Устройство для литья направленной кристаллизацией

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТЬЯ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ, содержащее литейную форму, окруженную нагревателем и установленную на имеющую возможность перемещения в вертикальном направлении цилиндрическую подставку из огнеупорного материала, внутри которой расположена с возможностью перемещения в том же направлении охлаждаемая плита, теплоизолирующий нижнюю часть литейной формы экран и стопорное кольцо для его фиксации, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса литья в л итейной форме без дна, во внутренней полости цилиндрической подставки выполнены два кольцевых выступа для размещения в пазу между ними литейной формы и теплоизолирующего экрана, а нижний торец цилиндрической подставки снабжен съемными грузами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) В 22 Р 27/04

О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3312212/22-02 (22) 08.07.81 (46) 23.09.83, Бюл. № 35 (72) В. А. Андреев, Э. Л. Кац, Е. И. Розанов и Я. Е. Чивиксин (71) Производственное объединение «Турболопатка» (53) 621.746.58 (088.8) (56) 1. Патент США № 3.714.977, кл. 1.64-60, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 246791, кл. В 22 D 2?/04, 1966. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТЬЯ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ, содержащее литейную форму, окруженную на-, гревателем и установленную на имею„„SU„„1042882 А щую возможность перемещения в вертикальном направлении цилиндрическую подставку из огнеупорного материала, внутри которой расположена с возможностью перемещения в том же направлении охлаждаемая плита, теплоизолирующий нижнюю часть литейной формы экран и стопорное кольцо для его фиксации, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса литья в литейной форме без дна, во внутренней полости цилиндрической подставки выполнены два кольцевых выступа для размещения в пазу между ними литейной формы и теплоизолирующего экрана, а нижний торец цилиндрической подставки снабжен съемными грузами.

1042882

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению отливок с направленной структурой.

Известно устройство для осуществления процесса направленной кристаллизации отливок, содержащее литейную форму, окруженную нагревательным устройством, подвижную охлаждаемую плиту, подставку из огнеупорного материала, средство фиксирования подставки относительно нагревательного устройства.

Литейная форма устанавливается на подставку и фиксируется в нагревательном устройстве, где температуру формы поднимают выше температуры ликвидуса заливаемого сплава. После заливки металла в форму к ее основанию подводится охлаждаемая плита. Затвердевание металла происходит при извлечении форм из нагревательного устройства, при этом подставка освобождается от фиксации и тоже перемещается вниз (1).

Недостаток устройства заключается в том, что конструкцня подставки позволяет применять только литейные формы с дном, что уменьшает термическое переохлаждсние при зарождении кристаллов на нижнем основании формы и препятствует получению направленной структуры со стабильной кристаллографической ориентацией зерен, обеспечивающей в большинстве случаев ловышенные механические свойства материала отливок. Таким образом, отливки, полученные в указанных литейных формах, имеют пониженные механические свойства, в частности недостаточную пластичность, длительную прочность, предел текучести 6 при 20 С.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для направленной кристаллизации, содержащее литейную форму, окруженную нагревателем и установленную на имеющую возможность перемещения в вертикальном направлении цилиндрическую подставку из огнеупорного материала, внутри которой расположена с возможностью перемещения в том же направлении охлаждаемая плита, теплоизолирующий нижнюю часть литейной формы экран и стопорное кольцо для его фиксации.

Экран выполнен многослойным и имеет теплоизолирующие и несущий слои. После нагрева формы выше температуры ликвидуса заливаемого сплава и заливки ее металлом начинается процесс затвердевания металла за счет извлечения охлаждаемой плиты с формой из горячей зоны нагревательного устройства со скоростью, равной скорости кристаллизации сплава.

Теплоизоляционный экран, лежащий на основании литейной формы, ложится на кольцевой стопор и находится там в течение

l всего процесса кристаллизации, предотвращая излучение тепла из горячей зоны на5

35 гревательного устройства и, благодаря этому, при кристаллизации большая часть отливки, кроме ее нижней части, обеспечивается высокими продольными и низкими поперечными градиентами температур, что является необходимым для формирования направленной структуры (2) .

Недостатком известного устройства является то, что форма в процессе нагрева находится на охлаждаемой плите и перед заливкой сплава в нижней части формы имеются повышенные поперечные температурные градиенты, способствующие образованию дефектных структур в отливках и, следовательно, повышенному браку отливок, а также необходимость повышенного времени нагрева формы из-за теплоотдачи на границе форма — охлаждаемая плита.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса литья в литейной форме без дна.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для литья направленной кристаллизацией, содержащем литейную форму, окруженную нагревателем и установленную на имеющую возможность перемещения в вертикальном направлении цилиндрическую подставку из огнеупорного материала, внутри которой расположена с возможностью перемещения в том же направлении охлаждаемай плита, теплоизолирующий нижнюю часть литейной формы экран и стопорное кольцо для его фиксации, во внутренней полости цилиндрической подставки выполнены два кольцевых выступа для размещения в пазу между ними литейной формы и теплоизолирующего экрана, а нижний торец теплоизолирующей подставки снабжен съемными грузами.

На фиг. 1 представлено устройство при использовании литейной формы без дна, продольно-вертикальный разрез; на фиг. 2 то же, при использовании литейной формы с дном; на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 1.

