Форма для изготовления отливок с направленной и монокристальной структурой из жаропрочных сталей и сплавов в вакууме

(7) Заявитель Й 4) ФОРМА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК С НАПРАВЛЕ И ИОНОКРИСТАЛЬНОЙ ОТРУКТУРОЙ ИЗ ЖАРОПРОЧН СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ В ВАКУУМЕ тносится к литеиномуожет быть испольэоии отливок с наонокристальной струкетение ству и получ ой или жароп Изоб роиэво ано прн равлеи урой и и спланыл стал ивленно вов.В современной практике при литье жаропрочных сталей и сплавов методами направленной кристаллизации применяют керамические Форма, в которых неизбежен длительный контакт жидкого металла с материалом Формы при температурах порядка 1500-1 б 00 и вакууме 10 -О мм рт.ст. Такой жесткий режим проведения процесса приводит к взаимодействию между расплавом и материалом формы, в результате чего на поверхности отливки образуется трудноудаляемый пригар, представляющий собой металл керамический слой и достигающий глубины 200-300 мкм. Во многих случаях этот пригар приводит к браку отливокИзвестен способ, основанный на подавлении реакции взаимодействия в зоне контакта расплава с материалом формы, Взаимодействие подавляется путем повышения давления газообразных продуктов реакции выше равновесного. В одном из вариантов осуществления этого способа повышение давления достигается за счет создания в теле Формы или иа ее внешней поверхности непроницаемого слоя для газообразных продуктов реакции взаимодействияНаиболее близкой к предлагаемой является литейная Форма, содержащая гаэонепроницаемый слой вокруг полости, Формирующей изделие, который служит для предохранения поверхности стальной отливки от ок сления. В .эддой Форме газонепроницаемость создается эа счет оплавления одного из слоев огнеупорного покрытия Формы под действием тепла распла го металла залитогоВ654582 5 полость формы, Оплавляемый слойдолжен располагаться вблизи первогослоя с такии расчетом, чтобы тепламеталла, залитого в полость формы,хватило для его расплавления. С цельюснижения температуры оплавления всоставэтого слоя вводятся легкоплавкие материалы, такие как сплавжелеза. с алюминием или кремнием. Этнматериалы могут применяться в составе суспензии или в виде обсыпочного материала 1,2 1.Недостатком этой формы являетсято, что в ней не обеспечиваетсясплошность газонепроницаемого слоя,, так как прн оплавлении порошкообразного легкоплавкого материала его объ-.ем резко уменьшается с йеравномернымраспределением по поверхности формы.В результате этого защищается не всяповерхность отливки, на ней образуются дефекты в виде пятен различныхразмеров (питингов),Цель изобретения - создание формысо сплошньщ противопригарным слоемвокруг полости, формирующей изделие,что позволяет получать высокое качество поверхности отливок,Поставленная цель достигается тем,что противопригарнцй слой выполня, 30ют из графита и в-верхней части литейной формы, на уровне прибыли-,формируется дополнительная полость,заполняемая материалои, из которогоизготовляется противопригарный слой.Эта полость соединяется с проти- З 5вопригарным слоем и служит питающим резервуаром, из которого осуществляется подпитывание противопригарного слоя, т.е. заполняется освободившийся объем, который образуется после плавления пористого материала, из которого изготавливаетсяэтот слой. Питающая полость можетформироваться различными приемами,такими как утолщение оплавляемого слоя 45за счет нанесения дополнительныхслоев в верхней его части, приготовление массы, состоящей из порошка материала оплавляемого слоя и пластификатора типа церезина, с последующей ее приклейкой к верхней частиформы и т.д. В результате этого в форме образуется. полость, заполненная матери алом, из которого формируется противопригарный слой, и соединенная с противопригарным слоем. 4На фиг. 1 схематически изображена форма для литья монокристальных турбинных лопаток из никелевого жаропрочного сплава, на фиг. 2 то же, разрез А-А на фиг. 1.форма изготовляется следующимобразом,На модельметодом покраскинакосят три - пять слоев 2 керамикина основе электрокорунда с этилсиликатнцм связующим. Затем на этислои - два - три слоя легкоплавкого порошкообраэного материала 3,также с этилсиликатным связующим.