RU2411106C2 - Способ получения отливок с направленной структурой - Google Patents
Способ получения отливок с направленной структурой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411106C2 RU2411106C2 RU2008137419/02A RU2008137419A RU2411106C2 RU 2411106 C2 RU2411106 C2 RU 2411106C2 RU 2008137419/02 A RU2008137419/02 A RU 2008137419/02A RU 2008137419 A RU2008137419 A RU 2008137419A RU 2411106 C2 RU2411106 C2 RU 2411106C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seed
- stub
- crystals
- mold
- heat
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 22
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 6
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 6
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000000048 melt cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при производстве лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) из жаропрочных сплавов. Способ включает изготовление оболочковой формы, размещение в донной части формы перед ее подогревом затравки, нагрев формы до температуры выше температуры ликвидуса жаропрочного сплава, заполнение формы расплавом и направленную кристаллизацию с помощью затравки из тугоплавкого материала. Затравку изготавливают литьем в вакуумной печи в форме с открытым дном, установленной на неохлаждаемый медный кристаллизатор. После охлаждения затравки шлифуют поверхность затравки, контактирующую с медным неохлаждаемым кристаллизатором, на глубину зоны аморфных замороженных кристаллов. Затем осуществляют глубокое травление поверхностного слоя затравки до образования в структуре рельефа выраженных границ между столбчатыми зернами кристаллов. Обеспечивается получение отливок с регулярной направленно-кристаллической макроструктурой, каждое зерно которой является совершенным монокристаллом с кристаллографической ориентацией {001} с количеством зерен не менее пяти. 3 ил.
Description
Предполагаемое изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при производстве лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) из жаропрочных сплавов.
Известен способ получения отливок с направленной структурой, включающий изготовление оболочковой формы, нагрев ее до температуры выше температуры ликвидуса жаропрочного сплава, заполнение формы расплавом и направленную кристаллизацию с помощью плоской затравки из тугоплавкого материала, затравку размещают в донной части формы перед ее подогревом, при этом между стартовой полостью формы и затравкой размещают керамический фильтр (описание изобретения к патенту РФ №2285580, МПК B22D 27/04, заявл. 2005.01.13, опубл. 2006.10.20).
Недостатком такого способа получения отливок с направленной кристаллизацией является трудность получения большого количества зерен-кристаллов в отливке. При этом существует высокая вероятность того, что какое-либо из зерен не будет совершенным по кристаллографической ориентации. Это связанно с тем, что при изготовлении плоских затравок применяется тот же способ литья опусканием формы в жидкометаллический охладитель, что и при литье самой лопатки (в структуре затравки и соответственно пера лопатки в результате конкурентного отбора формируется 2…5 крупноразмерных зерна-кристалла). Наличие разделительного керамического фильтра также способствует снижению выхода годных лопаток по количеству зерен, составляющих макроструктуру пера (включается дополнительный инерционный кристаллоотборник).
Также известен способ получения отливок с направленной структурой из жаропрочных сплавов, включающий изготовление затравки из тугоплавкого материала, изготовление оболочковой формы, размещение затравки в донной части оболочковой формы, нагрев ее до температуры выше температуры ликвидуса жаропрочного сплава, заполнение оболочковой формы расплавом и направленную кристаллизацию.
Затравку изготавливают из порошкового материала, которую нагревают до температуры, не превышающей температуру плавления. Затравка имеет конфигурацию контактирующего с ней торца отливки (описание изобретения к патенту РФ №2043855, МПК B22D 27/04, заявл. 1992.02.24, опубл. 1995.09.20).
Такой способ получения отливок с направленно-кристаллической структурой обеспечивает большое количество зерен-кристаллов.
Однако он не позволяет сформировать совершенную дендритную структуру по кристаллографической ориентации в каждом, без исключения, кристалле, т.к. в качестве затравки используют заведомо равноосный (гранульный, порошкообразный и т.п.) материал с произвольной кристаллографической ориентацией в каждом зерне.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является обеспечение в макроструктуре отливки регулярной направленно-кристаллической структуры, каждое зерно которой является совершенным кристаллом с кристаллографической ориентацией {001} с количеством зерен не менее пяти.
Заявленный технический результат достигается тем, что способ получения отливок с направленной структурой из жаропрочных сплавов включает изготовление затравки из тугоплавкого материала, изготовление оболочковой формы, размещение затравки в донной части оболочковой формы, нагрев ее до температуры выше температуры ликвидуса жаропрочного сплава, заполнение оболочковой формы расплавом и направленную кристаллизацию.
Новым в заявляемом способе является то, что затравку изготавливают литьем в форму с открытым дном, установленную на медный неохлаждаемый кристаллизатор в вакуумной печи. После охлаждения и извлечения затравки с формой из вакуумной печи осуществляют шлифование поверхности затравки, контактирующей с медным неохлаждаемым кристаллизатором, на глубину зоны замороженных кристаллов и глубокое травление до образования в структуре рельефа поверхностного слоя затравки выраженных границ между столбчатыми зернами кристаллов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
фиг.1 - схема формы для получения отливки;
фиг.2 - фотография рабочей плоскости направленно-кристаллической затравки;
фиг.3 - фотография структуры рельефа поверхностного слоя (а) и поперечного сечения (б) плоской затравки после шлифования на глубину замороженных кристаллов и глубокого травления.
