RU2184010C1 - Apparatus for making castings with monocrystalline structure - Google Patents

Apparatus for making castings with monocrystalline structure Download PDF

Info

Publication number
RU2184010C1
RU2184010C1 RU2000130625A RU2000130625A RU2184010C1 RU 2184010 C1 RU2184010 C1 RU 2184010C1 RU 2000130625 A RU2000130625 A RU 2000130625A RU 2000130625 A RU2000130625 A RU 2000130625A RU 2184010 C1 RU2184010 C1 RU 2184010C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
insert
cavity
seed
crystal
castings
Prior art date
Application number
RU2000130625A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Н. Толораия
Е.Н. Каблов
Original Assignee
Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" filed Critical Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов"
Priority to RU2000130625A priority Critical patent/RU2184010C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2184010C1 publication Critical patent/RU2184010C1/en

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly manufacture of castings of refractory alloys with monocrystalline structure, for example castings of turbine blades. SUBSTANCE: apparatus includes ceramic envelope formed by applying layer-by-layer of ceramic suspension onto model. In envelope there are arranged successively: seed cavity with predetermined-orientation seed, cavity with insert-crystal sampler and cavity for forming casting. Seed cavity is arranged directly in base of insert; in upper portion of insert there is seat providing vertical alignment of insert and model. After application of ceramic suspension there are no gaps between walls of insert-crystal sampler and envelope. It provides elimination of foreign crystal formation at process of oriented crystallization. EFFECT: increased yield of high quality monocrystalline castings. 3 cl, 4 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при получении отливок с монокристаллической структурой из жаропрочных сплавов, в частности отливок турбинных лопаток газотурбинных двигателей и установок. The invention relates to mechanical engineering and can be used to obtain castings with a single crystal structure from heat-resistant alloys, in particular castings of turbine blades of gas turbine engines and plants.

Известно устройство для получения монокристальных отливок, содержащее керамическую оболочку со стартовой полостью, полостью кристаллоотборника в виде спирального литникового хода - геликоида, служащего для отбора одного кристалла из множества столбчатых зерен, и полости для формирования отливки (патенты США 3519083, 4133368). Однако применение такого устройства - оболочковой литейной формы требует заливки расплава непосредственно на водоохлаждаемый холодильник, что создает значительные трудности при креплении формы на холодильнике. Кроме того, такое устройство позволяет получать отливки только с ориентацией [001] с точностью всего 10-15o.A device for producing single-crystal castings is known, containing a ceramic shell with a starting cavity, a crystal sample cavity in the form of a spiral gate — a helicoid used to select one crystal from a plurality of columnar grains, and a cavity for casting formation (US patents 3519083, 4133368). However, the use of such a device - a shell casting mold requires pouring the melt directly onto the water-cooled refrigerator, which creates significant difficulties when mounting the mold on the refrigerator. In addition, such a device allows to obtain castings only with the orientation [001] with an accuracy of only 10-15 o .

Известно также устройство для получения монокристаллов, содержащее керамическую оболочку с полостью, в которой установлена затравка, соединенная литниковым ходом с полостью, образующей отливку (патент США 4714101). Недостатком этого устройства является трудность получения в нем совершенных монокристаллов, связанная с тем, что при нагреве формы под заливку на затравке образуется налет, препятствующий передаче структуры к отливке. A device for producing single crystals is also known, comprising a ceramic shell with a cavity in which a seed is mounted, connected by a gate with a casting cavity (US Pat. No. 4,714,101). The disadvantage of this device is the difficulty of obtaining perfect single crystals in it, due to the fact that when the mold is heated to fill, a coating forms on the seed, which prevents the transfer of the structure to casting.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для получения монокристальных отливок (патент РФ 2080209 кл. В 22 D 27/04), которое содержит керамическую оболочку, формируемую послойным нанесением керамической суспензии на модель, в которой выполнены последовательно затравочная полость с размещенной в ней монокристаллической затравкой заданной ориентации, полость со вставкой-кристаллоотборником и полость, образующая отливку. Недостатком указанного устройства является трудность создания плотного соединения между торцом вставки-кристаллоотборника и верхом полости, где эта вставка размещается. В процессе направленной кристаллизации в этом зазоре могут образоваться посторонние кристаллы, прорастающие в полость отливки, в результате чего последняя бракуется. Closest to the claimed one is a device for producing single-crystal castings (RF patent 2080209 class B 22 D 27/04), which contains a ceramic shell formed by layer-by-layer application of a ceramic suspension on a model in which a seed cavity is sequentially made with a single crystal seed set in it orientation, a cavity with an insert-crystal sampler and a cavity forming a casting. The disadvantage of this device is the difficulty of creating a tight connection between the end of the insert, the crystal and the top of the cavity where this insert is located. During directed crystallization, foreign crystals can form in this gap, which grow into the cavity of the casting, as a result of which the latter is rejected.

