RU2043855C1

RU2043855C1 - Method for casting with ordered structure

Info

Publication number: RU2043855C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Дубровский; В.В. Герасимов
Original assignee: Акционерное общество "Пермские моторы"
Priority date: 1992-02-24
Filing date: 1992-02-24
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: foundry. SUBSTANCE: method to produce casting with ordered structure includes fabrication of shell mold, mold heating up to the temperature above liquidus temperature of high temperature steel, filling the mold with melt and ordered crystallization. In so doing, crystallization is provided with granulated high-melting alloy located in the bottom of the casting mold. The material is heated up to the temperature lower than melting point of the granules, and its shape is the same as one of casting end being in contact with the material. Powder tungsten/nickel alloy may be used as high-melting material. EFFECT: high productivity and accuracy. 2 cl

Description

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано, в частности, при литье лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) из жаропрочных сплавов. The invention relates to foundry and can be used, in particular, when casting blades of gas turbine engines (GTE) from heat-resistant alloys.

Известен способ литья деталей с направленной и монокристальной структурой, предусматривающий изготовление оболочковой литейной формы, размещение в донной ее части затравки, нагрев формы с затравкой до температуры выше температуры ликвидуса жаропрочного сплава, заполнение формы расплавленным жаропрочным сплавом и направленную кристаллизацию. A known method of casting parts with directional and single-crystal structure, involving the manufacture of a shell casting mold, placing in the bottom of the seed, heating the mold with the seed to a temperature above the liquidus temperature of the heat-resistant alloy, filling the mold with a molten heat-resistant alloy and directional crystallization.

Целью изобретения является повышение надежности процесса, повышение свойств отливок при низких и средних температурах, обеспечение возможности автоматизации процесса загрузки-выгрузки форм в плавильно-кристаллизационную установку в вакууме, снижение потерь металла и снижение трудо- и энергозатрат. The aim of the invention is to increase the reliability of the process, improve the properties of castings at low and medium temperatures, provide the ability to automate the process of loading and unloading forms in a melting crystallization plant in vacuum, reduce metal loss and reduce labor and energy costs.

Сущность изобретения заключается в том, что перед осуществлением процесса направленной кристаллизации в донной части формы устанавливают металлическую прессованную таблетку (или изделие другой конфигурации, соответствующей донной части отливки) из гранулированного тугоплавкого материала, например, сплава Ni-50% W, закрепляют ее в форме керамической суспензией, нагревают в вакуумной печи до температуры, превышающей температуру ликвидус сплава отливки, но ниже температуры плавления гранул тугоплавкого материала, заливают в форму жидкий сплав и осуществляют направленную кристаллизацию перемещением формы из зоны нагрева в зону охлаждения, обеспечивая рост столбчатых зерен, зародившихся от гранул тугоплавкого материала, выполняющих роль центров кристаллизации, значительно снижающих энергию зарождения зерен при гораздо меньшей степени переохлаждения залитого в форму расплава. The essence of the invention lies in the fact that before carrying out the process of directed crystallization in the bottom of the mold, a metal pressed tablet (or a product of a different configuration corresponding to the bottom of the casting) is installed from a granular refractory material, for example, Ni-50% W alloy, and it is fixed in the form of a ceramic suspension, heated in a vacuum oven to a temperature exceeding the liquidus temperature of the casting alloy, but below the melting temperature of the granules of the refractory material, pour liquid into the mold melting and directional solidification is performed by moving mold from the heating zone to the cooling zone, allowing the growth of columnar grains, granules originated from the refractory material that act as crystallization centers significantly reduce energy grain nucleation at a much lower degree of supercooling of the melt poured into the form.

В результате осуществления указанного способа получают отливку с большим количеством столбчатых зерен, соизмеримом с количеством зерен в отливке, отливаемой на водоохлаждаемый кристаллизатор. As a result of the implementation of this method, a casting is obtained with a large number of columnar grains commensurate with the number of grains in the casting cast on a water-cooled mold.

Осуществление способа не требует применения плиты-холодильника, надежного крепления формы к холодильнику, позволяет автоматизировать процесс загрузки-выгрузки форм в вакуумной установке, не требует расхода металла на "стартовую" зону, что дает экономию трудовых и материальных затрат. The implementation of the method does not require the use of a refrigerator plate, reliable fastening of the mold to the refrigerator, allows you to automate the process of loading and unloading forms in a vacuum installation, does not require metal consumption in the "start" zone, which saves labor and material costs.

Получение отливок с большим количеством столбчатых однонаправленных зерен без применения плиты-холодильника является преимуществом по сравнению с аналогами и прототипом. Obtaining castings with a large number of columnar unidirectional grains without the use of a refrigerator plate is an advantage compared to analogues and prototype.

Снижаются затраты энергии на зарождение зерен при малой степени переохлаждения расплава, увеличивается степень дисперсности столбчатых зерен, что повышает свойства отливок при низких и средних температурах. The energy consumption for the nucleation of grains is reduced at a low degree of supercooling of the melt, the degree of dispersion of columnar grains increases, which increases the properties of castings at low and medium temperatures.

