CZ298961B6

CZ298961B6 - Postup presného lití soucástek ze slitin na bázi gama TiAI

Info

Publication number: CZ298961B6
Application number: CZ20041218A
Authority: CZ
Inventors: Dlouhý@Antonín; Zemcík@Ladislav
Original assignee: Ústav fyziky materiálu AV CR, v.v.i.; Vysoké ucení technické v Brne
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2008-03-19
Also published as: CZ20041218A3

Abstract

Postup presného lití soucástek ze slitin na bázi gama TiAl spocívá v tom, že výchozí surovina obsahující 46 až 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, v ochranné atmosfére tvorené inertním plynem, s výhodou argonem, pod tlakem 1000 až 5000 Pa. Poté se taveninaprehrátá na teplotu 1890 až 1930 K nejpozdeji 140až 200 s od natavení odlije do keramické licí formy predehráté na 1100 až 1400 K, nacež se soustavaforma-odlitek nechá zchladnout na teplotu 1050 až1150 K, pri této teplote se udržuje po dobu 4 až 8 hodin a poté se postupne ochlazuje na pokojovou teplotu rychlostí 40 až 50 K za hodinu.

Description

Postup přesného lití součástek ze slitin na bázi gama TiAl

Oblast techniky

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 procesuje 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 opatřeném k působení gravitace (Chandley Lowpressure process for Vacuum melt alloys - CLV). Třetí způsob lití uvedených intermetalik využívá při plnění formy odstředivých sil a je nazýván Centrifugal Casting - CC.

Vzhledem ktomu, že všechny tři popsané licí procesy využívají ISM, jsou tyto technologie nákladné, a to zejména pro vysokou pořizovací cenu taviči pece a pro její neekonomický a neekologický provoz, při kterém je podstatná část energie potřebné k tavení převedena na odpadní teplo chladicí vody. Velká spotřeba chladicí vody a inertního plynu je další negativní stránkou stávající technologie. ISM trpí ještě jedním podstatným nedostatkem souvisícím s níz25 kým dosažitelným přehřátím taveniny ~ 20 °C (J. Mi, R.A. Harding, M. Wickins, J. Campbell: Entrained oxide films in TiAl Castings, Intermetallics 11 (2003) 377-385). Tento nedostatek se projevuje ve zhoršené zabíhavosti taveniny do licí formy což vede k neodstranitelným váhám u těnkostěnných odlitků. V důsledku této skutečnosti vzniká potřeba rychlého plnění formy, což opět zhoršuje výslednou kvalitu odlitků (R.A. Harding, J. Wickins, and Y.G. Li: Progress towards the Production of High Quality Gamma TiAl Castings, in: Structural Intermetallics 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 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 (IM) 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 Al v rozmezí 46 až 48 at %. Obsah intersticiálního kyslíku v primárním ingotu nesmí přesáhnout 0,030 at %.

-1 CZ 298961 B6

Slitina se taví v keramickém A1₂O₃ kelímku s vnitřními plochami opatřenými CaO výmazem v ochranné atmosféře tvořené argonem pod tlakem 1000 až 5000 Pa. Tavenina, přehřátá na teplotu v rozmezí 1890 až 1930 K, se nejpozději 140 až 200 s od natavení odlije do připravené keramické licí formy. Licí forma se předem předehřeje tak, aby její teplota v okamžiku lití dosahovala 1100 až 1400 K.

Po odlití se soustava forma - odlitek z nechá zchladnout na teplotu 1050 až 1150 K, na této teplotě se udržuje po dobu 4 až 8 hodin a poté se postupně ochlazuje na pokojovou teplotu rychlostí 40 až 50 K.h'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 řadu 150Ka více) téměř stechiometrické TiAl taveniny při podstatně nižších provozních nákladech ve srovnání s technologiemi využívajícími ISM.

Vhledem k nižší spotřebě chladicí 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.

Příklady provedení

Příklad 1

Skořepinové keramické formy zhotovené technologií vytavitelného modelu ve tvaru turbínové lopatky byly vyžíhány na teplotu 1320 K. Intermetalická slitina TiAl téměř stechiometrického složení byla natavena ve vakuové indukční peci osazené kelímkem zAl₂O₃ opatřeným na vnitřním povrchu vrstvou CaO a odlita během 140 až 160 spo natavení z teploty 1890 až 1900 K v atmosféře tvořené argonem o tlaku 5000 Pa. Po odlití byl odlitek ochlazován rychlostí 50 K.h'¹ 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 ěi prasklin.

Příklad 2

Skořepinové keramické formy zhotovené technologií vytavitelného modelu ve tvaru turbínového kola turbodmychadla byly vyžíhány na teplotu 1370 K. Intermetalická slitina TiAl téměř stechio40 metrického složení byla natavena ve vakuové indukční peci osazené kelímkem z A1₂O₃ opatřeným na vnitřním povrchu vrstvou CaO a odlita během 180 až 200 s po natavení z teploty 1920 až 1930 K v atmosféře tvořené argonem o tlaku 2000 Pa. Po odlití byl odlitek ochlazován rychlostí 50 K.h¹ na teplotu 1150 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.

Průmyslová využitelnost

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

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY
5 1. Postup přesného lití součástek ze slitin na bázi gama TiAl, vyznačující se tím, že výchozí surovina obsahující 46 až 48 at % Al a maximálně 0,030 at % intersticiálního kyslíku se roztaví v keramickém kelímku s výhodou z AI2O3, opatřeném CaO výmazem vnitřních ploch, v ochranné atmosféře tvořené inertním plynem, s výhodou argonem pod tlakem 1000 až 5000 Pa, tavenina přehřátá na teplotu 1890 až 1930 K se nejpozději 140 až 200 s od natavení odlije do
10 keramické licí formy předehřáté na 1100 až 1400 K, načež se soustava forma-odlitek nechá zchladnout na teplotu 1050 až 1150 K, při této teplotě se udržuje po dobu 4 až 8 hodin, a poté se postupně ochlazuje na pokojovou teplotu rychlostí 40 až 50 K za hodinu.