Технической задачей данного изобретения является увеличения выхода годных монокристальных отливок по структуре. The technical task of this invention is to increase the yield of single-crystal castings in structure.

Для выполнения поставленной задачи предлагается устройство для получения отливок с монокристаллической структурой, включающее керамическую оболочку, формируемую последовательным нанесением слоев керамической суспензии на модель, в которой выполнены последовательно затравочная полость с размещенной в ней монокристальной затравкой заданной кристаллографической ориентации, полость со вставкой-кристаллоотборником и полость, образующая отливку, при этом согласно изобретению затравочная полость выполнена в основании вставки-кристаллоотборника, при этом в верхней части вставки-кристаллоотборника выполнено гнездо для обеспечения вертикальной соосности вставки и модели при их сборке. To accomplish this task, a device is proposed for producing castings with a single-crystal structure, including a ceramic shell formed by successively applying layers of ceramic suspension to a model in which a seed cavity is placed sequentially with a single crystal seed placed in it with a given crystallographic orientation, a cavity with a crystal-sample insert and a cavity, forming a casting, while according to the invention, the seed cavity is made at the base of the insert crystal a sampler, while in the upper part of the insert-crystal sampler a socket is made to ensure vertical alignment of the insert and the model during assembly.

Для получения отливок с заданной аксиальной кристаллографической ориентацией верх затравочной полости, примыкающий непосредственно к кристаллоотборнику, выполнен под углом 0-55o к вертикальной оси.To obtain castings with a given axial crystallographic orientation, the top of the seed cavity, adjacent directly to the crystal, is made at an angle of 0-55 o to the vertical axis.

Для получения отливок с заданной пространственной кристаллографической ориентацией на боковой поверхности гнезда вставки-кристаллоотборника выполнена плоскость для обеспечения соосности ее и модели в горизонтальной плоскости. To obtain castings with a given spatial crystallographic orientation, a plane is made on the lateral surface of the nest of the crystal-insert insert to ensure its and model's alignment in the horizontal plane.

Для этой же цели на боковых поверхностях затравочной полости и затравки выполнены плоскости. For the same purpose, planes are made on the lateral surfaces of the seed cavity and the seed.

Предлагаемое устройство позволяет повысить выход годных монокристальных отливок по структуре, так как затравочная полость выполнена в основании вставки-кристаллоотборника, при этом в верхней части вставки- кристаллоотборника выполнено гнездо для обеспечения вертикальной соосности вставки и модели при их сборке. The proposed device allows to increase the yield of single crystal castings in structure, since the seed cavity is made at the base of the insert, the crystal, while in the upper part of the insert, the crystal is made a socket to ensure vertical alignment of the insert and the model during assembly.

При изготовлении формы керамическая суспензия наносится непосредственно на присоединенную к модели отливки керамическую вставку, хорошо смачивая последнюю. В результате полностью ликвидируются зазоры между стенками вставки-кристаллоотборника и литейной формы. За счет отсутствия этих зазоров, которые являются местом образования посторонних кристаллов в процессе направленной кристаллизации, резко повышается выход годных монокристальных отливок. In the manufacture of the mold, a ceramic suspension is applied directly to the ceramic insert attached to the casting model, wetting the latter well. As a result, the gaps between the walls of the crystal insert and the mold are completely eliminated. Due to the absence of these gaps, which are the place of formation of foreign crystals in the process of directional crystallization, the yield of single-crystal castings increases sharply.

Наклон верха затравочной полости относительно вертикальной оси позволяет получать заданное отклонение ориентации отливки от какой-либо кристаллографической оси, например, [111] от затравки [001]. Максимальный угол такого отклонения в г. ц. к. структуре составляет 55o.The inclination of the top of the seed cavity relative to the vertical axis allows you to get a given deviation of the orientation of the casting from any crystallographic axis, for example, [111] from the seed [001]. The maximum angle of such a deviation in g. K. the structure is 55 o .

