Способ изготовления монокристальных отливок

 

Использование: в металлургии и в литейном производстве и может быть использовано при производстве турбинных лопаток из жаропрочных никелевых сплавов. Сущность изобретения: способ включает расплавление шихты, перегрев литейной формы выше температуры ликвидуса сплава, модифицирование при температуре 1570 - 1700°С ультрадисперсным порошком из группы карбид, нитрид, карбонитрид, оксикарбонитрид, заливку расплава в литейную форму и направленную кристаллизацию расплава, причем в расплав перед модифицированием вводят в количестве 0,01 - 0,1% от веса шихты дисперсный порошок углерода с размером частиц 0,005 - 1,0 мкм в составе брикета на основе порошка металла из группы: никель, железо, кобальт, алюминий при следующем соотношении компонентов в брикете, мас. %: порошок углерода 0,5 - 20, порошок металла из группы никель, железо, кобальт, алюминий - остальное.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству и может быть использовано при производстве турбинных лопаток из жаропрочных никелевых сплавов.

Известен способ изготовления монокристальных отливок, включающий заливку расплава в инертную форму, нагретую до температуры выше, чем температура ликвидуса сплава, выдержку формы до температурного равновесия и охлаждение в ванне с низкотемпературным расплавом.

Недостатком этого способа является грубокристаллическое строение первичных и избыточных фаз, и, в результате этого невысокие прочностные характеристики отливок.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения монокристальных отливок, преимущественно из жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий расплавление шихты, нагрев литейной формы выше температуры ликвидуса сплава, заливку расплава в литейную форму, направленную кристаллизацию расплава, причем перед началом операции направленной кристаллизации в расплав вводят модификатор в количестве 0,1-0,5% в виде брикетированной смеси порошков карбонитрида титана и одного из металлов, образующих с карбонитридом титана устойчивые химические соединения, при этом карбонитрид титана вводят в количестве 0,01-0,05% от массы расплава.

Недостатком этого способа является - невысокие механические и служебные свойства отливок в результате сохранения в структуре неоднородности с грубокристаллическим строением карбидных фаз.

Целью изобретения является повышение механических и служебных свойств монокристальных отливок.

Способ изготовления монокристальных отливок включает нагрев литейной формы выше температуры ликвидуса сплава, модифицирование при температуре 1570-1700^оС ультрадисперсным порошком из группы карбид, нитрид, карбонитрид, оксикарбонитрид, заливку расплава в литейную форму и направленную кристаллизацию, причем в расплав перед модифицированием в количестве 0,01-0,1% от веса шихты вводят дисперсный порошок углерода с размером частиц 0,005-1,0 мкм в составе брикета на основе порошка металла из группы: никель, железо, кобальт, алюминий при следующем соотношении компонентов в брикете, мас.%: Порошок углерода 0,5-20 Порошок металла из группы: никель, железо, кобальт, алюминий Остальное При вводе в расплав дисперсного порошка углерода, равномерно распределенного в брикете, происходит равномерное распределение порошинок углерода в расплаве, где происходит частичное взаимодействие с окислами в расплаве с их дальнейшим восстановлением в условиях вакуума. В результате высокой поверхностной активности дисперсных порошинок и в результате существования поверхности раздела, облегчающей образование мельчайших газовых пузырей, происходит более глубокое раскисление расплава. В микрообластях с пониженным содержанием кислорода увеличивается активность частиц ультрадисперсных порошков и снижается доля частиц, дезактивированных кислородом, растворенным в расплаве, что приводит к увеличению центра кристаллизации избыточных фаз.

Кроме того, неполностью растворившиеся частицы углерода образуют микрообласти, насыщенные углеродом, где возможно образование мельчайших карбидов, карбонитридов, приводящих к увеличению центров кристаллизации.

Использование порошков железа, никеля, кобальта, алюминия в качестве основы брикета обеспечивает сохранность частиц углерода как отдельной фазы при приготовлении добавки и ее ввода в расплав. Данный брикет играет роль модифицирующе-раскисляющей добавки для жаропрочных никелевых сплавов.

Плавку металла, заливку литейных форм и операцию направленной кристаллизации осуществляли в вакуумной индукционной установке УВНК-8П. Скорость протяжки при выращивании монокристальных отливок составляла 10 мм/мин. Модификаторы, приготовленные по известному способу, вводили в тигель на чистое зеркало металла. Перед модифицированием в расплав вводили дисперсный углерод в составе брикета. Результаты испытаний образцов показали, что наиболее высокие механические свойства при комнатной температуре и 1000^оС получены у отливок, изготовленных предложенным способом. Прочностные характеристики увеличиваются на 15-25% при одновременном возрастании пластичности на 5-10%. Показания длительной прочности при нагрузке 300 МПа и температуре 1000^оС увеличиваются на 50-75%.

Опробование предложенного способа позволило снизить брак отливок по "паразитным" зернам на 10-15%.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК преимущественно из жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий расплавление шихты, нагрев литейной формы выше температуры ликвидуса сплава, модифицирование при 1570 - 1700 ^o С ультрадисперсным порошком из группы: карбид, нитрид, карбонитрид, оксикарбонитрид, заливку расплава в литейную форму и направленную кристаллизацию, отличающийся тем, что, с целью повышения механических и служебных свойств отливок, в расплаве перед модифицированием вводят дисперсные порошки углерода в количестве 0,01 - 0,1% от массы шихты с размером частиц порошка 0,005 - 1,0 мкм в составе брикета на основе порошка металла из группы: никель, железо, кобальт, алюминий при следующем соотношении компонентов в брикете, мас.%: Порошок углерода 0,5 - 20 Порошок металла из группы: никель, железо, кобальт, алюминий Остальное