- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. СВОЙСТВА И СОСТАВ МАТЕРИАЛОВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ
- •1.1. Общие свойства керамики
- •1.1.1. Микроструктура
- •1.1.3. Механическая прочность
- •1.1.4. Модуль упругости
- •1.2.2. Ползучесть
- •1.2.3. Длительная прочность
- •1.3. Теплофизические свойства керамических материалов
- •1.3.1. Теплопроводность
- •1.3.2. Термическое расширение
- •1.4. Термические свойства керамики
- •1.4.1. Огнеупорность
- •1.4.2. Термическая стойкость
- •1.6. Состав и свойства материалов для керамических стержней
- •1.6.1. Огнеупорные материалы
- •1.6.2.Связующие вещества
- •2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ
- •2.1. Основные стадии производства керамики
- •2.3. Прессование стержней
- •2.3.1. Требования к шликерам
- •2.3.2. Прессование
- •2.3.3. Оборудование для прессования стержней
- •2.3.4. Подготовка стержнй"сыРПа к обжигу
- •2.4. Обжиг ст<Фжней
- •2.4.4. Процессы спекания и обжиг керамики
- •2.4.5. Жидкостное спекание
- •2.4.6. Твердофазовое спекание
- •2.4.7. Факторы, определяющие режим обжига изделий
- •2.5. Изготовление стержней лопаток
- •2.5.1. Подготовка исходных материалов
- •2.5.2. Приготовление пластификатора
- •2.5.3. Приготовление термопластичной массы
- •2.5.4. Прессование керамических стержней
- •2.5.5. Рихтовка сырых стержней
- •2.5.6. Изготовление образцов-свндетелей
- •2.5.7. Упаковка сырых стержней в короба
- •2.5.9. Выгрузка коробов из печи и стержней из коробов
- •2.5.10. Определение прочности образцов
- •3.2. Классификация восковых масс по назначению
- •3.2.1. Модельные массы
- •3.2.2. Литниковые массы
- •3.2.3. Водорастворимые массы
- •3.2.4. Специальные модельные массы
- •3.3. Свойства восковых масс и их влияние на качество моделей и отливок
- •3.4. Мониторинг дефектов восковых моделей
- •4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ
- •4.1. Требования к керамическим оболочковым формам
- •4.1.1. Точность воспроизведения конфигурации моделей
- •4.1.3. Термическая стойкость
- •4.1.4. Газопроницаемость и газотворность
- •4.1.5. Химическая стойкость и инертность
- •4.2. Материалы для оболочковых форм, их характеристика и подготовка
- •4.2.1. Основа оболочковых форм
- •4.2.2. Связующие материалы оболочек
- •4.3. Технологический процесс формирования огнеупорной оболочки
- •4.3.1. Приготовление связующего раствора
- •4.3.2. Приготовление огнеупорной суспензии
- •5. ЛИТЕЙНЫЕ ЖАРОПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
- •5.1. Требования к жаропрочным материалам
- •5.2. Классификация жаропрочных сплавов на основе никеля
- •5.3. Основные структурные составляющие никелевых сплавов
- •5.4. Основные направления увеличения прочности сплавов на никелевой основе
- •5.5. Легирование литых жаропрочных сплавов
- •5.6. Термообработка никелевых жаропрочных сплавов
- •6.4.2. Восстановление неметаллических включений
- •6.5. Технологические приемы повышения свойств литых жаропрочных сплавов
- •6.5.1. Поверхностное модифицирование
- •.6.5.2. Модифицирование сплава дисперсными частицами тугоплавких элементов
- •6.5.3. Высокотемпературная обработка расплава
- •7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ТОНКОСТЕННЫХ ГАБАРИТНЫХ
- •ОТЛИВОК
- •7.1. Влияние технологических параметров на заполняемость литейных форм металлом
- •7.1.1. Полнота удаления модельного состава из форм
- •7.1.2. Полнота удаления газотворных составляющих
- •7.1.3. Состояние поверхности лицевого слоя оболочки
- •8.3. Внутренние дефекты отливок
- •8.4. Несоответствие по геометрии
- •8.5. Прочие виды дефектов лопаток
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- •ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ ОТЛИВОК АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ
2.1.Основные стадии производства керамики
Вразличных керамических производствах можно выделить ряд ос новных общих стадий (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Последовательность стадий производства керамических стержней
На стадии подготовки исходных компонентов обеспечивается задан ный химико-минералогический состав, необходимая степень чистоты, а также физическое состояние и влажность каждого компонента керамиче ской массы. Эта стадия включает в себя процессы обогащения: промывку водой, магнитную или другую сепарацию; химическую очистку или другие способы удаления вредных примесей; предварительное дробление (при не обходимости); сушку сырья до необходимой влажности; предварительную термическую обработку (обжиг), обеспечивающую необходимые фазовые превращения.
Измельчение позволяет получить компоненты с размерами зерна, со ответствующими особенностям последующей технологии и требованиям, предъявляемым к свойствам изделий. Для измельчения используются раз личные помольные машины непрерывного или периодического действия.
Смешивание компонентов должно обеспечивать получение однород ной композиции (шихты, массы) определенного химико-минера логического и зернового состава. После весовой дозировки компоненты смешиваются в периодических или непрерывнодействующих смесителях. В ряде случаев смешивание компонентов совмещается с их измельчением или активацией их поверхности в мельницах тонкого помола.