Для получения заданной пространственной ориентации необходимо геометрические оси отливки ориентировать относительно кристаллографических осей затравки. С помощью плоскостей, выполненных на боковых поверхностях затравочной полости и затравки, последняя ориентируется относительно вставки-кристаллоотборника. Вставка-кристаллоотборник ориентируется относительно осей отливки путем установки и фиксации в ее гнезде с выполненной на боковой поверхности плоскостью выступа модели при их сборке. To obtain a given spatial orientation, it is necessary to orient the geometric axis of the casting relative to the crystallographic axis of the seed. Using planes made on the lateral surfaces of the seed cavity and the seed, the latter is oriented relative to the insert-crystal. The crystal sampling insert is oriented relative to the casting axes by installing and fixing in its nest with the protrusion plane of the model on the side surface during assembly.

Сама вставка ориентируется относительно кристаллографических осей затравки с помощью плоскостей, выполненных на боковых поверхностях затравочной полости и затравки. The insert itself is oriented relative to the crystallographic axes of the seed using planes made on the lateral surfaces of the seed cavity and the seed.

На фиг. 1а показан общий вид устройства для получения отливок с монокристаллической структурой, где:
1 - керамическая оболочка;
2 - вставка-кристаллоотборник;
3 - криволинейный литниковый ход;
4 - затравочная полость, верх которой наклонен на угол 0-55o;
5 - затравка;
6 - керамическая масса, фиксирующая затравку;
7 - гнездо во вставке;
8 - полость, образующая отливку.
In FIG. 1a shows a General view of a device for producing castings with a single crystal structure, where:
1 - ceramic shell;
2 - insert-crystal;
3 - curved sprue course;
4 - a seed cavity, the top of which is tilted at an angle of 0-55 o ;
5 - seed;
6 - ceramic mass, fixing the seed;
7 - socket in the insert;
8 - the cavity forming the casting.

На фиг.1б показана модель отливки, где:
9 - модель отливки;
10 - центрующий выступ;
11 - плоскость на центрующем выступе.
On figb shows a model of the casting, where:
9 - casting model;
10 - centering protrusion;
11 - plane on the centering protrusion.

На фиг.1в показано сечение вставки и оболочки через гнездо, где:
12 - плоскость на боковой поверхности гнезда.
On figv shows a cross section of the insert and shell through the socket, where:
12 is a plane on the side surface of the nest.

На фиг.1г показано сечение через затравочную полость, где:
13 - плоскость, выполненная на затравке;
14 - плоскость, выполненная на боковой поверхности затравочной полости.
Figure 1g shows a section through a seed cavity, where:
13 - a plane made on the seed;
14 - a plane made on the lateral surface of the seed cavity.

В керамической оболочке 1, сформированной послойным нанесением слоев керамической суспензии на модель отливки 8, расположена вставка 2 с кристаллоотборником в виде криволинейного литникового хода 3 с выполненной в ней затравочной полостью 4, верх которой наклонен на угол 0-55o. В верхней части вставки выполнено центрующее гнездо 7, соединенное с полостью 8, образующей отливку. В затравочной полости 4 установлена затравка 5, которая зафиксирована в полости 4 керамической массой 6. При сборке на выступ 10 модели 9 одевается вставка 2, обеспечивающая их вертикальную соосность. Для обеспечения соосности модели отливки 9 и вставки 2 в горизонтальной плоскости на боковой поверхности гнезда 7 и выступа 10 выполнены плоскости 11 и 12. Для обеспечения соосности затравки 5 и вставки-кристаллоотборника 2 на их боковых поверхностях выполнены плоскости 13 и 14.In the ceramic shell 1, formed by layer-by-layer deposition of layers of ceramic suspension on the casting model 8, there is an insert 2 with a crystal sampler in the form of a curved gate 3 with a seed cavity 4 made in it, the top of which is inclined at an angle of 0-55 o . In the upper part of the insert there is a centering socket 7 connected to the cavity 8 forming the casting. In the seed cavity 4, a seed 5 is installed, which is fixed in the cavity 4 by a ceramic mass 6. When assembling on the protrusion 10 of model 9, insert 2 is inserted, which ensures their vertical alignment. To ensure alignment of the model of the casting 9 and insert 2 in a horizontal plane, the planes 11 and 12 are made on the lateral surface of the socket 7 and the protrusion 10. To ensure the alignment of the seed 5 and the crystal insert 2, the planes 13 and 14 are made on their lateral surfaces.

