Устройство для изготовления отливок направленным затвердеванием

 

Изобретение относится к литейному производству и может найти применение при изготовлении турбинных лопаток из жаропрочных сплавов для авиационных двигателей, судовых и других транспортных и энергетических установок. Устройство содержит кристаллизаторы-электроды и литейную форму с рабочими полостями. В донной части формы выполнены сквозные отверстия по числу рабочих полостей, в которых установлены пробки из материала отливки. Между формой и пробкой установлено уплотнение из упругого огнеупорного материала. Пробки контактируют с легкоплавким материалом. Перед заливкой литейную форму подогревают в печи. После расплавления электропроводного материала, заполнения формы сплавом и частичном оплавлении пробки между элементами устройства замыкается электрическая цепь. Надежный электрический контакт элементов электрической цепи и высокая герметичность донной части формы предотвращает уход металла через нижнюю ее часть. Это позволяет получать крупногабаритные отливки высотой более 100-120 мм. 1 ил.

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

Известно устройство для получения отливок направленным затвердеванием. Это устройство содержит огнеупорную форму, в нижней части которой выполнено сквозное отверстие, нижний кристаллизатор-электрод и верхний электрод (АС СССР 742033, В 22 D 27/04, 1981г.).

Однако известное устройство имеет существенные недостатки. Так, верхний графитовый электрод, введенный в тело отливки, хотя и обеспечивает хороший электрический контакт в верхней части отливки, но он недопустим для литья деталей из сплавов, в которых содержание углерода строго регламентировано, например лопаток газовых турбин из жаропрочных никелевых сплавов. Другим электродом является водоохлаждаемый кристаллизатор, на который установлена форма с открытым дном. Между формой и кристаллизатором всегда имеется зазор, который при литье высоких протяженных крупногабаритных отливок приводит к уходу металла по разъему кристаллизатор-форма.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является устройство (АС СССР 1578925, В 22 D 27/04, 1988г.), содержащее печь подогрева, кристаллизаторы-электроды и литейную форму с двумя и более рабочими полостями, в донной части которой выполнены сквозные отверстия по числу рабочих полостей.

Известное устройство имеет следующие недостатки.

1. Возможность ухода металла между кристаллизатором и формой ввиду недостаточно точного сопряжения контактных поверхностей формы и кристаллизатора, вызванных ограниченной точностью изготовления литейных форм, неизбежным наклоном формы в процессе ее установки на кристаллизатор, колебаниями формы от силового воздействия струи заливаемого металла, а также вибрациями плавильно-заливочного оборудования от работы, например, вакуумных насосов. При литье деталей высотой более 100...120 мм из-за большого металлостатического напора металл уходит через зазор между кристаллизатором и формой. Это ограничивает использование известного устройства.

2. Размыкание электрической цепи между кристаллизаторами-электродами ввиду появления зазора между донной поверхностью отливки и кристаллизатором после образования твердой зоны отливки из-за литейной усадки сплава. После образования твердого слоя создается высокое контактное сопротивление, которое при низких напряжениях (1...6 В) приводит к размыканию электрической цепи.

Технической задачей, на которую направлено изобретение, является получение крупногабаритных отливок высотой более 100...120 мм за счет предотвращение ухода металла через нижнюю часть формы и предотвращение разрыва электрической цепи между кристаллизаторами-электродами с момента заполнения формы сплавом до полного затвердевания отливки.

Для достижения названного результата устройство для изготовления отливок направленным затвердеванием содержит кристаллизаторы-электроды и литейную форму с двумя и более рабочими полостями. В донной части формы выполнены сквозные отверстия по числу рабочих полостей.

Новым в изобретении является то, что устройство снабжено пробками, выполненными из материала отливки и установленными в каждом отверстии литейной формы, и емкостью с электропроводным легкоплавким материалом, контактирующим с пробками и кристаллизаторами-электродами, при этом между формой и пробкой установлено уплотнение из упругого огнеупорного материала.

