметры процесса удаления ППС-моделей и продуктов деструкции из оболочковых форм способом одноэтапного выжигания или двухэтапного с предварительным растворением, решая при этом задачу сохранения основных этапов технологического процесса изготовления форм, принятых для конкретной номенклатуры отливок на предпри- ятиях машиностроения. Из научно-патентной литературы известно, что в практике литейного производ- ства встречаются три основных способа выжигания модели из формы: нагревом в сушильной печи, ацетиленокислородным пламенем, струей кислорода. На основании экспериментов было установлено, что при нагревании формы в сушильной печи время удаления модели пропорционально температуре; например, при 300 0С время полного удаления модели из формы составляет 4 ч, а при 500 0С – только 1 ч. Противопригарное покрытие, содержащее в качестве связующей основы гидролизованный раствор этилсиликата или жидкое стекло, может отслаиваться от формы и растрескиваться. Поэтому указанный способ удаления модели можно рекомендовать только для получения отливок среднего развеса, формы которых можно выполнять повышенной плотности без противопригарного покрытия. Выжигание ацетиленокислородным пламенем до настоящего времени не дало положительных результатов. Наилучшие результаты были получены при выжигании моделей направленной струей кислорода [6]. Стояк (выпор) из пенополистирола поджигают и в очаг горения при помощи резака или трубки направляют струю кис- лорода. Модель быстро выгорает. Продолжительность удаления модели зависит от её объёма и составляет обычно от 1 до 5 мин. Так как выжигание сопровождается обильным выделением дыма, этот процесс необходимо проводить под вытяжным зонтом. В ФТИМС НАН Украины в отделе ФХПФ был запатентован достаточно рациона- льный способ термоизвлечения ППС-модели с помощью нагретой проволоки [7], при котором применяется не полностью процесс выжигания ППС-модели, а рационально используется низкотемпературный этап, приводящий к термокомпактированию, то есть усадке модели, что даёт возможность её дальнейшего механического извлечения на стадии частичного оплавления. Таким образом, удаётся избежать накопления зольного остатка от сжигания ППС-модели в облицовочных слоях формы и возможного насыщения углеродом приповерхностной зоны отливки. Авторами работы ранее была опробована [8] возможность применения дополнительной операции, включающей предварительное растворение остатков ППС в полости формы органическими растворителями с последующим сливом через специальное устройство, но это отрицательно сказывается на трудоёмкости и экономичности техпроцесса. Выбор температуры полного выжигания авторы данной статьи проводили с учётом результатов работы, упомянутой в монографии В. С. Шуляка [1] как «способ Replicast-CS (Shell moulding refractory)». По данному способу на модель из пенополистирола повышенной плотности (40-50 кг/м3) наносится керамическая оболочка из 4-5 слоев, как при литье по выплавляемым моделям. Толщина оболоч- ки составляет 3,2-4,7 мм. Затем полученная керамическая форма помещается в печь, где при температуре 930 0С происходит полное выгорание модели и спекание оболочки. Обжиг длится 5-10 мин при температуре 900-1000 0С. Полученную оболочку помещали в контейнер, засыпали кварцевым песком, уплотняемым 50 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 3 (111) Проблемы технологии формы вибрацией, накрывали полиэтиленовой пленкой и вакуумировали до 0,04-0,05 МПа. Технология позволила получать качественные отливки из низкоуглеродистых марок стали без поверхностного и объёмного науглероживания. В данной работе для изготовления экспериментальной партии оболочковых форм с целью установления основных температурно-временных параметров процесса выжигания ППС-моделей был использован метод изготовления опытных оболочковых форм на жидкостекольном связующем [5]. Известно, что заменой этилсиликату может служить жидкое стекло, с применением которого процесс значительно удешевляется и сокращается до 60 мин на цикл изготовления оболочки. Формирование слоёв огнеупорной оболочки осуществляется химическим твердением жидкого стекла в среде отвердителя, в данном случае хлористого аммония (ТУ 6-09-2540-87) в виде 20%-го водного раствора, а выделившийся SiO 2 скрепляет