Пример. Example.

Изобретение проверялось при отливке плоских прямоугольных монокристальных образцов размером 15х30х120мм двух ориентировок: 1) вертикальная ось - [001] , горизонтальная, перпендикулярная широкой стороне образца - [100]; 2) соответственно, [001] и

Figure 00000002
В обоих случаях для отливки монокристальных образцов использовались затравки с аксиальной ориентацией [001], полученные ориентированной вырезкой из заготовок произвольной ориентации. На боковой поверхности затравок выполнялись плоскости, параллельные направлению [100] для получения отливок [001] и
Figure 00000003
для получения отливок [111]. На моделях прямоугольных слитков выполнялся цилиндрический выступ длиной 8 мм и диаметром 6 мм, на котором параллельно узкой стороне слитка располагалась плоскость. Во вставке-кристаллоотборнике выполнялось гнездо ответной конфигурации, а в затравочной полости формировалась плоскость, параллельная плоскости, расположенной в центрующем гнезде. Для отливки образцов [001] были изготовлены вставки без наклона верха затравочной полости, а для отливок [111] - вставки с наклоном 55o.The invention was tested when casting flat rectangular single-crystal samples of size 15x30x120mm in two orientations: 1) vertical axis - [001], horizontal, perpendicular to the wide side of the sample - [100]; 2) respectively, [001] and
Figure 00000002
In both cases, for casting of single-crystal samples, we used seeds with an axial orientation [001] obtained by oriented cutting from blanks of arbitrary orientation. On the side surface of the seeds, planes were made parallel to the [100] direction to produce [001] castings and
Figure 00000003
for castings [111]. On models of rectangular ingots, a cylindrical protrusion of 8 mm in length and 6 mm in diameter was performed on which a plane was located parallel to the narrow side of the ingot. A nest of the reciprocal configuration was made in the crystal insert, and a plane parallel to the plane located in the centering nest was formed in the seed cavity. For casting samples [001], inserts were made without tilting the top of the seed cavity, and for castings [111], inserts with an inclination of 55 o were made .

Отливка монокристальных образцов проводилась на установке направленной кристаллизации УВНК-8П из жаропрочного сплава ЖС36-ВИ блоками по шесть штук. The single-crystal samples were cast on a UVVNK-8P directed crystallization unit from the heat-resistant alloy ZhS36-VI in blocks of six.

Режим плавок: температура ниж. нагревателя - 1600-1610oC
температура верх. нагревателя - 1550-1570oС
температура заливки сплава - 1550-1560oС
скорость вытягивания формы - 4-5 мм/мин.
Swimming trunks mode: temperature lower. heater - 1600-1610 o C
temperature top. heater - 1550-1570 o С
alloy pouring temperature - 1550-1560 o С
mold drawing speed - 4-5 mm / min.

Как показал визуальный и рентгеновский контроль полученных отливок, все они имели монокристальную структуру заданной ориентации с точностью 5-7o.As shown by visual and x-ray control of the obtained castings, all of them had a single crystal structure of a given orientation with an accuracy of 5-7 o .

Опробование данного устройства в промышленных условиях при литье монокристальных турбинных лопаток авиационных газотурбинных двигателей и стационарных установок показало, что оно обеспечивает повышение выхода годных отливок по структуре до 90-95%. Testing of this device under industrial conditions when casting single-crystal turbine blades of aircraft gas turbine engines and stationary installations showed that it provides an increase in the yield of suitable castings in the structure up to 90-95%.

Claims (3)

