RU2623941C2 - Method of obtaining large-dimensional castings from heat-resistant alloys by directed crystalization - Google Patents
Method of obtaining large-dimensional castings from heat-resistant alloys by directed crystalization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623941C2 RU2623941C2 RU2015139633A RU2015139633A RU2623941C2 RU 2623941 C2 RU2623941 C2 RU 2623941C2 RU 2015139633 A RU2015139633 A RU 2015139633A RU 2015139633 A RU2015139633 A RU 2015139633A RU 2623941 C2 RU2623941 C2 RU 2623941C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mold
- heat
- alloy
- molten metal
- castings
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения крупноразмерных отливок деталей из жаропрочных сплавов с направленной и монокристаллической структурой, например лопаток турбин газотурбинных двигателей.The present invention relates to foundry and can be used to obtain large-sized castings of parts from heat-resistant alloys with directional and single-crystal structure, for example, turbine blades of gas turbine engines.
Известны способы направленной кристаллизации крупноразмерных отливок из жаропрочных сплавов в вакууме с использованием водоохлаждаемого, преимущественно медного, кристаллизатора, на который установлена и закреплена керамическая форма с открытой донной частью (патенты США на изобретения №3532155, МПК B22D 27/04, дата публ. 06.10.1970 и №3700023 МПК B22D 27/04, дата публ. 24.10.1972; патент ЕР на изобретение №0127552, МПК B22D 27/04, дата публ. 05.12.1984).Known methods for the directed crystallization of large-size castings from heat-resistant alloys in vacuum using a water-cooled, mainly copper, mold, on which a ceramic mold with an open bottom part is mounted and fixed (US patents for inventions No. 3532155, IPC B22D 27/04, publication date 06.10. 1970 and No. 3700023 IPC B22D 27/04, publication date 10.24.1972; EP patent for invention No. 0127552, IPC B22D 27/04, publication date 05.12.1984).
Недостатками таких способов (использован метод Бриджмана) является сложность крепления крупногабаритной формы с открытой донной частью непосредственно на холодильник из-за возможности протекания расплава через зоны недостаточно плотного контакта. Кроме того, при этом способе невозможно получить крупноразмерные отливки и отливки с одинаковой структурой и свойствами по всему объему из-за снижения температурного градиента при увеличении расстояния от холодильника. Одновременно следует указать, что увеличение размера отливки приводит к возрастанию гидростатических и гидродинамических нагрузок на стенки керамической литейной формы. Для обеспечения прочности формы требуется увеличение толщины стенки, что увеличивает тепловое сопротивление и снижает температурный градиент.The disadvantages of such methods (the Bridgman method was used) is the difficulty of fastening a large-sized form with an open bottom directly to the refrigerator due to the possibility of melt flowing through zones of insufficiently dense contact. In addition, with this method it is impossible to obtain large-sized castings and castings with the same structure and properties throughout the volume due to a decrease in the temperature gradient with increasing distance from the refrigerator. At the same time, it should be noted that an increase in the size of the casting leads to an increase in hydrostatic and hydrodynamic loads on the walls of the ceramic casting mold. To ensure the strength of the mold, an increase in wall thickness is required, which increases thermal resistance and reduces the temperature gradient.
Известны способы направленной кристаллизации крупноразмерных отливок из жаропрочных сплавов, в которых зона охлаждения выполнена в виде емкости с расплавом легкоплавкого материала с высокой теплопроводностью. Керамическую форму после заливки расплава погружают в охлаждающую емкость с жидкометаллическим охладителем (патенты США на изобретения №3763926, МПК B22D 27/04, дата публ. 09.10.1973 и №3915761, МПК B22D 27/04, дата публ.28.10.1975, патент РФ на изобретение №2146184, МПК B22D 27/04, дата публ. 10.03.2000).Known methods for directed crystallization of large-size castings from heat-resistant alloys, in which the cooling zone is made in the form of a tank with a melt of low-melting material with high thermal conductivity. After pouring the melt, the ceramic mold is immersed in a cooling container with a liquid metal cooler (US patents for inventions No. 3763926, IPC B22D 27/04, published date 09/10/1973 and No. 3915761, IPC B22D 27/04, published date 28/10/1975, patent RF on invention No. 2146184, IPC B22D 27/04, date of publication 10.03.2000).
