RU126971U1 - Устройство для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки - Google Patents
Устройство для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки Download PDFInfo
- Publication number
- RU126971U1 RU126971U1 RU2012140207/02U RU2012140207U RU126971U1 RU 126971 U1 RU126971 U1 RU 126971U1 RU 2012140207/02 U RU2012140207/02 U RU 2012140207/02U RU 2012140207 U RU2012140207 U RU 2012140207U RU 126971 U1 RU126971 U1 RU 126971U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shelf
- cavity
- crystal
- gate
- blade
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
1. Устройство для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки заданной кристаллографической ориентации, состоящей из пера и не менее одной полки, содержащее керамическую форму, в которой выполнены последовательно затравочная полость с размещенной в ней монокристаллической затравкой, коническая стартовая полость, образующая стартовый конус, соединенная с полостью формы, образующей отливку, прибыльная часть и литниковые ходы, формирующие кристалловоды и соединяющие коническую стартовую полость с полкой вдоль входной и выходной кромок пера лопатки, отличающееся тем, что литниковые ходы выполнены в виде пластин, соединяющих стартовый конус с торцами полки лопатки и дополнительно содержит литниковые ходы треугольной формы, которые одной стороной соединены под прямым углом с полкой по линии проходящей от пера к торцу полки, второй стороной соединены с литниковыми ходами, выполненными в виде пластины, а третья сторона литникового хода треугольной формы образует угол 30-55° с литниковым ходами, выполненными в виде пластины.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что литниковые ходы, выполненные в виде пластины, и дополнительные литниковые ходы треугольной формы имеют толщину не более 5 мм.
Description
Полезная модель относится к области литейного производства и может быть использована при получении монокристаллических лопаток современных турбин газотурбинных двигателей и установок (ГТД и ГТУ) из никелевых жаропрочных сплавов.
Известно устройство для получения монокристаллических отливок турбинных лопаток заданной кристаллографической ориентации, в котором монокристаллическая структура зарождается от затравки, размещенной в специальном керамическом кармане, при этом устройство - литейную форму устанавливают непосредственно на холодильник. (Патент США №4612969)
Недостатком известного устройства является невозможность формирования монокристаллической структуры всей лопатки, то есть такой, в которой не только перо, но и замок с полкой имеют монокристаллическую структуру.
Известно устройство для получения отливок с монокристаллической структурой, преимущественно турбинных лопаток, состоящих из пера, замковой полки и замковой части, которое содержит керамическую оболочку, формируемую послойным нанесением суспензии на модель, в основании которой выполнены последовательно затравочная полость с размещенной в ней монокристаллической затравкой заданной кристаллографической ориентации, коническая стартовая полость, соединенная с полостью формы, образующей отливку, и прибыльная часть, питающая отливку в процессе направленной кристаллизации. (Патент США №4714101)
Недостатком известного устройства является трудность формирования структуры в полках лопатки, так как прорастание монокристалла в радиальном направлении относительно основного температурного градиента часто сопровождается возникновением посторонних кристаллов, возникающих по краям полки, преимущественно, со стороны входной и выходной кромок пера, что приводит к браку отливок и уменьшению выхода годных по структуре отливок.
Наиболее близким к предлагаемому, принятому за прототип, является устройство для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки заданной кристаллографической ориентации, состоящей из пера, замковой полки, замковой части и прибыльной части, включающее керамическую форму, в основании которой выполнены последовательно затравочная полость с размещенной в ней монокристаллической затравкой заданной кристаллографической ориентации и коническая стартовая полость, соединенная с полостью формы, образующей отливку лопатки, при этом, керамическая форма снабжена литниковыми ходами, соединяющими коническую стартовую полость с замковой полкой вдоль входной и выходной кромок пера лопатки, при этом расстояние между входной и выходной кромками торца пера лопатки меньше ширины прилегающего к нему торца конической стартовой полости. (Патент РФ №2239520)
Недостатком устройства-прототипа является возникновение в формирующемся монокристалле из жаропрочных никелевых сплавов субграницы с большой разориентацией (Δα[NKL]>3°), т.к. фронт кристаллизации при формировании структуры лопатки в этом устройстве имеет разрывы, а значит, в отливке происходит образования субзерен на месте «стыка» разделенных фронтов кристаллизации (первый фронт - от литникового хода-кристалловода, второй - от пера лопатки).
Такая разориентация условно допустима для угреродсодержащих жаропрочных никелевых сплавов и недопустима для отливок из жаропрочных никелевых безуглеродистых сплавов. Поперечная субграница может привести к значительной потере прочности сплава, а значит к браку по структуре. Кроме того, по этой границе в процессе направленной кристаллизации происходит образование горячей трещины.