1. Устройство для получения отливок с монокристаллической структурой заданной кристаллографической ориентации, содержащее керамическую оболочку, формируемую послойным нанесением керамической суспензии на модель, и в которой выполнены последовательно затравочная полость с размещенной в ней монокристаллической затравкой заданной ориентации, полость со вставкой-кристаллоотборником и полость, образующая отливку, отличающееся тем, что затравочная полость выполнена в основании вставки-кристаллоотборника, при этом в верхней части вставки-кристаллоотборника выполнено гнездо для обеспечения вертикальной соосности вставки и модели при их сборке. 1. A device for producing castings with a single crystal structure of a given crystallographic orientation, comprising a ceramic shell formed by layer-by-layer deposition of a ceramic suspension on a model, and in which a seed cavity with a single crystal seed of a given orientation placed in it, a cavity with a crystal-sample insert and a cavity forming casting, characterized in that the seed cavity is made at the base of the insert, the crystal, while in the upper part of the insert and-socket kristallootbornika configured to provide vertical alignment and insertion of the model is assembled. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что верх затравочной полости выполнен с углом 0-55o к вертикальной оси.2. The device according to p. 1, characterized in that the top of the seed cavity is made with an angle of 0-55 o to the vertical axis. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что на боковой поверхности гнезда вставки-кристаллоотборника выполнена плоскость для обеспечения соосности ее и модели в горизонтальной плоскости. 3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that a plane is made on the lateral surface of the nest of the crystal-insert insert to ensure alignment of it and the model in the horizontal plane.
RU2000130625A 2000-12-07 2000-12-07 Apparatus for making castings with monocrystalline structure RU2184010C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000130625A RU2184010C1 (en) 2000-12-07 2000-12-07 Apparatus for making castings with monocrystalline structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000130625A RU2184010C1 (en) 2000-12-07 2000-12-07 Apparatus for making castings with monocrystalline structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2184010C1 true RU2184010C1 (en) 2002-06-27

Family

ID=20243077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000130625A RU2184010C1 (en) 2000-12-07 2000-12-07 Apparatus for making castings with monocrystalline structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2184010C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7204294B2 (en) 2004-03-18 2007-04-17 Rolls-Royce Plc Casting method
CN105436478A (en) * 2015-12-30 2016-03-30 上海大学 Method for controlling formation of foreign crystals at variable cross section
CN112045169A (en) * 2018-11-27 2020-12-08 安徽应流航源动力科技有限公司 Casting method of monocrystalline high-temperature alloy blade capable of precisely controlling three-dimensional crystal orientation

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7204294B2 (en) 2004-03-18 2007-04-17 Rolls-Royce Plc Casting method
CN105436478A (en) * 2015-12-30 2016-03-30 上海大学 Method for controlling formation of foreign crystals at variable cross section
CN112045169A (en) * 2018-11-27 2020-12-08 安徽应流航源动力科技有限公司 Casting method of monocrystalline high-temperature alloy blade capable of precisely controlling three-dimensional crystal orientation
CN112045169B (en) * 2018-11-27 2021-08-24 安徽应流航源动力科技有限公司 Casting method of monocrystalline high-temperature alloy blade capable of precisely controlling three-dimensional crystal orientation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2490088C2 (en) Method of making blades with directional crystallisation
US4469160A (en) Single crystal solidification using multiple seeds
Dai et al. Grain selection in spiral selectors during investment casting of single-crystal turbine blades: Part I. Experimental investigation
EP0087379B1 (en) Casting a metal single crystal article using a seed crystal and a helix
US8382899B2 (en) Method and mould for casting articles with a pre-determined crystalline orientation
US4548255A (en) Mold with starter and selector sections for directional solidification casting
RU2184010C1 (en) Apparatus for making castings with monocrystalline structure
JPH0437040B2 (en)
JP2001505175A (en) Method and apparatus for making directionally solidified castings
EP0059549B1 (en) Method of casting an article
EP0092496B1 (en) Mold with starter and selector sections for directional solidification casting
US10507521B2 (en) Mould for casting a monocrystalline component
JPS60250869A (en) Device for manufacturing casting member through solidifying in one derection from seed
JPS60180988A (en) Crucible for single crystal growth by bridgman- stockburger method
RU2285580C2 (en) Apparatus for producing cast products by directional crystallization
EP0066971A2 (en) Method of casting an article
RU2080209C1 (en) Device for production of single-crystal ingots
RU2329120C1 (en) Method of producing single crystal cast of turbine working blade of gas turbine engine with specified axial and azimuthal orientation of alloy
RU41267U1 (en) DEVICE FOR PRODUCING CASTINGS WITH SINGLE-CRYSTAL STRUCTURE
JP2022533097A (en) Molds for manufacturing components by metal injection and epitaxial growth, and associated manufacturing methods
JP2723249B2 (en) Crystal growing method and crucible for crystal growing
RU2800796C2 (en) Casting mould for component manufacture by metal casting and epitaxial growth and corresponding manufacturing method
JPH11207451A (en) Production of single crystal alloy blade
EP1085112A2 (en) Method of fabricating a single crystal
FR2734189A1 (en) Compact selector for single crystal growth used esp. for casting single crystal superalloy turbine vane