Недостатком таких способов является, как указывалось выше, невозможность получения крупногабаритных отливок с совершенной направленной и монокристаллической структурой из-за повышения гидростатических и гидродинамических нагрузок на стенки керамической литейной формы при увеличении размера отливки, что приводит к необходимости увеличения толщины формы и, как следствие, снижению температурного градиента. Кроме того, конструкция устройства не обеспечивает получение крупногабаритных отливок с совершенной направленной и монокристаллической структурой по всей высоте из-за небольших размеров жидкометаллического кристаллизатора. Требуется значительное изменение существующей установок, связанное с необходимостью создания глубоких и достаточно объемных охлаждающих емкостей.The disadvantage of such methods is, as mentioned above, the inability to obtain large-sized castings with a perfect directional and single-crystal structure due to the increase in hydrostatic and hydrodynamic loads on the walls of the ceramic casting mold with an increase in the size of the casting, which leads to the need to increase the thickness of the mold and, as a result, reduce temperature gradient. In addition, the design of the device does not provide large castings with a perfect directional and single-crystal structure over the entire height due to the small size of the liquid metal mold. A significant change in existing installations is required, associated with the need to create deep and sufficiently voluminous cooling tanks.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и принятому за прототип является способ направленной кристаллизации крупноразмерных отливок из жаропрочных сплавов, при котором нагретый до температуры выше температуры ликвидуса сплава отливки керамический литейный комплект, содержащий по меньшей мере одну тонкостенную форму с затравкой в верхней части, погружают через слой теплоизолирующего экрана в подогреваемую разгрузочную емкость с расплавленным металлом и по мере погружения заполняют комплект сплавом отливки, заполнение и погружение комплекта завершают при контакте сплава отливки с затравкой, после чего комплект извлекают из разгрузочной емкости, при этом над поверхностью экрана его охлаждают потоком инертного газа (D Ma, Нао Lu and A , Experimental Trials of the Thin Shell Casting (TSC) Technology for Directional Solidification. The 3rd International Conference on Advances in Solidification Processes. IOP Publishing, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 27 (2011) 012036).The closest in technical essence to the proposed and adopted as a prototype is a method of directional crystallization of large-size castings from heat-resistant alloys, in which a ceramic casting set, containing at least one thin-walled mold with seed in the upper part, heated to a temperature above the liquidus temperature of the casting, is immersed through a layer of a heat-insulating screen in a heated discharge container with molten metal and, as it is immersed, fill the kit with casting alloy, fill and a set of complete immersion in contact alloy casting with seeding and then extracted set of discharge capacity, the surface of the screen it is cooled inert gas stream (D Ma, Nao Lu and A , Experimental Trials of the Thin Shell Casting (TSC) Technology for Directional Solidification. The 3rd International Conference on Advances in Solidification Processes. IOP Publishing, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 27 (2011) 012036).
Разгрузочная емкость с перегретым расплавленным металлом - сплавом отливки покрыта насыпным теплоизолирующим экраном. Тонкостенный (толщина стенки порядка 1 мм) керамический литейный комплект содержит по меньшей мере одну тонкостенную форму с затравкой в верхней части, форма с прикрепленным в верхней части водоохлаждаемым холодильником-кристаллизатором медленно погружается в разгрузочную емкость с расплавленным металлом. Форма закрыта снизу заглушкой, которая плавится при контакте с расплавленным металлом и предотвращает попадание фрагментов насыпного экрана внутрь формы при погружении. Заглушка выполнена из того же металла, что и сплав отливки. Керамический литейный комплект погружают в расплав до заполнения формы (до контакта расплава с холодильником-кристаллизатором). При этом в зоне контакта расплав начинает кристаллизоваться. Медленное вытягивание вверх модельного комплекта через насыпной экран приводит к перемещению фронта кристаллизации вниз относительно литейной формы. Обдув холодным инертным газом формы, вытянутой над экраном, позволяет обеспечить интенсивный отвод тепла и высокий градиент температуры на фронте кристаллизации.The discharge tank with superheated molten metal - casting alloy is covered with a bulk heat-insulating screen. A thin-walled (wall thickness of about 1 mm) ceramic casting set contains at least one thin-walled mold with a seed in the upper part, a mold with a water-cooled crystallizer mounted on the upper part is slowly immersed in a discharge container with molten metal. The mold is closed from below by a plug, which melts upon contact with molten metal and prevents fragments of the bulk screen from getting inside the mold when immersed. The plug is made of the same metal as the cast alloy. The ceramic casting set is immersed in the melt until the mold is filled (until the melt comes into contact with the crystallizer refrigerator). In this case, the melt begins to crystallize in the contact zone. Slow pulling up the model kit through the bulk screen leads to the crystallization front moving downward relative to the mold. Having blown a cold inert gas of a mold elongated above the screen, it is possible to provide intensive heat removal and a high temperature gradient at the crystallization front.