Устройство для изготовления отливок направленным затвердеванием содержит печь подогрева 1, кристаллизаторы-электроды 2 и литейную оболочковую форму 3 с двумя рабочими полостями 4. В донной части формы 3 выполнены сквозные отверстия 5 для каждой рабочей полости 4. В каждом сквозном отверстии 5 установлена пробка 6 из материала отливки. Между пробкой 6 и формой 3 расположено уплотнение 7 из упругого огнеупорного материала. Уплотнение 7 может быть выполнено из огнеупорного фетра, керамического войлока или шнурового асбеста. Литейная форма опирается на емкости 8, заполненные электропроводным легкоплавким материалом 9. В качестве этого материала могут быть использованы материалы с температурой плавления от 60 до 250, например олово или сплав Вуда. Электропроводный легкоплавкий материал 9 находится в непосредственном контакте с пробками 6 и кристализаторами-электродами 2.

Устройство работает следующим образом.

Литейную форму 3 вместе с встроенными пробками 6 и уплотнением 7 нагревают до температуры 950^oС и устанавливают в печь подогрева с температурой 900. . . 1000^oС на емкости 8. Пробки 6, нагретые выше точки плавления электропроводного легкоплавкого материала в емкости 8, расплавляют последний и входят с ним в надежный электрический контакт. После заполнения формы жаропрочным сплавом ЧС88УВИ замыкается электрическая цепь между кристаллизаторами-электродами 2 и по отливке течет электрический ток, который обеспечивает поддержание сплава отливки в жидком состоянии в начальный момент времени. В это время происходит частичное оплавление пробки 6 и создание электрического контакт между сплавом отливки и пробкой 6 без контактного сопротивления, так как пробка 6 становится частью отливки. Под тепловым воздействием жидкого сплава через пробку 6 на электропроводный легкоплавкий материал 9, а также в результате электромагнитной конвекции происходит его полное расплавление. Контактное электрическое сопротивление между электропроводным легкоплавким материалом 9 и кристаллизаторами-электродами 2 составляет ничтожно малое значение. По мере кристаллизации отливки величина контактного сопротивления остается на прежнем низком уровне до полного затвердевания отливки. После заполнения рабочих полостей 4 сплавом с температурой 1550^oС в первый момент времени происходит интенсивный разогрев пробок 6 с соответствующим тепловым расширением. При этом уплотнение 7, обладая упругостью, дополнительно уплотняется и предотвращает разрушение формы 3 в донной части. Это обеспечивает надежную защиту от ухода металла и позволяет получать отливки практически любой высоты, так как форма в нижней части имеет достаточную герметичность. В результате эффекта упругости уплотнения 7 предотвращается разрушение формы 3 также и во время ее прокалки совместно с пробками 6.

Отливали крупногабаритные турбинные лопатки из сплава ЧС 88УВИ 4-й ступени двигателя ГТД 110 высотой 600 мм методом направленного затвердевания под действием электрического тока. Было выполнено около 70 заливок, и ни в одном случае не было размыкания электрической цепи между кристаллизаторами-электродами и пробоя металла со стороны нижней части литейной электрокорундовой формы.

Использование предлагаемого изобретения позволяет за счет создания надежного электрического контакта всех элементов электрической цепи между кристаллизаторами-электродами и высокой герметичности донной части формы в области кристаллизатора изготавливать крупногабаритные лопатки газовых турбин практически неограниченной высоты.

Формула изобретения

Устройство для изготовления отливок направленным затвердеванием, содержащее кристаллизаторы-электроды и литейную форму с двумя и более рабочими полостями, в донной части которой выполнены сквозные отверстия по числу рабочих полостей, отличающееся тем, что оно снабжено пробками, выполненными из материала отливки и установленными в каждом отверстии литейной формы, и емкостью с электропроводным легкоплавким материалом, контактирующим с пробками и кристаллизаторами-электродами, при этом между формой и пробками установлено уплотнение из упругого огнеупорного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1