На стадии подготовки керамическая масса приобретает определен ные физические свойства - плотность, вязкость, пластичность, необходи мые для последующих процессов формирования. Эти свойства обусловли ваются прежде всего надлежащим содержанием в ней «временной», или «технологической, связки». Последняя представляет собой, как правило, жидкость, хорошо смачивающую минеральные частицы. При последую щей термической обработке сформованного полуфабриката эта жидкость удаляется. В качестве такой жидкости можно использовать воду, водные растворы минеральных веществ и наконец органические вещества и их смеси. Стадию подготовки массы часто совмещают с введением такой связки с перемешиванием минеральных компонентов.
Формовочные свойства любых типов керамических масс в значитель ной мере зависят от их строения и содержания в них воздуха. Во многих производствах для улучшения строения масс и удаления воздуха преду сматривают специальные технологические операции.
Процессы формования должны придавать полуфабрикату (заготовке) требуемую форму и размеры, с учетом последующих изменений его объе ма при сушке и обжиге. Одновременно должны быть обеспечены плот ность, однородность строения полуфабриката и механическая прочность, достаточная для его транспортировки и других технологических операций.
Сушка керамического полуфабриката должна закреплять его форму и снижать содержание связующей жидкости. Если основными компонентами связки являются малолетучие органические вещества, то вместо сушки осуществляется так называемое предварительное выжигание связки. Часто это процесс является частью процесса обжига.
Обжиг - важнейший этап технологии, превращающий полуфабрикат в готовое изделие. Во время обжига протекает ряд сложных физико химических процессов. При обжиге происходит упрочнение и в большин стве случаев уплотнение изделия, связанное с уменьшением его размеров. В результате уплотнения и упрочнения, объединяемых понятием «спека ние», изделие приобретает требуемые физические, химические и техниче ские свойства. На степень спекания и уровень этих свойств оказывает пер востепенное влияние совокупность условий обжига (температура, продол жительность, газовая среда и т.д.), называемая режимом обжига.
2.2. Зерновой состав масс
Зерновой состав масс выбирают с учетом его влияния на свойства из делий, а также на поведение материала в процессе формования, сушки и обжига.
Применяемые разнообразные составы (порошки) по степени измель чения могут быть разбиты на две большие группы - грубозернистые и тон козернистые. К грубозернистым относятся составы со значительным или даже преобладающим содержанием фракций размером в поперечнике (да лее размер крупнее) 0,5-1 мм и больше. В тонкозернистых составах все частицы или подавляющая их часть имеют размеры меньше 0,05-0,1 мм. Составы с промежуточными размерами зерен - от 0,1 до 0,5 мм - в кера мической технологии почти не используются. Среди тонкозернистых масс следует выделить еще группу высокодисперсных масс, в которых практи чески весь материал измельчен до размеров порядка микрон и долей мик рона. Область применения высокодисперсных керамических масс - радио электроника, вакуумная техника. В производстве лопаток авиационных двигателей используются тонкозернистые, неплотноспеченные (порис тость от 36 до 42 %) керамические массы.
При составлении той или иной композиции необходимо принимать во внимание влияние соотношения размеров зерен на плотность упаковки по рошковых систем. Это влияние изучается и теоретически, и эксперимен тально, так как имеет очень большое значение для различных отраслей техники. Если рассмотреть идеализированную систему шаров одного раз мера, то окажется, что существуют различные системы укладки шаров, значительно отличающиеся содержанием пустот. Так, при кубической сис теме укладки объем пустот составляет 47,64 %, тетрагональной - 25,95 %, соответственно количество соприкосновений шаров равно 6 при кубиче ской укладке и 12 при тетрагональной. Но экспериментально доказано, что из-за неправильности формы зерен огнеупора система укладки не оказыва ет значительного влияния на объем пустот. В системах же, состоящих из ряда фракций порошков, возможно значительное повышение плотности упаковки.
Эффективно снижают пустотность:
а) непрерывные укладки, при которых пустоты заполняются зернами всех размеров - от некоторых крупных фракций до минимальных (близких к нулю);
б) прерывные укладки, при которых между зернами заданных фрак ций зерна промежуточных фракций отсутствуют. При этом зерна самой крупной фракции образуют скелет, пустоты которого заполняются зернами следующей, более мелкой, фракции. Новые пустоты заполняются зернами третьей, еще более мелкой, фракции и т.д. Различными исследователями
предложен ряд довольно сходных кривых и расчетных формул для опреде ления оптимального соотношения фракций при непрерывной укладке. Од на из удобных формул, рекомендованная Андерсеном, имеет вид
Y = 100 ( d ) q
{*>)
где Y - содержание фракций с размером меньше d, %; D - максимальный размер зерна;
q - показатель степени, определяемый экспериментально для данного типа порошка и условий упаковки (он зависит от формы зерен, ха рактера их поверхности, обычно q = 0,33.. .0,5).
Характер интегральных кривых распределения для составов, по Ан дерсену, показан на рис. 2.2.
Размер зерна, мм
Рис. 2.2. Различные варианты зернового состава с плотной упаковкой: 1 - непре рывный (по Андерсену), q = 0,5; 2 - непрерывный (по Андерсену), q = 0,3; 3 - ступенчатый двухфракционный «идеальный»; 4 - ступенчатый двухфракционный «реальный»
Точное соблюдение зернового состава, определенного по указанной формуле с оптимально подобранным значением q, позволяет получать упаковки с пористостью не выше 20 %. Получить низкозернистые массы (какими являются массы, используемые для производства стержней лопа ток ГТД) с высокой плотностью упаковки весьма затруднительно. Для это