зёрна наполнителя в соответствии с реакцией: Na 2 O ∙ nSiO 2 ∙ mH 2 O + NH 4 Cl = NaCl + nSiO 2 + H 2 O + NH 3 ↑. Используемое в работе стекло натриевое жидкое Na 2 O ∙ nSiO 2 ∙ mH 2 O, полученное по методике [5], имеет следующие качественные показатели (в скобках – по ТУ У 21875464.004-98): плотность – 1460 (1470-1520) кг/м3; силикатный модуль – 2,48 (2,6-3,0); массовая доля кремнезема – 30,6 (30,8-31,9) %; массовая доля окиси натрия – 13,5 (11,0-12,1) %. После подготовки к использованию стекло имело следующие показатели: плотность – 1300 кг/м3; массовая доля кремнезема – 21,0 %; массовая доля оксида натрия – 7,3 %; модуль – 3,1; продолжительность схватывания – 2 мин 25-35 с. В результате реакции выделяется гидрогель кремниевой кислоты H 2 SiO 3 , то есть кремнезем впитывает в себя воду из жидкого стекла и в таком виде присутствует в оболочке. Наличие воды в оболочке в составе гидрогеля придаёт ей податливость и при обжиге обеспечивает высокую газопроницаемость (до 40 единиц). Вместе с тем, присутствие в оболочке Na 2 O в количестве 1,0-1,5 % является причиной низкой её прочности, что снижает качество оболочек и изготовляемых в них отли- вок – одна из важных причин ограниченного применения жидкого стекла в произ- водстве точного литья. В используемой нами методике сухой порошок хлористого аммония в качестве закрепителя вводили в обсыпочный материал – кварцевый песок (ДСТУ Б В.2.7- 131:2007) в количестве 3,5-4,0 % от массы песка (установлено опытным путем) и в жидкую суспензию на жидкостекольном связующем, находящуюся в состоянии псевдоожижжения, окунали ППС-модели разного типа с нанесён- ным слоем обмазки и выдерживали на воздухе в течение 6-8 мин. В качестве огнеупорного наполнителя для суспензии использовали маршалит (ТУ 5717-017-07623170-98). Подобным образом наносили 5-6 слоев (рис. 1). Для проведения исследований использовали образцы нескольких типов ППС, применяемых в литейном производстве для изготовления моделей (таблица). Модели первого типа изготавливали двух размеров: объёмом 34 и 103 см3 из пенополистирола марки ПСБ-25 (EPS- EN13163) по ДСТУ Б EN 13163-2013 плотностью 25 кг/м3. Второй тип образцов аналогичных рис. 1. Многослойные оболочковые формы на жидкостекольном связу- ющем, обсыпочный материал – песок кварцевый ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 3 (111) 51 Проблемы технологии формы размеров изготавливали из значительно более прочного экструдированного ППС марки 4000 CS (XPS СТО 72746455-3.3.1–2012) плотностью 35 кг/м3, имеющего однородную структуру из закрытых герметических ячеек, содержащих воздух (см. таблицу). Этот тип ППС благодаря плотной структуре, как показал предыдущий опыт, обеспечивает большую жёсткость и пониженную шероховатость элементов модели, при этом является экологически чистым, так как при его производстве не используются фреоны. Перед испытанием образцы измеряли в трёх точках с погрешностью не более 0,1 мм. Для взвешивания образцов с целью определения истинной плотности ρ (кг/м3) использовали весы лабораторные электронные 4-го класса модели ВЛ Э134 завода «Госметр» (г. Санкт-Петербург). Согласно известной температурной зависимости фазовых превращений в пенополистироле [1] усадочные изменения ППС становятся заметны при температуре выше 100 0С и усиливаются к 160 (рис. 2). Поэтому первичный этап выжигания из готовых форм (образцы с предварительно растворёнными моделями и образцы без растворения) выполняли в камере лабораторного сушильного электрошкафа СНОЛ 67/350 с диапазоном автоматического регулирования температуры в интервале 50- 350 0С. С целью инициации первичного газовыделения и начального этапа деструктивных изменений, формы в течение 1 часа подвергались те- пловому воздействию при посте- пенном повышении температуры от 20 до 150 0С; при нагревании с первых же минут фиксировали резкое уменьшение объёма ППС-моделей и соответственно увеличивалась их объёмная плотность. Оценка эффекта объёмных превра- щений и изменения объёмной плотности ППС при низко-темпе- ратурном нагреве ранее была проведена в работе [9] (рис. 3). Характеристики разных типов пенополистирола Характеристики Вид пенополистирола блочный экструдированный ПСБ-15 ПСБ-25 Carbon eco Carbon solid 500 4000 CS Carbon solid 700 Плотность, кг/м3 