Способ получения отливок с направленной структурой

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК С НАПРАВЛЕННОЙ СТРУКТУРОЙ, включающий нагрев литейной керамической формы выше температуры ликвидуса сплава, заполнение формы расплавом и его направленную кристаллизацию, отличающийся тем, что, с целью повышения характеристик кратковременной и длительной прочности, направленную кристаллизацию расплава осуществляют при соблюдении условия
G/R = 7 - 120^oС ч/см²,
где G - температурный градиент на фронте кристаллизации;
R - скорость кристаллизации расплава.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению деталей из жаропрочных сплавов, например турбинных лопаток ГТД с направленной и монокристаллической структурой, работающих в условиях высоких температур.
Целью изобретения является повышение характеристик кратковременной и длительной прочности отливок.
Цель достигается тем, что по способу получения отливок из жаропрочных сплавов с направленной структурой, включающему нагрев литейной керамической формы выше температуры ликвидуса сплава, согласно изобретению направленную кристаллизацию расплава осуществляют при соблюдении условия отношения G/R = 7-120^оС х ч/см², где G - температурный градиент на фронте кристаллизации, R - скорость кристаллизации.
Проведенные патентно-технические исследования показали, что известные способы получения отливок с направленной структурой реализуют различные приемы осуществления операции направленной кристаллизации (на охлаждаемом кристаллизаторе или в жидкометаллическом охладителе), однако при этом в совокупности соблюдается условие G/R = 0,13 - 0,33^оС х ч/см².
Предложенный способ существенно отличается от такого традиционного сложившегося подхода изменением условий этой операции и осуществлении ее при другом численном значении G/R, что способствует достижению цели. Это позволяет сделать вывод о существенных отличиях предложенного способа.
Результаты металлографических исследований, проведенных на образцах, на примере жаропрочного интерметаллидного сплава ВКНА, показывают, что по сравнению с аналогом (фиг. 1) и прототипом (фиг. 2) соблюдение указанного условия G/R = 7 - 120^оС ч/см² обеспечивает получение структуры высокой дисперсности и однородности (фиг. 3). В структуре отсутствуют крупные выделения первичных фаз и, что весьма важно, при этом происходит качественное изменение структуры сплава, упрощающие фазы создают более регулярную, а именно так называемую "сетчатую", структуру, которая обладает повышенной способностью сохранения стабильности во всем диапазоне рабочих температур. Все эти факторы способствуют значительному повышению прочностных характеристик сплава.
В полупромышленных условиях предприятия получали отливки с направленной структурой из жаропрочного интерметаллидного сплава ВКНА по экспериментальным режимам (на печи УВНЭС-3) и по способу-прототипу с кристаллизацией в жидкометаллическом охладителе (на печи ВИАМ-1790), а также с кристаллизацией расплава на водоохлаждаемом кристаллизаторе (на печи ВИАМ-1660). В указанных способах керамические формы после нагрева (для предложенного способа Т_ф > 1620^оС, для известных способов Т_ф = 1565^оС) заполняли расплавом жаропрочного сплава (ВКНА), после чего осуществляли их направленную кристаллизацию. Основные технологические параметры способа, а также полученные характеристики приведены в таблице.
Результаты испытаний показывают, что предложенный способ по сравнению с прототипом обеспечивает увеличение кратковременной прочности при комнатной температуре в 1,5 раза, времени до разрушения при испытании на жаропрочность в > 1,5 раза, что позволяет повысить ресурс ГТД на 30-50%.
При направленной кристаллизации в условиях, обеспечивающих отношение G/R < 7^оС ч/см², в структуре не сохраняются высокая дисперсность и регулярность (сетчатость) упрочняющих фаз, а полученные при этом свойства сплава остаются на уровне свойств сплава, закристаллизованного с повышенной скоростью в жидкометаллическом охладителе.
Направленная кристаллизация в условиях отношения G/R > 120^оС ч/см²приводит к резкому повышению количества случаев появления в структуре отливок многочисленных субграниц, но это не способствует существенному повышению свойств сплава. Кроме того следует отметить, что направленная кристаллизация в подобных условиях технологически сложна, при этом возрастает число случаев разрушения керамических форм.
Предложенный способ обеспечивает значительное повышение основных эксплуатационных характеристик деталей, что способствует повышению ресурса изделий в целом.
Использование: в металлургии, а именно при получении деталей из жаропрочных сплавов, например турбинных лопаток ГТД с направленной и монокристальной структурой, работающих в условиях высоких температур для повышения характеристик кратковременной и длительной прочности. Сущность: способ включает нагрев литейной керамической формы выше температуры ликвидуса сплава, заполнение формы расплавом и его направленную кристаллизацию, причем последнюю операцию осуществляют при соблюдении условия G/R-7-120 C ч/дм², где G - температурный градиент на фронте кристаллизации; R - скорость кристаллизации. 3 ил., 1 табл.