Размерная стабильность в процессе литья по выплавляемым моделям. Факторы, влияющие на процесс удаления восков.  23.11.2017 13:29

Размерная стабильность в процессе литья по выплавляемым моделям. Факторы, влияющие на процесс удаления восков.
Автор: Д-р Грант Брадли (REMET UK Ltd)

ВВЕДЕНИЕ – УДАЛЕНИЕ ВОСКА ИЗ ОБОЛОЧКИ
       Чтобы удалить воск из оболочки, следует нагреть ее до температуры, достаточной для плавления воска. Желательно, чтобы процесс нагрева не влиял на состояние не прокаленной керамической оболочки. Необожженная керамика – материал с достаточно низким коэффициентом расширения в температурных диапазонах, обеспечивающих удаление воска (<0,02%). В отличие от самих восков.

Например, кривая объемного расширения парафинового воска выглядит примерно так:

Поскольку точка плавления большинства восков находится в диапазоне между 55 и 70 oC, становится очевидным, что до момента плавления многие воски обладают серьезным потенциалом расширения. В ходе проекта FOCAST, реализованного Бирмингемским университетом (Великобритания), были получены данные о том, что внутреннее давление оболочек при удалении восков в автоклавах превышает 7,5 бар (Geblein & Jolly 2001).
Следовательно, если в процессе удаления весь воск расширится на 15%, это вызовет полное разрушение керамической оболочки. Любой успешный процесс удаления восков должен обеспечивать плавление и удаление воска из керамической оболочки до значительного расширения, которое приведет к деформации и растрескиванию оболочки.
К счастью, воски для литья по выплавляемым моделям изготавливаются из материалов, которые отличаются достаточно низкой теплопроводностью (см. Таблицу 1). Поэтому если скорость нагрева достаточно велика, воск, расположенный ближе к оболочке, расплавится раньше, чем остальной воск успеет расшириться настолько, чтобы вызвать деформацию или растрескивание.
В крупных деревьях воск вытекает из различных участков оболочки гораздо медленнее. Единственный способ снизить давление расплавленного воска на оболочку – сделать так, чтоб он частично поглощался керамической оболочкой.
Многие материалы, используемые для изготовления керамических оболочек, обладают определенной проницаемостью. Проницаемые оболочки могут поглощать воск и снимать напряжение, возникающее при расширении воска.
Эксперименты, проведенные в рамках программы FOCAST, позволили установить, что при давлении в 2 бара проницаемость стальных и алюминиевых оболочек составляет около 1100 +/− 400nms. Это соответствует среднему диаметру пор в 0,17 мкм.
Следует иметь в виду, что в восках с наполнителем частицы наполнителя нередко слишком велики для поглощения оболочкой (от 10 до 60 мкм).

Таблица 1. Теплопроводность некоторых часто встречающихся материалов

При удалении восков тепло в оболочку часто поступает через воздух или воду. Характеристики теплопередачи этих процессов различны.

Теплопередача через воздух

 Используется главным образом в так называемом «процессе мгновенного сгорания». Этот процесс также сопровождается передачей лучистой энергии, но точное ее количество зависит от положения оболочки в печи. Рабочая температура печей для мгновенного сгорания обычно составляет от 750 oC до 1000 oC.
С точки зрения конвекции удельная теплоемкость 1 г (360 см3) воздуха при температуре 1000 oC составляет 1,19 Дж/г/oC. То есть, чтобы расплавить 1 г воска, потребуется 0,26 г воздуха. Учитывая низкую плотность воздуха, для этого необходимо обеспечить циркуляцию 94 см3 воздуха в непосредственной близости к воску.
Раньше при использовании печей мгновенного сгорания приходилось считаться с возможностью воспламенения высвободившегося воска. Современные инновационные технологии, предусматривающие защиту резервуаров для сбора воска инертным газом и сбор воска с промывкой водой, позволили существенно снизить опасность возгорания.

