Легкоплавкий сплав

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при изготовлении лопаток ГТД. Легкоплавкий сплав на основе висмута для закрепления маложестких деталей при их механической обработке включает олово (40,5-41,5 мас.%), кадмий (2,5-3,5 мас.%), висмут - остальное. Сплав сохраняет стабильность своих свойств при многократном использовании, обеспечивает повышение точности механической обработки маложестких деталей. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлообработке, а именно к зажимным средствам, применяемым для закрепления маложестких деталей при их механической обработке, и может быть использовано в авиадвигателестроении при изготовлении лопаток ГТД.

Известно использование расплавленного уксусно-кислого натрия в качестве самотвердеющего состава для крепления маложестких деталей при механической обработке (а.с. №979073, B23Q 3/06 от 07.12.82 г), но ввиду низкой твердости и прочности состав получил ограниченное применение.

Известно применение легкоплавкого сплава, состоящего из следующих компонентов: висмут - 50%, олово - 12,5%, свинец - 25%, кадмий - 12,5%. В производстве данный сплав известен под названием сплава «Вуда» (В.В.Крымов, Ю.С.Елисеев, К.И.Зудин. Производство лопаток газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 2002 г., стр.136).

Недостатком данного сплава является то, что он имеет низкие прочностные характеристики (σ_в=2,2 кг/мм², НВ=14), что не позволяет использовать данный сплав при заливке детали в брикет, так как под действием усилия крепления в приспособлении при механообработке происходит деформация брикета, достигающая 3% номинальной величины. Кроме того, происходит его пластическая деформация.

Наиболее близким легкоплавким сплавом, используемым для закрепления маложестких деталей при их механической обработке, выбранным в качестве прототипа, является сплав под названием «Cerrotru", состоящий из следующих компонентов: висмут 52% и олово - 48% (В.В.Крымов, Ю.С.Елисеев, К.И.Зудин. Производство лопаток газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 2002 г., стр.136).

Указанный сплав имеет более высокие прочностные характеристики (σ_в=3,4 кг/мм², НВ=19,9). Недостатком данного легкоплавкого сплава является то, что в течение 24 часов после заливки сплав имеет низкую размерную стабильность. Брикет с залитой в него деталью вначале увеличивает свои размеры, а затем уменьшает. Размеры при этом меняются на 0,1-0,15% от номинальных значений. Такая нестабильность приводит к снижению точности положения базовых поверхностей относительно осей детали, что в конечном счете снижает точность получения размеров обрабатываемой детали.

Технический результат данного изобретения выражается в повышении прочности и стабильности сплава, что ведет к повышению точности механической обработки маложестких деталей.

Сплавы на основе легкоплавких металлов, применяемые для закрепления деталей при их механической обработке, позволяют:

- после остывания неподвижно фиксировать деталь,

- не допускать смещения детали в процессе остывания сплава,

- обеспечивать сохранение в брикете плоскостности базовых поверхностей, их взаимное расположение и размеры после остывания в течение 24 часов после заливки,

- не допускать смещения заготовки детали в брикете под действием усилий зажима и резания,

- не взаимодействовать с материалом детали,

- сохранить стабильность своих свойств при многократном использовании.

Указанный технический результат достигается тем, что легкоплавкий сплав на основе висмута, включающий олово и висмут, дополнительно содержит кадмий при следующем соотношении компонентов, мас.%: олово - 40,5-41,5; кадмий - 2,5-3,5; висмут - остальное до 100%.

При увеличении процентного содержания висмута в составе сплава больше 56% приведет к повышению твердости, но снижению размерной стабильности. При увеличении процентного содержания олова в составе больше 41,5% приведет к снижению твердости и возрастанию деформации брикета при механической обработке. Увеличение процентного содержания кадмия больше 3,5% приведет к ухудшению прочностных характеристик брикета с залитой в него деталью при механической обработке.

При уменьшении процентного содержания висмута в составе сплава меньше 55,5% твердость сплава составит НВ=20,9; а относительное изменение размера брикета изменится на 0,2%. При уменьшении процентного содержания олова меньше 40,5% относительное изменение размера брикета изменится до 0,35%, а при уменьшении процентного содержания кадмия менее 2,5% относительное изменение размера брикета достигнет 0,2%.

В таблице для сравнения приведены сплавы и их прочностные характеристики.

Таблица
№ сплава	Содержание компонентов, мас.%	Твердость, НВ	Относительное изменение размера брикета из сплава после заливки, %
висмут	олово	кадмий
1	55	43	2,0	20,9	0,2
2	56	41,5	2,5	21,5	0,017
3	56	41	3	21,8	0,015
4	56	40,5	3,5	21,7	0,02
5	58	39	3	22,1	0,35
6	53	26	21	21,2	0,5

Как видно из таблицы, только заявленное соотношение компонентов сплава позволяет обеспечить одновременно повышенную прочность и стабильность получаемого сплава.

Технология применения состава следующая.

Перед обработкой маложесткую деталь, например лопатку ГТД, устанавливают в камеру на базирующие элементы. В зазор между деталью и камерой заливают расплавленный сплав. После затвердевания сплава и остывания его до комнатной температуры брикет с залитой в него деталью удаляется из камеры и направляется на механическую обработку, где брикет с деталью устанавливают в зажимное приспособление металлорежущего станка и подвергают обработке. После полной обработки деталь выплавляется из брикета. Таким образом, указанный легкоплавкий сплав за счет более высокой прочности и стабильности обеспечивает повышение точности механической обработки деталей, а также состав сохраняет стабильность своих свойств при многократном использовании.

Легкоплавкий сплав на основе висмута для закрепления маложестких деталей при их механической обработке, включающий олово, отличающийся тем, что он содержит кадмий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

олово	40,5-41,5
кадмий	2,5-3,5
висмут	остальное