Способ получения отливок с направленной структурой

 

Использование: в области литейного производства, в частности при литье лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) из жаропрочных сплавов. Сущность изобретения: способ получения отливок с направленной структурой включает изготовление оболочковой формы, нагрев формы до температуры выше температуры ликвидус жаропрочного сплава, заполнение формы расплавом и направленную кристаллизацию. При этом направленную кристаллизацию обеспечивают с помощью размещенного в донной части литейной формы гранулированного тугоплавкого материала, нагретого до температуры, не превышающей температуру плавления гранул, и имеющего конфигурацию контактирующего с ним торца отливки. В качестве тугоплавкого материала может быть использован порошковый вольфрамо-никелевый сплав. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано, в частности, при литье лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) из жаропрочных сплавов.

Известен способ литья деталей с направленной и монокристальной структурой, предусматривающий изготовление оболочковой литейной формы, размещение в донной ее части затравки, нагрев формы с затравкой до температуры выше температуры ликвидуса жаропрочного сплава, заполнение формы расплавленным жаропрочным сплавом и направленную кристаллизацию.

Целью изобретения является повышение надежности процесса, повышение свойств отливок при низких и средних температурах, обеспечение возможности автоматизации процесса загрузки-выгрузки форм в плавильно-кристаллизационную установку в вакууме, снижение потерь металла и снижение трудо- и энергозатрат.

Сущность изобретения заключается в том, что перед осуществлением процесса направленной кристаллизации в донной части формы устанавливают металлическую прессованную таблетку (или изделие другой конфигурации, соответствующей донной части отливки) из гранулированного тугоплавкого материала, например, сплава Ni-50% W, закрепляют ее в форме керамической суспензией, нагревают в вакуумной печи до температуры, превышающей температуру ликвидус сплава отливки, но ниже температуры плавления гранул тугоплавкого материала, заливают в форму жидкий сплав и осуществляют направленную кристаллизацию перемещением формы из зоны нагрева в зону охлаждения, обеспечивая рост столбчатых зерен, зародившихся от гранул тугоплавкого материала, выполняющих роль центров кристаллизации, значительно снижающих энергию зарождения зерен при гораздо меньшей степени переохлаждения залитого в форму расплава.

В результате осуществления указанного способа получают отливку с большим количеством столбчатых зерен, соизмеримом с количеством зерен в отливке, отливаемой на водоохлаждаемый кристаллизатор.

Осуществление способа не требует применения плиты-холодильника, надежного крепления формы к холодильнику, позволяет автоматизировать процесс загрузки-выгрузки форм в вакуумной установке, не требует расхода металла на "стартовую" зону, что дает экономию трудовых и материальных затрат.

Получение отливок с большим количеством столбчатых однонаправленных зерен без применения плиты-холодильника является преимуществом по сравнению с аналогами и прототипом.

Снижаются затраты энергии на зарождение зерен при малой степени переохлаждения расплава, увеличивается степень дисперсности столбчатых зерен, что повышает свойства отливок при низких и средних температурах.

П р и м е р 1. Лопатка однополочная без бандажной полки и без торцовой стенки. Со стороны торцовой части литейная форма лопатки имеет продолжение по форме профиля и заужение в виде конуса. Нижняя часть конуса имеет затравочную полость для установки затравки. Размеры затравки не превышают размеров профиля лопатки. В затравочную полость устанавливают прессованную из сплава Ni-W таблетку. Нижнюю часть затравочной полости после установки таблетки замазывают керамической суспензией и подсушивают в течение 2-3 ч.

Прессованные таблетки имеют состав: порошок Ni фракции 20-80 мкм 50% Смешанные порошки используют как шихту для прессования таблеток необходимой геометрии в зависимости от геометрии отливаемой лопатки.

Заливку литейных форм осуществляют в печах. Температура заливки лопаток из жаропрочных сплавов ЖС-26, ЖС-32 1560^оС, температура в печи подогрева и литейной формы при заливке 1500^оС.

При заливке формы металлом частицы Ni и W прессованной таблетки служат центрами зарождения столбчатых зерен. При перемещении формы с расплавом из зоны нагрева в жидкометаллический охладитель (расплав алюминия) зародившиеся на прессованной таблетке столбчатые зерна прорастают через всю лопатку от торца к замку. Закристаллизованная лопатка имеет большое количество столбчатых кристаллов, которые имеют ориентированное направление от торца пера к замку, т.е. вдоль лопатки.

Скорость перемещения литейной формы с расплавом из печи подогрева в жидкометаллический охладитель 10.20 мм/мин.

П р и м е р 2. Лопатка однополочная без бандажной полки с торцовой стенкой. Со стороны торцовой стенки литейная форма лопатки имеет затравочную полость по форме профиля пера лопатки для установки затравки. Геометрия и размеры затравки соответствуют поверхности торцовой стенки лопатки. После установки затравки полость замазывают керамической суспензией. Нижнюю часть затравочной полости после установки таблетки замазывают керамической суспензией и подсушивают в течение 2-3 ч.

П р и м е р 3. Лопатка двухполочная с профильной бандажной полкой. Со стороны бандажной полки литейная форма лопатки имеет затравочную полость по форме профиля бандажной полки для установки затравки. Геометрия и размеры затравки соответствуют поверхности бандажной полки лопатки. Нижнюю часть затравочной полости после установки таблетки замазывают керамической суспензией и подсушивают в течение 2-3 ч.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК С НАПРАВЛЕННОЙ СТРУКТУРОЙ, включающий изготовление оболочковой литейной формы, установку в нее затравки, нагрев формы до температуры выше температуры ликвидуса жаропрочного сплава, заполнение формы расплавом и направленную кристаллизацию, отличающийся тем, что затравку используют из порошкообразного тугоплавкого материала, нагретого до температуры, не превышающей его температуру плавления, и имеющего конфигурацию контактирующего с ним торца отливки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного тугоплавкого материала затравки применяют вольфрамоникелевый сплав.