При реализации способа получения отливок с направленной структурой из жаропрочных сплавов изготавливают затравку из тугоплавкого материала, например сплава Ni50%-W, литьем в форму с открытым дном, установленную на медный неохлаждаемый кристаллизатор, представляющий собой брикет пластин, в вакуумной печи.
В процессе заливки в контактной зоне медного неохлаждаемого кристаллизатора и заливаемого расплава мгновенно формируется зона из нескольких тысяч замороженных кристаллов, которая в процессе медленного охлаждения вместе с печью обеспечивает начальные признаки конкурентного отбора множества столбчатых зерен, ориентированных в направлении, противоположном направлению теплоотвода, т.е. вертикально. Т.к. в начальный момент контакта расплав материала затравки кристаллизуется на медном кристаллизаторе, имеющем гранецентрированную кристаллическую решетку (чистая медь марки М0), то образовавшимся в результате конкурентного отбора столбчатым зернам кристаллов в средней части заготовки затравки будет передана та же морфология.
Форму с затравкой извлекают из печи после ее охлаждения, затем осуществляют шлифование поверхности затравки, контактирующей с медным неохлаждаемым кристаллизатором, на глубину зоны замороженных кристаллов, разрезают на мерные пластины и производят глубокое травление до образования в структуре рельефа поверхностного слоя затравки выраженных границ между столбчатыми зернами кристаллов.
Далее затравку устанавливают в донную часть оболочковой формы, форму нагревают в вакуумной печи до температуры выше температуры ликвидуса жаропрочного сплава, но ниже температуры плавления материала затравки, заполняют расплавом и осуществляют направленную кристаллизацию протяжкой через жидкометаллический охладитель. В результате от имеющегося большого количества близких к совершенству столбчатых зерен кристаллов контактной поверхности затравки в отливке сформируется большое количество совершенных кристаллов, удовлетворяющих требованиям к качеству направленно-кристаллической макроструктуры.
Пример конкретного осуществления способа.
Способ получения узкохордной (10 мм) ГТД с направленной структурой из жаропрочного сплава.
Изготавливали оболочковую форму, у которой со стороны замковой части лопатки была выполнена затравочная полость, для размещения в ней затравки.
Затравку изготавливали из тугоплавкого материала Ni-W (50%-50%) литьем в форме с открытым дном, установленной на медный неохлаждаемый кристаллизатор в вакуумной печи. В качестве кристаллизатора использовали набор из 6 медных пластин толщиной 10 мм каждая, при этом форму устанавливали на верхнюю пластину набора и оборачивали техническим войлоком. После охлаждения и извлечения затравки с формой из вакуумной печи, полученную заготовку разрезали в размер, соответствующий площади поперечного сечения замка лопатки, и шлифовали поверхность затравки, контактирующую с кристаллизатором, на глубину зоны замороженных кристаллов. Затем поверхность затравки подвергали глубокому травлению в химическом реактиве на основе соляной кислоты и хлорного железа до образования в структуре рельефа поверхностного слоя затравки выраженных границ между столбчатыми зернами кристаллов.
В затравочную полость оболочковой формы устанавливали затравку, на нижнюю часть затравочной полости наносили керамическую суспензию и сушили форму по типовой технологии. Затем форму нагревали до температуры выше температуры ликвидуса сплава MAR-M-200 (1530°) и заливали в нее расплав.
От столбчатых зерен кристаллов рабочей плоскости затравки в замке лопатки зарождалось большое количество столбчатых зерен кристаллов (порядка 1000), структура которых заведомо близка к совершенной. В результате конкурентного отбора в кристалловоде в перо лопатки выводилось ограниченное 40…80 число наиболее совершенных зерен кристаллов; структура и морфология каждого кристалла строго соответствовала заданным параметрам качества.
Скорость перемещения литейной формы с расплавом из зоны нагрева в зону охлаждения 5 мм/мин.
Выход годных лопаток по качеству макроструктуры 80…90%.
Такой способ позволяет получить в макроструктуре отливки регулярную направленно-кристаллическую структуру, каждое зерно которой является совершенным кристаллом с кристаллографической ориентацией {001} с количеством зерен не менее пяти.
Применение такого способа получения отливок с направленной структурой позволило снизить затраты энергии на зарождение зерен при малой степени переохлаждения расплава, увеличить степень дисперсности столбчатых зерен, что повысило качество отливок.