Технической задачей полезной модели является создание устройства для получения отливок монокристаллических турбинных лопаток без поперечных субграниц на полках лопаток и соответственно с повышенным выходом годных по структуре.
Для решения поставленной технической задачи предложено устройство для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки заданной кристаллографической ориентации, состоящей из пера и не менее одной полки, содержащее керамическую форму, в которой выполнены последовательно затравочная полость с размещенной в ней монокристаллической затравкой, коническая стартовая полость, образующая стартовый конус, соединенная с полостью формы, образующей отливку, прибыльная часть и литниковые ходы, формирующие кристалловоды и соединяющие коническую стартовую полость с полкой вдоль входной и выходной кромок пера лопатки, отличающееся тем, что литниковые ходы выполнены в виде пластин, соединяющих стартовый конус с торцами полки лопатки и дополнительно содержит литниковые ходы треугольной формы, которые одной стороной соединены под прямым углом с полкой по линии проходящей от пера к торцу полки, второй стороной соединены с литниковыми ходами, выполненными в виде пластины, а третья сторона литникового хода треугольной формы образует угол 30-55° с литниковыми ходами, выполненными в виде пластины.
Литниковые ходы выполненные в виде пластины и дополнительные литниковые ходы треугольной формы имеют толщину не более 5 мм.
Литниковые ходы выполненные в виде пластины позволяют подводить структуру по всей ширине торцев полки и легко удаляются после кристаллизации.
Дополнительные литниковые ходы треугольной формы служат для подвода структуры к полке по всей ее длине (от торца полки до радиуса перехода от полки к перу).
Прямой угол для присоединения литникового хода треугольной формы к полке выбран для улучшения технологичности при изготовлении керамической формы.
Угол наклона в 30-55° стороны литникового хода треугольной формы находится в диапазоне углов наклона сторон стартового конуса к направлению кристаллизации отливки. Меньшее значение угла излишне удлиняет кристалловод, большее - ведет к повышению вероятности образования посторонних кристаллов.
Толщина литниковых ходов должна быть минимально возможной для сборки модели литейного блока из применяемых модельных масс и последующего нанесения слоев керамической формы для литья по выплавляемым моделям. Поэтому предпочтительной является толщина не более 5 мм.
При отсутствии дополнительного литникового хода треугольной формы структура в полке прорастает в радиальном направлении с двух сторон: от торца полки и от пера лопатки. При этом рост монокристалла происходит за счет дендритных ветвей, перпердикулярных направлению роста [100] и [I00]. Такой рост вызывает образование на месте стыка субграницы, по которой возникают горячие трещины. При росте монокристалла с дополнительным треугольным кристалловодом структура на полке формируется осями дендритов [001] - параллельными оси роста и стык фронтов не образуется.
Кроме того, в процессе кристаллизации за счет усадочных напряжений может происходить деформация полки (изгиб). На этом месте при термической обработке возникают рекристаллизационные зерна, что ведет к браку отливки. Треугольный кристалловод как бы «поддерживает» полку, препятствуя ее деформации, что предотвращает появление рекристаллизационных зерен.
Изменение формы и положения литниковых ходов позволило повысить выход годных отливок по структуре.
Полезная модель поясняется чертежом. На Фиг.1 представлен общий вид устройства для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки с сечением по линии А-А где: 1 - затравочная полость с затравкой, 2 - коническая стартовая полость, 3 - перо лопатки, 4 - литниковые ходы, выполненные в виде пластины, 5 - полка, 6 - дополнительные литниковые ходы треугольной формы, 7 - прибыльная часть отливки.
Монокристаллическая структура, зародившаяся от затравки, размещенной в затравочной полости 1, прорастает в коническую стартовую полость 2, а затем в перо лопатки 3 и в литниковые ходы, выполненные в виде пластины 4, через которые структура прорастает к торцам полки 5, и по литниковым ходам треугольной формы 6 к полке, препятствуя образованию стыка фронтов кристаллизации и снижая деформацию полки от усадочных напряжений. Прибыльная часть 7 питает отливку в процессе кристаллизации.
Пример осуществления устройства
Предлагаемое устройство было испытано в производственных условиях предприятия при отливке монокристаллических турбинных лопаток кристаллографической ориентации [001] на установке высокоградиентной направленной кристаллизации УВНК-9А.
Сборку модели формы проводили вручную по шесть лопаток на литниковую чашу. В готовую форму в затравочную полость каждой лопатки устанавливали затравки из сплава системы Ni-W-C, полученные методом ориентированной вырезки.
Отливку монокристаллических турбинных лопаток проводили из жаропрочных сплавов ВЖМ5У и ЖС26УМ.
Как показал визуальный и рентгеновский контроль полученных отливок, все они не имели поперечных субграниц на полках, обладали монокристаллической структурой [001], с отклонением от заданной кристаллографической ориентации до 7°.
