BR112019021639A2

BR112019021639A2 - Método e aparelho para preenchimento de molde antigravidade

Info

Publication number: BR112019021639A2
Application number: BR112019021639-1A
Authority: BR
Inventors: Shendye Sanjay; C. Michalik Joseph Jr.
Original assignee: Metal Casting Technology, Inc.
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2020-05-12
Also published as: JP7267933B2; JP2020516464A; KR20200002880A; US20180354026A1; CN110958921A; WO2018226922A3; CA3053411A1; US20200139430A1; WO2018226922A2; JP2021191590A; MX2019012466A; KR102241340B1; EP3570994A2; BR112019021639B1; US10562095B2; CA3053411C; EP3570994B1; EP3570994A4; US11364539B2

Abstract

um método de fundição antigravidade e aparelho em que o molde é mantido estacionário e o cadinho é movido de modo geralmente lateral de uma câmara de fusão para uma câmara de preenchimento posicionada abaixo do molde em relação à gravidade. a câmara de fundição é localizada geralmente acima da câmara de preenchimento em relação à gravidade. o método e aparelho utilizam câmaras separadas para fusão e fundição em que a pressão em cada câmara pode ser variada em relação uma à outra para introduzir o metal fundido no molde.

Description

MÉTODO E APARELHO PARA PREENCHIMENTO DE MOLDE ANTIGRAVIDADE

CAMPO TÉCNICO

[0001] Est a revelação de patente se refere, em geral, a métodos e aparelho para fundição de metal. Mais particularmente, esta revelação de patente se refere a um aparelho e métodos de fundição antigravidade. Adicionalmente, esta revelação de patente se refere ao uso do aparelho de fundição antigravidade e métodos para produzir moldagens com o uso de métodos de cristal chamuscado (SX), solidificação de modo direcional (DS) e policristalino de eixos geométricos iguais.

ANTECEDENTES

[0002] Ligas, como ligas contendo alto teor de rênio, usadas para moldar partes direcionalmente solidificadas de cristal único podem ser muito dispendiosas. Na técnica convencional sistemas de moldagem, a liga fundida é introduzida no molde despejando-se ou injetando-se a liga do topo para uma passagem de jito. Para minimizar defeitos em partes moldadas causados por encolhimento durante a solidificação, a solidificação direcional pode ser empregada, em que o encolhimento que se forma nas porções solidificadas da parte é preenchido com liga de uma porção da parte que não se solidificou ainda e com a liga fundida no jito reabastecendo qualquer material usado para preencher o encolhimento. Nesses sistemas de moldagem convencional, a liga se solidifica no jito e deve ser removida das partes acabadas e raspada ou reciclada.

[0003] Para ligas de alto custo é vantajoso minimizar ou

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 7/45

2/20 reduzir o material restante no jito após o processo de moldagem. Um processo antigravidade que aborda essa necessidade foi primeiro desenvolvido pela Hitchiner Manufacturing Company e revelado na Patente US n° 3.863.706, cuja revelação é incorporada em sua totalidade a título de referência no presente documento. No processo antigravidade revelado em tal patente, o jito é preenchido a partir do fundo e, após a solidificação das partes moldadas, gualquer metal fundido no jito pode ser drenado e ser recapturado para processos de moldagem subsequentes reduzindo, assim, o custo geral por parte moldada. Adicionalmente, as reduções no custo por parte podem ser alcançadas reduzindo-se o tempo de ciclo para moldagem.

[0004] Embora os processos e os métodos de preenchimento de molde antigravidade sejam um aprimoramento em relação aos métodos e aparelho de moldagem convencionais, o equipamento para realizar esses processos foi, até o presente momento, orientado verticalmente e pode se estender de modo ascendente por 12,19 m (40 pés) ou mais. Por isso, esses processos podem ser realizados apenas em localizações adequadas que têm espaço vertical estendido ou em localizações em que um poço foi criado para conter uma porção do equipamento.

[0005] Os aprimoramentos, portanto, ainda são necessários para aprimorar a eficácia, reduzir o custo, permitir o uso dos processos em uma seleção mais ampla de localizações e para permitir o uso desses métodos e aparelho para ser usado em fundição de cristal único.

SUMÁRIO

[0006] As necessidades supracitadas são atendidas, a uma

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 8/45

3/20 grande extensão, pela presente revelação, em que os aspectos de um método e aparelho de preenchimento de molde antigravidade aprimorado são fornecidos.

