Повышение прочности керамической литейной формы на основе бескремнеземного связующего материала Алюмозоль А

Язык труда и переводы:
УДК:
669 621.74
Дата публикации:
30 мая 2022, 10:34
Категория:
Литейное и сварочное производство
Авторы
Пилипенко Анастасия Александровна
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Аннотация:
Рассмотрено повышение прочности литейной керамической формы по выплавляемым моделям на основе связующего Алюмозоль А. В работе предложены следующие варианты повышение прочности: добавление спекающих добавок и упрочнение армирующими материалами. В качестве спекающих добавок предлагается использование алюминиевой пудры или диоксида титана. В качестве армирующего материала — волокна на основе оксида алюминия.
Ключевые слова:
литейное производство, литье по выплавляемым моделям, бескремнеземные связующие, химически активные сплавы, литье титана, титановые сплавы, металлургическое производство, металлургия
Основной текст труда

Общие сведение о связующем Алюмозоль А

Алюмозоль А – водный коллоидный раствор оксида алюминия Al2O3. Полидисперсная система, размер частиц в пределах 80-200нм. Данное связующее изготавливается в Казани компанией ООО «НТЦ „КОМПАС“.

Алюмозоль А обладает свойствами тиксотропии — при длительном стоянии застудневает и после механического перемешивания возвращается в исходное состояние. При замерзании и размораживании Алюмозоль А своих свойств не теряет. После высыхания образует твердую массу, при добавлении воды и механическом перемешивании вновь образует коллоидную систему.

При повышении pH выше 5 необратимо образует гель. Необратимые и наилучшие связующие свойства Алюмозоль А проявляет после прокалки при температуре 500–600 °С, образуя активную фазу α-Al2O3, вследствие чего может использоваться до температуры 2000 °С.

На рисунке 1 показан вид связующего Алюмозоль А. Внешне связующее представляет мутную сижность светло-коричневого цвета.

 

Рисунок 1. Внешний вид связуюшего Алюмозоль А

Повышение прочности путем введение спекающих добавок

В качестве спекающих добавок в данной работе рассмотрены алюминиевая пудра марки АСД4 и диоксид титана.

В качестве огнеупорной составляющей использовали электрокорунд различной фракции. Алюминиевую пудру марки АСД4 и диоксид титана вводили в количестве 10 % от массы суспензии. Спекающие добавки показаны на рисунке 2.

 

Рисунок 2. Спекающие добавки

Повышение прочности путем введения волокна на основе оксида алюминия

Перед тем, как добавить волокна (рисунок 3) в суспензию, они нарезались примерно на 3–6 мм в длин. Волокна в суспензию добавляли в количестве 0,1 % и 0,5 % от массы суспензии. 

Рисунок 3. Волокна на основе оксида алюминия

Приготовление керамических образцов

Формирование керамического покрытия производилось методом послойного нанесения керамической суспензии и обсыпочного огнеупорного материала на модельную пластину с последующей сушкой каждого слоя покрытия.

Прокалку керамических образцов проводили при температурах 1350, 1400 и 1500 ºС. Наиболее оптимальная спеченность у керамики прокаленной при 1500 ºС, поэтому все результаты далее, представлены для образцов после прокалки в 1500 ºС.

После прокалки все образцы испытывались на статический изгиб на испытательной машине.

После испытаний мы провели СЭМ керамических образцов, с добавлением диоксида титана или волокон. В случае добавления волокон мы получили полностью монооксидную форму состава Al2O3, в случае добавления диоксида титана у нас получился состав диоксид титана и оксид алюминия.

Керамические образцы показаны на рисунке 4.

Рисунок 4. Керамические образцы

Общие выводы по работе

Рассмотрим данные, которые получили в ходе испытаний керамических образцов:

  1. Механические испытания на статический изгиб показали, что среднее значение прочности у образцов без добавок составило ~ 1,7 МПа (что очень мало для заливки химически активных сплавов), у образцов с добавлением алюмооксидных волокон ~ 3,7 МПа (при добавлении 0,1 %) и 4,76 МПа (при добавлении 0,5 %), у образцов с добавлением алюминиевой пудры марки АСД4 ~ 6,5 МПа, у образцов, содержащих в качестве спекающей добавки диоксид титана — ~ 4,4 МПа.
  2. При работе с такими составами, было выявлено, что связующее Алюмозоль А вступает в реакцию с алюминиевой пудрой АСД4. Спустя примерно 5–7 часов суспензия становится твёрдой, похожей на губку. В пределах реального производства наличие данного факта является критичным, несмотря на значительное увеличение прочности, следовательно, такой состав не может использоваться в реальном производстве.
  3. Добавка диоксида титана хорошо влияла на суспензию. Не было проблем в работе с данным составом. Огнеупорная составляющая суспензии не оседала долгое время, что очень важно в реальном производстве. Добавка диоксида титана позволила увеличить предел прочности образцов примерно до 4,36 МПа в среднем. Что показывает возможность развития данного состава керамической формы в дальнейшем.

В виду дороговизцы волокон на основе оксида алюминия, использование в качестве спекающей добавки диоксида титана является наиболее оптимальным из всех выбранных упрочнителей керамической формы.

Построим по полученным данным диаграмму зависимости предела прочности от вида добавок в керамические образцы. Диаграмма представлена на рисунке 5.

Рисунок 5. Диаграмма зависимости предела прочности от вида добавок в керамику

Грант
нет
Литература
  1. Озеров В.А., Муркина А.С., Сосненко М.Н. Основы литейного производства. Москва, Высшая школа, 1987, 304 с.
  2. Компания ООО «НТЦ «КОМПАС». URL: http://www.compass-kazan.ru (дата обращения: 01.03.2021).
  3. Варфоломеев М.С. Специальная технология литья в авиационной промышленности. Москва, МАИ, 2020, 90 с.
  4. Степанов Ю.А., Баландин Г.Ф., Рыбкин В.А. Технология литейного производства. Специальные виды литья. Москва, Машиностроение, 1983, 287 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.