После этого в верхней части формытем или иным приемом формируетсяпитающая полость 4 из того же легкоплавкого материала, Затем наносятеще несколько слоев 5 керамики наоснове электрокорунда. Процесс вытопки модельной массы и прокалки формы проводят по обычной технологии.С целью хорошей заполняемости иформирования оболочки расплавлениематериала ведется в процессе подогрева литейной формы в печи длямонокристального литья перед залив -кой металла, Подпитывание противопригарной оболочки из дополнительной полости, в верхней части формы,обеспечивает создание вокруг полости, формирующей само изделие,сплошной газонепроницаемой оболочки.В результате этого давление газообразных продуктов взаимодействиямежду керамикой и расплавом никелевого жаропрочного сплава повьппаетсявьппе равновесного и реакция прекращается, Создание избыточного давления газообразных продуктов реакциив зоне взаимодействия может бытьдостигнуто за счет введения в противопрнгариый слой материала, взаимодействующего с керамикой формы более Интенсивно, чеи расплав, и свыделениеи тех же газообразныхпродуктов. Для этой цели в материал,формирующий противонрнгарнцй слой,может быть введен графит, которыйвзаимодействует с керамикой формыс выделением окиси углерода и субокислое алюминия и кремния, т.е. также, как и основной сплав.Данная конструкция литейной формыпроверялась-.на установке для монокристрльного литья УИЛпри отливке ионокристальных слитков диаметром 35 им и длиной 180 мм иэ никелевого жаропрочного сплава ЖС.854582 Ьнокристалвной структурой, напримертурбинных лопаток ГТД из жаропроч"ных сплавов, позволяет практическиисключить. брак литья лопаток попригару, сократить цикл механическойобработки и значительно повыситьвыход годного. 1. Форма для изготовления отливок с направленной и монокристальной структурой из жаропрочных сталей и сплавов в вакууме, содержащая корпус из керамического материала с противопригарньв слоем, прибыльной частью и с полостью в стенках между слоями керамического материала заполненной легкоплавким материалом, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения пригара и улучшения качества поверхности отливок,ев стенках корпуса прибыльной части выполнена дополнительная полость, заполненная этим же легкоплавким материалом и сообщенная с упомяну" той полостью.2. Форма по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что противопригарный слой выполнен иэ графита.М Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Толораия В.Н. Чеченцев В.Н.Термодинамическая оценка взаимодействия. - "Литейное производство",1977, В 7, с. 5.2. Патент Великобритании4 о У 130444, кл. В 5 А, 1968. Литейные формы изготовляют по следующей технологии: на модели, изготовленные из модельной массы, наоснове карбомида наносят четыре слоякерамической суспенэии злектрокорунда с этилсиликатньи связующим. Затем наносят три слоя порошкообразного легкоплавкого материала с темже связующим. У прибыльной частиформы по всей ве окружности наносят 10 Формула изобретения слой иэ того же легкоплавкого материала с пластификатором-церезиномтолщиной 8 мм и высотой 15 мм. В качестве легкоплавкого материала испсцьзуют порошок ферроалюминия, стальной порошок, порошок ферроалюминияс 0,4 Х углерода в виде графита ипорошок никеля с 0,57 углерода. За- .тем на модель наносят пять слоевэлектрокорундовой суспензии, после 20чего проводят удаление модельноймассы в кипящей воде. Прокалка формпроводится при 950 С в течение 10 ч,причем формы, содержащие в противопригарном слое графит, прокаливаются 5в инертной атмосфере. Остальные формы прокаливают на воздухе. Процесслитья проводят в вакууме 1 О .10 фмм рт. ст. при 1600 С. Скоростьвытягивания формы 3 мм/мин, что со- ЗОответствует времени контакта расплава - керамика 1,5 ч. Иеталлографическое исследование поверхностныхслоев полученных отливок показалоотсутствие пригара на границе "расплав форма". На отливке, полученнойпо тому же режиму, в обычной форметолщина пригара достигает 200 мк.Применение предлагаемых керамических форм для литья изделий с моФКорректор С, Щомак ндура ктор каз 6571 15 тент , г. Уагород, ул. Проектная, 4 илиал ПП Тираа 869 ПодписноеИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж"35, Раушская иаб д. 4/5