[0007] Em um aspecto, os métodos e o aparelho da presente revelação utilizam moldagem antigravidade para reduzir a liga que se solidifica no jito de uma fundição. Os métodos e o aparelho da presente revelação também fornecem solidificação direcional de fundições antigravidade com vibrações reduzidas do molde durante a solidificação, reduzindo, assim, o crescimento de grão de espúrio durante a fundição de cristal único. De acordo com um aspecto da revelação, é fornecido um método de fundição antigravidade, em que o molde é mantido estacionário durante a fundição e solidificação direcional. 0 método inclui as etapas de fundir metal em um cadinho em uma câmara de fusão e, então, mover o cadinho da câmara de fusão para uma câmara de fundição. Mover o cadinho de uma posição de fusão para uma posição de fundição inclui mover o cadinho lateralmente a partir de uma câmara de fusão para uma câmara de preenchimento e colocar o metal fundido em contato com um cano de preenchimento. 0 cadinho, então, é movido para colocar o metal fundido em contato com um cano de preenchimento. 0 metal fundido é introduzido de modo ascendente através do cano de preenchimento e para dentro do molde. 0 metal fundido, então, é drenado a partir do tubo de preenchimento de volta para o cadinho e o cadinho é movido na direção oposta ao cano de preenchimento. Um susceptor, então, é movido em relação ao molde para causar a solidificação direcional do metal fundido no molde. Esse processo é bem adequado para a fundição de ligas de SX/DS

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 9/45

4/20 altamente reativas.

[0008] Em outro aspecto da revelação, é fornecido um método de fundição antigravidade, em que o molde é mantido estacionário durante a fundição e solidificação. 0 método inclui as etapas de fundir metal em um cadinho em uma câmara de fusão e, então, mover o cadinho da câmara de fusão para uma câmara de fundição. 0 cadinho, então, é movido para colocar o metal fundido em contato com um cano de preenchimento. 0 metal fundido é introduzido de modo ascendente através do cano de preenchimento e para dentro do molde. 0 metal fundido, então, é drenado a partir do tubo de preenchimento de volta para o cadinho e o cadinho é movido na direção oposta ao cano de preenchimento. Um susceptor, então, é movido em relação ao molde para causar solidificação policristalina de eixos geométricos iguais do metal fundido no molde. Esse processo é bem adequado para a fundição de superligas, além de outras ligas.

[0009] Em outro aspecto da revelação, é fornecido um aparelho de fundição antigravidade que tem uma câmara de fusão, uma câmara de preenchimento adjacente a e deslocada de modo geralmente lateral à câmara de fusão em relação à gravidade e uma câmara de fundição posicionada geralmente acima da câmara de preenchimento em relação à gravidade. Um cano de preenchimento é posicionado dentro da câmara de preenchimento e a êmbolo é posicionado para prender, em posição, um molde colocado na câmara de fundição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] A FIG. 1 é uma vista em perspectiva de recorte parcial de um aparelho de fundição antigravidade que representa a posição inicial de um cadinho, susceptor e

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 10/45

5/20 êmbolo antes da realização de uma operação de fundição de acordo com um primeiro aspecto da revelação.

[0011] A FIG. 2 é uma vista em perspectiva de recorte parcial do aparelho de fundição antigravidade da FIG. 1 que representa o cadinho em uma posição intermediária antes da realização de uma operação de fundição.

[0012] A FIG. 3 é uma vista em perspectiva de recorte parcial do aparelho de fundição antigravidade da FIG. 1 que representa a posição do êmbolo para a realização de uma operação de fundição.

[0013] A FIG. 4 é uma vista em perspectiva de recorte parcial do aparelho de fundição antigravidade da FIG. 1 que representa a posição do cadinho para a realização de uma operação de fundição.

[0014] A FIG. 5 é uma vista em perspectiva de recorte parcial do aparelho de fundição antigravidade da FIG. 1 que representa o susceptor em uma posição parcialmente elevada durante a realização de uma operação de fundição.

[0015] A FIG. 6 é uma vista em perspectiva de recorte parcial do aparelho de fundição antigravidade da FIG. 1 que representa o susceptor e o êmbolo em uma posição totalmente elevada, e o cadinho em uma posição intermediária, após a realização de uma operação de fundição.

[0016] A FIG. 7 é uma vista em perspectiva de recorte parcial do aparelho de fundição antigravidade da FIG. 1 que representa o cadinho retornado à sua posição inicial para recarregar o cadinho com metal para fundição.

[0017] A FIG. 8 é uma vista em perspectiva de um molde para uso no aparelho de fundição antigravidade da FIG. 1 de acordo com um primeiro aspecto da revelação.

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 11/45

6/20

[0018] A FIG. 9 é uma vista em perspectiva de um molde para uso no aparelho de fundição antigravidade da FIG. 1 de acordo com um aspecto alternativo da revelação.

[0019] A FIG. 10 é uma vista em perspectiva de um molde para uso no aparelho de fundição antigravidade da FIG. 1 de acordo com ainda outro aspecto da revelação.

