Способ литья деталей с направленной и монокристальной структурой

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ >86317) К АВТОРСКОМУ СВИДВТЮЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид- ву— (22) Заявлено 111179 (21) 2836278/22-02 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет

Опубликовано 150981.бюллетень Ì9 З4

Дата опубликования описания 150981 (53)M. Кл.

В 22 Э 27/04

Государствеиимй комитет

СССР ио делам изобретеиия и открытий (53) УДК 621. 746.

° 5S(088.8) (72) Автор изобретения

В.В. Герасимбв (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЛИТЬЯ ДЕТАЛЕЙ С НАПРАВЛЕННОЙ

И МОНОКРИСТАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения отливок с направленной и монокристальной структурой, 5 например, лопаток ГТД из жаропрочных сплавов °

Известен способ направленной кристаллизации, в котором отвод тепла от затвердевающей отливки осущест- >О вляется через металлическую плиту иэ теплопроводного, отличающегося от сплава изделия материала, являющуюся дном формы Ь3 °

Известен способ, включающий отвод тепла от кристаллизующейся отливки через экстрактор (эатравку) удлиненной формы, один конец которого непрерывно омывается водой, а второй вводится в керамическую форму. Сам экстрактор выполнен иэ того же сплава, 2О что и отлнваемое. изделие, например сплава для лопатки ГТД 2 .

Известен также способ получения монокристаллических отливок, включаю- 25 щий нагрев керамической формы с затравкой выше температуры плавления сплава, заполнение сплавом формы и погружение ее в жидкометаллический охладитель 3 . 30

Однако укаэанные способы не позволяют получить необходимую структуру деталей.

Цель изобретения — измельчение микроструктурных составляющих и повышение свойств металла.

Указанная цель достигается тем, что в способе, включающем нагрев керамической формы с затравкой выше температуры ликвидуса сплава, заполнение сплавом формы и кристаллизацию его погружением в жидкометаллический охладнтель, перед погружением керамической формы в жидкометаллический охладитель погружают выступающую часть затравки и выдерживают 1-5 мин.

Процесс осуществляется в следующей последовательности.

В нижней части модели монтируют затравку из того же сплава, что и будущее изделие. Наносят 6-8 слоев огнеупорного покрытия, при этом часть металлической затравки после нанесения каждого слоя зачищается. После удаления модельной массы, сушки и прокалки при 950 4 ч получают керамический блок, дном которого является вделанная э бывшую модель затравка, частично иепокрытая керамической оболочкой.

863171

Герметичность соединения формы с металлической затравкой, как показали эксперименты, вполне обеспечивается плотным прилеганием керамики к затравке. Трещины в керамической оболочке отсутствуют, так как термическое расширение затравки происходит раньше, чем керамика становится "неподатливой", т.е. приобретает прочность при прокалке.

Готовую прокаленную керамическую форму с заделанной в нее затравкой подвешивают в нагревательной печи saкуумной установки через молибденовые тяги к механизму перемещения.

После создания вакуума форму нагревают до температуры, превышающей температуру ликвидус жаропрочного сплава изделия. При этом температуру затравки регулируют положением формы в нагревателе так, чтобы избежать полного ее расплавления. 20

Наличие охлаждающей жидкометаллической среды в непосредственной близости от затравки позволяет получить градиент на ней 2 300 /см.

Bтаком положении в форму заливают рас- 25 плавленный в отдельной печи жаропрочный сплав, опускают форму с затравкой до погружен.чя открытой части затравки в жидкометаллический охладитель, дают выдержку 1-5 мин для обеспечения направленного теплоотвода и стабилизации температур на фронте кристаллизации.

Дальнейшую кристаллизацию ведут путем погружения формы с расплавом в жидкометаллический охладитель, 35 что обеспечивает значительно более эффективный отвод тепла и иэмельчение микроструктурных составляющих сплава.

На чертеже представлена схема части устройства для направленной 4{) кристаллизации деталей, вертикальный разрез.

