Способ получения отливок направленной кристаллизации

ТЕЛ ЬСТВУ тв 1 Р 1 в а 11) е О 4ж л м реднесопрот в Ом ммф м е длина отливки ысота твердо аллизующейся мФщй о слоя крис- отливки, м.,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ С(72) Ю.Н.Калюкин и П,В.Лебедев (71) Рыбинский авиационный технологический институт(56) 1. Куксин А.С. Изготовление отливок с ориентированной столбчатой структурой.- "Литейное.производство", 1964, И 11, с. 17-20.2. Акцептованная заявка Великобритании 9 1278224 у кл. В 3 г, 1972.3, Авторское свидетельство СССР Р 742033, кл В 22 Р 27/04, 1981. (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК НАПРАВЛЕННОИ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ; включающий заливку металла в литейную форму с открытым дном, размещенную на кристаллизаторе-электроде, введение сверху второго электрода, пропускание электрического тока через залитый в литейную форму металл, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения эФфективностипроцесса затвердевания за счет регулирования температуры жидкого металла, электрический ток пропускают с поутоянной плотностью 710 А/мм и напряжением, уменьшающимся по следующей зависимости рабочее напряжение, В; плотность тока, А/мм; Ф тсреднее удельное электро сопротивление жидкого ме Ом ммудельное электроление твердого металУИзобретение относится к литейному производству и может найти.применение при производстве турбинныхлопаток из жаропрочных сплавов дляавиационных двигателей, судовых идругих транспортных и энергетических установок.Известен способ изготовления отливок направленным затвердеванием,включающий подогрев верхней частиотливки и интенсивное боковое охлаждение путем подъема холодильникаили опускания отливки по мере еезатвердевания 11,Однако направленность затвердевания осуществляется с помощью 15предварительного подогрева формыа не отливки) в специальной печи,а охлаждение путем опускания затвердевающей отливки из печи с дополнительным боковым охлаждением.К недостаткам этого способа относится использование специальнойпечи, высокая трудоемкость и ограниченная номенклатура изготовляемыхотливок.25Известен также способ направленного затвердевания отливок, характеризуемый сочетанием нагрева металла например, помещением Формы в печь) с введением нерасходуемых электродов для создания электростатического поля и рентгеновского излучения, а также отвода теплаот нижней и боковой части отливок 2.Недостатки этого способа - высокая трудоемкость, связанная с использованием индукционной печи, боковых электродов, вмонтированных встенки, большая энергоемкость, связанная с использованием высокого напряжения и созданием рентгеновского 40излучения, вредные условия труда,обусловленные рентгеновским излучением, ограниченная по габаритамноменклатура отливок.Наиболее близким по технической 45сущности и достигаемому результатук изобретению является способ, предусматривающий установку керамической Формы без дна, имеющей пережимв средней части, на кристаллиэаторэлектрод, заливку в форму металла,введение нерасходуемого электродв металл прибыльной части, нижнееи боковое охлаждение отливки путемподъема зоны охлажцения параллельно перемещению фронта кристаллизации, Через защитный металл пропускают электрический ток плотностью10-15 Л/мм , снижая ее в процессекристаллизации со скоростью, равной отношению начальной плотноститока к полному времени затвердевания участка, расположенного нижепережима отливки 3 .Однако известный способ непригоден для получения протяженных 65 отливок длиной 250 мм и болеефобязательно принудительное охлаждениезатвердевшей части кристаллиэующей- .ся отливки, и кроме того, невозможно получение отливок сложной форьы(винтовые, спиралеобразные и т.д.с постоянным сечением).