П р и м е р 1. Лопатка однополочная без бандажной полки и без торцовой стенки. Со стороны торцовой части литейная форма лопатки имеет продолжение по форме профиля и заужение в виде конуса. Нижняя часть конуса имеет затравочную полость для установки затравки. Размеры затравки не превышают размеров профиля лопатки. В затравочную полость устанавливают прессованную из сплава Ni-W таблетку. Нижнюю часть затравочной полости после установки таблетки замазывают керамической суспензией и подсушивают в течение 2-3 ч. PRI me R 1. The blade is single-shelf without a retaining shelf and without end wall. From the end part, the casting shape of the blade has a continuation in profile shape and a narrowing in the form of a cone. The lower part of the cone has a seed cavity for setting the seed. The dimensions of the seed do not exceed the dimensions of the profile of the scapula. An extruded Ni-W alloy tablet is placed in the seed cavity. After installing the tablets, the lower part of the seed cavity is coated with a ceramic suspension and dried for 2-3 hours.

Прессованные таблетки имеют состав: порошок Ni фракции 20-80 мкм 50%
Смешанные порошки используют как шихту для прессования таблеток необходимой геометрии в зависимости от геометрии отливаемой лопатки.Compressed tablets have the composition: Ni powder fraction 20-80 microns 50%
Mixed powders are used as a mixture for pressing tablets of the required geometry, depending on the geometry of the molded blade.

Заливку литейных форм осуществляют в печах. Температура заливки лопаток из жаропрочных сплавов ЖС-26, ЖС-32 1560^оС, температура в печи подогрева и литейной формы при заливке 1500^оС.Casting molds are carried out in furnaces. The temperature of the casting blades superalloys LLL-26 1560 JS-32 ^C, the temperature in the heating furnace and the mold by pouring ^about 1500 C.

При заливке формы металлом частицы Ni и W прессованной таблетки служат центрами зарождения столбчатых зерен. При перемещении формы с расплавом из зоны нагрева в жидкометаллический охладитель (расплав алюминия) зародившиеся на прессованной таблетке столбчатые зерна прорастают через всю лопатку от торца к замку. Закристаллизованная лопатка имеет большое количество столбчатых кристаллов, которые имеют ориентированное направление от торца пера к замку, т.е. вдоль лопатки. When the mold is filled with metal, the Ni and W particles of the pressed tablet serve as nucleation centers for columnar grains. When the mold with the melt is moved from the heating zone to the liquid metal cooler (aluminum melt), the columnar grains originating on the pressed tablet grow through the entire blade from the end to the lock. The crystallized blade has a large number of columnar crystals, which have an oriented direction from the end of the pen to the castle, i.e. along the shoulder blade.

Скорость перемещения литейной формы с расплавом из печи подогрева в жидкометаллический охладитель 10.20 мм/мин. The speed of movement of the mold with the melt from the heating furnace into the liquid metal cooler is 10.20 mm / min.

П р и м е р 2. Лопатка однополочная без бандажной полки с торцовой стенкой. Со стороны торцовой стенки литейная форма лопатки имеет затравочную полость по форме профиля пера лопатки для установки затравки. Геометрия и размеры затравки соответствуют поверхности торцовой стенки лопатки. После установки затравки полость замазывают керамической суспензией. Нижнюю часть затравочной полости после установки таблетки замазывают керамической суспензией и подсушивают в течение 2-3 ч. PRI me R 2. The blade is single-shelf without a retaining shelf with an end wall. On the end wall side, the casting shape of the blade has a seed cavity in the shape of the blade profile of the blade for setting the seed. The geometry and dimensions of the seed correspond to the surface of the end wall of the scapula. After setting the seed, the cavity is coated with a ceramic suspension. After installing the tablets, the lower part of the seed cavity is coated with a ceramic suspension and dried for 2-3 hours.

П р и м е р 3. Лопатка двухполочная с профильной бандажной полкой. Со стороны бандажной полки литейная форма лопатки имеет затравочную полость по форме профиля бандажной полки для установки затравки. Геометрия и размеры затравки соответствуют поверхности бандажной полки лопатки. Нижнюю часть затравочной полости после установки таблетки замазывают керамической суспензией и подсушивают в течение 2-3 ч. PRI me R 3. The two-shelf spatula with a profile retaining shelf. From the side of the retaining shelf, the casting shape of the blade has a seed cavity in the shape of the profile of the retaining shelf for setting the seed. The geometry and dimensions of the seed correspond to the surface of the retaining shelf of the scapula. After installing the tablets, the lower part of the seed cavity is coated with a ceramic suspension and dried for 2-3 hours.

Claims

1. METHOD FOR PRODUCING DIRECTED CASTING CASTINGS, including the manufacture of a shell casting mold, seeding in it, heating the mold to a temperature above the liquidus temperature of the heat-resistant alloy, filling the mold with melt and directional crystallization, characterized in that the seed is used from a powdered refractory material heated to temperature not exceeding its melting temperature, and having the configuration of the end face of the casting in contact with it.

2. The method according to p. 1, characterized in that a tungsten-nickel alloy is used as a powdery refractory seed material.