Способ получения отливок с направленной структурой

 

Использование: в литейном производстве, в частности при получении деталей из сталей и жаропрочных сплавов методом направленной кристаллизации для повышения выхода годного, сокращения длительности цикла и упрощения процесса литья. Сущность изобретения: способ включает нагрев формы до обеспечения теплового градиента по ее высоте не менее 1 град/см, заполнение формы расплавом, тепловую стабилизирующую выдержку и кристаллизацию, при этом кристаллизацию расплава осуществляют путем прекращения нагрева формы и последующей выдержкой расплава в ней.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано преимущественно для получения деталей из сталей и жаропрочных сплавов методом направленной кристаллизации.

Целью изобретения является повышение выхода годного литья, уменьшение длительности цикла и упрощение процесса литья.

Способ включает нагрев керамической формы до температуры, превышающей температуру ликвидуса рабочего сплава, заполнение формы расплавом и его кристаллизацию, при этом верхнюю часть формы нагревают выше нижней части до обеспечения градиента по ее высоте не менее 1 град./см, после заполнения формы расплавом производят тепловую стабилизирующую выдержку, после чего осуществляют кристаллизацию расплава путем прекращения нагрева формы и последующей выдержки расплава в ней.

Способ позволяет повысить выход годного и качество литья, значительно сократить время цикла литья за счет исключения такой трудоемкой, ответственной операции, как вытяжка, тем самым одновременно существенно упростить процесс получения отливок, при котором не требуется расположения емкости с жидкометаллической средой и керамической формой на охлаждаемом кристаллизаторе и охлаждение этой емкости легкоплавким сплавом в процессе вытяжки.

При этом необходимо отметить, что предлагаемый способ предусматривает нагрев верхней части формы выше нижней, в отличие от широкоизвестного подхода, где используется обратное.

П р и м е р. Предлагаемым способом проводили заливки образцов диаметром 16 мм и длиной 250 мм и рабочих лопаток ГТД, длиной 420 мм на установке типа УВНК-1.

В зону индукционного нагрева печи помещали графитовый стакан с кусками олова, производили его расплавление, после чего стакан погружали и закрепляли в нем керамическую форму. В среде инертного газа осуществляли нагрев формы с установленными термопарами в ее верхней и нижней частях на расстоянии 400 мм. При выходе на режим разница в показаниях термопар была в разных случаях 20^оС, 40^оС, что соответствовало градиенту температур 1 град./см и 5 град. /см соответственно. Для получения различных градиентов использовали графитовые стаканы с переменным сечением и индуктор с различными межвитковыми расстояниями. Рабочий сплав расплавляли в отдельном тигле и с помощью сливной воронки заполняли литейную форму расплавом сплава на никелевой основе. По истечении стабилизационной выдержки для создания теплового градиента по высоте отливки (1-2 мин) осуществлялась направленная кристаллизация путем прекращения нагрева формы с последующей выдержкой расплава в ней в течение 5-7 мин.

По достижении температуры печи 300-350^оС отливку извлекают из печи, устанавливают новую форму, и процесс повторяется. Общая продолжительность цикла литья составляет 1,5 ч, в то время как общая продолжительность цикла литья по прототипу составляет более 2,5 ч.

При проведении плавок с градиентом по высоте отливки 1 град./см и более формировалась стабильная направленная структура. Выход годного до монокристалльности составил 80-83%, выход годного по прототипу составляет 50-55% .

Предложенный способ достаточно прост, легко поддается автоматизации, охватывает практически весь спектр деталей, получаемых с направленной структурой и имеет высокую стабильность результатов.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК С НАПРАВЛЕННОЙ СТРУКТУРОЙ, включающий нагрев керамической формы до температуры, превышающей температуру ликвидуса сплава, заполнение формы расплавом и его кристаллизацию, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годного, сокращения длительности цикла и упрощения процесса литья, нагрев верхней части формы ведут выше нижней ее части до обеспечения теплового градиента по ее высоте не менее 1 град/см, после заполнения формы расплавом производят стабилизирующую выдержку, а кристаллизацию расплава осуществляют путем прекращения нагрева формы и последующей выдержкой расплава в ней.