RU2300443C1 - Apparatus for casting in vacuum - Google Patents
Apparatus for casting in vacuum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2300443C1 RU2300443C1 RU2005128661/02A RU2005128661A RU2300443C1 RU 2300443 C1 RU2300443 C1 RU 2300443C1 RU 2005128661/02 A RU2005128661/02 A RU 2005128661/02A RU 2005128661 A RU2005128661 A RU 2005128661A RU 2300443 C1 RU2300443 C1 RU 2300443C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melting
- mold
- crucible
- heating
- casting
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления отливок с равноосной структурой из жаропрочных сплавов точным литьем по выплавляемым моделям в вакууме, например турбинных лопаток газотурбинных двигателей и установок.The invention relates to foundry and can be used for the manufacture of castings with equiaxed structure from heat-resistant alloys by precision casting in investment casting in a vacuum, for example, turbine blades of gas turbine engines and plants.
Известно устройство для литья в вакууме для получения отливок с равноосной структурой, включающее вакуумную плавильную камеру, в которой расположены поворотная плавильная индукционная печь и индукционная печь нагрева литейной формы, снабженная нагревателем из графита или тугоплавкого металла, например Та, Мо (Патент США №3861449, В22D 27/04 - аналог).A device for vacuum casting is known for producing castings with an equiaxial structure, including a vacuum melting chamber in which a rotary melting induction furnace and an induction furnace for heating a mold are provided, equipped with a heater made of graphite or a refractory metal, for example, Ta, Mo (US Patent No. 3861449, B22D 27/04 - analog).
В известном устройстве производится расплавление металла в тигле, а литейная форма нагревается до температуры порядка 1200÷1250°С. Производится заливка формы расплавом с последующим затвердеванием и охлаждением отливки, после чего плавильная камера развакуумируется и форма с отливкой удаляется из печи нагрева формы.In the known device, the metal is melted in the crucible, and the mold is heated to a temperature of the order of 1200 ÷ 1250 ° C. The mold is filled with melt, followed by solidification and cooling of the casting, after which the melting chamber is evacuated and the mold with casting is removed from the mold heating furnace.
Данное устройство не позволяет обеспечить высокую производительность процесса, так как плавильная камера не может быть развакуумирована до тех пор, пока нагреватель печи нагрева формы не охладится ниже 400°С, чтобы предотвратить окисление нагревателя на воздухе и его преждевременный выход из строя.This device does not allow to ensure high productivity of the process, since the melting chamber cannot be evacuated until the heater of the mold heating furnace cools below 400 ° C to prevent oxidation of the heater in air and its premature failure.
Известно устройство для литья в вакууме, а именно плавильная установка УППФ-4, описанная в работе М.П. Кулешова, В.П. Калинина, Е.В. Глотова, Е.К. Каблова «Специализированное оборудование для литья по выплавляемым моделям жаропрочных сплавов и сталей» (Литейное производство, 1993, № 4, стр.30 - прототип).A device for vacuum casting, namely the UPPF-4 melting plant, described in the work of M.P. Kuleshov, V.P. Kalinina, E.V. Glotova, E.K. Kablova “Specialized equipment for investment casting of heat-resistant alloys and steels” (Foundry, 1993, No. 4, p.30 - prototype).
Установка содержит вакуумную плавильную камеру с поворотной индукционной плавильной печью, загрузочную камеру с механизмом загрузки шихты в плавильный тигель, шлюзовой вакуумный затвор, индукционную печь нагрева формы с нагревателем, выполненные с возможностью перемещения крышки для вакуумирования печи нагрева формы с загруженной в нее формой, механизм поворота печи нагрева формы для подачи ее в плавильную камеру под заливку.The installation comprises a vacuum melting chamber with a rotary induction melting furnace, a loading chamber with a mechanism for loading the charge into the melting crucible, a sluice vacuum lock, an induction heating furnace with a heater, configured to move the lid for evacuating the heating furnace with a mold loaded in it, a rotation mechanism form heating furnaces for feeding it into the melting chamber for pouring.
