RU157434U1 - Устройство крепления керамического тигля для получения отливок - Google Patents

Abstract

1. Механизм перемещения керамического тигля установки направленной кристаллизации отливок, содержащий молибденовый шток и закрепленный на нем крепежный элемент для верхней части керамического тигля, отличающийся тем, что он дополнительно содержит крепежный элемент для нижней части керамического тигля, причем крепежный элемент для верхней части керамического тигля представляет собой верхнюю и среднюю параллельно расположенные относительно друг друга пластины, в каждой из которых выполнено центральное отверстие и два боковых отверстия, центральное отверстие средней пластины выполнено с возможностью фиксации керамического тигля, при этом молибденовый шток проходит через центральное отверстие верхней пластины, а крепежный элемент для нижней части керамического тигля представляет собой пластину, расположенную параллельно верхней и средней пластинам, и выполненную с двумя боковыми отверстиями, через которые проходят скрепляющие молибденовые штоки.2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что верхняя, средняя и нижняя пластины выполнены из графита.3. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что молибденовый шток зафиксирован относительно верхней пластины с помощью графитовых гаек.4. Механизм по п. 1 или 3, отличающийся тем, что скрепляющие молибденовые штоки зафиксированы относительно каждой пластины с помощью графитовых гаек.5. Механизм по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в нижней пластине выполнено углубление для установки керамического тигля.

Description

Полезная модель относится к технологии направленной кристаллизации и может быть использовано при получении отливок с направленной композиционной структурой из высокотемпературных эвтектических сплавов, в частности на основе ниобий-кремниевых композитов.

Прогресс в области повышения мощности, экономичности, экологичности современных авиационных газотурбинных двигателей во многом зависит от повышения температуры рабочего газа на входе в турбину. Для этого предполагается существенно повысить предельные рабочие температуры, при которых возможна эффективная эксплуатация деталей горячего тракта, до 1500°C. Такая температура лежит за пределами работоспособности современных сложнолегированных жаропрочных сплавов на основе никеля, в связи с чем в будущем планируется перейти на новые материалы с более жаропрочной матрицей. Наиболее перспективными в этом отношении являются естественные композиты на основе направленных эвтектик системы ниобий-кремний. Детали горячего тракта ГТД из подобного композита могут длительно работать при температурах, превышающих температуру работоспособности аналогичных деталей из использующихся в настоящее время никелевых жаропрочных сплавов, на 200°C и более.

Известно устройство для транспортировки тиглей с расплавленным металлом, содержащее поддон с пазом и захват. С целью повышения безопасности транспортировки захват выполнен в виде двух теплоизолированных полуцилиндров, шарнирно соединенных по образующей и имеющих в нижней части внутренней поверхности выступы, наружный контур которых соответствует контуру паза поддона (SU 1122877 А, 04.12.1981).

Недостатком описанного устройства является то, что оно предназначено для транспортировки тиглей с расплавом при температуре не выше 1000°C при литье в кокиль на воздухе.

Наиболее близким аналогом является устройство крепления керамической формы или тигля, предназначенное для его использования в процессе кристаллизации никелевых жаропрочных сплавов и представляющее собой графитовую рамку с выступами в ее нижней части для фиксации керамической формы или тигля. Верхняя часть рамки прикреплена к кристаллизационному молибденовому штоку. Форма или тигель фиксируется в графитовой рамке за счет минимального зазора между ними, а также с помощью керамической суспензии (Ю.А. Бондаренко, А.Б. Ечин, В.А. Сурова, А.Р. Нарский «Влияние температурного градиента на фронте роста на структуру жаропрочного сплава при направленной кристаллизации». Литейщик России, 2014, №5, с. 24-27), в котором керамическая форма в верхней части крепится к штоку механизма перемещения.