до 15 15-25 26-32 не менее 36 35 не менее 50 Средний размер гра- нул, мм 3,0-3,5 2,0-2,5 – – – – Количество гранул на 1 площ. поверхн. (3,6 см2), шт. 40-45 80-85 – – – – Прочность на сжатие при 10 % линейной деформации, МПа 0,05 0,10 0,25 0,16 0,50 0,70 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Температура, 0С 10 8 6 0 2 4 Д е ф о р м ац и я, о тн . е д . Рис. 2. Деформация полистирола в зависимости от температуры 52 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 3 (111) Проблемы технологии формы По результатам исследований для образцов объёмом V н = 1 см3 плотность увеличилась в 10,9 раз, с объёмом 8 см3 – в 10,3 раз, для бо- лее крупных образцов с объёмом 27 см3 – в 12,0 раз при нагреве по аналогичному тепловому режиму. При 130 0С наблюдалось дальнейшее незначительное уменьшение объёма образцов. С ростом температуры в интервале 100-130 0С начальная m н и конечная m к массы образцов ППС не отличались (mн = m к ). При 140 0С и продолжительности нагрева 5 мин объём образцов ППС уменьшился в 20 раз, при 10 и 15 мин эти из- менения были несущественными, при150-160 0С картина аналогична. Для образцов моделей с высокой плотностью (экструдиро- ванный ППС) более чётко фик- сируются фазовые переходы м а т е р и а л а П П С – м о д е л и , соответствующие данным, полу- ченным авторами [1]. При на- греве выше 81 0С ППС переходит в высокоэластичное состояние, при котором происходит его увеличение в объёме за счёт внутреннего давления паров п о р о о б р а з о в а т е л я , з а т е м первичная усадка и вновь переход п о л и с т и р о л а в э л а с т и ч н о е состояние; при дальнейшем нагреве до 239 0С пенополистирол п е р е х о д и т в в я з к о т е к у ч е е состояние; при 300 0С начинается п р о ц е с с д е п о л и м е р и з а ц и и полистирола, плавление, образование и накопление жидкой фазы, и её термодеструкция до паровой и газовой фаз. В работах [1, 6] установлено, что, при нагреве полистирола до 350 0С, его разрушение происходит с выделением четырёх основных фракций. Самая летучая фракция состоит из оксида углерода, который образуется в результате химического взаимодействия полистирола с адсорбированным кислородом. Две другие фракции имеют одинаковую молекулярную массу (263-264), но обладают различной летучестью. Одна фракция летуча как при температуре реакции (350-420 0С), так и при комнатной (20 0С); она состоит из 92-94 % стирола, 4-8 % толуола и содержит следы этилбензола и метилстирола. Вторая летуча только при температуре реакции и содержит на- ряду со стиролом димер стирола (19,32 %), тример стирола (32,08 %) и тетрамер стирола (3,85 %). Жидкая фракция нелетуча и состоит из осколков полимерной а рис. 3. Влияние температуры нагрева пяти образцов ППС размерами 2×2×2 см: а – на изменения их объёма и плотности при нагреве в течение 15 мин: 1 – кривая изменения объёма; 2 – кривая изменения плотности; б – на степень уменьшения их объёма при продолжи- тельности (в %, к начальному): 1 – 5; 2 – 10 ; 3 – 15 мин 40 30 0 10 20 V , с м 3 0,5 0,1 0,2 0,3 0,4 0 100 110 120 130 0 Т, 0С P , г /с м 3 2 1 140 150 160 0,5 Т, 0С 3,5 4,0 4,5 2,5 3,0 V к/ V н . 1 0 0 , % б 2 1 3 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 3 (111) 53 Проблемы технологии формы цепи с молекулярной массой около 2000. При нагреве полистирола до 500 0С его деструкция идёт, в основном, до мономера и небольшого количества димера. При нагреве выше 500 0С происходит интенсивный рост газовыделения и появляется негазифицируемый остаток. В наших экспериментах для постоянного контроля температуры дополнительно через отверстие в крышке камеры вводили горячий спай термопары типа хромель-алюмель. Спай термопары снабдили специальным приспособлением, позволяющим фиксировать его в любой точке пространства, как в объёме формы, так и в рабочей камере печи. Вторая высокотемпературная фаза выжигания проводилась нами в электрической печи сопротивления (марки СНОЛ 7,2/900) одновременно с процессом отжига оболочки формы по режиму: нагрев до температуры 700-750 0С со скоростью 120-130 0С / ч и последующей выдержкой на протяжении 2-х часов. В интерва- ле температур 500-550 0С наблюдали особенно интенсивное газовыделение. Предположительно, состав выделившихся газов может соответствовать