Теплопередача через воду

Вода может использоваться в качестве теплоносителя в жидком состоянии или в виде пара. Процесс удаления восков с помощью горячей воды обладает собственными характеристиками теплопередачи.
Рассмотрим следующий случай. Оболочка погружена в воду температурой 90 oC, при этом точка плавления воска составляет 65 oC. Необходимо передать достаточное количество энергии для плавления воска.
Чтобы расплавить 1 г воска при комнатной температуре, необходимо 286 Дж (удельная теплоемкость 2,14 Дж/г/oC + теплота плавления 200 Дж/г).
Допустим, что температура воды, соприкасающейся с формой, не должна опускаться ниже 65 oC (точки плавления воска). Тогда для плавления 1 г воска потребуется энергия, поступающая от 2,3 г воды (температура воды 95 oC, удельная теплоемкость 4,181Дж/г/oC).
Это при условии, что коэффициент передачи равен 100%. На практике для плавления воска нам приходится подавать на оболочку гораздо больший объем воды. Поэтому процесс может занять много времени.  
Удаление восков паром (с помощью автоклава), пожалуй, является наиболее распространенным методом удаления восков из оболочек. В сравнении с удалением с помощью горячей воды имеется дополнительное преимущество – энтальпия в процессе испарения воды свыше 2 кДж/г при 180 oC (рабочая температура автоклава). Соответственно, для плавления 1 г идеального воска достаточно конденсации 0,14 г воды. Следует учесть, что 0,14 г конденсированной воды выделят еще 66 Дж энергии в процессе охлаждения ниже 65 oC – температуры плавления нашего идеального воска.
Скорость переноса энергии в воск – одно из главных преимуществ при использовании автоклавов. Возможно именно поэтому, несмотря на обилие статей, авторы которых давали высокую оценку методу мгновенного сгорания, данная технология так и не получила широкого распространения.
Мы многое узнали об автоклавировании как в беседах с коллегами, так и из опубликованных работ (в основном, данные получены при реализации программы FOCAST Бирмингемским университетом).

Прежние и современные представления о процессе автоклавирования.

Сведения, полученные опытным путем

Сотрудникам литейных компаний прекрасно известно, что в темных глубинах автоклава происходят некие процессы. К сожалению, пар с температурой 170–180 oC не способствует устройству больших смотровых окон и систем мониторинга в резервуаре высокого давления. Поэтому большая часть эмпирических знаний о протекающих процессах основана на результатах исследований оболочки до ее закладки в автоклав и после извлечения оттуда.
В частности, опытным путем был сделан вывод о том, что если точка плавления модельной массы слишком низка в сравнении с литниковым воском, оболочка растрескается и/или утратит размерную стабильность.
А вот еще одно веское предположение: если температуру и давление в автоклаве не удастся поднять до требуемых значений, и нагрев оболочек будет осуществляться с меньшей скоростью, это также приведет к растрескиванию или, как минимум, к нарушению размерной стабильности. И еще вот такое наблюдение: часть воска поглощается оболочкой и выгорает при прокаливании оболочки.
Основываясь на этих сведениях, собранных по крупицам поколениями литейщиков, нынешнее поколение стремится улучшить автоклавы, чтобы обеспечить быстрое и эффективное удаление воска и свести повреждение оболочек к минимуму. Но никуда не делись и адепты мгновенного сгорания. Они считают эту технологию более перспективной, чем автоклавирование.
Однако обилие автоклавов на литейных производствах свидетельствует о том, что мгновенное сгорание, увы, не является панацеей.