[0020] A FIG. 11 é uma vista em perspectiva de um molde para uso no aparelho de fundição antigravidade da FIG. 1 de acordo com ainda outro aspecto da revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0021] Agora, com referência aos desenhos, em que numerais de referência semelhantes se referem a elementos semelhantes ao longo do presente documento, é ilustrado na FIG. 1 um aparelho de fundição antigravidade 10 de acordo com um primeiro aspecto da presente revelação. 0 aparelho de fundição antigravidade é compreendido de quatro câmaras principais: uma câmara de fusão 12; uma câmara de preenchimento 14 localizada de modo geralmente lateral à câmara de fusão em relação à gravidade; uma câmara de fundição 16 localizada adjacente à câmara de preenchimento e geralmente acima da câmara de preenchimento em relação à gravidade; e uma câmara de susceptor 18 localizada geralmente acima da câmara de fundição em relação à gravidade. Como será descrito abaixo, uma intertrava móvel 20 é fornecida para separar a câmara de fusão 12 da câmara de preenchimento 14 durante diferentes fases do processo de fundição. Uma função da intertrava 20 é o isolamento da câmara de fusão 12 durante o processo de fusão. A câmara de preenchimento 14 é separada da câmara de fundição 16 por uma placa-base 22 que permite que o diferencial de pressão

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 12/45

7/20 seja criado entre a câmara de preenchimento 14 e a câmara de fundição 20, como será descrito abaixo.

[0022] Como representado, o aparelho de fundição antigravidade 10 inclui um veículo 24 que translada entre a câmara de fusão 12 e a câmara de preenchimento 14. Acoplado ao veículo 24 está um elevador 26 para elevar e rebaixar um cadinho 28 fornecido no mesmo. O cadinho 28 é, de preferência, um cadinho de cerâmica produzido a partir de um material como alumina. Uma bobina de fusão 30 circunda o cadinho 28 para aquecer o cadinho e fundir uma liga de fundição colocada no cadinho para gerar o metal fundido 32 para a fundição. Um invólucro 34 circunda o cadinho 28, de modo que, como será descrito abaixo, a pressão dentro do invólucro 34 possa ser aumentada ou diminuída através da entrada 36. As hastes-guia 38 afixadas ao veículo 24 guiam o invólucro 34 e o cadinho 28 à medida que são elevados.

[0023] Como representado na FIG. 1, a câmara de preenchimento inclui um cano de preenchimento 40. Como também representado na FIG. 1, a câmara de fundição 16 inclui uma placa de refrescamento 42 colocada no topo da placa-base 22 para promover a solidificação direcional. Em um aspecto preferido da revelação, a placa de refrescamento 42 é uma placa de refrescamento resfriada com água produzida a partir de cobre ou tal outro material condutor de calor. Um jito central 44 está assentado no topo do cano de preenchimento 40 e o jito central 44 e o cano de preenchimento 40 são conectados através da placa de refrescamento 42 e da placa-base 22. A montagem e vedações de cerâmica 46 são fornecidas para permitir que o jito central 44 seja montado de modo vedante entre a câmara de

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 13/45

8/20 preenchimento 14 e a câmara de fundição 16 de modo que a pressão na câmara de preenchimento 14 possa ser variada em relação à pressão na câmara de fundição 16.

[0024] Um ou mais moldes 48 são fluidamente conectados ao jito central para permitir a fundição antigravidade com o uso de um ou mais componentes e métodos descritos abaixo. Em um aspecto da revelação, os moldes 48 têm um bastão central cilíndrico 44 e as partes a serem fundidas são montadas no bastão com um seletor de cristal adequado. No caso de certas geometrias de parte de cristal único, o seletor de grão é um cristal com orientação conhecida.

[0025] Circundando o jito central 44 e a cavidade de molde 48 há um susceptor 50 que é envolvido com a bobina de susceptor 52. 0 susceptor 50 pode ser produzido a partir de qualquer material adequado como grafite. 0 susceptor 50 é representado com um orifício no topo acima, que é um êmbolo 54, cuja função será discutida abaixo. Circundando o aparelho de preenchimento antigravidade 10, e formando a câmara de fusão 12, a câmara de preenchimento 14, a câmara de fundição 16 e a câmara de susceptor 18, há um alojamento 56. É fornecido no alojamento um vão de porta 58 para inserir e remover moldes 48 e para vedar a câmara de fundição em certos aspectos da revelação. Também são fornecidas no alojamento, entradas 60, 62, 64 para introduzir ou remover gás das câmaras.

[0026] Um método de operação do aparelho de fundição antigravidade 10 agora será descrito com referência às FIGS 1 a 11. Como representado na FIG. 1, o cadinho 28 começa na câmara de fusão 12, em que a bobina de fusão 30 aquece o cadinho para gerar o metal fundido 32 para a fundição.

