Способ производства шамотных огнеупорных изделий для разливки жаропрочных сплавов

Способ производства шамотных огнеупорных изделий для разливки жаропрочных сплавов

Реферат

Изобретение относится к производству огнеупоров и может быть использовано при изготовлении шамотных огнеупоров, преимущественно предназначенных для разливки жаропрочных сплавов на основе никеля, кобальта или железа и никеля.

Известен способ производства шамотных огнеупорных изделий для разливки жаропрочных сплавов, включающий приготовление шихты, формование изделий, их сушку и обжиг (патент РФ №2148566, 2000 г.).

При использовании шамотных огнеупорных изделий для разливки жаропрочных сталей в процессе литья электродов и прутковых заготовок в объем металла может попадать шамотная керамика, вследствие чего появляется вероятность структурного оплавления сплавов даже в том случае, когда температура их термообработки удовлетворяет требованиям технических условий.

По этим причинам компании ведущих стран мира не используют при выплавке жаропрочных сплавов шамотную керамику. Обычно используется корунд или корундомулит, однако стоимость корундовых изделий на порядок выше, чем стоимость шамотных.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение возможности использования шамотных огнеупорных изделий для получения качественных отливок из жаропрочных сплавов за счет исключения попадания легкоплавких минералов шамота в расплав путем формирования на поверхности шамотных изделий корундового покрытия, обладающего высокими адгезионными свойствами к шамоту.

Технический результат достигается тем, что в способе производства шамотных огнеупорных изделий для разливки жаропрочных сплавов, заключающемся в приготовлении шихты, прессовании изделий, их сушке и обжиге, после сушки поверхность изделий покрывают суспензией, включающей наполнитель в виде корунда и связующее в виде 20-26% коллоидного раствора кремнезема, после чего производят повторную сушку изделий, при этом обжиг изделий производят при температуре 900-1000° в течение 4-6 часов.

Кроме того, покрытие изделий суспензией производят путем ее распыления на поверхность изделий, при этом в суспензии используют корунд с размером зерен от 50 до 650 мкм, причем массовое соотношение связующего к наполнителю составляет от 1:12 до 1:4.

Покрытие изделий суспензией, включающей наполнитель в виде корунда и связующее в виде 20-26% коллоидного раствора кремнезема, обеспечивает создание на поверхности шамотных изделий корундового покрытия, защищающего при разливке сплавов расплав от попадания в него легкоплавких минералов шамота ввиду отсутствия взаимодействие с расплавом. Кремнезольное связующее покрытие мигрирует в шамот, при этом при обжиге происходит спекание покрытия и уплотнение контактной зоны с шамотом так, что покрытие оказывается сложено практически из чистого корунда. Использование 20-26% коллоидного раствора кремнезема обеспечивает необходимую вязкость суспензии для оптимальной адгезии к шамоту и качественного покрытия поверхности. Использование менее чем 20%-ого раствора приводит к чрезмерной разбавленности суспензии, и практически весь раствор уходит в шамот, а при использовании более чем 26% раствора из-за образования капель снижается адгезия покрытия и оно не ложится на поверхность.

Обжиг изделий при температуре 900-1000° в течение 4-6 часов обеспечивает покрытию необходимую прочность. Если производить обжиг при температуре менее 900°, то покрытие недостаточно спекается с шамотом, а обжиг при температуре свыше 1000° может привести к растрескиванию поверхности. Аналогично, менее чем 4-часовой обжиг изделия не обеспечивает покрытию достаточной прочности, а более чем 6-часовой - снижает термостойкость изделия.

Процесс покрытия изделий путем распыления суспензии на их поверхность обеспечивает равномерное покрытие всей поверхности изделия.

Массовое соотношение связующего к наполнителю от 1:12 до 1:4 определено экспериментальным путем из соображений получения необходимой вязкости покрывающей суспензии, которая обеспечивает спекание покрытия с шамотом при обжиге изделий.

Способ производства шамотных огнеупорных изделий для разливки жаропрочных сплавов осуществляют следующим образом.