Сведения, полученные из опубликованных работ

На конференциях в Институте точного литья и других отраслевых форумах было представлено несколько докладов о процессе автоклавирования. Авторы сравнивали процесс автоклавирования с мгновенным сгоранием (Marion, 2009), исследовали воздействие тепловых профилей и влажности на оболочки (Jones, et al., 2002), и даже предпринимали попытки моделирования процесса удаления восков (Gebelin & Jolly, 2001).
Некоторые результаты решительно противоречили здравому смыслу: в частности, в одном докладе указывалось, что при замене воска с низким коэффициентом расширения на воск с более высоким коэффициентом расширения частота растрескивания оболочек возрастает (Bond & Nishikawa, 2002). Несмотря на обилие докладов, получить ясное представление о воздействии воска и оболочки друг на друга при автоклавировании до сих пор не удалось.
Всегда считалось, что плавящийся воск сразу начинает заполнять поры первого слоя под давлением расширяющегося воска. Измерения, проведенные в рамках программы FOCAST с использованием специально оборудованного автоклава, позволили получить любопытные данные. Эксперименты с термопарами в различных точках изменили существующие представления о тепловом потоке внутри оболочки (Pickard, 2010): Температуру внутри автоклава, использовавшегося в программе FOCAST, можно было довести до 170 oC за 4 секунды.
Подобная теплопередача была признана достаточной, чтобы обеспечить практически мгновенное повышение температуры наружной поверхности оболочки до 170 oC. Для передачи тепла внутрь оболочки требовалось немного больше времени. Термопара на стыке воска и оболочки зафиксировала температуру 75 oC через 24 секунды, а пик температуры – почти через 6 минут.
Скорость нагрева цельного куска воска в таком автоклаве ограничена теплопроводностью воска, которая, как правило, очень низка.
Стоит отметить, что разница в толщине оболочки оказывает влияние на соотношение полезного тепла, достигающего поверхности воска. В результате стандартный образец воска цилиндрической формы (диаметр – 61 мм, длина – около 100 мм), заключенный в стандартизированную оболочку (Jones, Jolly, Gebelin, Cendrowicz, & Lewis, 2001), частично сохранился в твердом состоянии в ходе испытательного цикла автоклавирования после 6-минутной выдержки.
Джонс (Jones et al 2002) также сообщает, что смачивание первого слоя оболочки воском без наполнителя (определялось по углу смачивания и размеру пятна) продолжается от точки плавления воска до достижения 180 oC.
Как ни странно, температурные датчики на цилиндрическом образце также позволили установить, что при 120 oC конвективные потоки во внешнем слое расплавленного воска способны остановить дальнейшее повышение температуры на стыке воска и оболочки.

Публикуемая работа

В этой статье будут рассмотрены два основных вопроса.
Первый вопрос: «В точности ли температура каплепадения воска соотносится с температурой, при которой воск начинает течь и, следовательно, с температурой поглощения?»
Второй вопрос: «Как изменение температуры после расплавления воска влияет на процесс поглощения воска оболочкой?» Измерение температур каплепадения фиксируется в момент падения капли воска из стаканчика с материалом, нагретым от твердого состояния до точки плавления.
Рис. 2. Стаканчики для определения температуры каплепадения

Метод каплепадения основан на силе тяжести, под действием которой в массе воска формируется капля, которая затем падает через специальное отверстие. Этот метод хорош для ньютоновских жидкостей. Однако в материалах, проходящих при нагреве через неньютоновскую псевдопластическую фазу, капля может формироваться только после достижения температуры, при которой они уже начинают течь под давлением!
Исследование восков с установленной точкой каплепадения осуществлялось посредством описанного ниже реологического эксперимента, призванного установить, не изменится ли измеренная точка каплепадения при автоклавировании.
Процесс поглощения воска изучен лучше, однако с трудом поддается количественной оценке. Хотелось бы верить, что описанный ниже метод инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием (ИСФП) поможет точнее определить скорость поглощения и количество поглощенного воска.

АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ ОБОЛОЧКИ И ВОСКА

Реометрия контролируемого напряжения. Измерение температуры текучести

Метод

В 2012 году на конференции в Институте точного литья мы уже рассказывали об использовании реометрии контролируемого напряжения параллельных пластин для исследования того, как ведет себя воск в процессе охлаждения (Bradley, 2012). В этом докладе мы описали преимущества использования подхода контролируемого напряжения в реометрии, заключающиеся в ограничении количества энергии сдвига, воздействующей на воск по мере охлаждения, что позволяет точнее смоделировать реологические характеристики при стекании воска в пресс-форму (еще один потенциальный источник нарушения размерной стабильности).
Сфера применения реометрии контролируемого напряжения на этом не заканчивается. Поскольку при проведении испытания постоянного напряжения сдвига к вращающейся пластине прилагается постоянное усилие, регулирующее скорость вращения по мере изменения вязкости испытываемого образца, реометр может полностью остановиться, не выходя за пределы экспериментальных параметров!
Аналогичным образом, после полной остановки реометр может вновь заработать, когда воск начнет течь. Величина сдвига, приложенная к неподвижному воску, может изменяться, а температуру, при которой воск начинает двигаться, можно измерить при различных уровнях приложенного усилия.
Воск, достигший точки плавления, содержит кристаллы, и в этот момент его свойства особенно далеки от свойств ньютоновской жидкости. Таким образом, даже когда воск (теоретически) расплавился достаточно, чтобы потечь, с этим потоком может быть связано напряжение пластического течения.