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 14/45

9/20

Quando o metal é fundido, a intertrava 20 é aberta para permitir que o veiculo 24 translade para dentro da câmara de preenchimento 14, como mostrado na FIG. 2. Embora não representado, será prontamente reconhecido que a intertrava 20 pode ser aberta girando-se nas dobradiças ou passada através de uma abertura no alojamento 56. Quando o cadinho 28 está na câmara de preenchimento, o cadinho 28 é alinhado abaixo do cano de preenchimento 40.

[0027] Como representado na FIG. 3, o êmbolo 54 é estendido de modo descendente e passa através de um orifício no susceptor 50 e repousa no topo do jito central 44 prendendo o jito central 44 e molde 48. Dessa forma, o molde é retido estacionário durante os processos de fundição e resfriamento pelo êmbolo 54. O êmbolo 54 inclui uma porção de extremidade de cerâmica 64 para suportar o calor do metal fundido no jito central 44 e susceptor 50. Embora não seja mostrado, será prontamente reconhecido que o êmbolo 54 pode ser um aríete de pistão de telescopagem que se estende de modo descendente através de uma abertura no topo do alojamento 56 com o atuador hidráulico preso no topo do alojamento 56.

[0028] Como representado na FIG. 4, o cadinho 50 é movido lateralmente a partir da câmara de fusão 12 para a câmara de preenchimento 14 com o cadinho passando abaixo do cano de preenchimento 40. O cadinho 28 é elevado pelo elevador 26 para colocar o metal fundido 32 em contato com o cano de preenchimento 40 e para colocar o rebordo de topo do cadinho 2 8 em contato vedante com um anel em O (não mostrado) no fundo da placa-base 22. Será prontamente entendido que o fornecimento de folga mínima entre o fundo

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 15/45

10/20 do cano de preenchimento 40 e o invólucro de cadinho 34, à medida que o cadinho 50 é movido lateralmente abaixo do cano de preenchimento, irá permitir que a altura geral do aparelho 10 seja reduzida. Em um aspecto preferido da revelação, a folga entre o cano de preenchimento 40 e o invólucro de cadinho 34 é menor que um terço da altura do invólucro. Nessa revelação preferida, não há exigência de um poço como na prática-padrão de fundição de moldes de cristal único/direcionalmente solidificados. Isso reduz a altura geral do equipamento. Um diferencial de pressão, então, é criado entre a câmara de preenchimento 14 e a câmara de fundição 16 pressurizando-se a câmara de preenchimento 14 através da entrada 62, criando um vácuo na câmara de fundição 16 através da entrada 60 ou uma combinação dos mesmos. Como será prontamente reconhecido, a pressão na câmara de preenchimento 14 deve ser superior à pressão na câmara de fundição 16 para fazer com que o metal fundido seja introduzido de modo ascendente através do cano de preenchimento 40 e para dentro do molde.

[0029] Como representado na FIG. 5, após o molde ser preenchido, e após uma certa porção do seletor de grão ser solidificado, o diferencial de pressão entre a câmara de preenchimento 14 e a câmara de fundição 16 é reduzido para permitir que o metal fundido restante no jito central 44 seja drenado de volta para dentro do cadinho 28. Como representado na FIG. 6, o êmbolo 54, então, é retraído. O cadinho 28 é rebaixado de modo que possa ser movido de volta para a câmara de fundição 12 como é representado na FIG. 7, de modo que possa ser reabastecido com liga. O susceptor 50 e a bobina de susceptor 52, então, são

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 16/45

11/20 elevados para dentro da câmara de susceptor 18 para permitir o resfriamento da fundição. Uma intertrava 66 é trancada para fechar a câmara de fundição 16 em relação à câmara de susceptor 18 para minimizar o resfriamento do susceptor 50 enquanto a fundição resfria e é removida da câmara de fundição 16.

[0030] Como será prontamente entendido, a intertrava 66 pode ser fornecida em duas ou mais seções com uma reentrância parcial em cada para permitir que a intertrava seja fechada ao redor do êmbolo 54 para vedar a câmara de fundição 16 em relação à câmara de susceptor 18. Essa disposição permite que a pressão entre a câmara de preenchimento 14, a câmara de fundição 16 e a câmara de susceptor 18 seja separadamente controlada por meio das entradas independentes 62, 64, 60, respectivamente.

[0031] 0 cadinho 28 é rebaixado e movido de volta para a câmara de fundição 12 como representado na Fig. 7 para ser reabastecido com liga. Como será prontamente reconhecido, a taxa em que o susceptor 50 e a bobina de susceptor 52 são elevados é determinada pela liga sendo fundida e é selecionada para alcançar a solidificação direcional. Como será prontamente reconhecido, a elevação do susceptor 50 e a bobina de susceptor 52 pode ser alcançada por qualquer meio convencional, incluindo intertravamento do susceptor 50 ao êmbolo 54 ou fornecimento de um pistão separado preso ao susceptor. Em um aspecto preferido, o êmbolo 54 inclui um aríete de telescopagem interno que passa através do orifício no susceptor 50 para repousar no topo do jito central 44. Um segundo aríete na forma de uma luva externa do êmbolo 54 se engata com o susceptor 50 e é usado para

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 17/45

12/20 elevar o susceptor 50.

