CZ20041218A3 - Postup presného lití soucástek ze slitin na bázi gama TiAI - Google Patents

Abstract

Postup presného lití soucástek ze slitin na bázi gama TiAl spocívá v tom, ze výchozí surovina obsahující 46 az 48 % at. Al a maximálne 0,030 % at. intersticiálního kyslíku se roztaví v keramickém kelímku, s výhodou zhotoveném z Al.sub.2.n.O.sub.3.n., opatreném CaO výmazem vnitrních ploch s v ochranné atmosfére tvorené inertním plynem, s výhodou argonem, pod tlakem 1000 az 5000 Pa. Poté se tavenina prehrátá na teplotu 1890 az 1930 K nejpozdeji 140 az 200 s od natavení odlije do keramické licí formy predehráte na 1100 az 1400 K, nacez se soustava forma-odlitek nechá zchladnout na teplotu 1050 az 1150 K, pri této teplote se udrzuje po dobu 4 az8 hodin a poté se postupne ochlazuje na pokojovouteplotu rychlosti 40 az 50 K za hodinu.

Description

Vynález se týká nového technologického postupu přesného lití součástek ze slitin vyvinutých na bázi intermetalické sloučeniny gama TiAl.

Dosavadní stav techniky

Přesné lití součástek ze slitin vyvinutých na bázi intermetalické sloučeniny gama TiAl je v současné době založeno na třech typech technologických procesů. Všem procesům je společné tavení ve vakuu v kelímku tvořeném vodou chlazenými měděnými lamelami; tento způsob tavení je v literatuře označován jako Induction Scull Melting (ISM). V prvním typu licího procesu je tavenina odlévána gravitačně (GC), v druhém typu licího procesu je tavenina nasávána do formy díky podtlaku ve formě při současném zvýšení tlaku inertního plynu na hladinu taveniny v kelímku, přičemž tavenina proudí do formy ve směru opačném k působení gravitace (Chandley Low-pressure process for Vacuum melt alloys - CLV). Třetí způsob lití uvedených intermetalik využívá při plnění formy odstředivých sil a je nazýván Centriíugal Casting - CC.

Vzhledem k tomu, že všechny tři popsané licí procesy využívají ISM, jsou tyto technologie nákladné, a to zejména pro vysokou pořizovací cenu tavící pece a pro její neekonomický a neekologický provoz, při kterém je podstatná část energie potřebné k tavení převedena na odpadní teplo chladící vody. Velká spotřeba chladící vody a inertního plynu je další negativní stránkou stávající technologie. ISM trpí ještě jedním podstatným nedostatkem souvisícím s nízkým dosažitelným přehřátím taveniny ~ 20°C (J. Mi, R.A. Harding, M. Wickins, J. Campbell: Entrained oxide films in TiAl castings, Intermetailics 11 (2003) 377-385). Tento nedostatek se projevuje ve zhoršené zabíhavosti taveniny do licí formy což vede k neodstranitelným vadám u tenkostěnných odlitků. V důsledku této skutečnosti vzniká potřeba rychlého plnění formy což opět zhoršuje výslednou kvalitu odlitků (R.A. Harding, M. Wickins, and Y.G. Li: Progress towards the Production of High Quality Gamma TiAl Castings, in: Structural Intermetailics 2001, ed. K.J. Hemker et al. (Warrendale, PA: TMS, 2001) 181-189). Snížení ztrát tepla a zvýšení přehřátí taveniny je dosaženo snížením plochy kontaktu taveniny s měděným kelímkem metodou levitačního tavení. Kombinace levitačního tavení a lití nasáváním (CLV) je označována jako ··♦·

99 99 9

9 · 9 9 9 • 9 9 9 9 9

9999 9999 « 9 9 9 9

999 9999 99 ·

LEVICAST proces (T. Noda: Application of cast gamma TiAl for automobiles, Intermetallics 6 (1998) 709-713.)

Uvedené nedostatky stávajících licích metod vedou ke snaze o přizpůsobení procesu běžného vakuového indukčního tavení v keramickém kelímku (IM) a gravitačního lití (GC) pro potřeby přesného lití intermetalických gama TiAl součástek.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je optimalizovaný IM&GC proces, který je novým a unikátním způsobem přípravy intermetalických součástek vyrobených ze slitin blízkých sloučenině gama TiAl.

Tento postup vychází z přizpůsobené metody běžného vakuového indukčního tavení v keramickém kelímku (1M) a gravitačního lití (GC).

Pro optimální průběh procesu IM&GC je nutné dodržet následující podmínky:

Výchozí slitina na bázi sloučeniny gama TiAl se připravuje z vysoce čistých výchozích složek s obsahem AI v rozmezí 46-48 at%. Obsah intersticiálního kyslíku v primárním ingotu nesmí přesáhnout 0,030 at%.