Недостатком данной установки является низкая работоспособность, связанная, в том числе, с трудностью эксплуатации силицированного графита в условиях высокотемпературного нагрева в вакууме.The disadvantage of this installation is its low working capacity, which is associated, inter alia, with the difficulty of operating siliconized graphite under conditions of high-temperature heating in vacuum.
Силицированный графит, стойкий к окислению при нагреве до 1300°С в воздушной среде, при нагреве в вакууме выше 1200°С начинает разлагаться с выделением графита и кремния с конденсацией продуктов разложения на охлаждаемых поверхностях плавильной камеры. Осаждаясь на водоохлаждаемых трубках и кронштейнах индукционных печей (плавильной и нагрева формы), продукты разложения вызывают нарушение электроизоляции индукторов и, как следствие, электрические пробои при работе индукционных печей в вакууме, что приводит к выходу их из строя.Siliconized graphite, resistant to oxidation when heated to 1300 ° C in air, when heated in vacuum above 1200 ° C, begins to decompose with the release of graphite and silicon with condensation of decomposition products on the cooled surfaces of the melting chamber. Settling on water-cooled tubes and brackets of induction furnaces (melting and heating molds), decomposition products cause a violation of the electrical insulation of the inductors and, as a result, electrical breakdowns when the induction furnaces work in vacuum, which leads to their failure.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение долговечности и эффективности работы устройства для литья, путем применения окалиностойкого нагревательного элемента индукционной печи, при обеспечении высокой механической прочности и надежности работы нагревательного элемента и всего устройства в целом, при одновременном сокращении времени подготовки устройства к плавке и упрощении его конструкции.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to increase the durability and operating efficiency of the casting device by using a scale-resistant heating element of an induction furnace, while ensuring high mechanical strength and reliability of the heating element and the entire device as a whole, while reducing the preparation time of the device to smelting and simplifying its design.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для литья в вакууме, содержащем плавильную камеру, плавильный тигель с индуктором, индукционную печь нагрева формы с нагревательным элементом и крышки, плавильный тигель выполнен с донным сливом и снабжен стопором, соединенным с механизмом его перемещения, устройство дополнительно снабжено механизмами перемещения формы и загрузки-выгрузки тигля, причем нагревательный элемент индукционной печи нагрева формы выполнен из жаропрочного сплава, в качестве которого используется сплав никеля.The specified technical result is achieved by the fact that in a vacuum molding device containing a melting chamber, a melting crucible with an inductor, an induction heating furnace with a heating element and a lid, the melting crucible is made with a bottom drain and equipped with a stopper connected to its movement mechanism, the device additionally equipped with mechanisms for moving the mold and loading and unloading the crucible, and the heating element of the induction furnace for heating the mold is made of a heat-resistant alloy, which is used as tsya nickel alloy.
В устройстве в качестве жаропрочного сплава может использоваться сплав, температура плавления которого превышает рабочую температуру нагревательного элемента.In the device, an alloy whose melting temperature exceeds the operating temperature of the heating element can be used as a heat-resistant alloy.
В устройстве в качестве жаропрочного сплава могут использоваться сплавы никеля, например ЭИ 435 или ЭИ 868.Nickel alloys, for example EI 435 or EI 868, can be used in the device as a heat-resistant alloy.
В устройстве в качестве сплавов никеля могут использоваться интерметаллидные сплавы, например ВКНА-4Л.In the device, intermetallic alloys, for example VKNA-4L, can be used as nickel alloys.
В устройстве крышки могут быть выполнены с возможностью перемещения и перекрытия двух противоположных торцов плавильной камеры.In the device, the lids can be made with the ability to move and overlap two opposite ends of the melting chamber.