[0032] Como representado na FIG. 7, quando o susceptor 50 é totalmente elevado e a solidificação direcional desejada, alcançada, permitindo o acesso ao molde 48 através do vão de porta 58 para remoção do aparelho de fundição antigravidade 10. O vão de porta 58 é dotado de uma porta 68 que pode ser vedada para permitir a pressurização da câmara de fundição 16 durante o processo de fundição.

[0033] Quatro mecanismos preferidos para introduzir o metal fundido no molde 48 também são representados nas FIGS. 8 a 11. Em um primeiro mecanismo, representado na FIG. 8, o metal fundido é introduzido através de um tubo 70 que é fluidamente conectado ao tubo de preenchimento 40 através de uma porção de assentamento 46 do jito central 44. O metal fundido é extraído através do tubo de preenchimento 70 diretamente para dentro do molde 48. Um seletor de grão 72 é fornecido no fundo do molde 48 e conectado a um bloco de seletor de grão 74, que está assentado na placa de refrescamento 42, para permitir uma conexão fluida entre o molde 48 e o bloco de seletor de grão 74 para a solidificação direcional de um cristal único. Uma redução em inclusões pode ser alcançada por preenchimento de fundo do molde de uma forma não turbulenta da maneira supracitada.

[0034] Em um mecanismo alternativo mostrado na FIG. 9, o metal fundido é extraído através do tubo de preenchimento 70 para dentro de um bloco de seletor de grão 74. Um seletor de grão 72 é fornecido no fundo do molde 48 e conectado a um bloco de grão 74, que está assentado na

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 18/45

13/20 placa de refrescamento 42, para permitir uma conexão fluida entre o molde 48 e o bloco de seletor de grão 74 para a solidificação direcional de um cristal único. Nessa modalidade, o molde 48 é preenchido com liga fundida que passa através do bloco de seleção de grão 74 e do seletor de grão 72 .

[0035] Na modalidade alternativa mostrada na FIG. 10, a liga fundida é extraída através de um tubo de preenchimento 70 para o topo do molde 48. O molde é construído para produzir grãos solidificados direcionalmente ou de cristal único. Em ainda outro mecanismo, o metal fundido é elevado através do jito central 44 e entra no molde 48 perto do fundo do molde através de uma ramificação de alimentação inferior 76, como mostrado na FIG. 11. O molde é construído para produzir grãos policristalinos de eixos geométricos iguais. A liga fundida adicional é introduzida no topo do molde 48 através de uma ramificação de alimentação superior 78 para preencher o encolhimento. Uma redução em inclusões pode ser alcançada por preenchimento de fundo do molde de uma forma não turbulenta da maneira supracitada. Além disso, o controle de temperatura de molde consistente oriundo do uso do susceptor 50 para aquecer o molde pode reduzir defeitos como a porosidade de encolhimento, gás, trancamento frio e sem preenchimento e aprimorar a qualidade da fundição.

[0036] A câmara de fusão 12, a câmara de preenchimento 14, a câmara de fundição 16 e a câmara de susceptor 18 são conectadas, pela entrada 60, 62, 64, a tanques de gás inerte (não mostrados). Tipicamente, árgon de pureza ultraalta é usado. Em um aspecto da revelação, moldes de

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 19/45

14/20 cerâmica permeáveis e impermeáveis de fusão a vácuo e preenchimento assistido por árgon de gás são empregados.

[0037] Em um aspecto da revelação, a placa de refrescamento 42 e a placa-base 22 terão um orifício rebaixado de 2,54 cm a 12,70 cm (1 pol a 5 pol) de diâmetro no centro. Uma gaxeta de aproximadamente 0,1 cm a 0,3 cm (0,040 pol a 0,120 pol) de espessura e um diâmetro interno ligeiramente maior que o diâmetro do orifício de placa de refrescamento rebaixado é colocada no orifício rebaixado. O cano de preenchimento 40, que é, de preferência, produzido a partir de uma cerâmica e preaquecida a uma temperatura até 1148,89 graus Celsius (2100 graus Farenheit), com um diâmetro externo ligeiramente menor que aquele do orifício rebaixado, é inserido no orifício na placa de refrescamento

42. Uma gaxeta, então, é colocada no topo do colar do cano de preenchimento. O molde de cerâmica preaquecido, produzido a partir de materiais comumente usados como alumina e montado com um colar de cerâmica, é colocado na gaxeta. O molde de cerâmica é tipicamente preaquecido a uma temperatura até 1148,89 graus Celsius (2100 graus Farenheit) antes de ser transferido para a placa de refrescamento 42.

