Устройство для получения монокристаллических отливок

 

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к литью монокристаллических лопаток ГТД из жаропрочных сплавов. Сущность изобретения: устройство содержит керамическую оболочку с последовательно соединенными стартовой полостью, полостью кристаллоотборника и рабочей полостью. Стартовая полость керамической оболочки выполнена с закрытой донной частью, на внутренней поверхности которой расположена подложка из тугоплавкого поликристаллического материала. Устройство обеспечивает получение монокристаллических отливок без применения дорогостоящих затравок с заданной кристаллографической ориентацией. 1 ил.

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к литью монокристаллических лопаток ГТД из жаропрочных сплавов.

Известно устройство для получения монокристаллических отливок, содержащее керамическую оболочку, выполненную со стартовой полостью, полостью кристаллоотборника и рабочей полостью отливки [1] Наиболее близким решением к заявленному является устройство для получения монокристаллических отливок, содержащее керамическую оболочку с последовательно соединенными стартовой полостью, полостью кристаллоотборника и рабочей полостью отливки [2] Во всех случаях устройства выполнены с открытой донной частью.

Недостатком таких устройств, в том числе и прототипа, является: необходимость жесткого герметичного крепления формы к металлической охлаждающей плите, невозможность использования такого устройства при автоматизированном процессе получения монокристаллических отливок в печах с охлаждением в жидком расплаве, трудность прогрева нижних слоев керамической формы до температуры, превышающей Т ликвидус сплава, во избежание зарождения "паразитных" кристаллов.

Поставленная техническая задача упрощение технологического процесса, обеспечение требуемых параметров при значительно (≈ на 100^o) более низких температурах на нагревателе, снижение стоимости, повышение надежности работы оборудования при многократно повторяемых циклах заливки и кристаллизации, а также обеспечение возможности автоматизации процесса.

Поставленная задача была решена путем создания устройства для получения монокристаллических отливок, содержащего керамическую оболочку с последовательно соединенными стартовой полостью, полостью кристаллоотборника и рабочей полостью, при этом стартовая полость выполнена с закрытой донной частью, на внутренней поверхности которой расположен тугоплавкий поликристаллический материал.

В данном устройстве получение монокристаллической отливки обеспечивается путем естественного отбора с помощью кристаллоотборника одного кристалла из большого числа кристаллов, растущих в стартовой зоне от тугоплавкой поликристаллической подложки, расположенной на верхней поверхности донной части формы.

Кристаллы, имеющие кристаллографическую ориентацию (001), совпадающую с направлением теплоотвода, имеют максимальную скорость роста в этом направлении. Поэтому первыми полости кристаллоотборника достигнут кристаллы ориентации (001). Назначение кристаллоотборника заключается в том, чтобы только одно зерно проросло в полость отливки, что достигается путем неоднократного поворота растущего кристалла вокруг вертикальной оси (для варианта (001)). Предложенным устройством обеспечивается получение монокристаллических отливок ориентации (001), которая является основной для лопаток ГТД, без использования дорогостоящих монокристаллических затравок, требующих специальной технологии и оборудования для их получения и контроля.

В качестве тугоплавкой поликристаллической подложки, обеспечивающей множественное зарождение в направленный рост кристаллов в стартовой зоне, использовали тонкодисперсные порошки тугоплавких материалов, металлокерамику, керамические подложки с модифицирующими добавками и поликристаллические компактные заготовки.

Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой представлен продольный разрез устройства для получения монокристаллической лопатки ГТД с кристаллографическим направлением (001).

Устройство содержит керамическую оболочку 1 со стартовой полостью 2, полостью кристаллоотборника 3 и рабочей полостью 4.

Керамическая оболочка 1 имеет глухую донную часть 5 из огнеупорной керамики, на внутренней поверхности которой имеется подложка 6 из тугоплавкого поликристаллического материала.

В процессе изготовления устройства в керамическую оболочку в донную часть ее открытой снизу стартовой полости устанавливают подложку из тугоплавкого поликристаллического материала, заделывают снаружи керамической клеящей композицией и производят сушку при комнатной температуре.

Пример получения монокристаллической лопатки ГТД или жаропрочного сплава ЖС-26У и ЖС-32.

Оболочковую керамическую форму изготавливали методом послойного нанесения суспензии на модельный блок с последующей обсыпкой, сушкой, вытопкой модельной массы и прокалкой. В качестве основы керамической формы использован электрокорунд различной зернистости, а в качестве связующего гидролизованный раствор этилсиликата 40.

После обжига блока форм, содержащего две лопатки, в открытую стартовую полость устанавливали подложки из тонкодисперсных металлических порошков, спрессованных в таблетки диаметром 15 мм, толщиной 3 5 мм. Закрепление подложек выполняли клеящей композицией на основе электрокорунда и кремнийорганического связующего с последующей сушкой на воздухе в течение 3 - 4 часов. Форму помещали в установку для направленной кристаллизации с жидкометаллическим охладителем, создавали вакуум, производили нагрев и заполнение формы расплавом жидкого сплава. После чего производили направленную кристаллизацию путем погружения в жидкометаллический охладитель со скоростью 10 мм/мин.

По указанным режимам были получены годные лопатки в 100% случаев.

Экспериментальные плавки, выполненные с использованием керамических подложек, пропитанных модифицирующими растворами солей кобальта (модификаторы) подтвердили положительные результаты получены монокристаллические лопатки с кристаллографической ориентацией (001).

Формула изобретения

Устройство для получения монокристаллических отливок, содержащее керамическую оболочку с последовательно соединенными стартовой полостью, полостью кристаллоотборника и рабочей полостью, отличающееся тем, что керамическая оболочка, оформляющая стартовую полость, выполнена с закрытой донной частью, на внутренней поверхности которой, обращенной к стартовой полости, расположена подложка из тугоплавкого поликристаллического материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1