Измерительный прибор и исследование

Представленное здесь исследование было выполнено с помощью измерительного прибора Брукфилда серии R/S-Plus, который обеспечивает устойчивые, функциональные и надежные измерения. Он оснащен системой термостатирования на основе эффекта Пельтье, которая позволяет повышать и понижать температуру с шагом до 0,5 oC/с. Именно об этом измерительном приборе идет речь в предыдущих статьях

Рис. 3. Реометр контролируемого напряжения Брукфилда

Проводимый эксперимент предусматривает загрузку образца в полностью расплавленном состоянии, охлаждение образца со сдвигом до температуры 25 oC, а затем резкое повышение температуры вплоть до расплавления воска за счет применения контролируемого момента к подвижной пластине.

Инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием. Применение нагретой приставки НПВО с алмазом однократного отражения

Метод

Инфракрасная спектроскопия – один из наиболее распространенных методов, позволяющих получить информацию о структуре органических соединений. За последние 20 лет вариант с «Фурье-преобразованием», заключающийся в подаче кратковременного светового импульса от интерферометра с математической расшифровкой, потеснил на рынке более привычные волновые дисперсионные измерительные приборы.
Одно из объективных преимуществ инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием состоит в том, что малейшая «вспышка» интерферограммы является источником целого спектра данных.
Так, сканирование образца 10 или даже 100 раз улучшает сигнал с точки зрения коэффициента шума и позволяет получать чистые спектры даже при передаче сигналов с минимальной энергией. Благодаря этому усовершенствованию удалось разработать методы взятия образцов, которые были невозможны в эпоху дисперсионных измерительных приборов.
Одним из наиболее популярных приспособлений для работы с образцами стала приставка НПВО. НПВО – это сокращение, означающее «нарушенное полное внутреннее отражение». Инфракрасная вспышка интерферограммы попадает на один конец теплопрозрачного кристалла, который является своего рода оптоволокном. Проходящий свет отражается гранями кристалла, а затем выходит с другого конца. Это явление называется «полным внутренним отражением».
Подобно оптоволокну, при прохождении через приставку НПВО световая волна порождает нераспространяющуюся волну, которая движется по границе между кристаллом НПВО и воздухом или образцом.
Именно затухание этой нераспространяющейся волны с последующим снижением интенсивности сигнала на вспышке интерферограммы вызывают затухание сигнала, которое измеряется приставкой НПВО.
Нераспространяющаяся волна лишь на несколько микрометров выходит за пределы поверхности кристалла (точное значение зависит от показателя преломления конкретного кристалла).
Природа данного измерения такова, что приспособления НПВО измеряют только спектры материалов, находящихся в тесном контакте с кристаллом. Так, плотно прижатый к кристаллу участок оболочки имеет минимальную площадь контакта с пластиной, поскольку обладает твердой и слегка рельефной поверхностью. Пятно жидкого воска на поверхности кристалла имеет существенно большую площадь контакта и станет основным спектром. При поглощении воска керамикой он исчезнет с кристалла, что приведет к снижению интенсивности спектра.

Рис. 4. Приставка однократного НПВО с алмазным кристаллом Pike GladiATR

Измерительный прибор и исследование

Приставка GladiATR, имеющаяся в лаборатории Remet UK, оснащена компьютеризированной системой нагрева, которая способна термостатировать пластину с образцом от комнатной температуры до 260 oC. Образцы воска наплавлялись на пластину при температуре от 60 oC до 80 oC и сканировались через определенные интервалы времени по мере повышения температуры. Связанные с воском пики рассматривались как признак поглощения воска оболочкой. Зажимное устройство GladiATR оказывает давление в 30 000 фунт/кв. дюйм на немного выступающий кристалл на пластине с образцом. 