[0038] Em um aspecto da revelação, o susceptor 50 dentro da câmara de fundição ou molde 16 tem um diâmetro interno ligeiramente maior que o diâmetro da placa de refrescamento 42. O susceptor 50 é rebaixado sobre o molde preaquecido 48. A porta de câmara de molde 68 é fechada e um vácuo é inserido na câmara de molde 16. O susceptor 50 é ligado uma vez que um nível de vácuo menor que 1,33 Pascal (dez militorr) é alcançado na câmara de molde. O susceptor 50 é

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 20/45

15/20 aquecido com o uso de qualquer técnica-padrão usada na produção de fundições direcionalmente solidificadas de cristal único. A câmara de fusão 12, a câmara de preenchimento 14 e a câmara de fundição 16 são retidas sob menos que 1,33 Pascal (dez militorr) de vácuo, enquanto a liga é fundida e o molde é aquecido à temperatura de fundição com o uso do susceptor 46.

[0039] Em um aspecto da revelação, o susceptor 50 dentro da câmara de fundição ou molde 16 tem um diâmetro interno ligeiramente maior que o diâmetro da placa de refrescamento 42. O susceptor 50 é preaquecido a uma temperatura até 1148,89 graus Celsius (2100 graus Fahrenheit) . O molde preaquecido 48 é colocado sob o susceptor 50. A porta de câmara de molde 68 é fechada e um vácuo é inserido na câmara de molde 16. Uma vez que o nível de vácuo menor que 1,33 Pascal (dez militorr) é alcançado na câmara de molde, a intertrava entre as câmaras de molde e de susceptor 16, 18 é removida, o susceptor 50 é ligado e o susceptor 50 é rebaixado sobre o molde preaquecido 48. O susceptor 50 é aquecido com o uso de qualquer técnica-padrão usada na produção de fundições direcionalmente solidificadas de cristal único. A câmara de fusão 12, a câmara de preenchimento 14, a câmara de fundição 16 e a câmara de susceptor 18 são retidas sob menos que 1,33 Pascal (dez militorr) de vácuo, enquanto a liga é fundida e o molde é aquecido à temperatura de fundição com o uso do susceptor 50 .

[0040] Em um aspecto da revelação, quando o molde 48 está pronto para a fundição, o cadinho 28 é movido até uma posição intermediária de modo que seja pressionado contra o

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 21/45

16/20 anel em O no fundo da placa-base 22. Ao fazer isso, o cano de preenchimento 40 é inserido na liga fundida 32. A pressão no metal fundido, então, é aumentada a uma taxa predeterminada, chamada de taxa de elevação (ROR) até 1 atmosfera em dois a sessenta segundos, bombeando-se árgon na câmara de preenchimento 14, porém, não a câmara de fundição 16. O diferencial de pressão entre a câmara de preenchimento 14 e a câmara de fundição 16 introduz o metal fundido no molde por meio do cano de preenchimento de cerâmica 40. A pressão é aumentada até que a cavidade de molde 48 inteira seja preenchida.

[0041] Uma vez que a cavidade de molde 48 é preenchida, a pressão é retida constante por até 600 segundos. A aplicação de pressão ao metal líquido durante o preenchimento de molde resulta em melhor preenchimento dos detalhes intricados na superfície de fundição. O método descrito no aspecto supracitado da revelação é útil na fundição de superligas à base de níquel usadas para fundir partes de cristal único e direcionalmente solidificadas como lâminas e pás. O processo pode ser executado sem usar os filtros que são usados nos processos tradicionais de fundição de cristal único direcionalmente solidificada para filtrar os óxidos que surgem do fluxo turbulento. Controlando-se a ROR, esse processo pode reduzir a turbulência e, assim, os óxidos.

[0042] Em um aspecto da revelação, o processo de retirada de molde do susceptor 50 é alcançado movendo-se o susceptor 50 para cima na direção vertical. A liga fundida 32 que entrou em contato com a placa de refrescamento 42 irá congelar e criar os grãos de semente necessários que

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 22/45

17/20 crescerão na cavidade de molde 48. Em um aspecto da revelação, a pressão na câmara de preenchimento e a câmara de fundição são equalizadas após o bloco de grão e o seletor de grão terem se solidificado para criar partes direcionalmente solidificadas de cristal único. Em um aspecto alternativo da revelação, as pressões na câmara de preenchimento e na câmara de fundição são equalizadas após o metal líquido no molde ter se solidificado para criar partes policristalinas de eixos geométricos iguais.

