Способ литья деталей с направленной и монокристальной структурой

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. В 22 Э 27/04 Государствеиимй комитет СССР ио делам изобретеиий и открытий(54) СПОСОБ ЛИТЬЯ ДЕТАЛЕЙ С НАПРАВЛЕННОЙ И МОНОКРИСТАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙИзобретение относится к литейномупроизводству и может быть использовано для получения отливок с направленной и монокристальной структурой,5 например, лопаток ГТД из жаропрочных сплавовИзвестен 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 Ь 3Известен 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, 2 О что и отлнваемое изделие, напримерсплава для лопатки ГТД 123 . Известен также способ получения монокристаллических отливок, включаю 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.Герметичность соединения Формы сметаллической затравкой, как показалиэксперименты, вполне обеспечиваетсяплотным прилеганием керамики к затравке. Трещины в керамической оболочкеотсутствуют, так как термическое расширение затравки происходит раньше,чем керамика становится "неподатливой", т.е. приобретает прочностьпри прокалке.Готовую прокаленную керамическуюФорму с заделанной в нее затравкойподвешивают в нагревательной печи вакуумной установки через молибденовыетяги к механизму перемещения.После создания вакуума форму нагревают до температуры, превышающей температуру ликвидус жаропрочного сплава изделия. При этом температуру затравки регулируют положением формыв нагревателе так, чтобы избежатьполного ее расплавления. 20Наличие охлаждающей жидкометаллической среды в непосредственнойблизости от затравки позволяет получить градиент на ней 2 300/см.В таком положении в форму заливают расплавленный в отдельной печи жаропрочныйсплав, опускают форму с затравкой до погружения открытой части затравки вжидкометаллический охладитель, дают выдержку 1-5 мин для обеспечениянаправленного теплоотвода и стабилизации температур на фронте кристаллизации.Дальнейшую кристаллизацию ведутпутем погружения формы с расплавомв жидкометаллический охладитель,35что обеспечивает значительно более эффективный отвод тепла и иэмельчвнивмикроструктурных составляющих сплава.На чертеже представлена схемачасти устройства для направленной 4 цкрйсталлизации деталей, вертикальныйразрез.Устройство включает молибдвновуюподвеску 1, с помощью которой керамическая Форма 2, с заделанной в нвв 45затравкой 3 из того же материала,что и будущее изделие, удерживаетсявнутри графитого нагревателя 4, окруженного слоем теплоизоляции 5, вовремя нагрева Формы до требуемой тем-.пературы.Заполнение нагретой керамическойформы 2 жаропрочным сплавом осуществляется через заливочную воронку 6.Перемещение формы с затравкой и залитым внее жаропрочным сплавом в жидкомет 4 ллический охладитель 7 осуществляется через молибденовую подвескуспециальным механизмом (на чертежене обозначен) . Направление перемещения Формы показано стрелками.Контроль температурного режимапроцесса осуществляется вольфрамрениевыми термопарами 8, Для создания требуемого распределения температур на затРавке служит тепловой 5 экран 9, изготовленный из графитирован ного 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 нев металлической затравкой помещают в вакуумную лабораторную установку, имеющую жидкометаллический кристаллизатор. После разогрева формы до 1500 ОС 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 /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 двн" дритов, карбидов и эвтектической1Я 3-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 - 9608640 кВт ч. Сокращается расход жаропрочного сплава на одно изделие за счет устранения неориентированной зоны роста и863171 Формула изобретения ВНИИПИ Заказ 7651/17 Тираж 8 одписн П "Патент", г. Ужгород, ул. или тна использования в качестве затравки части 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 микро- структурных составлякщих и повйаения 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 СЬЬ 9 3763926,кл, 164-338, 1973.2. Патент США 9 3939895, кл.164-60,1976,3. Патент США В 3625275, кл,164-60,1971.15