Способ направленного затвердевания залитого в форму металла

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения отливок ответственного назначения. Способ включает нанесение на поверхность литейной формы перед заливкой расплавленного металла защитно-разделительных покрытий различных составов. На нижнюю часть стенок литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида магния 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,1-0,2 мм. На среднюю часть стенок наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,2-0,3 мм. На верхнюю часть стенки наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,3-0,4 мм. Создаются условия для направленной кристаллизации металла, обеспечивается повышение прочностных свойств отливок. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к способу направленного затвердевания залитого в форму металла.

Известен способ направленного затвердевания залитого в форму металла (Б.И.Медовар. Металлургия вчера, сегодня, завтра. Киев: Наукова думка, 1990, стр.142, рис.47).

Его недостатком является трудность воспроизведения полученных результатов от слитка к слитку ввиду отсутствия обратных связей, обеспечивающих возможность коррекции режимных параметров затвердевания слитка.

Известен способ литья дисковых и кольцевых заготовок из жаропрочных труднодеформируемых сплавов на никелевой основе. Способ включает вакуумно-индукционную выплавку сплава с получением шихтовой заготовки, изготовление керамической формы, расплавление шихтовой заготовки жаропрочного сплава, заливку расплава в керамическую форму и проведение направленной кристаллизации в керамической форме. Керамическую форму изготавливают из наружной, внутренней частей и вставок-перегородок. Внутреннюю часть керамической формы устанавливают на дно наружной части. Пространство между внутренней стенкой наружной части и наружной стенкой внутренней части разделяют по высоте вставками-перегородками на части, равные высоте заготовок. Во вставках выполнены отверстия, через которые осуществляют заполнение и подпитку нижерасположенных заготовок в процессе направленной кристаллизации отливок. Достигается снижение трудоемкости изготовления деталей, повышение коэффициента использования металла.

К недостаткам способа относится ограниченность применения только сплавами на никелевой основе, а так же наличие сложной и дорогостоящей литейной формы. Способ нельзя применить без переналадки оборудования в стандартных условиях.

Известен способ направленного затвердевания залитого в форму металла (патент РФ №2392092 от 02.07.2008). Способ включает управление процессом кристаллизации в форме, оборудованной средствами обеспечения перепада температур в направлении кристаллизации металла. Используют кольцеобразную форму с конической внутренней поверхностью. Перепад температур в направлении кристаллизации металла осуществляют посредством одновременного охлаждения кольцеобразной формы со стороны днища и ее внутренней поверхности и нагрева металла в ее верхней части. Достигается повышение качества получаемых отливок.

Недостатком способа является сложная и дорогостоящая литейная форма, а так же невозможность применения без переналадки оборудования в стандартных условиях.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ, описанный в патенте №1680441 от 30.09.1991. Способ заключается в том, что заливку расплавленного металла производят в кокиль с нанесенным на его внутреннюю поверхность покрытием толщиной 0,3-1,5 мм, кратковременно разогревающимся при помощи электрического тока напряжением 30-400 В. Покрытие состоит из смеси графитового порошка, глинозема и геля SiO2 в качестве связующего, выделенного из гидролизованного раствора этилсиликата, взятых в соотношении, об.%: графит 17-40, SiO2 12-19, глинозем остальное. При этом количество графита в покрытии меняется в указанных пределах, увеличиваясь в направлении от отливки к питающим частям литниковой системы. Электрический ток подводят к кокилю и заливаемому металлу в ковше.

Недостатком способа является необходимость наличия дополнительного оборудования и источника электрического тока для разогрева покрытия и кокиля, необходимость подготовки смесей различного состава для обеспечения разного количества графита в покрытии в разных частях литейной формы.

Задачей изобретения является - возможность применения без переналадки оборудования в стандартных условиях.

Поставленная задача достигается тем, что перед заливкой расплавленного металла в литейную форму, на часть ее поверхностей наносятся защитно-разделительные покрытия различных составов. На нижнюю часть стенок литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида магния 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,1-0,2 мм. На среднюю часть литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,2-0,3 мм. На верхнюю часть литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,3-0,4 мм.

В результате после заливки расплавленного металла наиболее интенсивный теплоотвод идет через дно литейной формы, на которое не нанесено покрытие. Менее интенсивно теплоотвод идет через нижнюю часть стенок литейной формы с нанесенным покрытием, основанным на порошке оксида магния. И наименее интенсивно теплоотвод идет через среднюю и верхнюю части стенок литейной формы, куда нанесено покрытие, основанное на оксиде циркония, так как оксид циркония обладает более низкой теплопроводностью в сравнении с оксидом магния и толщина слоя покрытия с оксидом циркония больше. Таким образом, формируется направленный теплоотвод от верхней части отливки к дну литейной формы, это создает необходимые условия для направленной кристаллизации расплава.