[0043] Quando o susceptor 50 se move além do topo do tubo de preenchimento 70, a pressão dentro do cadinho 28 é liberada e o cadinho 28 é rebaixado e transladado de volta para sua posição inicial. No case como mostrado na Figura 10, assim gue o molde 48 é preenchido com metal líquido, a pressão dentro do cadinho 28 é liberada e o cadinho 28 é rebaixado e transladado de volta para sua posição inicial. A intertrava 20 entre a câmara de preenchimento 16 e a câmara de fusão 14 é fechada, o cadinho 28 é recarregado com liga, e o vácuo inserido no cadinho 28 antes da carga ser fundida para a fundição do próximo molde. Uma vez que o ciclo de retirada é concluído, a câmara de fundição 16 é aberta e o molde solidificado removido da placa de refrescamento para processamento adicional.

[0044] Em outro aspecto da revelação que é bem adequado para a fundição de ligas direcionalmente solidificadas de cristal único altamente reativas, a câmara de fusão 12, a câmara de preenchimento 14, a câmara de fundição 16 e a câmara de susceptor 18 são conectadas a bombas de vácuo por meio de entradas 60, 62, 64, assim como sendo conectadas a tanques de gás inerte. Tipicamente, árgon de pureza ultra

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 23/45

18/20 alta é usado. Nesse aspecto da revelação, o susceptor de grafite 50 é rebaixado sobre o molde preaquecido 48 e a porta de câmara de molde 68 é fechada. Um vácuo é inserido na câmara de molde 16 e o susceptor 50 é ligado uma vez que um nível de vácuo menor que 1,33 Pascal (dez militorr) é alcançado na câmara de molde 16. O susceptor 50 é aquecido com o uso de técnicas-padrão usadas na produção de fundições direcionalmente solidificadas de cristal único. A câmara de fusão 12, a câmara de preenchimento 14, a câmara de molde 16 e a câmara de cadinho 18 são retidos sob menos que 1,33 Pascal (dez militorr) de vácuo, enquanto a liga 32 é fundida e o molde 48 é aquecido à temperatura de fundição com o uso de um susceptor 50.

[0045] Quando o molde está pronto para a fundição, o cadinho 28 é movido até uma posição intermediária de modo que seja pressionado contra o anel em O no fundo da placabase. Ao fazer isso, o cano de preenchimento 40 é inserido na liga fundida 32. Tanto a câmara de molde 16 quanto as câmaras de cadinho 12, 14 são pressurizadas com árgon até uma pressão atmosférica. Uma vez que a pressão é alcançada em todas as câmaras, o árgon da câmara de molde 16 é removido a uma taxa de até 1 atmosfera em dois segundos a sessenta segundos, criando, assim, um vácuo na câmara de molde 16 gue força o metal líquido do cadinho 28 para preencher a cavidade de molde 48 por meio do cano de preenchimento 40. Uma vez que as cavidades de molde são preenchidas, o vácuo é mantido constante por até 800 s.

[0046] 0 molde 48, então, é retirado do susceptor 50 movendo-se o susceptor 50 para cima na direção vertical. A liga fundida 32 que entrou em contato com a placa de

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 24/45

19/20 refrescamento 42 congelará. O cadinho 28 é rebaixado de volta para a posição intermediária e transferido de volta para sua posição inicial na câmara de fusão 12. Quando o susceptor 50 se move além do topo da parte sendo fundida, a pressão dentro da câmara de molde 16 é aumentada até uma atmosfera. A elevação do susceptor 50 é continuada e a intertrava 20 entre as duas partes da câmara de cadinho 12, 14 é fechada, o cadinho 28 é recarregado com liga, o vácuo inserido no cadinho 28 e a carga é fundida para fundição do próximo molde 48. Uma vez que o ciclo de retirada é concluído, a câmara de molde 16 é aberta e o molde solidificado é removido da placa de refrescamento 42 para processamento adicional.

[0047] Será prontamente reconhecido que os métodos e sistemas descritos acima resultam em uma redução na altura geral do molde de invólucro, visto que não há necessidade de uma taça de despejamento. Como um resultado, uma quantidade reduzida de material de invólucro é necessária para construir o molde de invólucro reduzindo o custo de produção do molde e reduzindo o material de refugo gerado pelo processo de fundição. Em aspectos da presente revelação, o comprimento de alimentador é mais curto que os métodos de fundição de gravidade tradicionais e, assim, também usa menos metal. Além do supracitado, outro benefício alcançado em vários aspectos da revelação consiste na redução em grãos de espúrio durante o processo de retirada para partes de cristal único, visto que o molde é mantido estacionário. O uso de um êmbolo para reter o molde no lugar durante o preenchimento de molde elimina a necessidade de usar grampos no fundo de molde para evitar a

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 25/45

20/20 elevação de molde.

[0048] Será observado que a descrição supracitada fornece exemplos do sistema e da técnica revelados. Entretanto, é contemplado que outras implementações da revelação podem diferir em detalhes dos exemplos supracitados. Todas as referências à revelação ou exemplos das mesmas são destinados a fazer referência ao exemplo particular sendo discutido em tal ponto e não são destinados a implicar qualquer limitação quanto ao escopo da revelação mais geralmente. Toda linguagem de distinção e desigualdade em relação a certos recursos se destina a indicar uma falta de preferência por aqueles recursos, mas não a excluir totalmente a mesma do escopo da revelação, exceto se indicado de outro modo.