Устройство включает молибденовую подвеску 1, с помощью которой керамическая форма 2, с заделанной в нее 4з затравкой 3 из того же материала, что и будущее изделие, удерживается внутри графитого нагревателя 4, окруженного слоем теплоизоляции 5, во время нагрева формы до требуемой тем-. пературы.

Заполнение нагретой керамической формы 2 жаропрочным сплавом осуществляется через заливочную воронку 6.

Перемещение формы с затравкой и залитым в нее жаропрочным сплавом в жид-! комет4ллический охладитель 7 осуществляется через молибденовую подвеску специальным механизмом (на чертеже не обозначен . Направление перемещения формы показано стрелками. 4 )

Контроль температурного режима процесса осуществляется вольфрамрениевыми термопарами 8. Для создания требуемого распределения температур на затравке служит тепловой 5 экран 9, изготовленный из графитированного войлока.

Способ был опробован в лабораторных условиях следующим образом.

В модельный блок иэ массы ПС впаиваются затравки иэ сплава ЖСбу. По серийной технологии на модельный блок наносятся 8 слоев огнеупорного покрытия. После нанесения каждого слоя покрытия нижняя часть эатравок зачищается ножом. После соответствующей сушки модельная масса удаляется, оболочковая форма прокаливается при

950 С в течение 4 ч.

Полученную керамическую форму с встроенной в нее металлической затравкой помещают в вакуумную лабораторную установку, имеющую жидкометаллический кристаллизатор. После разогрева формы до 1500ОС в нее заливают сплав

ЖСбу с такой же температурой, перемещают форму до контакта открытой части затравки с охлаждающей жидкометаллической средой, делают выдержку в этом положении 1-5 мин. Дальнейшую кристаллизацию осуществляют путем погружения формы с расплавом в жидкометаллический охладитель со скоростью 30 мм/мин.

Полученные слитки характеризуются направленной структурой по всей высоте. Микроструктура сплава характеризуется значительным измельчением структурных составляющих (дендритов, карбидов, первичной Я /3 -фазы).

Предлагаемый способ обладает повышенной в 10 раз скоростью кристаллизации, повышенными в 1,5 раза характеристиками пластичности и усталости {для сплава ЖСбу) за счет значительного измельчения размеров дендритов, карбидов и эвтектической

Щ-фазы, возможностью использования затравки сложной формы, которая становится частью отливаемой деъали, и устранения зоны неориентированного роста кристаллов, что сокращает расход жаропрочиого сплава на отливку каждой детали.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого способа состоит в том, что серийная установка типа ПМП мощностью 400 кВт, имеющая суточную производительность 380 лопаток расходует за сутки 400 х 24= — 9600 кВт ч электроэнергии. При прочих равных условиях установка той же мощности при десятикратном увеличении скорости кристаллизации израсходует на производство 380 лопаток в 10 раз меньше времени, и, следовательно, электроэнергии, а именно

400 х 2,4 = 960 кВт ° ч. Экономия эа сутки составляет: 9600 — 960

8640 кВт ч.

Сокращается расход жаропрочного сплава на одно изделие за счет устранения неориентированной зоны роста и

863171

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 7651У17 ТиРаж 872 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4. использования в качестве затравки час ти замка готовой лопатки.

Способ рекомендуется для производства лопаток ГТД.

Способ литья деталей с направленной и монокристальной структурой, включающий нагрев керамической формы с затравкой выые температуры ликвндуса сплава, заполнение сплавом формы и кристаллизацию его погружением в жидкометаллический охладитель, а тл и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью получения более мелких микроструктурных сост авлякщих и повьваения качества деталей, перед погружением керамической формы в жидксметаллический охладитель погружают выступающую часть затравки и выдерживают

1-5 мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент C3lA 9 3763926, кл. 164-338, 1973.

2. Патент США 9 3939895, кл.164-60, 1976.

3. Патент США 9 3625275, кл, 164-60, 1971. тj-