результатам, полученным авторами работы [1, 6]. Ими проведён количественный и качественный хромотографический анализ выделившихся газов и конденсата (коксового остаток, сажа) при выжигании пенополистирола (марок ПСВ-Л и ПСБ-А) плотностью 25 кг/м3 при температуре металла 700, 1300 и 1550 0С. Наличие кислорода в пенополистироле, как адсорбированного, так и свободного в порах пенопласта, приводит к окислительной термодеструкции полистирола с образованием СО. По данным хроматографического исследования газа в процессе деструкции полистирола при температуре 800 0С, газ состоит из 25,8 % СН 4 ; 14,6 % С 2 Н 4 ; 2,6 % С 3 H 6 . Выделение газа при 800-1200 0С происходит с постоянной скорос- тью, количество его возрастает пропорционально температуре. Как установлено [6], углерод в газовой фазе может существовать в виде многоатомных частиц: С 2 , С 3 , С 4 и т. д., причём, с возрастанием числа атомов в частице углерода, энергия отщепления атома от частицы возрастает. Вероятно, экзотермическим эффектом деструкции высокоплотного пенополи- стирола с повышенным газоотделением, сопровождающим объёмное расширение модели, объясняется то, что оболочки с моделью из экструдированного ППС (марки 4000 CS) в наших опытах растрескивались в интервале температур 130-150 0С. Уцелевшие оболочки после выжигания имели на внутренней поверхности следы выгоревшего геля в виде зольного остатка (сажи). С подобным эффектом образования зольного скопления столкнулись авторы работы [10, 11]. Химический анализ показал, что эти скопления более чем на 98 % состоят из двуоксида кремния, а содержание углерода в них и в форме ~ 0,12 %, то есть такое же, как и в формах, получаемых по выплавляемым моделям. Одной из причин возникновения дефектов может являться адсорбционное поглощение гидролизованного раствора этилсиликата (ГРЭ) микро- порами пенополистироловой модели. Так, было установлено, что ППС-модели лучше смачиваются суспензиями, чем выплавляемые, а высохшие покрытия с трудом от- деляются от моделей. На основании этого выдвинуто следующее предположение о механизме образования скоплений пылевидного материала. При нанесении покры- тия микровпадины нa поверхности моделей заполняются жидкой фазой суспензии ГРЭ. После сушки покрытий микровпадины остаются заполненными высохшим связующим, состоящим в основном из SiO 2 . При выжигании моделей суспензии ГРЭ смывается расплавом пенополистирола и собирается в тех местах формы, 54 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 3 (111) Проблемы технологии формы где сосредотачивается пенополистирол при выжигании моделей. Для устранения этого явления модели покрывали маслосодержащими веществами, например, водомасляными эмульсиями, которые уменьшают адгезионное взаимодействие ГрЭ. Оболочки с моделью из блочного ППС все уцелели после выжигания и практически не имели следов присутствия продуктов сгорания углеводородов во внутренних слоях формы. Визуальный осмотр оболочек (10 шт.) и последующее использование форм для получения сопловых лопаток из жаропрочного сплава (марки ЧС 104) и стали (12Х18Н10Т), показали высокую трещиноустойчивость и прочность форм. Так, из залитых десяти форм разного объёма растрескивание обнаружили у одной в области перехода стояк – чаша. В последующем выявленный недостаток предпола- гается устранить за счёт увеличения количества облицовочных слоев или введением модификаторов в формовочную смесь (рис. 4) [12]. Проведённый металлографический и микрорентгеноспектральный анализы поперечного шлифа отливки лопатки показали значительное уменьшение (c 60 до 20 мкм) глубины контактной зоны металл-форма, не обнаружено обеднения основными легирующими элементами – алюминием, кобальтом, никелем, хромом, вольфрамом, молибденом, практически не наблюдается дефектов приповерхност- ного слоя в виде зоны газовой пористости (рис. 5). Определение степени шероховатости опытной партии деталей показало, что она соответствует 4 классу при средней высоте неровностей 22, 4-24,2 мкм. а б рис. 4. Опытные образцы, полученные при литье по выжигаемым моделям: а – разрез формы после выжигания ППС-модели; б – лопатка ГТД, полученная литьём по выжигаемым моделям ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 3 (111) 55 Проблемы технологии формы Выводы • Полученные результаты дают возможность сделать благоприятные выводы о достаточно полном удалении продуктов деструкции ППС-модели, а именно – золь- ного остатка (сажи) предложенным способом литья по удаляемым моделям методом выжигания, и получить отливку с улучшенной степенью шероховатости в сравнении с данными по аналогичным отливкам, полученным принятым на предприятиях от- расли методом ЛВМ. Сужение и бездефектность контактной зоны металл-форма позволяет снизить затраты на механическую обработку деталей. 