Способ получения отливок направленной кристаллизации

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИЮК НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ, включающий заливку металла в литейную форму с открытым дном, размещенную на кристаллизаторе-электроде, введение сберху второго электрода, пропускание электрического тока через залитый в литейную форму металл, отличающийся тем, что. с целью повышения эффективности процесса затвердевания за счет регулирования температуры жидкого металла , электрический ток пропускают с постоянной плотностью 7 10 А/юл и напряжением, уменьшающимся по следующей зависимости + где и - ргйочеё напряжение, В; плотность тока, A/NM -, Р среднее удельное электросопротивление жидкого металi ОМММ ; ла,--, среднее удельное электро t сопротивление твердого метгш Оммм . ла,, длина отливки, м; -от тв высота твердого слоя кристаллизующейся отливки, м., сд vl о:) со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

57169 A

П9) (И) 3(51) В 22 D 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, "= (Рж оть Е ь(Р1в Га11) где 0

p+ е-„„

Етв

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3470375/22-02 (22) 08 ° 07 ° 82 (46) 30 11.83. Бюл. М 44 (72) Ю.Н.Калюкин и П.В.Лебедев (71) Рыбинский авиационный технологический институт (53) 621.746.58(088.8) (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,,кл. В 3 F, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 742033, кл.. В 22 D 27/04, 1981. (54 ) (57 ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК

НАПРАВЛЕННОИ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ; BKJItoчающий заливку металла в литейную форму с открытым дном, размещенную на кристаллиэаторе-электроде, введение сверху второго электрода, пропускание электрического тока через залитый в литейную форму металл, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса затвердевания за счет регулирования температуры жидкого металла, электрический ток пропускают с поутоянной плотностью 710 A/ìì и напряжением, уменьшающимся по следующей зависимости рабочее напряжение, В; плотность тока, A/ìè;

2 среднее удельное электросопротивление жидкого металОм мм :

Ф ла Щ м среднее удельное электросопротивление твердого метал

Ом мм . ла м длина отливки, м высота твердого слоя кристаллизующейся отливки, м.

1057169

Изобретение относится к литейному производству и может найти.применение при производстве турбинных лопаток из жаропрочных сплавов для авиационных двигателей, судовых и других транспортных и энергетических установок.

Известен способ изготовления отливок направленным затвердеванием, включающий подогрев верхней части отливки и интенсивное боковое охлаж- 10 дение путем подъема холодильника или опускания отливки по мере ее затвердевания (11, Однако направленность затвердевания осуществляется с помощью 15 предварительного подогрева формы (а не отливки) в специальной печи, а охлаждение путем опускания затвердевающей отливки из печи с дополнительным боковым охлаждением.

К недостаткам этого способа относится использование специальной печи, высокая трудоемкость и ограниченная номенклатура изготовляемых отливок, 25

Известен 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 тепла от нижней и боковой части отливок )2).

Недостатки этого способа — высокая трудоемкость, связанная с использованием индукционной печи, боковых электродов, вмонтированных в стенки, большая энергоемкость, связанная с использованием высокого напряжения и созданием рентгеновского 40 излучения, вредные условия труда, обусловленные рентгеновским излучением, ограниченная по габаритам номенклатура отливок.

Наиболее близким по технической 45 сущности и достигаемому результату к изобретению является способ, предусматривающий установку керамической формы без дна, имеющей пережим в средней части, на кристаллиэаторэлектрод, заливку в форму металла, введение нерасходуемого электрод в металл прибыльной части, нижнее и боковое охлаждение отливки путем

55 но перемещению фронта кристаллизации. Через защитный металл пропускают электрический ток плотностью

10-15 A/мм, снижая ее в процессе. кристаллизации со скоростью, равной отношению начальной плотности така к полному времени затвердевания участка, расположенного ниже пережима отливки (3) .

Однако известный способ непригоден для получения протяженных 65 отливок длиной 250 мм и более обяФ зательно принудительное охлаждение затвердевшей части кристаллиэующей- . ся отливки, и кроме того, невозможно получение отливок сложной форьы (винтовые, спиралеобразные и т.д. с постоянным сечением).

Цель изобретения — повышение эффективности процесса затвердевания за счет регулирования температуры жидкого металла.

Поставленная цель достигается тем, 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 A/Mì и наФ пряжением, уменьшающимся по следующей зависимости где 0 — рабочее напряжение, В, плотность тока, проходящего через отливку во время кристаллизации, А/мм

1 - удельное электросопротивление жидкого металла, Ом мм м, У т - удельное электросопротивление твердого металла, Ом мм M, ото — длина отливки, м, О з — 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 A/ìì

2 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 i (7 A/ìê ме.2 талл затвердевает объемно, а при

)..10 A/èè металл разогревается до 1б50ОC и кристаллизуется направленно только на высоту 15 мм; По мере нарастания твердого слоя электросопротивления всей отливки будет уменьшаться, что при заданном начальном напряжении приведет к увеличению плотности тока в отливке. Поэтому в процессе затвердевания под1057169

"- (Е »(s-Е«»

Напряжение, В

Плотност тока, A/мм

Момент времени обработки отливки током, мин

1 1 Г

ig 1q 14

7 10

5 - 7 10 15 10 12 85 18 25

10 10 5 16 25

5 7 10

10 8,75 14 25

10

12 25

10 7

5 7 10

10 25

7 10 15 10 7

50 водимое к отливке напряжение нужно уменьшать по следукщему закону где 0 - рабочее напряжение, В, — плотность тока, проходящего через отливку во время кристаллизации, A/мм

1 удельное электросопротивление жидкого металла, Ом. мм м тв — удельное электросопротивление твердого металла, Ом мм . м

P .обад — длина отливки, м" щ.- толщина твердого слоя, .м.

Напряжение можно регулировать ручным способом, наблюдая за показаниями амперметра, или испольэовать существующие стабилизаторы тока. При таком способе затвердевания нет необходимости специального охлаждения затвердевшей зоны кристаллизующейся ) отливки, поэтому отливка может быть любой форэм. Процесс направленного эатвердевания происходит в спиралеобразных и в зигзагообразной полостях практически любой длины.

На фиг. 1 изображена схема устак нонки для осуществления способа, на фиг. 2 - отливка сложной форьы.

Из сплава ЖС6У отливают лопатки 0 газовых турбин длиной 250 мм. Керамическую форму 1 без дна ставят на холодильник 2, который одновременно является нижним электродом. К верхней части полости формы подводят верхний электрод 3 и заливают в форму металл при температуре

1550 С, который, заполнив всю форму, завнкает цепь между электродами 2 и 3. Пропускают электрический .® ток плотностью i = 7-10 A/ìì

В таблице представлены экспериментальные данные основных технологических параметров процесса кристаллизации отливки

15 10 14 20 30

1057169 с tg

1420

1500

1360

1650

1350

1500

1650

1420

1500

1650

1350 1420

1350 1420 1500"

1650

1650

1420

1500

1350

1350

Использование предложенного способа по сравнению с известным позволяет получать протяженные отливки типа лопаток газовых турбин длиноюдо 250 мм. и более. Исключена необходимость прй3

Фиг. Я

Put. 1

ВНИИПИ Заказ 9441/12

Тираж 813 Подписное

Филиал ППП ."Патент", г,ужгород,ул.Проектная 4

Продолжение табли ц пература в жидкой зоне отливок, Ос

1420 1500 1650 нудительного охлаждения затвердевшей части кристаллизуюцейся отливки, бла. годаря чеМу появляется возможность получения нели нейных (винтовых, спиралеобразныхЛ-образных и т. и. ) отливок.