Использование предложенного способа направленного затвердевания металла, при прочих равных условиях, позволяет повысить качество как легированного, так и нелегированного металла, обеспечивает возможность снижения расхода легирующих добавок в металл для малоответственных деталей и получить более высокое качество металла для изготовления ответственных деталей.

На фиг.1 изображено: на нижнюю часть поверхности литейной формы 1 наносят покрытие 2, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида магния 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,1-0,2 мм. На среднюю часть литейной формы наносят покрытие 3, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,2-0,3 мм. На верхнюю часть литейной формы наносят покрытие 4, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,3-0,4 мм.

Такое соотношение компонентов объясняется тем, что при большем количестве масла в покрытии, оно не будет обладать достаточной вязкостью и будет стекать с покрываемой поверхности, а при меньшем количестве масла покрытие будет более густым по составу и не будет обеспечивать равномерное нанесение покрытия на стенки литейной формы. Толщина наносимого покрытия ограничивается величиной в 0,5 мм, при большей толщине покрытие будет стекать со стенок формы. Разная толщина покрытий необходима для формирования направленного фронта кристаллизации. Наличие трех зон с разной толщиной покрытия обусловлено тем, что при меньшем количестве зон не будет формироваться фронт направленной кристаллизации, а большее количество зон приведет к усложнению технологии.

Сущность изобретения заключается в следующем: нанесенный на поверхность литейной формы защитно-разделительный слой препятствует непосредственному контакту расплавленного металла с металлической формой, снижая теплоотвод. Дно литейной формы не покрыто защитно-разделительным покрытием и будет отводить тепло максимально быстро. На нижнюю часть литейной формы нанесено покрытие на основе нанопорошка оксида магния, оно незначительно снижает теплоотвод. На среднюю часть литейной формы наносится более толстый слой покрытия на основе нанопорошка диоксида циркония. Порошок диоксида циркония имеет значительно более низкую теплопроводность в сравнении с порошком оксида магния, это приведет к более значительному снижению теплоотвода в средней части формы. Минимальным теплоотвод будет в верхней части литейной формы из-за наличия покрытия на основе диоксида циркония максимальной толщины. Тем самым создается направленный теплоотвод от залитого металла к нижней части литейной формы. Это обеспечивает направленную кристаллизацию слитка и формирование повышенных прочностных свойств отливки.

Пример.

На нижнюю часть поверхности литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида магния 20 мас.% и индустриального масла 80 мас.% толщиной 0,15 мм. На среднюю часть литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 22 мас.% и индустриального масла 78 мас.% толщиной 0,25 мм. На верхнюю часть литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 22 мас.% и индустриального масла 78 мас.% толщиной 0,35 мм. Затем в литейную форму заливают расплавленный сплав. Расплав кристаллизуется, литейная форма остывает, отливку извлекают.

Способ направленного затвердевания металла в литейной форме с нанесенными на ее поверхность защитно-разделительными покрытиями, имеющими различный состав, включающий заливку в литейную форму расплавленного металла, отличающийся тем, что используют литейную форму, на нижнюю часть стенок которой нанесено покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида магния 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,1-0,2 мм, на среднюю часть стенок - покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,2-0,3 мм, а на верхнюю часть стенок - покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,3-0,4 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения лопаток стационарных ГТД и ГТУ, створок и проставок реактивного сопла, дисковых заготовок.

Изобретение относится к области литья фасонных (разностенных, сложнопрофильных) отливок с использованием литейных форм. .

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных длинномерных отливок для газотурбинных установок и двигателей из монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов, работающих при температуре 1500°С.

Изобретение относится к области изготовления деталей, имеющих направленную кристаллографическую ориентацию. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению заготовок для последующей деформации из жаропрочных труднодеформируемых никелевых сплавов, работающих при температурах выше 600°С, в частности сложнопрофильных дисков турбины, раскатных колец и др.

Изобретение относится к охлаждающей составной части литейной формы для заливки литейного материала из легких металлов. .

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

Изобретение относится к терморегулированию пресс-формы литьевой машины. .

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает помещение сплава в литейную форму и окисление элемента сплава с формированием защитного слоя на поверхности отливки. Литейная форма имеет внутреннее покрытие, содержащее оксид хрома, оксид ниобия, оксид титана, оксид тантала, оксид кремния, циркон, оксид иттрия или их сочетания. Защитный слой формируют восстановлением одного или более составляющих внутреннего покрытия одним или более элементами сплава. Обеспечивается уменьшение образования поверхностных раковин в отливках. 9 з.п. ф-лы, 5 ил., 8 пр.