Одним из недостатков этого способа является то, что наличие временной металлической заглушки из сплава отливки приводит к ситуации, когда при контакте с металлом она расплавляется, но до расплавления заглушка нагревается и расширяется, что в свою очередь вызывает растрескивание формы.One of the disadvantages of this method is that the presence of a temporary metal plug from the casting alloy leads to a situation where it melts upon contact with the metal, but the plug heats up and expands before melting, which in turn causes cracking of the mold.
Длительность процесса, большая площадь контакта расплава с поверхностью разгрузочной емкости и насыпного экрана приводит к частичному растворению материала емкости и экрана в расплаве (в первую очередь, кремния, оказывающего резко отрицательное влияние на свойства сплавов) и, как следствие, загрязнению и изменению химического состава материала отливки.The duration of the process, the large contact area of the melt with the surface of the discharge tank and the bulk screen leads to a partial dissolution of the tank material and the screen in the melt (primarily silicon, which has a dramatically negative effect on the properties of the alloys) and, as a consequence, pollution and a change in the chemical composition of the material castings.
Кроме того, существенным недостатком прототипа является использование разгрузочной емкости в качестве места нахождения большого количества расплава отливки, что приводит к неэкономному использованию современного дорогостоящего жаропрочного суперсплава, его загрязнению веществом насыпного экрана и продуктами химического взаимодействия сплава со стенками разгрузочной емкости. Это препятствует их повторному использованию.In addition, a significant disadvantage of the prototype is the use of a discharge tank as a location for a large amount of casting melt, which leads to the uneconomical use of modern expensive heat-resistant superalloy, its contamination with the bulk screen material and the products of the chemical interaction of the alloy with the walls of the discharge tank. This prevents their reuse.
Технической задачей изобретения является создание способа направленной кристаллизации крупноразмерных отливок из жаропрочных сплавов, обеспечивающего получение отливок большого размера и веса с использованием тонкостенных литейных форм, исключающего их растрескивание и загрязнение сплава отливки, а также обеспечение экономного расходования дорогостоящего шихтового материала, что особенно актуально для современных монокристаллических жаропрочных сплавов II-V поколений, содержащих остродефицитный и крайне дорогой рений, а также элемент платиновой группы рутений, отличающийся высокой стоимостью.An object of the invention is to provide a method for the directed crystallization of large-size castings from heat-resistant alloys, which provides castings of large size and weight using thin-walled casting molds, eliminating their cracking and contamination of the casting alloy, as well as ensuring the economical use of expensive charge material, which is especially important for modern single-crystal heat-resistant alloys of the II-V generations containing severely deficient and extremely expensive rhenium, as well as The platinum group element of ruthenium, which is distinguished by its high cost.
Техническим результатом изобретения является повышение качества крупноразмерных отливок за счет предотвращения растрескивания керамических форм и загрязнения сплава отливки, а также создание условий для обеспечения экономного расходования дорогостоящего жаропрочного сплава отливки.The technical result of the invention is to improve the quality of large-sized castings by preventing cracking of ceramic molds and contamination of the casting alloy, as well as creating conditions for the economical use of expensive heat-resistant casting alloy.
Подогрев стояка литниковой питательной системы обеспечивает поддержание сплава отливки в жидком состоянии во всей литниковой питательной системе, благодаря чему давления внутри формы и разгрузочной емкости сохраняются равными во время всего процесса кристаллизации, что исключает растрескивание формы.The heating of the runner of the gating feed system ensures the maintenance of the casting alloy in a liquid state throughout the gating feed system, due to which the pressure inside the mold and the discharge tank are kept equal during the entire crystallization process, which eliminates cracking of the mold.
Кроме того, отсутствие контакта сплава отливки с расплавленным металлом в разгрузочной емкости полностью исключает возможность попадания в форму частичек насыпного экрана, а также загрязнение сплава отливки металлом разгрузочной емкости, благодаря чему отсутствует необходимость во временной заглушке, что также исключает растрескивание формы.In addition, the absence of contact between the casting alloy and molten metal in the discharge tank completely eliminates the possibility of particles of the bulk screen getting into the mold, as well as contamination of the casting alloy by the metal of the discharge tank, which eliminates the need for a temporary plug, which also eliminates mold cracking.