Недостатком прототипа является то, что устройство предназначено для проведения процесса направленной кристаллизации никелевых жаропрочных сплавов при температурах не более 1600-1650°C, поскольку оно фиксирует литейную чашу формы только в верхней части. При более высоких температурах суспензия размягчается, а также в связи с температурной потерей прочности меняется геометрическая форма графитовой рамки из-за коробления. Кроме того, при перемещении керамического тигля и формы из зоны нагрева в зону охлаждения (ванну с жидкометаллическим охладителем) возникают большие термические напряжения, расплав ниобиевого сплава отрицательно воздействует на керамику и вследствие этого может происходить разрушение керамических тиглей и форм.

Задачей предложенной полезной модели является разработка разборного устройства, обеспечивающего надежное крепление керамического тигля при получении отливок в процессе высокотемпературной направленной кристаллизации.

Техническим результатом предложенной полезной модели является возможность многократного использования устройства, обеспечение фиксации керамического тигля в устройстве в процессе направленной кристаллизации при температурах более 1800°C, а также уменьшение вероятности разрушения керамического тигля при нагреве до высоких температур и в процессе направленной кристаллизации при погружении в жидкометаллический охладитель.

Для достижения технического результата предложено устройство крепления керамического тигля для получения отливок, содержащее кристаллизационный молибденовый шток 1 и закрепленный на нем крепежный элемент для верхней части керамического тигля, при этом оно дополнительно содержит крепежный элемент для нижней части керамического тигля, при этом крепежный элемент для верхней части керамического тигля представляет собой верхнюю 2 и среднюю 3 параллельно расположенные относительно друг друга пластины, каждая из которых содержит одно центральное и два боковых отверстия, через центральное отверстие верхней пластины проходит кристаллизационный молибденовый шток 1, центральное отверстие средней пластины выполнено с возможностью фиксации керамического тигля 19, крепежный элемент для нижней части керамического тигля представляет собой нижнюю пластину 4, параллельно расположенную относительно верхней 2 и средней 3 пластин, с двумя боковыми отверстиями и областью установки 21 керамического тигля, причем через боковые отверстия каждой пластины проходят скрепляющие молибденовые штоки 5 и 6.

Верхняя 2, средняя 3 и нижняя 4 пластины могут быть выполнены из графита.

Кристаллизационный молибденовый шток 1 может быть зафиксирован относительно верхней пластины 2 с помощью графитовых гаек 7-8.

Скрепляющие молибденовые штоки могут быть зафиксированы относительно каждой пластины также с помощью графитовых гаек 9-18.

Желательно, чтобы нижняя пластина содержала область установки 21 керамического тигля в виде углубления.

Конструкция предложенного устройства крепления керамического тигля для получения отливок представлена на чертежах 1-4.

На чертеже 1 представлено устройство крепления керамического тигля для получения отливок (вид сбоку).

На чертежах 2-4 представлены продольные сечения верхней, средней и нижней пластин соответственно.

Цифрами на чертежах обозначены следующие элементы:

1 - кристаллизационный молибденовый шток;

2 - верхняя пластина;

3 - средняя пластина;

4 - нижняя пластина;

5, 6 - скрепляющие молибденовые штоки;

7-18 - графитовые гайки;

19 - керамический тигель;

20 - расплав;

21 - область установки керамического тигля.

Предложенное устройство предназначено для многократного использования в процессе направленной кристаллизации, в том числе при температурах более 1800°С, что обеспечивается за счет следующих факторов.

Кристаллизационный шток 1 и скрепляющие штоки 5 и 6 выполнены из молибдена, обладающего высокой температурной прочностью и пластичностью, что позволяет многократно использовать их в процессе направленной кристаллизации при температурах более 1800°С.

Три параллельные пластины 2-4, через боковые отверстия которых проходят скрепляющие молибденовые штоки 5 и 6, обеспечивают надежную фиксацию керамического тигля 19 в устройстве в процессе направленной кристаллизации, при этом желательно, чтобы они были выполнены из графита, обладающего стойкостью к воздействию высоких температур.

В отличие от устройства-прототипа, предложенное устройство крепления керамического тигля для получения отливок обеспечивает надежную фиксацию тигля в верхней его части и снизу. Таким образом, в случае, если даже при нагреве до высоких температур и в процессе направленной кристаллизации при погружении в жидкометаллический охладитель на керамическом тигле возникнут трещины, надежно фиксирующие его пластины не позволят ему разрушиться полностью.