В устройстве плавильный тигель с индуктором, индукционная печь нагрева формы с нагревательным элементом, выполненным из жаропрочного сплава, и механизм перемещения формы могут быть закреплены на одной из крышек с образованием плавильно-заливочного блока, причем устройство может содержать, по меньшей мере, один такой блок.In the device, a melting crucible with an inductor, an induction furnace for heating a mold with a heating element made of heat-resistant alloy, and a mechanism for moving the mold can be fixed to one of the covers with the formation of a melting and casting block, and the device may contain at least one such block .
В устройстве механизм загрузки-выгрузки тигля может быть расположен вне плавильной камеры или закреплен на плавильно-заливочном блоке.In the device, the crucible loading and unloading mechanism can be located outside the melting chamber or mounted on the melting and casting block.
В устройстве индукционная печь нагрева формы может быть расположена под плавильным тиглем.In the apparatus, an induction mold heating furnace may be located under the melting crucible.
Проведем сравнение работы прототипа с нагревателем из графита и заявляемого изобретения, в котором нагреватель изготовлен из жаропрочного сплава, например, на основе никеля.Let us compare the operation of the prototype with a graphite heater and the claimed invention, in which the heater is made of a heat-resistant alloy, for example, based on nickel.
При использовании графитового нагревателя после заливки формы расплавом и перед разгерметизацией установки, необходимо снизить температуру графитового нагревателя до температуры ниже 400°C для предотвращения окисления графитового нагревателя кислородом, содержащимся в воздухе. Как правило, в зависимости от размера печи нагрева формы на это требуется от 4 до 10 часов, что резко снижает эффективность работы установки или требует значительного усложнения ее конструкции для поддержания постоянного вакуума в плавильной камере.When using a graphite heater after pouring the mold with melt and before depressurization of the installation, it is necessary to lower the temperature of the graphite heater to a temperature below 400 ° C to prevent oxidation of the graphite heater by oxygen contained in the air. As a rule, depending on the size of the mold heating furnace, it takes from 4 to 10 hours, which dramatically reduces the efficiency of the installation or requires significant complication of its design to maintain a constant vacuum in the melting chamber.
Это введение в состав плавильной установки дополнительных вакуумных загрузочных камер, крупногабаритных вакуумных затворов, механизмов и оборудования для перемещения формы и загрузки шихты и т.п.This is an introduction to the melting plant of additional vacuum loading chambers, large-sized vacuum locks, mechanisms and equipment for moving the mold and loading the charge, etc.
Кроме того, необходимо учитывать, что прочность графитового нагревателя находится в пределах σв=8÷50 МПа, а нагревателя из жаропрочных сплавов в пределах σв=650÷750 МПа.Also, please note that the strength of the graphite heater is within a σ = 8 ÷ 50 MPa and the heater of superalloys within a σ = 650 ÷ 750 MPa.
В качестве материала для нагревателя индукционной печи нагрева формы заявляемого изобретения может быть использован любой из известных в настоящее время жаропрочных сплавов, так как у них температура плавления больше, чем температура работы устройства.As a material for a heater of an induction heating furnace of the form of the claimed invention, any of the currently known heat-resistant alloys can be used, since they have a melting point higher than the operating temperature of the device.
Конкретный сплав определяется для каждого отдельного устройства путем выбора из жаропрочных сплавов исходя из условий окалиностойкости, механической прочности и т.д.The specific alloy is determined for each individual device by selecting from heat-resistant alloys based on the conditions of scale resistance, mechanical strength, etc.