Погружение керамического литейного комплекта с системой заливки сверху через литниково-питательную систему позволяет использовать в качестве расплава для разгрузочной емкости дешевый металл, близкий по плотности к сплаву отливки, что существенно экономит расход дорогостоящего жаропрочного сплава.Immersion of a ceramic casting kit with a pouring system from above through a gating and feeding system allows using cheap metal close in density to the casting alloy as a melt for the discharge tank, which significantly saves the expense of an expensive heat-resistant alloy.
Технический результат достигается тем, что в способе направленной кристаллизации крупноразмерных отливок из жаропрочных сплавов, при котором нагретый до температуры выше температуры ликвидуса сплава отливки керамический литейный комплект, содержащий по меньшей мере одну тонкостенную форму с затравкой в верхней части, погружают через слой теплоизолирующего экрана в подогреваемую разгрузочную емкость с расплавленным металлом и по мере погружения заполняют комплект сплавом отливки, заполнение и погружение комплекта завершают при контакте сплава отливки с затравкой, после чего комплект извлекают из разгрузочной емкости, при этом над поверхностью экрана его охлаждают потоком инертного газа, в отличие от известного литейный комплект выполнен в виде блок-формы, снабженной литниковой питательной системой, при этом сплав отливки заливают в блок-форму через стояк литниковой питательной системы, а разгрузочную емкость заполняют расплавленным металлом, близким по плотности к сплаву отливки, блок-форму погружают в разгрузочную емкость на глубину, обеспечивающую одинаковый уровень сплава отливки в форме и расплавленного металла в емкости, а в процессе извлечения блок-формы из разгрузочной емкости стояк литниковой питательной системы подогревают.The technical result is achieved by the fact that in the method of directional crystallization of large-size castings from heat-resistant alloys, in which a ceramic casting assembly, which is heated to a temperature higher than the liquidus temperature of the casting alloy, containing at least one thin-walled mold with a seed in the upper part, is immersed in a heated screen discharge vessel with molten metal and as the dive is filled, the set is filled with casting alloy, filling and immersion of the set is completed when the beat of the casting alloy with the seed, after which the kit is removed from the discharge tank, while over the surface of the screen it is cooled by a stream of inert gas, unlike the known casting kit is made in the form of a block mold equipped with a gating feed system, while the casting alloy is poured into the block the mold through the riser of the sprue feed system, and the discharge tank is filled with molten metal close in density to the casting alloy, the block mold is immersed in the discharge tank to a depth that provides the same the level of the casting alloy and molten metal in the tank, and during the extraction of the block mold from the discharge tank, the runner of the gate feeding system is heated.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:
фиг. 1 - блок-форма с тонкостенными керамическими формами;FIG. 1 - block form with thin-walled ceramic forms;
фиг. 2 - устройство для направленной кристаллизации крупноразмерных отливок из жаропрочных сплавов перед началом работы;FIG. 2 - a device for directed crystallization of large-size castings from heat-resistant alloys before starting work;
фиг. 3 - устройство при заливке сплава отливки и погружении блок-формы в разгрузочную емкость;FIG. 3 - the device when pouring the casting alloy and immersing the block form in the discharge tank;
фиг. 4 - устройство в начале вытягивания блок-формы из разгрузочной емкости;FIG. 4 - the device at the beginning of pulling the block form from the discharge tank;
фиг. 5 - устройство в процессе вытягивания блок-формы из разгрузочной емкости.FIG. 5 - the device in the process of pulling the block form from the discharge tank.
Для осуществления заявляемого способа направленной кристаллизации крупноразмерных отливок из жаропрочных сплавов предложено устройство, включающее блок-форму (фиг. 1), содержащую литниковую питательную систему и по меньшей мере одну тонкостенную керамическую форму 1. Литниковая система, содержит стояк 2, соединенный через коллектор 3 с керамической формой 1. В отличие от тонкостенной формы стояк и коллектор имеют достаточно толстую керамическую оболочку, необходимую для обеспечения прочности конструкции.To implement the inventive method of directed crystallization of large-size castings from heat-resistant alloys, a device is proposed that includes a block mold (Fig. 1) containing a sprue feeding system and at least one thin-walled
Форма 1 выполнена замкнутой в донной части. Верхняя часть тонкостенной формы включает коническую стартовую полость, полость кристаллоотборника в виде геликоида и монокристаллическую затравку 4 из тугоплавкого сплава, например вольфрама, с охлаждающим стержнем. В стержне предусмотрено отверстие для стравливания газа, вытесняемого из тонкостенной формы сплавом отливки при ее заполнении. Соединения коллектора с тонкостенной формой и стояком герметичны.