Цель изобретения - повышениеэффективности процесса затвердевания за счет регулирования температуры жидкого металла,Поставленная цель достигаетсятем, что в способе получения отливок направленной кристаллизацией,включающем заливку металла в литейную форму с открытым дном, размещенную на кристаллизаторе-электроде,введение сверху второго электрода,пропускание электрического тока через залитый в литейную форму металл,электрический ток пропускают с постоянной плотностью 7-10 А/мм и наФпряжением, уменьшающимся по следующей зависимостигде 3 - рабочее напряжение, В,плотность тока, проходящего через отливку во времякристаллизации, А/мм- удельное электросопротивление жидкого металла, Ом ммгм;т6- удельное электросопротивление твердого металла,Ом ммм,ото - длина отливки, м,3 ть - толщина твердого слоя, м.Способ осуществляют следующим образом.форму с открытым дном устанавливают на кристаллизаторе-электроде, заливают металлом, вводят сверху второй электрод и пропускают через отливку электрический ток, плотность которого в процессе кристаллизации поддерживают постоянной 7-10 А/мм2 а напряжение уменьшают. Электросопротивление жидкого металла в 2 2,5 раза больше, чем твердого, поэтому в жидком металле будет значительно больше джоулево тепловыделение, чем твердом, что и создает необходимый температурный градиент для направленной кристаллизации.при плотности тока 1 ( 7 А/мм ме.2 талл затвердевает объемно, а при).10 А/мм металл разогревается до 1 б 50 ОС и. кристаллизуется направленно только на высоту 15 мм; По мере нарастания твердого слоя электро- сопротивления всей отливки будет уменьшаться, что при заданном начальном напряжении приведет к увеличению плотности тока в отливке. Поэтому в процессе затвердевания под1057169 1 Рж фонв(Рв Ра Напряжение, В Плотност тока, а/мм Момент времениобработки отливкитоком, мин 7 10 5 710 15 10 12,85 18 25 10 10 10,5 16 25 15 5 7 10 20 10 8,75 14 25 10 30 12 25 5 7 10 40 10 25 7 10 15 10 7 50 водимое к отливке напряжение нужноуменьшать по следукщему закону где Ь - рабочее напряжение, Вф- плотность тока, проходящего через отливку во вемя кристаллизации, Ъ/ммж - удельное электросопротивление жидкого металла,Ом. мммтвз - удельное электросопротивление твердого металла,Ом мм,Рмото - длина отливки, м"тв - толщина твердого слоя, м.Напряжение можно регулироватьручным способом, наблюдая за показаниями амперметра, или испольэоватьсуществующие стабилизаторы тока. Притаком способе затвердевания нет необходимости специального охлаждения затвердевшей зоны кристаллизующейся 1отливки, поэтому отливка может бытьлюбой форти. Процесс направленногоэатвердевания происходит в спиралеобразных и в зигзагообразной полостях практически любой длины.На фиг. 1 изображена схема устакнонки для осуществления способа,на фиг. 2 - отливка сложной форьы.Из сплава ЖС 6 У отливают лопатки 30 газовых турбин длиной 250 мм, Керамическую Форйу 1 без дна ставятна холодильник 2, который одновременно является нижним электродом. Кверхней части полости формы подводят верхний электрод 3 и заливаютв форму металл при температуре1550 С, который, заполнив всю форму, завнкает цепь между электродами 2 и 3. Пропускают электрическийток плотностью 1 = 7"10 А/мм. В таблице представлены экспериментальные данные основных технологических параметров процесса кристаллизации отливки,4 . 4ц 4 151014 20 301057169 Продолжение таблиц 1650 1650 1420 1650 350 0 500" 16 1,42 165 20 0 1500 4 5нудительного охл части кристаллиз годаря чеМу появл лучения нелинейны образных Л-образн ЦИНИПИ 3Тираж 813 Филиал ППП .фПатентф,г,Ужгород,ул.Проектная,Испольэова соба по сравн ляет получать лопаток газовы и более. Исклие предложенного спонию с известным позворотяженные отливки типа х турбин длиноюдо 250 мм чена необходимость прй3 Риг. 1э 9441/12Подписное пература в жидко 360 1420 150 оне отливок,аждения затвердевшей уюцейся отливки, бла яется возможность пох ( винтовыХ,спнралеых и т, и. ) отливок.