Испытанные образцы

Для испытаний использовались два типа образцов, полученных от одного из заказчиков Remet. Образцы были взяты от стандартных брусков, присланных заказчиком на испытания предела прочности при изгибе. Соответственно, они были изготовлены в условиях литейного производства, а не в лаборатории. Образец 1-го типа – стандартная оболочка, полученная в результате окунания первого слоя, состоящего из усовершенствованного золя и смеси циркона (Zircon) и плавленного кварца (Fused Silica) 200 меш.
Образец 2-го типа получен аналогичным образом, но с добавлением алюмината кобальта. Количества и компоненты опорных слоев не фиксировались, поскольку эта информация не считалась существенной для исследований. Оба образца были получены в результате стандартного производственного процесса и (что гораздо важнее) были извлечены из воска при комнатной температуре.
Таким образом, расплавленный воск не мог проникнуть в оболочку, а свойства материала оболочки не могли измениться под действием нагрева.
Использовались три воска: воск без наполнителя и две модельные массы с наполнителем принципиально разных составов. 

Результаты и обсуждение.

По итогам реологических исследований

Рис. 5. Линия по результатам реологических испытаний

На рисунке 5 приведены данные, полученные в ходе одного из реологических испытаний. Обратите внимание, что по мере уменьшения температуры на первом этапе испытания зафиксирован резкий рост вязкости до окончательного затвердевания воска.
В этой точке программное обеспечение измерительного прибора отображает нулевую вязкость по умолчанию, поскольку пластина не поворачивается, и измерительный прибор не передает данные на компьютер.
Затем по мере подъема температуры в момент начала движения пластины измерительный прибор фиксирует максимальное значение вязкости, а компьютер отображает резкий подъем от одной точки данных до другой.
Для всех циклов испытаний с различными скоростями сканирования и напряжениями сдвига фиксировалась температура, при которой после точки застывания вновь появлялась вязкость. На рисунках 6, 7 и 8 изображены реологические слои для трех восков:

Рис. 6. Соотношение температур текучести и напряжений сдвига для воска без наполнителя при нагреве с различной скоростью

Представляется, что изменение приложенного напряжения сдвига этого воска без наполнителя сравнительно слабо подействовало на температуру текучести. Хотя на всех скоростях линейного изменения наблюдается небольшая тенденция к понижению, при сопоставлении с отклонением от зафиксированной температуры каплепадения (69 oC) тенденция представляется незначительной.
Возможно, этот воск начинает течь при температуре на один-два градуса ниже точки каплепадения. Однако в условиях автоклавирования это, скорее всего, несущественно.

Рис. 7. Соотношение температур текучести и напряжений сдвига для воска с наполнителем (класс A) при нагреве с различной скоростью

Рис. 8. Соотношение температур текучести и напряжений сдвига для воска с наполнителем (класс B) при нагреве с различной скоростью

Интересно, что по своему поведению воск с наполнителем класса A оказался ближе к воску без наполнителя, чем к воску класса B. Разница между двумя классами связана с комплексом присадок, которые используются для корректировки свойств обоих восков.
Возможно, разница между двумя классами восков с наполнителем объясняется количеством, размером и формой кристаллов в каждом воске, а также характеристиками наполнителей.

По итогам ИСФП-исследований

На рисунке 9 показано наложение ИСФП-спектров двух использованных оболочек, а также образца воска без наполнителя под стандартной оболочкой. Примечательно отсутствие на кривых оболочек явных пиков, приписываемых органическим молекулам, а также наличие выраженной полосы поглощения, связанной с некими неорганическими материалами, которые слабо просматриваются в этих спектрах

Рисунок 9. Наложенные ИСФП-спектры, отображающие разницу между органическими и неорганическими материалами, и демонстрирующие заметность пиков от воска, испытывающего давление оболочки