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к производству сопловых и рабочих турбинных лопаток из никелевых жаропрочных сплавов. Устройство содержит керамическую форму, в которой выполнены последовательно расположенные по направлению кристаллизации затравочная полость с размещенной в ней монокристаллической затравкой, коническая стартовая полость, соединенная с полостью формы, образующей отливку, выполненной под углом к направлению кристаллизации отливки, литниковые ходы и прибыльная часть. В керамической форме также выполнены расположенная по направлению кристаллизации общая стартовая полость, соединенная с затравочной полостью, дополнительные конические стартовые полости и дополнительные полости формы, образующей отливку. Полости форм расположены параллельно друг над другом с наклоном ее вертикальной оси к направлению кристаллизации под углом 25-65°. Каждая коническая стартовая полость соединена с общей стартовой полостью, а каждая полость формы соединена по меньшей мере одним литниковым ходом с прибыльной частью керамической формы. Общая стартовая полость расположена вдоль направления кристаллизации. Обеспечивается повышение производительности технологического процесса и экономия металла при сохранении выхода годных монокристаллических отливок. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению отливок из жаропрочных сплавов для изготовления рабочих и сопловых лопаток газовых турбин. Керамическую форму с кристаллизующимся расплавом размещают на охлаждаемом поддоне в вакуумной установке и перемещают вертикально из зоны нагрева в зону охлаждения со скоростью 5-10 мм/мин. На расстоянии 52-70 мм от верхнего среза зоны охлаждения форму охлаждают потоками инертного газа при давлении газа в критическом сечении сопла 3-10 бар и остаточном давлении инертного газа в зоне охлаждения 100-300 мбар. При переходе формы из области кристаллизации расплава пера лопатки в область кристаллизации расплава хвостовика лопатки перемещение формы ведут со скоростью 5 мм/мин при давлении инертного газа в критическом сечении сопла до 7,5 бар. Обеспечивается отсутствие дефектов в отливке, в том числе области перехода от одной толщины отливки к другой.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения отливок направленной кристаллизацией из сталей и сплавов. Устройство содержит камеру нагрева 1, камеру охлаждения 2 и камеру 3 привода штока 38, образующие единую герметичную вакуумную камеру. В камере 3 привода штока размещены механизмы вертикального перемещения формы 23 и поворота поддона 43 вокруг вертикальной оси штока 38. Механизм поворота поддона 43 содержит поворотную трубу 42 с квадратным отверстием, расположенную с зазором в отверстии штока 38, квадратный вал 45, размещенный внутри трубы с зазором, и механизм поворота квадратного вала вокруг вертикальной оси, расположенный в нижней части вакуумной камеры 3 привода штока. В камере охлаждения 2 расположен узел охлаждения формы 23 с блоком подвижных отражательных экранов 32 и 34. Механизм фиксации формы в печи нагрева 1 выполнен в виде шлицевого диска 24, расположенного на охлаждаемом поддоне соосно с ним, и кольцевой шлицевой опоры 21, закрепленной в нижней части печи нагрева 1 и имеющей пазы с размерами, обеспечивающими взаимодействие с выступами шлицевого диска 24 при подъеме штока с формой в печь нагрева формы. Достигается расширение технологических возможностей устройства. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к литейному производству. Устройство содержит камеру плавления 1 с плавильно-заливочным блоком, размещенным на стойке 8, и заливочной воронкой 25, камеру 2 нагрева литейной формы 19 с индуктором 21, размещенным снаружи камеры, и камеру 10 загрузки литейной формы Камеры плавления и нагрева выполнены из цилиндрических кварцевых труб, между торцами которых расположена водоохлаждаемая металлическая проставка 3, имеющая отверстие для соединения с вакуумной системой. Плавильно-заливочный блок и опора заливочной воронки 25 размещены на проставке 3. Между камерой нагрева и камерой загрузки литейной формы расположен вакуумный затвор 9. Литейная форма установлена на штоке 14, оснащенном механизмом вертикального перемещения формы. Для подвода охлаждающего инертного газа к основанию литейной формы в штоке выполнено центральное отверстие. Обеспечивается повышение надежности работы устройства и качества отливок. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Изобретение относится к металлургии. Литая рабочая лопатка с монокристаллической структурой содержит перо, полку замка и замковую часть и состоит из двух фрагментов, соединенных зоной сплавления. Зона сплавления двух фрагментов высотой 5-30 мм размещена между полкой замка и замковой частью лопатки. Один фрагмент - замковая часть - выполнен из сплава с повышенной кратковременной прочностью, а другой фрагмент - перо лопатки и полка замка - из сплава с повышенной жаропрочностью. Разница температур полного растворения упрочняющей γ′- фазы двух жаропрочных сплавов TSOLγ′ составляет не более 20°C, а разница плотностей сплавов ~8%. Жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления замковой части рабочей лопатки по изобретению содержит, мас. %: углерод 0,001-0,12; хром 6,5-9,8; кобальт 4,0-7,2; молибден 1,6-3,7; вольфрам 2,0-4,2; титан 3,0-4,5; алюминий 4,8-6,2; ниобий 0,08-0,22; марганец 0,002-0,12; кремний 0,005-0,2; никель остальное. Способ термообработки литой лопатки включает гомогенизирующий отжиг при температуре 1250±10°C в течение 2-3 часов с последующим охлаждением со скоростью 25-40°C/мин до температуры 690-710°C, последующий нагрев лопатки до температуры старения, выдержку в течение 16-24 часов и охлаждение со скоростью 20-40°C/мин до температуры 500°C, выдержку в течение 5-30 мин и охлаждение на воздухе. Обеспечивается повышение прочностных характеристик лопатки и надежности работы турбины. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к системе терморегуляции форм для литья под давлением, форм для кокильного литья и других подобных устройств. Система содержит резервуар (11), в котором находится жидкая охлаждающая среда, в частности вода, первичный гидравлический контур (12) для циркуляции жидкой охлаждающей среды от резервуара (11) к форме и от формы в резервуар через теплообменник (SC). Для циркуляции газообразной среды в форме предусмотрен вторичный пневматический контур (13), соединенный с первичным гидравлическим контуром (12). Контур (13) предназначен для охлаждения формы попеременно жидкой и газообразной средой, или газообразной средой, смешанной с жидкой средой. Система содержит гидравлический контур (112) предварительного нагрева, интегрированный с первичным гидравлическим контуром (12) и предназначенный для производства и циркуляции горячей жидкой текучей среды для предварительного нагрева формы. Обеспечивается устранение парообразования в процессе предварительного нагрева форм. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.
Заявленное изобретение относится к литейному производству. Керамическую форму обжигают при температуре от 800 до 1000°С в течение от 2 до 4 часов, охлаждают до температуры от 20 до 950°С и выдерживают при такой температуре в течение от 10 до 40 минут. Осуществляют заливку в указанную форму жидкого сплава, перегретого на от 50 до 200°С относительно исходной температуры плавления, и по прошествии от 10 до 100 секунд указанную форму погружают с постоянной или переменной скоростью в жидкую охлаждающую среду, представляющую собой 1-99% об. водный раствор жидкого полимера при температуре от 15 до 85°С. Обеспечивается получение отливок с качественной внешней поверхностью и высокой однородностью макро- и микроструктуры в поперечных сечениях стенок. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 пр.