Устройство содержит нагреватель 1, охлаждаемую плиту 2, имеющую возможность перемещения относительно нагревателя в вертикальном направлении, теплоизолирующий нижнюю часть литейной формы экран 3, выполненный многослойным, стопорное кольцо 4 для его фиксации, цилиндрическую подставку 5, выполненную из огнеупорного материала, имеющую возможность перемещения в вертикальном направлении относительно нагревателя и снабженную двумя кольцевыми выступами 6 и 7 для размещения в пазу между ними литейной формы 8 и теплоизолирующего экрана 9 из волокнистого материала. В нижней части боковой поверхности подставки 5 имеются отверстия .10 для подвески съемных грузов 11, предназначенных для предотвращения всплытия формы 8 при заливке ее металлом в случае использования формы без дна. В ниж1042882

3 нем торце подставки 5 выполнены пазы 12, в которых установлены поворотные опоры

13. Центр тяжести опор13 смещен относительно оси поворота. Поворотные опоры 13 закреплены на стойках 14, имеюших возможность горизонтального и радиального перемещения относительно оси нагревателя, что дает возможность использовать подставки различного типоразмера для форм различной номенклатуры отливок. Стойки 14 закреплены в кронштейнах 15, .установленных на корпусе печи. Фиксация поворотных опор 13 в горизонтальном положении осуществляетсяя стопор а м и 16.

Устройство работает следующим образом.

Литейная форма 8 с установленным на 15 ее основании теплоизолирующим экраном

9 через боковой паз ставится на нижнийкольцевой выступ 7 подставки 5, которая устанавливается на охлаждаемую плиту 2: и подается в нагреватель 1 в положение . нагрева; при этом литейная форма проходит через отверстие экрана 3, лежащего на стопорном кольце 4, при этом поворот- ные опоры 13 находятся в вертикальном положении. Нижний торец подставки должен быть поднят выше уровня поворотных опор 2s

13. Экран 3 ложится на верхний выступ

6 подставки 5. Поворотные опоры 13 устанавливаются в горизонтальное положение и фиксируются стопорами 16. После этого охлаждаемая плита 2 с подставкой 5 опускается вниз. Подставка 5 пазами становится 3):) на поворотные опоры 13, прижимая их . к упорам стоек 14, а охлаждаемая плита 2 опускается до уровня поворотных опор 13.

Стопоры 16 извлекаются из гнезд стоек 14.

Производится нагрев формы 8 выше температуры ликвидуса заливаемого сплава, при этом теплоизоляционный экран 9 и экран .

3 перекрывают горячую зону нагревательчФго устройства, и температура у основа-ния формы 8 повышается. Перед заливкой металла в форму 8 охлаждаемая плита вновь- 4)1 подводится к основанию-формы 8 и поднимает ее вверх вместе с подставкой 5. Подставка 5, снабженная грузами 11 (фиг. 3), собственным весом прижимает основание литейной формы 8 к охлаждаемой плите 2, ) исключая возможность всплытия формы без 45 дна при заливке ее металлом (фиг. 1).

Надежность равномерного контакта основания литейной формы и охлаждаемой плиты обеспечивается за счет деформации теплоизоляционного экрана 9, Освободившись от действия веса подставки 5 и литейной формы 8, поворотные опоры 13 разворачиваются в вертикальное положение за счет того, что центр тяжестй опор 13 смещен относительно оси закрепления (фиг. 3).

Металл заливается в форму, после чего форма вместе с охлаждаемой плитой из4 влекается из горячей зоны нагревательного устройства.

В этот период за счет непрерывного торцового теплоотвода в системе металл охлаждаемая плита и бокового теплоотвода через стенки формы осуществляется процесс направленной кристаллизации отливок.

Устройство для направленной кристаллизации отливок позволяет производить нагрев формы при отведенной охлаждаемой плите.

В зависимости от типа отливок и необходимых механических свойств материала отливок устройство позволяет производитькристаллизацию в открытых формах — без дна (фиг. 1), а также в закрытых формах — с дном (фиг. 2), что существенно расширяет технологические возможности уст ройства.

Таким образом, изобретение позволяет обеспечить при нагреве формы с дном и без дна температурные условия, при которых после заливки металла в форму по всей высоте отливки, включая ее нижнюю часть, возникают высокие продольные и низкие поперечные градиенты температур, что обеспечивает получение направленной структуры по всей высоте отливки. При этом применение форм беЗ дна обеспечивает получение отливок со стабильной кристаллогра-, фической ориентацией зерен. Кроме того, отсутствие контакта основания формы с охлаждаемой плитой уменьшает теплопотери при нагреве формы и позволяет сократить время нагрева до заданных температур (выше температуры ликвидуса) и расход электроэнергии.

Преимущества при использовании изобретения позволяют снизить брак отливок по структуре с 20О/р до Зо/р, повысить производительность процесса получения отливок на 15а/о.

Уменьшение брака отливок по структуре создает экономию за счет уменьшения количества плавок, необходимых для обеспечения программы, в том числе за счет снижения трудоемкости изготовления литейных форм и цикла литья, расхода модельных и керамических материалов для изготовления литейных форм, расхода исходного сплава, расхода электроэнергии при изготовлении литейных форм и осуществлении процессов литья, расхода .чистой охлаждаюшей воды на плавильной установке при проведении процесса литЬя.

Повышение производительности процесса литья отливок происходит за счет. уменьшения времени нагрева формы на 15О/)), и экономия создается за счет уменьшения расхода электроэнергии при нагреве формы, трудоемкости цикла процесса кристаллизации отливок, расхода чистой охлаждающей воды на плавильной установке.

Положительный эффект от изобретения заключается также в увеличении моторесур!

042882 са газотурбинных установок лрн использовании литых рабочих лопаток с направленной структурой, который может быть увеличен в два раза. Суммарный ожидаемый экономический эффект от внедрения изобретения составит 7000 руб. в год.

- 1042882

Фиг. Z

1042882

Составитель Т. 1(оролева

Редактор Р. Цицика Техред H. BePec Корректор $. Зимокосов

Заказ 7199/13 Тираж 813 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н оч,крытнй! 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4