Кроме того, обратите внимание на хорошо различимые насыщенные полосы от воска, а также на то, что образец, где участок оболочки прижимает воск к алмазу, воспроизводит и выраженную полосу от оболочки, и функциональные группы полос от воска.
Это позволяет нам с уверенностью утверждать, что тонкий слой воска под давлением вошел в тесный контакт с оболочкой. Попытки применить упругое уплотнение для создания давления на воск в контакте с оболочкой не увенчались успехом, поскольку даже 20-мкм резиновая прокладка слишком далеко отодвигала поверхность оболочки от поверхности алмаза.
А при использовании участка оболочки для давления на воск полученную систему можно было нагреть и проверить, поглощает ли керамика воск.  
На рисунке 10 показаны изменения пиков валентных колебаний связи С - Н под действием температуры для сочетания воска и оболочки:

Рис. 10. Наложенные ИСФП-спектры, отображающие поглощение воска оболочкой при различных температурах

Сначала был исследован воск без наполнителя в контакте со стандартной оболочкой. Ниже показан температурный график по воску на пластине. Обратите внимание на сигмоидальную кривую наилучшего приближения к точкам данных (Рис. 11).

Рис. 11. Поглощение воска без наполнителя стандартной оболочкой по мере изменения температуры

Аналогичным образом были исследованы два воска с наполнителем (Рис. 12 и Рис. 13).

Рис 12. Поглощение воска с наполнителем A стандартной оболочкой по мере изменения температуры

Рис. 13. Поглощение воска наполнителем С стандартной оболочкой по мере изменения температуры

Во всех трех случаях данные по поглощению легли на сигмоидальную кривую. Результат получился несколько неожиданным. Уместно спросить, возникла ли сигмоидальная кривая по причине изменения в кинетике поглощения или по причине отклонения равновесия.
Начало сигмоидальной кривой достаточно обычное: по-видимому, медленное поглощение, которое ускоряется с течением времени и изменением температуры. Аналогичным образом, в конце кривой на пластине ожидаемо присутствует небольшой остаток воска.
Снижение скорости поглощения, когда на пластине еще остался пригодный к поглощению воск, вызывает недоумение. Количество воска было недостаточным для насыщения всей оболочки. Соответственно, снижение скорости нельзя объяснить насыщением, и тем более – воздействием на кинетику эффекта «разжижения».
Решено было провести изотермические исследования при температуре 80 oC и 120 oC, чтобы удостовериться, что поглощение ниже средней точки сигмоидальных кривых осуществляется медленнее, а выше средней точки – быстрее. На рисунках 14-16 сведены графики зависимости поглощения от времени при температурах 80 oC и 120 oC. 

Рис. 14. Поглощение воска без наполнителя стандартной оболочкой при заданных температурах

Рис. 15. Поглощение воска с наполнителем A стандартной оболочкой при заданных температурах

Рис. 16. Поглощение воска с наполнителем B стандартной оболочкой при заданных температурах

Очевидно, что в данном случае поглощение воска исследуемой оболочкой при температуре 80oC происходит гораздо медленнее, чем при температуре 120 oC. В начале каждого исследования отводится 5 минут на установление термического равновесия между оболочкой и нагревательной пластиной. Может показаться, что разница между первоначальными результатами измерений поглощения при каждом температурном значении вызвана поглощением воска во время нагрева.
Вялотекущее поглощение воска при температуре 80 oC наводит на мысль, что до достижения 80 oC потери материала невелики, и что сокращение видимого объема воска при 120 oC объясняется поглощением воска до начала исследования на этапе от 80 oC до 120 oC в процессе установления равновесия.
Позднее был проведен повторный эксперимент при тех же температурах с использованием воска без наполнителя и оболочки с добавлением алюмината кобальта. Его результаты представлены на рисунке 17.

Рис. 17. Поглощение воска без наполнителя оболочкой с добавлением алюмината кобальта

Полученные результаты ложатся на сходную сигмоидальную кривую, хотя и с небольшим смещением при низкой температуре.
В связи с этим были проведены изотермические исследования, аналогичные описанным выше, но с использованием воска без наполнителя и оболочки с добавлением алюмината кобальта. (Рис. 18).