Изобретение относится к литейному производству. Шихтовую заготовку размещают в керамической форме или тигле, помещают в нижнюю область зоны нагрева двухзонной печи подогрева форм и нагревают в атмосфере инертного газа. При достижении расплавом температуры на 160-250°С выше температуры солидус его выдерживают в атмосфере инертного газа в течение 10-30 мин. В зону охлаждения двухзонной печи подогрева форм керамическую форму или тигель перемещают со скоростью 1-30 мм/мин. Обеспечивается однородная направленная композиционная структура отливок из сплава на основе ниобия, повышение выхода годного. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Изобретение может быть использовано для литья деталей, имеющих сквозные отверстия, в частности блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Способ включает подготовку литейной формы (2) с литейным стержнем (8-19) для образования сквозного отверстия (O1, O2), заливку расплава металла (S) в форму, охлаждение литой детали (Z1, Z2) до температуры ниже температуры начала кристаллизации расплава металла (S), но выше минимальной температуры, до которой при ускоренном охлаждении происходит образование высокопрочной структуры. Через сквозное отверстие (O1, O2) литой детали (Z1, Z2) проделывают соединительный канал (G1, G2), путем сгорания связующего в формовочном материале, из которого выполнен литейный стержень (8-19), или путем механического разрушения литейного стержня. Связующее сгорает под действием тепла, выделяющегося при заливке расплава металла в литейную форму. Литую деталь охлаждают в литейной форме путем пропускания охлаждающей среды (M1, M2) через направляющий сквозной канал (G1, G2). Обеспечивается получение оптимальных механических свойств литых деталей. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения отливок ответственного назначения. Способ включает нанесение на поверхность литейной формы перед заливкой расплавленного металла защитно-разделительных покрытий различных составов. На нижнюю часть стенок литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида магния 20-25 мас. и индустриального масла 75-80 мас. толщиной 0,1-0,2 мм. На среднюю часть стенок наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас. и индустриального масла 75-80 мас. толщиной 0,2-0,3 мм. На верхнюю часть стенки наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас. и индустриального масла 75-80 мас. толщиной 0,3-0,4 мм. Создаются условия для направленной кристаллизации металла, обеспечивается повышение прочностных свойств отливок. 1 ил., 1 пр.

Наверх