Блок-форма с затравками подвешена к платформе 5 (фиг. 2). Платформа 5 выполнена с возможностью вертикального перемещения. Механизм перемещения платформы выполнен, например, в виде телескопического или винтового подъемника (не показан).The block form with the seeds is suspended from the platform 5 (Fig. 2). The
Блок-форма установлена в печи подогрева 6, снабженной нагревательными элементами 7 для предварительного разогрева блок-формы. Для обеспечения равномерного радиационного нагрева блок-формы печь дополнительно может быть оборудована тепловым экраном 8.The block form is installed in the
Под печью подогрева 6 расположена разгрузочная емкость 9 с расплавленным металлом 10, близким по плотности к сплаву отливки. Разгрузочная емкость 9 снабжена нагревательным элементом 11, например индуктором.Under the
Устройство снабжено воронкой 12 для заливки сплава отливки в блок-форму (фиг. 3).The device is equipped with a
На поверхности расплавленного металла 10 в емкости 9 расположен теплоизолирующий экран 13, например насыпной, выполненный в виде керамических шариков или керамического порошка (фиг. 4).On the surface of the
Над разгрузочной емкостью 9 (фиг. 5) расположены трубопроводы 14, выполняющие обдув вытягиваемой вверх блок-формы холодным инертным газом. Также над разгрузочной емкостью 9 расположены дополнительные нагреватели 15 для подогрева стояка 2.Above the discharge tank 9 (FIG. 5),
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Заливают сплав отливки в блок-форму (фиг. 1) сверху через стояк 2 литниковой питательной системы в среде инертного газа при атмосферном давлении или в вакууме. Для предотвращения растрескивания керамической блок-формы перед началом заливки и в процессе заливки ее непрерывно подогревают в печи подогрева 6 (фиг. 2). Тонкостенная керамическая форма 1 заполняется снизу вверх, при этом давление сплава внутри формы компенсируется давлением расплавленного металла в разгрузочной емкости 9. Форма заполняется полностью до контакта с затравкой 4, при этом в зоне контакта сплав мгновенно кристаллизуется.The casting alloy is poured into the block mold (Fig. 1) from above through the
По мере заполнения блок-формы ее медленно погружают через слой теплоизолирующего экрана 13 в разгрузочную емкость 9 с расплавленным металлом 10 (фиг. 3). Разгрузочная емкость заполнена недорогим расплавленным металлом 10, имеющим плотность, близкую к плотности сплава отливки. Использование в емкости недорогого сплава сокращает расход дорогостоящего жаропрочного сплава отливки.As the block form is filled, it is slowly immersed through the layer of the heat-insulating
Для предотвращения застывания расплавленного металла в разгрузочной емкости ее непрерывно подогревают - поддерживают заданную температуру расплавленного металла, превышающую температуру ликвидуса жаропрочного сплава отливки на 80÷100°C, для предотвращения растрескивания формы от резкого перепада температур. Сплав отливки сохраняется в форме в жидком состоянии за счет его подогрева расплавленным металлом в разгрузочной емкости.To prevent solidification of the molten metal in the discharge tank, it is continuously heated — the specified temperature of the molten metal is maintained at a temperature of 80 ÷ 100 ° C higher than the liquidus temperature of the heat-resistant cast alloy to prevent cracking of the mold from a sharp temperature difference. The casting alloy is kept in shape in a liquid state due to its heating by molten metal in the discharge tank.