[0049] A menção de faixas de valores no presente documento é meramente destinada a servir como um método abreviado para se referir individualmente a cada valor separado abrangido pela faixa, exceto se indicado de outro modo no presente documento, e cada valor separado é incorporado no relatório descritivo como se fosse individualmente mencionado no presente documento. Todos os métodos descritos no presente documento podem ser realizados em qualquer ordem adequada, exceto se indicado de outro modo no presente documento ou claramente contraindicado de outro modo pelo contexto.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de fundição antigravidade em que um molde é mantido estacionário durante a fundição e solidificação direcional caracterizado por compreender as etapas de:

fundir metal em um cadinho;

mover o cadinho a partir de uma posição de fusão para uma posição de fundição em que mover o cadinho compreende as etapas de:

mover o cadinho lateralmente de uma câmara de fusão para uma câmara de preenchimento; e colocar o metal fundido em contato com um cano de preenchimento;

introduzir o metal fundido de modo ascendente através do cano de preenchimento para dentro do molde;

drenar o metal fundido do cano de preenchimento de volta para o cadinho;

mover o cadinho de volta para a posição de fusão; e mover um susceptor em relação ao molde para causar a solidificação direcional do metal fundido no molde.
2. Método de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de abaixar um êmbolo para engatar o êmbolo com um jito central do molde para prender o molde na posição.
3. Método de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma etapa de fechar uma intertrava para separar a câmara de fusão da câmara de fundição durante a etapa de fusão do metal no cadinho.

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 27/45

2/5
4. Método de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de fechar uma intertrava para separar a câmara de fusão da câmara de fundição antes da etapa de inserir o metal fundido no molde através do cano de preenchimento.
5. Método de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de:

prender o molde antes de inserir o metal fundido no molde através do cano de preenchimento; e fechar uma intertrava para separar a câmara de fusão da câmara de preenchimento durante a etapa de fusão do metal no cadinho.
6. Método de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de fechar a intertrava para separar a câmara de fusão da câmara de preenchimento antes da etapa de inserir o metal fundido no molde através do cano de preenchimento.
7. Método de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a etapa de mover o susceptor em relação ao molde para causar a solidificação direcional do metal fundido no molde compreende a etapa de elevar o susceptor a um passo controlado.
8. Método de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a etapa de mover o cadinho para colocar o metal fundido em contato com um cano de preenchimento compreende elevar o cadinho para

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 28/45

3/5 colocar o metal fundido em contato com o cano de preenchimento.
9. Método de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de introduzir o metal fundido de modo ascendente através do cano de preenchimento e para dentro do molde compreende adicionalmente a etapa de criar um diferencial de pressão entre uma câmara de preenchimento e uma câmara de fundição.
10. Método de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a etapa de criar um diferencial de pressão inclui criar uma condição de vácuo na câmara de fundição.
11. Método de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de equalizar a pressão na câmara de preenchimento e a câmara de fundição após um bloco de grão e seletor de grão terem se solidificado.
12. Método de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de equalizar a pressão na câmara de preenchimento e a câmara de fundição após o líquido fundido no molde ter se solidificado.
13. Aparelho de fundição antigravidade caracterizado por compreender:

uma câmara de fusão;

uma câmara de preenchimento adjacente a e deslocado de modo geralmente lateral à câmara de fusão em relação à gravidade;

uma câmara de fundição posicionada geralmente acima da câmara de preenchimento em relação à gravidade; e

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 29/45

4/5 um cano de preenchimento posicionado dentro da câmara de preenchimento.
14. Aparelho de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender adicionalmente um êmbolo posicionado para prender, em posição, um molde colocado na câmara de fundição.
15. Aparelho de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender adicionalmente um susceptor localizado com a câmara de fundição.
16. Aparelho de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender adicionalmente uma câmara de susceptor e em que o susceptor é móvel entre a câmara de fundição e a câmara de susceptor.
17. Aparelho de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por compreender adicionalmente uma intertrava entre a câmara de fusão e a câmara de preenchimento.
18. Aparelho de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender adicionalmente uma intertrava entre a câmara de fundição e a câmara de susceptor.
19. Aparelho de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por compreender adicionalmente a entradas de pressurização para controlar o diferencial de pressão entre a câmara de preenchimento e a câmara de fundição.
20. Aparelho de fundição antigravidade, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por compreender adicionalmente um veículo para transladar um cadinho da

Petição 870190103857, de 15/10/2019, pág. 30/45

5/5 câmara de fusão para a câmara de preenchimento.