Литье по выплавляемым моделям — сложная, многоэтапная процедура, но роль, которую изготовление стержней играет в эффективном литье по выплавляемым моделям, несколько упускается из виду. В частности, для высокопрофильных дорогостоящих литых деталей, таких как лопатки турбин, надежные и прецизионные стержни имеют решающее значение для качества готовой продукции.
Лопатки турбины привлекают большое внимание благодаря своей роли в работе двигателя, эффективности и безопасности. Все эти факторы повышают значимость стержней. Чтобы работать должным образом, лопатки турбины должны эффективно рассеивать тепло, что позволяет турбине безопасно работать при более высоких температурах с повышенной мощностью и эффективностью. С этой целью лопасти имеют встроенные охлаждающие каналы, что является причиной того, что литье по выплавляемым моделям является предпочтительным производственным процессом. Керамический стержень, используемый в процессе, отвечает за формирование этих охлаждающих каналов, которые улучшают термостойкость лопастей и, следовательно, надежность двигателя.
Более новые, более сложные конструкции стержней трудно изготовить с использованием обычного процесса литья керамики под давлением, поскольку это требует формирования стержня из нескольких частей для сборки вручную, что является сложным и трудоемким процессом, который также может привести к высокому уровню потерь продукции. Еще одним фактором является время, необходимое для разработки и тестирования лопастей, что означает, что конструктивные изменения трудно применить и протестировать.
3DCeram — французская фирма, которая разрабатывает и предоставляет процессы 3D-печати и материалы для технической керамики, — обратилась к этой проблеме с помощью процесса печати керамических стержней с использованием лазерной стереолитографии (SLA), технологии аддитивного производства (3DP).
Рис. 1: Примеры форм для литья по выплавляемым моделям из никелевых сплавов для лопаток турбин.
3DCeram
Справка
SLA — это процесс, включающий послойное нанесение фотополимеризуемой керамической суспензии по шаблону, взятому из CAD-версии готового стержня; с последующим избирательным отверждением керамического материала с использованием управляемого компьютером УФ-лазерного луча до тех пор, пока слои не сформируют трехмерную версию изображения САПР.
Согласно 3DCeram, технология SLA экономит время и увеличивает производительность по сравнению с керамическим литьем под давлением, но также предлагает большую гибкость при проектировании изделий, что означает большую сложность керамических стержней. Кроме того, она позволяет быстрее проектировать и перепроектировать детали — в том числе не необходимости разработки и создания литьевых форм. Более того, 3DCeram утверждает, что процесс обеспечивает лучшую скорость реагирования и повышение прибыльности для основного производителя при более низких фиксированных затратах, отсутствии требований к обслуживанию инструментов и меньших затратах на хранение.
Выбор керамики, используемой для изготовления литейных стержней, зависит от типа литого сплава, но предлагаются следующие критерии: отсутствие химической реакции между стержнем и металлом на этапе литья; жаропрочность и механическая стойкость литого металла; хорошая выщелачиваемость после охлаждения металла; и низкий коэффициент теплового расширения (КТР.)
Для обеспечения этого рынка 3DCeram разработала состав Silicore на основе кремния. Композиции на основе диоксида кремния широко используются при литье по выплавляемым моделям лопаток турбин на основе никеля, а керамические стержни из плавленого кварца обладают хорошей термической стабильностью благодаря низкому КТР (около 0,6 × 10 -6 К -1 ), а также отличной термостойкости и высокой вымываемостью. Стержни из кремнезема также легко удаляются в растворах соды или поташа, не вредных для сплавов.
Наконец, спекание стержня из диоксида кремния приводит к образованию кристобалита в процессе расстекловывания, который обеспечивает термостойкость стержня.
В 2019 году 3DCeram совместно с украинским научно-исследовательским институтом — Государственным предприятием «Запорожское конструкторское бюро машиностроения Прогресс» приступила к разработке проекта по валидации рецептуры керамики. Стержни были напечатаны с использованием системы Ceramaker 900 SLA, и, согласно 3DCeram, высокая точность технологии SLA привела к созданию керамических стержней, которые использовались для получения восковых форм, необходимых для первой ступени монокристаллических литых турбинных лопаток.
По данным 3DCeram, рентгеновский контроль всех изготовленных восковых форм не выявил трещин на керамических стержнях. В настоящее время материал Silicore признан пригодным для промышленного использования при производстве литейных стержней.
Источник: www.foundrymag.com