Slitina se taví v keramickém AI2O3 kelímku s vnitřními plochami opatřenými CaO výmazem v ochranné atmosféře tvořené argonem pod tlakem 1 000 - 5 000 Pa. Tavenina, přehřátá na teplotu v rozmezí 1 890 - 1 930 K se nejpozději 140 - 200 s od natavení odlije do připravené keramické licí formy. Licí forma se předem předehřeje tak, aby její teplota v okamžiku lití dosahovala 1100 - 1400 K.

Po odlití se soustava forma - odlitek z nechá zchladnout na teplotu 1050 - 1150 K, na této teplotě se udržuje po dobu 4 až 8 hodin a poté se postupně ochlazuje na pokojovou teplotu rychlostí 40 50 Kh'¹.

Popsaný IM&GC proces může být instalován ve většině stávajících vakuových tavíren za přijatelných investičních podmínek - odpadá pořízení investičně nákladné ISM pece.

Další výhodou postupu podle vynálezu je to, že použití keramického kelímku dovoluje dosáhnout potřebného přehřátí (v řádu 150 K a více) téměř stechiometrické TiAl taveniny při podstatně nižších provozních nákladech ve srovnání s technologiemi využívajícími ISM.

Vzhledem k nižší spotřebě chladící vody a inertního plynuje IM&GC proces mnohem šetrnější i z ekologického hlediska, přičemž poskytuje intermetalické TiAl odlitky v kvalitě srovnatelné nebo, zvláště v případě tenkostěnných odlitků, lepší ve srovnání s procesy LEVICAST a CC.

.5

999 ♦ · ·

9 · 9

9

9

9

999 9999

Příklady provedení

Příklad 1

Skořepinové keramické formy zhotovené technologii vytavitelného modelu ve tvaru turbínové lopatky byly vyžíhány na teplotu 1 320 K Intermetalická slitina TiAl téměř stechiometrického složení byla natavena ve vakuové indukční peci osazené kelímkem z AI2O3 opatřeným na vnitřním povrchu vrstvou CaO a odlita během 140 až 160 s po natavení z teploty 1 890 - 1 900 K v atmosféře tvořené argonem o tlaku 5 000 Pa. Po odlití byl odlitek ochlazován rychlostí 50 K h¹ na teplotu 1 150 K, po výdrži v trvání 6 h následovalo ochlazování rychlostí 45 K h'¹ na pokojovou teplotu. Byly získány odlitky prosté hrubých slévárenských vad typu nezaběhnutí, bublin, staženin, trhlin či prasklin.

Příklad 2

Skořepinové keramické formy zhotovené technologií vytavitelného modelu ve tvaru turbínového kola turbodmychadla byly vyžíhány na tepiotu 1 370 K. Intermetalická slitina TiAl téměř stechiometrického složení byla natavena ve vakuové indukční peci osazené kelímkem z AI2O3 opatřeným na vnitřním povrchu vrstvou CaO a odlita během 180 až 200 s po natavení z teploty 1 920 - 1 930 K v atmosféře tvořené argonem o tlaku 2 000 Pa. Po odlití byl odlitek ochlazován rychlostí 50 K h¹ na teplotu 1 150 K, po výdrži v trvání 6 h následovalo ochlazování rychlostí 45 Klí¹ na pokojovou teplotu. Byly získány odlitky prosté hrubých slévárenských vad typu nezaběhnutí, bublin, staženin, trhlin či prasklin.

Průmyslová využitelnost

Postup podle vynálezu lze využít při výrobě součástek z intermetalických sloučenin, zejména TiAl.

TV WOM- ** ·♦«·’ ^W · «9 99 * *· · 99 · * 9<9 • · · «9999 • * * · «999 9994 • * · · »99 ··* · «99 «999 9« «

Claims (1)

1.Postup přesného lití součástek ze slitin na bázi gama TiAl , vyznačující se tím že výchozí surovina obsahující 46-48 at % AI a maximálně 0,030 at% intersticiálního kyslíku se roztaví v keramickém kelímku, s výhodou z AI2O3, opatřeným CaO výmazem vnitřních ploch _s v ochranné atmosféře tvořené inertním plynem, s výhodou argonem, pod tlakem 1 000 až 5000 Pa, tavenina přehřátá na teplotu 1 890-1 930 K se nejpozději 140-200s od natavení odlije do keramické licí formy předehřáté na 1100 až 1400 K, načež se soustava forma-odlitek nechá zchladnout na teplotu 1050-1150 K, při této teplotě se udržuje po dobu 4 až 8 hodin a poté se postupně ochlazuje na pokojovou teplotu rychlostí 40-50 K za hodinu