1. Шуляк В. С. Литьё по газифицируемым моделям / В. С. Шуляк. – СПб.: НПО «Профессионал», 2007. – 408 с. 2. Шинский О. И. Газогидродинамика и технологии литья железоуглеродистых и цветных сплавов по газифицируемым моделям / О. И. Шинский. – Дис. … д-ра техн. наук. – Киев, 1997. – 481 с. 3. Тупчиенко В. И. разработка и внедрение новых направлений процесса литья по растворяе- мым пенополистироловым моделям / В. И. Тупчиенко. – Дис. … канд. техн. наук. – Крама- торск, 1984. – 224 с. 4. Петров В. В. Теоретические и технологические основы управления свойствами моделей и форм в литьё по удаляемым моделям для получения качественных отливок: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Комсомольск-на-Амуре, 2002. – 394 с. 5. Мандрик Е. А. Совершенствование метода точного литья по растворяемым пенополисти- роловым моделям / Е. А. Мандрик, В. И. Тупчиенко, Е. А. Апанасенко // Прогрессивные методы получения отливок. – Нижний Новгород, 1983. – С. 33-35. а б рис. 5. распределение легирующих элементов вдоль зоны сканирования отливки (МрСА, микроанализатор JXA8600 фирмы JEOL): а – фрагмент микроструктуры литой детали из жаро- прочного сплава ЧС 104; б – кривые распределения легирующих элементов 56 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 3 (111) Проблемы технологии формы 6. Литьё по выжигаемым моделям: Учебное пособие для студентов специальности 110400 литейное производство чёрных и цветных металлов // Сост. В. М. Григорьев. — Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002. – 58 с. 7. Пат. UA 91224, МПК В22С 9/02. Способ формовки по разовым моделям. / О. И. Шинский, В. С. Дорошенко, А. В. Нейма. – Опубл. 25.06.2014, Бюл. № 12. 8. Шинский О. И. Кинетика растворения пенополистироловых моделей при способе литья в оболочковые формы / О. И. Шинский, И. И. Максюта, Ю. Г. Квасницкая и др. // Процессы литья, 2014. – № 4. – С. 40-48. 9. Дорошенко В. С. Формовочные процессы с применением термической обработки пенопо- листирола / В. С. Дорошенко, О. А. Тихонова, В. О. Шинский // Металл и литьё Украины, 2014. – № 10. – С. 23-28. 10. Конотопов В. Улучшение качества отливок, получаемых по пенополистироловым моделям в керамических формах /В. В. Конотопов, С. И. Кулагина, А. Ф. Бойко // Литейн. пр-во. – № 9. – 1988. – С. 34. 11. А. с. 722654, СССр, МКИ В22С Заполнитель микропор поверхн. ППС моделей. В. С. Коно- топов, С. И. Кулагина, А. Ф. Бойко. – Опубл. 28.03.1980, Бюл. № 11. 12. Пат. № 82603, Україна, МПК (2006) В22С 9/10 С04В 35/04 (2008.01), С04В 35/10. Суміш для виготовлення ливарних керамічних стрижнів / В. М. Сімановський, Ю. Г. Квасницька, О. И. Шинський, І. І. Максюта, М. О. Сушков, В. Г. Єфімова. – Опубл. 25.04.2008 р, Бюл. № 8. Поступила 15.03.2015 ВНИМАНИЕ! Предлагаем разместить в нашем журнале рекламу Вашей продукции или ре- кламный материал о Вашем предприятии. редакция также может подготовить заказной номер журнала. стоимость заказного номера - 4000 грн. расценки на размещение рекламы (цены приведены в гривнях) размещение рекламная площадь стоимость, грн. рекламные блоки в текстовой части журнала Цветные 1/2 страницы 1/3 страницы 1/4 страницы 900 600 300 Черно-белые 1/2 страницы 1/3 страницы 1/4 страницы 550 380 200 Цветная реклама на обложке Третья страница обложки 1 страница 1/2 страницы 1/4 страницы 2800 1400 700 Четвертая страница обложки 1 страница 1/2 страницы 1/3 страницы 3100 1550 1000 При повторном размещении рекламы - скидка 15 % Наш адрес: Украина, 03680, г. Киев- гсП. Вернадского, 34/1 Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины телефоны: (044) 424-04-10, 424-34-50 факс: (044) 424-35-15; E-mall: proclit@ptima.kiev.ua

Выжигаемые ППС-модели как перспективный метод улучшения качества литых деталей ГТД

Репозитарії

Схожі ресурси