XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение

Огнеупорные материалы – это изделия на основе минерального сырья, отличающиеся способностью сохранять свои свойства в условиях эксплуатации при высоких температурах, и которые служат в качестве конструкционных материалов и защитных покрытий.

Литье по выплавляемым моделям (ЛПВМ) - способ получения отливок в многослойных оболочковых неразъемных керамических формах, изготовляемых с использованием выплавляемых, выжигаемых или растворяемых моделей однократного использования.

В качестве эксплуатационных свойств огнеупорных материалов определяются комплексом химических, физико-химических и механических свойств.

Основное свойство огнеупорных изделий – огнеупорность, то есть способность изделия выдерживать, противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур.

Классификация огнеупорных материалов:

Выбор огнеупорного материала зависит от требований и качества, предъявляемые к отливкам (точности, шероховатости, механической прочности).

В авиационной промышленности используют огнеупорные материалы на основе окислов и их соединений.

Таблица 1

Материал и химическая формула	Физико-химические свойства				Рекомендуемая поверхность пылевидного материала м2/кг
	Химические	tпл,оС	ρ, кг/м3	Коэффициент линейного расширения 1/оС
Окислы
Кварц кристаллический SiO2	Кислый	1713	2650	13,7*10-6		400-600
Кварц плавленый(аморфный) HKC SiO2	Кислый	1713	2200	0,5*10-6		400-600
Электрокорунд белый αAl2O3	Амфотерный	2050	3900	8,6*10-6		600-700
Окись магния(магнезит)MgO	Основной	2400	3870	13,5*10-6		500-600
Соединения окислов
Дистен-силлиманит Al2O3*SiO2	Слабо кислый	1545	3250	-		500-600
Циркон ZrO2*SiO2	Слабо кислый	1800	4570	5,1*10-6		600-800
Высокоглиноземистый шамот 3Al2O3*SiO2	Амфотерный	1600	3000	5,3*10-6		-
Муллит 3Al2O3*2SiO2	Амфотерный	1810	-	(4,5-5,7)*10-6		-

Так как стержни изготавливаются из огнеупорных материалов к огнеупорным материалам предъявляются ряд требований:

Отсутствие химического взаимодействия с жидким металлом.

Низкий коэффициент термического расширения.

Низкая стоимость и не дефицитность.

Обладать достаточной прочностью.

Выдерживать динамические и статические напоры расплава, не деформировать при заливке, затвердевания и охлаждения отливки.

Керамическими называют негазотворные стержни без связующих или с неорганическими связующими. Такие стержни применяют для получения в отливках протяженных узких сложных полостей или отверстий, например, в полых охлаждаемых лопатках с щелями, сужающимися до 0,4 мм, в цельнолитых колесах со сложным профилем лопаток, в сложных корпусных отливках.

Стержни со знаками изготавливают в металлических полированных стержневых ящиках, затем прокаливают или сушат, контролируют их точность и прочность, после чего устанавливают в прессформы для изготовления удаляемых моделей. После образования оболочек на блоках моделей и удаления последних стержней в полости оболочковых форм зафиксированы знаками.

В области верхних знаков между стержнем и оболочкой предусматривают термические зазоры, чтобы при прокаливании оболочек последние не препятствовали расширению стержней, а также чтобы расширение оболочек при нагреве не вызывало растягивающих напряжений и трещин в стержнях. Зазоры предусматривают вокруг верхнего знака стержня и на его торце, величину их рассчитывают и выполняют путем наклеивания сгорающей при прокаливании пленки или слоя выплавляемого модельного состава.

Свойства керамических стержней:

У стержней должна быть гладкая поверхность – высота микронеровностей Rz < 30 мкм; низкий коэффициент линейного расширения – менее 2*10^-6 1/^оС в интервале температур 20 – 1100 ^оС; стойкость к тепловым ударам до температуры 1250 – 1300 ^оС; точность размеров – в пределах менее плюс, минус 0,15% номинальных; высокая прочность – σ_и > 15 МПа; высокая пористость (влагоемкость) – 25 – 30 %; низкая (сравнительно) плотность – 1200 – 1700 кг/м³. Стержни тек же не должны деформироваться при заливке оболочек расплавом. Деформация под нагрузкой 0,4 МПа не должна происходить при температуре ниже 1250 ^оС. Стержень не должен взаимодействовать химически со сплавом или его окислами; удаление его из полостей отливок должно осуществляться без особых затруднений механическим, электрохимическим, химическим способами. Материалы для изготовления керамических стержней должны быть недефицитными и по возможности недорогими.

Методика анализа дефектов при изготовлении стержней пустотелых лопаток газотурбинных двигателей

В процессе изготовления стержней могут возникать различные дефекты как вздутие, припек, скол, наплывы, незаливы, пятна от пластификатора, изменение длины стержня.

Дефекты зависят от стержневой массы и от содержимым компонентов, которые входят в стержневую массу.

Для анализа дефектов, которые возникают в процессе изготовления стержней, была проделана исследовательская работа.

Целью данной работы является: Анализ дефектов при изготовлении стержней пустотелых лопаток ГТД. При выполнении данной задачи необходимо решить следующие подзадачи:

Изготовить опытную партию стержней из трех масс;

Прокалить их в печи ПГ-30;

Провести визуальный контроль на наличие дефектов.

В процессе визуального контроля были выявлены ряд дефектов: вздутие, припек, скол, наплывы, которые перечислены в таблицы 2 (в скобках обозначено количество стержней). В результате анализа дефектов, которые перечислены в таблице 2 построена гистограмма.

Таблица 2

Дефект	Вздутие	Припек	Линейные	Скол	Наплывы
Массы
1 (36)	28	35	0	4	35
2 (36)	14	34	0	8	21
3 (36)	32	34	0	4	29

Рисунок 1 – «Гистограмма дефектов которые возникают в процессе изготовления стержней»

Таким образом при подборе стержневых материалов должны учитывать стоимость, дефицитность и подобрать такие материалы, чтобы они подходили ряду требований, которые предъявляются к огнеупорным материалам, для того, чтобы избавиться от дальнейших дефектов.

Список литературы

Шкленник Я.И., Озеров В.А. Литье по выплавляемым моделям – Москва, 1984. – 408 с.

Гуляев Б.Б., Липницкий А.М., Оболенцев Ф.Д. Специальные способы литья 1971. – 264 с.

Гини Э.Ч., Зарубин А.М., Рыбкин В.А. Технология литейного производства (специальные виды литья) 2005. – 352 с.

Ефимов В.А., Анисович Г.А., Бабич В.Н. Технология литейного производства (специальные способы литья) 1991. – 436 с.

Код для цитирования: Скопировать