Например, если индукционная печь нагрева формы выполнена с нагревателем из жаропрочного сплава с рабочей температурой 1200÷1350°С (сплав ЭИ435, ЭИ868, интерметаллидный сплав типа Ni3Al в виде сплава ВКНА-4Л и т.д.), то после заливки формы расплавом и кристаллизации отливки можно сразу разгерметизировать плавильную камеру устройства для выгрузки залитой формы из печи нагрева формы и загрузки в нее другой формы, не опасаясь окисления нагревателя. Кроме того, при использовании нагревателей из интерметаллидных сплавов на основе Ni-Al можно довести рабочую температуру нагревателя до 1550°С.For example, if an induction mold heating furnace is made with a heat-resistant alloy heater with a working temperature of 1200 ÷ 1350 ° C (alloy EI435, EI868, intermetallic alloy of the Ni 3 Al type in the form of VKNA-4L alloy, etc.), then after pouring the mold by melt and crystallization of the casting, it is possible to immediately depressurize the melting chamber of the device for unloading the molded mold from the mold heating furnace and loading another mold into it without fear of oxidation of the heater. In addition, when using heaters from intermetallic alloys based on Ni-Al, it is possible to bring the operating temperature of the heater to 1550 ° C.
Устройство представлено на чертеже.The device shown in the drawing.
На чертеже представлено устройство с одной крышкой и одним плавильно-заливочным блоком.The drawing shows a device with one cover and one smelting and filling unit.
Устройство для литья в вакууме содержит плавильную камеру 1, плавильный индуктор 2, плавильный тигель с донным сливом 3, установленный в охранный стакан 4, снабженный стопором 5, который соединен с механизмом перемещения 6 стопора 5, индукционную печь нагрева формы 7 с нагревательным элементом 13 и загрузочным столом 9. Устройство содержит также крышки 12, выполненные с возможностью перемещения и перекрытия противоположных торцов плавильной камеры 1, механизмы перемещения формы 8 и загрузки-выгрузки 10 тигля 3.The vacuum casting device comprises a melting chamber 1, a melting inductor 2, a melting crucible with a bottom drain 3 installed in a safety glass 4, equipped with a stopper 5, which is connected to the movement mechanism 6 of the stopper 5, an induction heating furnace of form 7 with a heating element 13 and loading table 9. The device also includes covers 12 made with the possibility of moving and overlapping opposite ends of the melting chamber 1, mechanisms for moving the form 8 and loading-unloading 10 of the crucible 3.
Плавильный тигель 3 с плавильным индуктором 2, индукционная печь нагрева формы 7 с нагревательным элементом 13 и кронштейнами их крепления 14 и 15, а также конденсаторная батарея 16, механизмы перемещения формы 8 и стопора 6 закреплены на одной из крышек с образованием плавильно-заливочного блока 11. Причем количество крышек 12 может быть не менее количества плавильных камер, также как и плавильно-заливочных блоков.A melting crucible 3 with a melting inductor 2, an induction heating furnace of form 7 with a heating element 13 and their mounting brackets 14 and 15, as well as a capacitor bank 16, mechanisms for moving the form 8 and stopper 6 are mounted on one of the covers with the formation of a melting and casting block 11 Moreover, the number of covers 12 may be not less than the number of melting chambers, as well as melting and casting blocks.
Индукционная печь нагрева формы 7 может быть расположена, например, под плавильным тиглем 3, например, как показано на иллюстрациях к заявляемому решению.An induction heating furnace of form 7 may be located, for example, under a melting crucible 3, for example, as shown in the illustrations to the claimed solution.