Рис. 18. Поглощение воска без наполнителя оболочкой с добавлением алюмината кобальта при заданных температурах

В данном случае наблюдается сходная со стандартной оболочкой динамика: сначала происходит быстрое «равновесное» поглощение (которое протекает гораздо интенсивнее при исследовании на 120 oC), а затем при 120 oC скорость поглощения сильно замедляется.
Этот равновесный эффект может влиять на поведение воска в автоклаве. Поскольку в ходе этих исследований не удалось подвергнуть воск давлению извне, на площадь контакта воска с приставкой НПВО по-прежнему воздействует около 30 000 фунт/кв. дюйм.
На основании этих результатов можно утверждать, что воск не полностью переходит в первые слои после 24 секунд автоклавирования (в начале процесса плавления), и что, очевидно, более интенсивное поглощение начинается после нагрева воска до 120 oC – на гораздо более позднем этапе цикла автоклавирования.
Если наши выводы верны, это влечет за собой серьезные последствия как минимум для некоторых составов оболочек, которые в процессе автоклавирования должны будут выдерживать гораздо более высокое внутреннее давление воска.
И еще один вывод, полученный опытным путем: использование огнеупора с большим содержанием пылевидной фракции способно помешать поступлению воска в первый слой и увеличивать вероятность растрескивания оболочки. Это может быть связано с тем, что пыль еще больше затрудняет поглощение воска оболочкой

Выводы

Прежде применялось неписанное правило, что пиковая нагрузка на оболочку в процессе вытопки воска зависела от температуры плавления последнего и количества воска, поглощенного лицевым слоем оболочки. Результаты проведенной работы показывают, что взаимодействие воска и оболочки не определяется просто «соотношением» поглощенного воска, а представляет из себя равновесный процесс, при котором поглощение воска может оставаться постоянным при заданной температуре.
Практическое применение данного результата таково, что лицевые слои некоторых оболочек будут поглощать воск при более низких температурах, чем другие. Таким образом, рецептура и технология изготовления оболочки напрямую связаны с давлением, оказываемым воском, что, в конечном итоге, влияет на размерную точность отливок. Из результатов также следует, что скорость нагрева оболочки, а затем и передачи тепла воску влияют на размерные напряжения, действующие на оболочку.
Таким образом, чем выше скорость нагрева оболочки и, следовательно, более быстрое достижение точки равновесия, тем меньше размерные напряжения, воздействующие на оболочку. Результаты данной работы являются еще одним аргументом в пользу утверждения, что быстрый процесс вытопки воска снижает напряжения, воздействующие на оболочку, если максимальная температура процесса выше температуры точки равновесия, при которой происходит поглощение воска лицевым слоем.
Из всех обсуждаемых выше методов вытопки воска бойлерклав имеет преимущество быстрой передачи тепла и значение пиковой температуры, достаточной для прогрева оболочки. При использовании бойлерклава, однако, возможно спорным будет утверждение, что бойлерклав с самой высокой эксплуатационной температурой и с самой эффективной передачей тепла будет способствовать наименьшим напряжениям, оказываемым воском на оболочку.

Благодарность

Автор выражает благодарность коллегам по лаборатории Remet UK и, в особенности, недавно пришедшему в Remet UK Мэтью Эвердену за помощь в получении и анализе бесчисленных ИСФП‑спектров. Автор также благодарит литейную компанию за предоставленные образцы, которые использовались в ходе исследования

БИБЛИОГРАФИЯ
Bond, D., & Nishikawa, K. (2002). Paper 19. EICF Conference 2002.
Bradley, G. (2012). ICI 59th Annual Technical Conference 2012.
Gebelin, & Jolly. (2001). FOCAST mini-conference 2001.
Jones, S., Cendrowicz, A., Jolly, M., Gebelin, J.-C., Lewis, K., & Al-Dawery, I. (2002). ICI 50th Technical Conference & Expo 2002.
Jones, S., Jolly, M., Gebelin, J.-C., Cendrowicz, A., & Lewis, K. (2001). ICI 49th Annual Technical Meeting 2001.
Marion, D. (2009). ICI 56th Annual Technical Conference.
Pickard, H. (2010). UK CMF Casting Course June 2010.