Опробование предлагаемого устройства на промышленных установках направленной кристаллизации обеспечивает повышение выхода годных отливок по структуре до ~95% и позволяет получать лопатки турбин с полностью монокристаллической структурой.
При отливке лопаток той же конструкции с использованием устройства-прототипа результаты исследования макроструктуры показали, что практически на всех лопатках в зоне полок возникли посторонние кристаллы и выход годных отливок по структуре составил 35%.
Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет получать качественные монокристаллические отливки лопаток турбины, что повышает надежность и ресурс работы современных газотурбинных двигателей и газотурбинных установок.
Claims (2)
1. Устройство для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки заданной кристаллографической ориентации, состоящей из пера и не менее одной полки, содержащее керамическую форму, в которой выполнены последовательно затравочная полость с размещенной в ней монокристаллической затравкой, коническая стартовая полость, образующая стартовый конус, соединенная с полостью формы, образующей отливку, прибыльная часть и литниковые ходы, формирующие кристалловоды и соединяющие коническую стартовую полость с полкой вдоль входной и выходной кромок пера лопатки, отличающееся тем, что литниковые ходы выполнены в виде пластин, соединяющих стартовый конус с торцами полки лопатки и дополнительно содержит литниковые ходы треугольной формы, которые одной стороной соединены под прямым углом с полкой по линии проходящей от пера к торцу полки, второй стороной соединены с литниковыми ходами, выполненными в виде пластины, а третья сторона литникового хода треугольной формы образует угол 30-55° с литниковым ходами, выполненными в виде пластины.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012140207/02U RU126971U1 (ru) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | Устройство для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012140207/02U RU126971U1 (ru) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | Устройство для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU126971U1 true RU126971U1 (ru) | 2013-04-20 |
Family
ID=49153746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012140207/02U RU126971U1 (ru) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | Устройство для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU126971U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756073C1 (ru) * | 2021-03-02 | 2021-09-27 | Акционерное общество «ОДК-Авиадвигатель» | Устройство для получения отливок турбинных сопловых лопаток с направленной и монокристаллической структурой |
-
2012
- 2012-09-20 RU RU2012140207/02U patent/RU126971U1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756073C1 (ru) * | 2021-03-02 | 2021-09-27 | Акционерное общество «ОДК-Авиадвигатель» | Устройство для получения отливок турбинных сопловых лопаток с направленной и монокристаллической структурой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107745093B (zh) | 一种精铸模组及利用其制备可精控晶体取向的镍基单晶导叶的铸造方法 | |
CN107790717B (zh) | 一种实现镍基合金晶体学织构调控的准连续激光金属3d打印方法 | |
Szeliga et al. | Control of liquidus isotherm shape during solidification of Ni-based superalloy of single crystal platforms | |
CN103789598A (zh) | 一种定向TiAl基合金及其制备方法 | |
US20090078390A1 (en) | Integral Single Crystal/Columnar Grained Component and Method of Casting the Same | |
RU2007132629A (ru) | Способ изготовления монокристаллических зародышей одновременно с литьем монокристаллических деталей | |
US8876471B2 (en) | Turbine stator airfoils with individual orientations | |
EP1510271A3 (en) | Investment casting | |
RU2018146438A (ru) | Литейная форма для изготовления монокристаллической лопатки путем литья, установка и способ изготовления, использующие литейную форму | |
CN111168004B (zh) | 一种基于具有籽晶块内嵌结构螺旋选晶器的凝胶注模一体化铸型成型单晶零件的方法 | |
CN112001037B (zh) | 一种双性能整体叶盘铸造成形的仿真方法 | |
CN107385513B (zh) | 一种定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置 | |
RU126971U1 (ru) | Устройство для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки | |
CN113458343B (zh) | 一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法 | |
Onyszko et al. | Turbine blades of the single crystal nickel based CMSX-6 superalloy | |
RU123355U1 (ru) | Устройство для получения отливки лопатки с монокристаллической структурой | |
Dai et al. | Grain selection during solidification in spiral grain selector | |
CN105296809A (zh) | 一种高强度沉淀强化钴基单晶高温合金及其制备方法 | |
EP2378078B1 (en) | Turbine blade with shroud bearing surfaces comprising a single grain structure and corresponding blade forming method | |
EP3623100A1 (en) | Wrought root blade manufacture methods | |
CN109940131A (zh) | 一种降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法 | |
RU2392091C1 (ru) | Устройство для получения лопатки из жаропрочного никелевого сплава с монокристаллической структурой | |
RU2400326C1 (ru) | Устройство для получения отливки с монокристаллической структурой | |
RU2239520C1 (ru) | Устройство для получения отливки монокристаллической турбинной лопатки | |
US8770944B2 (en) | Turbine airfoil component and method for making |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC11 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20170130 |