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В плавильный тигель с донным сливом 3 загружается мерная шихтовая заготовка, устанавливается стопор 5, и тигель механизмом загрузки-выгрузки 10 устанавливается в охранный стакан 4 плавильного индуктора 2. В тигель устанавливается, например, термопара (на чертежах не показана) и стопор 5 соединяется с механизмом перемещения стопора 6. На загрузочный стол 9 индукционной печи нагрева формы 7 устанавливается форма, например, керамическая, которая механизмом перемещения формы 8 подается в печь нагрева формы 7. Плавильно-заливочный блок 11 стыкуется с плавильной камерой, после чего плавильная камера 1 герметизируется и вакуумируется. Включаются индукторы печи нагрева формы 7 и плавильной печи 2, производится нагрев формы, расплавление шихты и заливка формы расплавом. После заливки формы расплавом производится напуск воздуха в плавильную камеру 1 и, после затвердевания отливки, расстыковка плавильно-заливочного блока 11 с плавильной камерой 1, выгрузка плавильного тигля 3 из охранного стакана 4 плавильного индуктора 2, выгрузка залитой формы из индукционной печи нагрева формы 7. Устройство готово для проведения следующего процесса плавки шихты и заливки формы расплавом.A measured charge billet is loaded into the melting crucible with bottom discharge 3, a stopper 5 is installed, and the crucible is loaded by the loading-unloading mechanism 10 into the guard cup 4 of the melting inductor 2. For example, a thermocouple (not shown) is installed in the crucible and the stopper 5 is connected to stopper moving mechanism 6. On the loading table 9 of the induction heating furnace of mold 7, a mold, for example, a ceramic is installed, which is fed by the mechanism of moving mold 8 to the heating furnace of mold 7. The melting and filling unit 11 is joined melting chamber, after which the melting chamber 1 is sealed and evacuated. The inductors of the heating furnace of form 7 and the melting furnace 2 are turned on, the mold is heated, the mixture is melted and the mold is molten. After pouring the mold with the melt, air is poured into the melting chamber 1 and, after the casting solidifies, the melting and casting unit 11 is undocked with the melting chamber 1, the melting crucible 3 is unloaded from the guard cup 4 of the melting inductor 2, and the mold is unloaded from the induction heating furnace of form 7. The device is ready for the next process of melting the mixture and pouring the mold with the melt.
Для сокращения цикла работы устройства допускается загрузка в печь нагрева формы отстыкованного плавильно-заливочного блока, уже предварительно подогретой до температуры 800°С формы.To reduce the cycle of the device, it is allowed to load into the heating furnace the form of the undocked melting and casting block, which has already been preheated to a temperature of 800 ° C.
При работе устройства с двумя плавильно-заливочными блоками во время работы первого плавильно-заливочного блока второй выгружается и снаряжается для начала работы сразу же после расстыковки первого плавильно-заливочного блока с плавильной камерой.When the device is operated with two smelting and pouring blocks during operation of the first smelting and pouring block, the second is unloaded and equipped to start work immediately after undocking the first smelting and pouring block with the melting chamber.
Для сокращения цикла работы устройства с двумя плавильно-заливочными блоками допускается загрузка в печь нагрева формы отстыкованного плавильно-заливочного блока уже предварительно подогретой до температуры 800°С формы, и после загрузки шихтой плавильной печи включение индукторов обоих печей блока на нагрев шихты и формы на воздухе до его стыковки с плавильной камерой.To reduce the cycle of operation of the device with two melting and pouring blocks, it is allowed to load the form of the undocked melting and pouring block into the heating furnace, which is already preheated to a temperature of 800 ° C, and after loading the charge of the melting furnace, turn on the inductors of both furnace of the block to heat the mixture and the mold in air before docking with the melting chamber.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
- в вакууме до Т=2200°СScale-resistant:
- in vacuum to T = 2200 ° C
Т=1200°С - 24T = 20 ° C - 780
T = 1200 ° C - 24
Сравнение свойств представленных материалов показывает, что нагреватели, изготовленные из жаропрочных сплавов на основе никеля, по своим высокотемпературным свойствам не уступают нагревателям из графита, а по прочностным характеристикам и окалиностойкости на воздухе значительно превосходят их.A comparison of the properties of the materials presented shows that heaters made of heat-resistant nickel-based alloys are not inferior to graphite heaters in their high-temperature properties, and significantly surpass them in strength characteristics and scale resistance in air.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128661/02A RU2300443C1 (en) | 2005-09-15 | 2005-09-15 | Apparatus for casting in vacuum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128661/02A RU2300443C1 (en) | 2005-09-15 | 2005-09-15 | Apparatus for casting in vacuum |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005128661A RU2005128661A (en) | 2007-03-20 |