Также желательно, чтобы с помощью графитовых гаек 7-18, стойких к воздействию высоких температур, был зафиксирован кристаллизационный молибденовый шток относительно верхней пластины и скрепляющие молибденовые штоки относительно каждой пластины.

Для большей устойчивости керамического тигля желательно, чтобы нижняя пластина содержала область его установки в виде углубления 21.

Процесс направленной кристаллизации высокотемпературного эвтектического сплава на основе ниобия с использованием предложенного устройства крепления керамического тигля осуществляется следующим образом. Сначала с помощью графитовых гаек 12, 13 и 17, 18 в крайних отверстиях нижней пластины закрепляются молибденовые штоки 5, 6. Затем с помощью графитовых гаек 10, 11, 15 и 16 к молибденовым штокам крепится средняя пластина 3. В центральное отверстие средней пластины 3 вставляют керамический тигель 19 с размещенной внутри шихтовой заготовкой ниобий-кремниевого композита 20, при этом дно керамического тигля упирается в нижнюю пластину 4, а именно - в углубление 21 (если оно есть). Далее в центральное отверстие верхней пластины 2 вставляется молибденовый шток 1 механизма перемещения, который может крепиться к пластине с помощью графитовых гаек 7 и 8. В боковые отверстия верхней пластины 2 вставляются молибденовые штоки 5 и 6, которые могут быть зафиксированы относительно пластины с помощью графитовых гаек 9, 10, 14 и 15. Собранная конструкция крепления керамического тигля помещается в печь подогрева форм установки направленной кристаллизации. Камера установки вакуумируется, осуществляется нагрев печи подогрева форм до заданной температуры (например, превышающей 1800°С). Устройство крепления керамического тигля закрепленное на молибденовом штоке с помощью механизма перемещения опускается вниз из печи подогрева и погружается в ванну с жидко-металлическим охладителем, где происходит непосредственный процесс направленной кристаллизации. По окончании процесса нагрев отключается, подвеска с керамическим тиглем поднимается наверх. После остывания устройство крепления вместе с керамическим тиглем извлекают из камеры печи и последовательно разбирают в обратном порядке, отделяя графитовые гайки от молибденовых штоков и освобождая керамический тигель. Затем керамику тигля удаляют с поверхности отливки и полученную отливку используют для дальнейших исследований.

Таким образом, предложенное устройство крепления керамического тигля для получения отливок возможно многократно использовать в процессе направленной кристаллизации, оно обеспечивает надежную фиксацию керамического тигля и уменьшает вероятность его разрушения при нагреве до высоких температур и в процессе направленной кристаллизации при погружении в жидкометаллический охладитель.

Claims (5)

1. Механизм перемещения керамического тигля установки направленной кристаллизации отливок, содержащий молибденовый шток и закрепленный на нем крепежный элемент для верхней части керамического тигля, отличающийся тем, что он дополнительно содержит крепежный элемент для нижней части керамического тигля, причем крепежный элемент для верхней части керамического тигля представляет собой верхнюю и среднюю параллельно расположенные относительно друг друга пластины, в каждой из которых выполнено центральное отверстие и два боковых отверстия, центральное отверстие средней пластины выполнено с возможностью фиксации керамического тигля, при этом молибденовый шток проходит через центральное отверстие верхней пластины, а крепежный элемент для нижней части керамического тигля представляет собой пластину, расположенную параллельно верхней и средней пластинам, и выполненную с двумя боковыми отверстиями, через которые проходят скрепляющие молибденовые штоки.

2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что верхняя, средняя и нижняя пластины выполнены из графита.

3. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что молибденовый шток зафиксирован относительно верхней пластины с помощью графитовых гаек.

4. Механизм по п. 1 или 3, отличающийся тем, что скрепляющие молибденовые штоки зафиксированы относительно каждой пластины с помощью графитовых гаек.

5. Механизм по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в нижней пластине выполнено углубление для установки керамического тигля.

Images