Claims (1)
- Способ получения отливок с направленной структурой из жаропрочных сплавов, включающий изготовление затравки из тугоплавкого материала, изготовление оболочковой формы, размещение затравки в донной части оболочковой формы, нагрев ее до температуры выше температуры ликвидуса жаропрочного сплава, заполнение оболочковой формы расплавом и направленную кристаллизацию, отличающийся тем, что затравку изготавливают литьем в форму с открытым дном, установленную на медный неохлаждаемый кристаллизатор в вакуумной печи, после охлаждения и извлечения затравки с формой из вакуумной печи осуществляют шлифование поверхности затравки, контактирующей с медным неохлаждаемым кристаллизатором, на глубину зоны замороженных кристаллов и глубокое травление до образования в структуре рельефа поверхностного слоя затравки выраженных границ между столбчатыми зернами кристаллов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008137419/02A RU2411106C2 (ru) | 2008-09-18 | 2008-09-18 | Способ получения отливок с направленной структурой |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008137419/02A RU2411106C2 (ru) | 2008-09-18 | 2008-09-18 | Способ получения отливок с направленной структурой |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008137419A RU2008137419A (ru) | 2010-03-27 |
| RU2411106C2 true RU2411106C2 (ru) | 2011-02-10 |
Family
ID=42137957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008137419/02A RU2411106C2 (ru) | 2008-09-18 | 2008-09-18 | Способ получения отливок с направленной структурой |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2411106C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2612672C1 (ru) * | 2015-11-25 | 2017-03-13 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ изготовления монокристаллических рабочих лопаток газовых турбин |
| RU2732492C1 (ru) * | 2020-03-16 | 2020-09-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Способ получения отливок с направленной структурой |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2043855C1 (ru) * | 1992-02-24 | 1995-09-20 | Акционерное общество "Пермские моторы" | Способ получения отливок с направленной структурой |
| RU2105390C1 (ru) * | 1996-11-19 | 1998-02-20 | Анатолий Михайлович Балбашов | Способ изготовления высокотемпературного сверхпроводящего перехода джозефсона |
| RU2201843C2 (ru) * | 2000-11-16 | 2003-04-10 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Керамическая форма для литья изделий с направленной и монокристальной структурой |
-
2008
- 2008-09-18 RU RU2008137419/02A patent/RU2411106C2/ru active IP Right Revival
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2043855C1 (ru) * | 1992-02-24 | 1995-09-20 | Акционерное общество "Пермские моторы" | Способ получения отливок с направленной структурой |
| RU2105390C1 (ru) * | 1996-11-19 | 1998-02-20 | Анатолий Михайлович Балбашов | Способ изготовления высокотемпературного сверхпроводящего перехода джозефсона |
| RU2201843C2 (ru) * | 2000-11-16 | 2003-04-10 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Керамическая форма для литья изделий с направленной и монокристальной структурой |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ШАЛИН Р.Е. Монокристаллы никелевых сплавов. - М.: Машиностроение, 1997, с.110, 111, 142, 143. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2612672C1 (ru) * | 2015-11-25 | 2017-03-13 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ изготовления монокристаллических рабочих лопаток газовых турбин |
| RU2732492C1 (ru) * | 2020-03-16 | 2020-09-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Способ получения отливок с направленной структурой |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008137419A (ru) | 2010-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111364096B (zh) | 基底触发单晶高温合金定向凝固工艺 | |
| JP4203603B2 (ja) | 半導体バルク多結晶の作製方法 | |
| CN102166643B (zh) | 一种防止单晶叶片杂晶缺陷的方法 | |
| US3857436A (en) | Method and apparatus for manufacturing monocrystalline articles | |
| CN105436478A (zh) | 控制变截面处杂晶形成的方法 | |
| CN105358742A (zh) | 在定向凝固炉中通过在晶种上的生长制造硅柱体的方法 | |
| RU2411106C2 (ru) | Способ получения отливок с направленной структурой | |
| CN111922322A (zh) | 一种定向凝固装置及铸造方法 | |
| CN101537485A (zh) | 用于制造单晶铸件的薄壳上浮方法及其装置 | |
| TWI451007B (zh) | 用於生產矽錠的方法 | |
| JP5509329B2 (ja) | 誘導法により多結晶シリコンインゴットを製造するための装置 | |
| JP6401051B2 (ja) | 多結晶シリコンインゴットの製造方法 | |
| CN100430530C (zh) | 一种籽晶法凝固定向起始端结构及其应用 | |
| RU2744601C2 (ru) | Печь с охлаждением для направленного затвердевания и способ охлаждения с применением такой печи | |
| JP2008246560A (ja) | アルミニウム鋳塊の鋳造方法 | |
| JPH1192284A (ja) | 一方向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴットの製造方法 | |
| WO2011116660A1 (zh) | 提纯硅的方法 | |
| RU2597491C2 (ru) | Устройство и керамическая оболочка для получения отливок с монокристаллической и направленной структурой | |
| CN201183849Y (zh) | 具有石墨冷却块保温条的多晶硅铸锭炉热场结构 | |
| JP2003145249A (ja) | 微細な一方向凝固柱状晶組織を有するインゴットを製造するための鋳型 | |
| CN110965119A (zh) | 一种用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构 | |
| RU2302923C1 (ru) | Устройство для получения турбинных лопаток методом направленной кристаллизации | |
| RU2258578C1 (ru) | Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой | |
| RU2732492C1 (ru) | Способ получения отливок с направленной структурой | |
| RU2164192C2 (ru) | Способ изготовления отливок из жаропрочных сплавов с направленной и монокристаллической структурой |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101220 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120620 |