| RU2300443C1 true RU2300443C1 (en) | 2007-06-10 |
Family
ID=37993846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005128661/02A RU2300443C1 (en) | 2005-09-15 | 2005-09-15 | Apparatus for casting in vacuum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2300443C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017176763A1 (en) * | 2016-04-06 | 2017-10-12 | Callaway Golf Company | Unit cell titanium casting |
| CN108883463A (en) * | 2016-04-06 | 2018-11-23 | 卡拉韦高尔夫公司 | The casting of unit cell titanium |
-
2005
- 2005-09-15 RU RU2005128661/02A patent/RU2300443C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| КОРОЛЕВ В.М. и др., Вакуумная установка для литья по выплавляемым моделям, Литейное производство, 1968, №8, с.16-18. * |
| КУЛЕШОВ М.П. и др. Специализированное оборудование для литья по выплавляемым моделям жаропрочных сплавов и сталей. Литейное производство, 1993, №4, с.30. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017176763A1 (en) * | 2016-04-06 | 2017-10-12 | Callaway Golf Company | Unit cell titanium casting |
| CN108883463A (en) * | 2016-04-06 | 2018-11-23 | 卡拉韦高尔夫公司 | The casting of unit cell titanium |
| EP3439814A4 (en) * | 2016-04-06 | 2019-09-18 | Callaway Golf Company | Unit cell titanium casting |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005128661A (en) | 2007-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2067547A1 (en) | Methods for centrifugally casting highly reactive titanium metals | |
| US20090133850A1 (en) | Systems for centrifugally casting highly reactive titanium metals | |
| US9381569B2 (en) | Vacuum or air casting using induction hot topping | |
| JP6896623B2 (en) | A process for producing a low nitrogen, substantially nitride-free chromium and chromium and niobium-containing nickel-based alloy, and the resulting chromium and nickel-based alloy. | |
| CN107513641B (en) | A kind of technique preparing advanced ultra supercritical heat-resisting alloy | |
| CN103526037B (en) | Method for purified smelting of high-temperature alloy by using yttrium oxide crucible | |
| US20150059526A1 (en) | System for metal atomisation and method for atomising metal powder | |
| CN106756372B (en) | A kind of high-performance aluminizing-preparation method of rare earth alloy and its product of preparation | |
| CN114525425B (en) | MC type carbide reinforced nickel-based superalloy composite material, preparation method and application thereof | |
| RU2618038C2 (en) | Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium | |
| RU2300443C1 (en) | Apparatus for casting in vacuum | |
| US3754592A (en) | Method for producing directionally solidified cast alloy articles | |
| CN107206481A (en) | The manufacture method and Ni alloy casting pieces of Ni alloy casting pieces | |
| CN109663899B (en) | Method for casting a mould | |
| US3529958A (en) | Method for the formation of an alloy composed of metals reactive in their elemental form with a melting container | |
| CN112593102B (en) | Magnesium-nickel intermediate alloy and preparation method thereof | |
| RU2305023C2 (en) | Vacuum casting apparatus (variants) | |
| RU2545979C1 (en) | Device to produce castings by directed crystallisation | |
| CN109663901B (en) | Apparatus for casting molds | |
| RU2362651C1 (en) | Method for production of ingots and cast articles out of intermetallic alloys | |
| CN113624005A (en) | Large-capacity continuous casting multifunctional suspension smelting furnace and alloy smelting method | |
| Eatesami et al. | Melting of γ-TiAl in the alumina crucible | |
| RU2754215C1 (en) | Device for producing large-sized castings with directional and single-crystal structure | |
| RU2356965C1 (en) | METHOD OF RECEIVING OF CASTABLE HEAT-RESISTANT ALLOY OR PRODUCTS OF ALLOY OF TYPE VKNS ON BASIS OF INTERMETALLIDE Ni3Al (VERSIONS) AND PRODUCTS RECEIVED BY THESE METHODS | |
| CN213335494U (en) | Large-capacity continuous casting multifunctional suspension smelting furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20170116 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190419 |