Технология точного литья деталей из жаропрочных сталей и сплавов

Метод точного литья деталей по выплавляемым восковым моделям в керамические формы получил широкое применение в 1941 — 1945 гг. в США и затем в 1946—1948 гг. был освоен в нашей стране. В настоящее время имеется обширная литература по этому вопросу, а наиболее полно он освещен в работах.

Технология точного литья отличается от технологии обычного тем, что металл заливают в горячие керамические формы, которые изготовляют следующим образом. Сначала выполняют восковую модель детали, на которую наносят пленки из керамической массы в виде сметанообразной массы, состоящей из кварцевого и какого- либо другого огнеупорного материала, замешанного на жидком этилсиликате или жидком стекле. В результате взаимодействия этилсиликата, соляной кислоты и воды происходит гидролиз этилсиликата и пленка схватывается. Затем восковую модель с этой пленкой устанавливают в контейнерах из жаростойкой стали и заливают керамической полужидкой массой. При просушивании происходит схватывание керамической массы с последующим вытапливанием модельной восковой массы.

Затем форма нагревается в печи при высоких температурах (800—1000° С). В прокаленную горячую форму, установленную у печи, выливают металл. При охлаждении форму разбивают и отливки различными способами очищают от остатков керамики.

В качестве модельных воскообразных масс в отечественной промышленности применяют: ПС (50% парафина, 50% стеарина); ПСК (65% парафина, 33% стеарина и 1—3% касторового масла); ПСП (50% парафина, 44% стеарина и 5—7% полиэтилена); КПЦ-1Б (78—80% канифоли, 5% парафина, 15% церезина и 1% борной кислоты); карбамидные массы типа МБ на основе мочевины (95—97% мочевины и 3—5% борной кислоты). В послед­нее время используют модельные массы на основе буроугольного воска типа БПС (30% буроугольного воска, 50% парафина и 20% стеарина).

Для керамических обмазок (суспензий) применяют огнеупоры тончайшего помола из кварцевого песка, электрокорунд, кварцевый песок более крупного помола, шамотную крошку как обсы- почный материал и материал для заполнения форм (контейнеров). В качестве связующих используют гидролизированный этилеиликат с этиловым спиртом, соляной кислотой, жидкое стекло высоких модулей. В суспензию, приготовленную на пылевидном кварце, часто добавляют шамот, окись алюминия, двуокись цир­кония и другие огнеупорные вещества для повышения прочности и огнеупорности керамической оболочки.

Для каждого сплава или группы сплавов подбирают оптимальную суспензию и заполнители формы и устанавливают определенные режимы просушки и прокалки, а также температуры нагрева керамических форм перед заливкой их сплавом.

Сплавы на никелевой основе выплавляют в электрических печах с хромомагнезитовой футеровкой или футеровкой из окиси магния. В качестве шихты используют специально изготовленный для переплава сплав в виде чушек и отходы в виде литников и выпоров.

Потери легирующих элементов можно свести к минимуму быстрым расплавлением шихты с минимальной выдержкой при температуре перед заливкой металла в формы. Однако возможны небольшие потери титана и алюминия, количество которых зависит от способа выплавки. Так, при переплавке сплава нимокаст 258 в высокочастотной печи при длительности плавки 11 —18 мин потери составляют примерно 0, 1 % Ti и 0, 3% А1. Эти потери могут быть компенсированы введением в полностью расплавленную шихту лигатуры титан-алюминий (60% Ti) и чистого алюминия. Согласно данным [4691, при выплавке жаропрочных сталей угар составляет: 2% Сг, 15% V, 30% Ti, 10% Mri, 10% Al; никель вольфрам и мобибден угара не дают.

Чтобы свести к минимуму потери легирующих элементов вследствие окисления, рекомендуется поверхность относительно больших плавок обрабатывать шлаками известь — криолит или известь — плавиковый шпат, что обычно невозможно при небольших плавках.

Следует особо следить за содержанием железа, меди, свинца и других примесей, которые в больших количествах вредно влияют на литейные и другие свойства отливок при высоких температурах. Допускаемые пределы по примесям железа указаны в справочниках химического состава сплавов; содержание меди не должно превышать 0, 2%, а свинца 0, 005%.

Во время выплавки возможно попадание внутрь металла окисных плен, в частности окислов хрома или алюминия. Наличие в сплаве 0, 4% Si (желательно вместе с 0, 3 % Мп) препятствует образованию включений окиси хрома, поэтому сплавы, не содержащие алюминия, дополнительного раскисления не требуют.

Включения в никельхромотитаноалюммниевых сплавах в большинстве случаев представляют собой окись алюминия и находятся на поверхности отливки, а также попадают внутрь ее. Количество этих включений можно свести к минимуму добавкой примерно 0, 03% Са (в виде металлического кальция или 30%-ной Са— Si- лнгатуры) непосредственно перед разливкой при перемешивании ванны. Добавку кальция следует тщательно регулировать, так как его содержание не должно превышать 0, 02%. Можно обеспечить полное отсутствие окисиых плен при литье в защитной атмосфере или в случае плавки и литья в вакууме.

Согласно данным 1467J, при точном литье лопаток соплового аппарата из сплава нимокаст 242 достаточно, чтобы температура металла составляла 1410°С, т. е. была на 40° С выше температуры ликвидуса. Получаемые отливки имеют хороший внешний вид и удовлетворительную мелкозернистую структуру. Большая степень перегрева может потребоваться для других сплавов, в частности содержащих титан и алюминий, которые ограничивают жидкотекучесть.

Как показала отечественная практика, в случае конструкционных нержавеющих сталей температура металла перед выпуском должна составлять 1600—1620° С, а при заливке формы 1500— 1580°С; для теплостойких высоколегированных сталей она должна быть 1570—1590 и не ниже 1480° С соответственно.