Из исходных материалов, содержащих шамот и огнеупорную глину, приготавливают шихту. Из шихты прессованием формуют изделия, после чего их сушат. Приготовляют суспензию, перемешивая корундовый наполнитель с кремнезольным связующим в виде 20-26% коллоидного раствора кремнезема в массовом соотношении связующего к наполнителю от 1:12 до 1:4. Для суспензии используют порошок электрокорунда с размером зерен от 50 до 650 мкм. Приготовленную суспензию наносят на поверхность изделий путем распыления. Покрытые суспензией изделия повторно сушат, а затем производят их обжиг при температуре 900-1000° в течение 4-6 часов.

В процессе обжига силикатная составляющая связки из покрытия переходит в шамот, и покрытие плотно припекается к шамотной керамике. Спекание покрытия и уплотнение контактной зоны с шамотом происходит так, что покрытие оказывается сложенным практически из чистого корунда.

Образованный на поверхности шамотного изделия слой корундового покрытия в процессе разливки в него стали или жаропрочного никелевого сплава не позволяет шамотной керамике попадать в объем металла, защищая сплавы от структурного оплавления.

Пример конкретного выполнения

Для производства шамотных огнеупорных изделий для разливки жаропрочных сплавов из исходных материалов, содержащих шамотный порошок, огнеупорную глину и другие составляющие, например выгорающие добавки, приготовили шихту, спрессовали из нее 3 изделия в виде обогреваемых желобов для разливки сплавов в вакуумных индукционных печах и просушили их. После сушки на поверхность этих изделий напылили суспензию, приготовленную смешиванием микрошлифопорошка электрокорунда с зернистостью от 50 до 650 мкм с кремнезольным связующим марки «Ludox SK», причем на изделия нанесли суспензии с различным весовым отношением микропорошка электрокорунда к связующему. В суспензии, нанесенной на первое изделие, весовое соотношение связующего к наполнителю составило 1:4, на второе изделие была нанесена суспензия с весовым соотношением связующего к наполнителю 1:6, и в суспензии, нанесенной на третье изделие, весовое соотношение связующего к наполнителю составило 1:12.

Детали, равномерно покрытые суспензией, установили для повторной сушки, производимой на воздухе. После сушки детали погрузили в печь для обжига. Обжиг первого изделия произвели при температуре 950° в течение 6 часов, второго изделия - при температуре 970° в течение 4,5 часов и третьего изделия - при температуре 920° в течение 5,5 часов.

Исследование полученных образцов показало, что после обжига и контакта с расплавом жаропрочного никелевого сплава ЖС6 У ВИ покрытие состояло практически полностью из корунда. Силикатная часть покрытия на каждом изделии, состоящая из агрегатов аморфного кремнезема, составила не более 1%. Покрытия практически не имели пор и плотно прилегали к шамотной керамике. Поверхность шамотной керамики, прилегающей к покрытию, обогащена силикатной составляющей в виде аморфного кремнезема. На глубине 0,5-1,0 мм шамотная керамика имеет обычную структуру и фазовый состав. Фаз взаимодействия элементов сплава с корундовым покрытием не обнаружено.

Предлагаемое решение обеспечивает возможность использования шамотных огнеупорных изделий для получения качественных отливок из жаропрочных сплавов за счет исключения попадания легкоплавких минералов шамота в расплав, что существенно удешевляет процесс получения отливок.

1. Способ производства шамотных огнеупорных изделий для разливки жаропрочных сплавов, заключающийся в приготовлении шихты, формовании изделий, их сушке и обжиге, отличающийся тем, что после сушки поверхность изделий покрывают суспензией, включающей наполнитель в виде корунда и связующее в виде 20-26% коллоидного раствора кремнезема, после чего производят повторную сушку изделий, при этом обжиг изделий производят при температуре 900-1000° в течение 4-6 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрытие изделий суспензией производят путем ее распыления на поверхность изделий.

3. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что в суспензии используют корунд с размером зерен от 50 до 650 мкм, при этом массовое соотношение связующего к наполнителю составляет от 1:12 до 1:4.