Погружение блок-формы в разгрузочную емкость выполняют на глубину, обеспечивающую одинаковый уровень сплава отливки в форме 1 и расплавленного металла в емкости 9, что обеспечивает отсутствие гидростатических сил на тонкостенной литейной форме. Заполнение и погружение блок-формы завершают при контакте заливаемого сплава отливки с затравкой. После этого подогрев блок-формы отключают (фиг. 4).Immersion of the block mold in the discharge tank is performed to a depth that provides the same level of casting alloy in the
Включают обдув холодным инертным газом и начинают подъем платформы вместе с закрепленной на ней блок-формой (фиг. 5). Первичная кристаллизация сплава начинается на месте контакта с охлаждаемым газом затравки из тугоплавкого сплава. По мере перемещения вверх блок-формы фронт кристаллизации перемещается вниз относительно формы, оставаясь в районе теплоизолирующего экрана 13. Ниже фронта кристаллизации сплав остается в жидком состоянии.Turn on blowing with cold inert gas and begin lifting the platform together with the block form fixed on it (Fig. 5). Primary crystallization of the alloy begins at the point of contact with the cooled gas of the seed from the refractory alloy. As you move up the block form, the crystallization front moves down relative to the form, remaining in the region of the heat-insulating
Замкнутая конструкция формы (выплавляемая пробка, как в прототипе, отсутствует) позволяет исключить контакт металла отливки с расплавленным металлом в разгрузочной емкости. В связи с тем, что в процессе кристаллизации объем металла уменьшается, а блок-форма (стояк с системой питателей и формами) представляет собой сообщающиеся сосуды и при извлечении блок-формы из горячей зоны одновременно извлекается и стояк, то он также должен закристаллизоваться. В этом случае расплав в нижней части блок-формы (в коллекторе 3) окажется заперт, и при уменьшении объема в процессе его дальнейшей кристаллизации давление снаружи тонкостенной формы превысит внутреннее и тонкая оболочка формы разрушится. Для исключения этого стояк блок-формы при извлечении из разгрузочной емкости подогревают нагревательным элементом 15, тогда сплав отливки в стояке находится в жидком состоянии и подпитывает тонкостенную форму, в результате чего давление в блок-форме и в разгрузочной емкости выравнивается.The closed design of the mold (the melted plug, as in the prototype, is absent) eliminates the contact of the casting metal with molten metal in the discharge tank. Due to the fact that during the crystallization process the metal volume decreases, and the block form (riser with a system of feeders and forms) is a communicating vessel, and when the block form is removed from the hot zone, the riser is also removed, it must also crystallize. In this case, the melt in the lower part of the block mold (in collector 3) will be locked, and when the volume decreases during its further crystallization, the pressure outside the thin-walled mold will exceed the internal one and the thin shell of the mold will collapse. To avoid this, the riser of the block mold is heated by the
После завершения кристаллизации отливки блок-форму охлаждают в атмосфере, разрушают тонкостенные формы и отрезают излишки сплава, которые потом переплавляют и используют для отливки новых деталей.After crystallization of the casting is completed, the block mold is cooled in the atmosphere, thin-walled forms are destroyed and excess alloys are cut off, which are then remelted and used for casting new parts.
Для практического подтверждения технического результата предложенного способа были проведены следующие опыты. Выплавлена отливка модели лопатки из сплава ЖС32 по технологии LMC (жидкометаллического охлаждения) в печи УВНК8П. При этом изготовленная керамическая форма лопатки имела толщину 1 мм. Форма при опускании вниз в зону жидкометаллического охлаждения попадала в керамический тигель, заполненный этим же охладителем. При соприкосновении ее с охладителем она треснула и весь сплав вылился в тигель. Было проведено 3 опыта и все они закончились одинаково. Учитывая, что в установках УВНК-8П существующий механизм перемещения формы обеспечивает как ее опускание, так и подъем, была изготовлена керамическая форма лопатки тех же размеров и той же толщины стенок, к которой снизу была прикреплена литниковая труба, выходящая вертикально вверх и завершающаяся керамической чашей.For practical confirmation of the technical result of the proposed method, the following experiments were carried out. The casting of the model of the blade made of ZhS32 alloy by the LMC technology (liquid metal cooling) in the UVNK8P furnace was smelted. In this case, the manufactured ceramic shape of the blade had a thickness of 1 mm. The form when lowering into the zone of liquid metal cooling fell into a ceramic crucible filled with the same cooler. When it touched the cooler, it cracked and the whole alloy poured into a crucible. 3 experiments were carried out and they all ended the same way. Given that in the UVNK-8P installations, the existing mechanism for moving the mold provides both its lowering and lifting, a ceramic blade shape of the same size and the same wall thickness was made, to which a sprue pipe was attached from the bottom, extending vertically upward and ending with a ceramic bowl .
Перевернутая П-образная конструкция, заканчивающаяся с одной стороны чашей, а с другой - формой, крепилась на подъемном устройстве печи УВНК-8П. При этом чаша с порционной мерной заготовкой сплава ЖС32 перемещалась внутрь нагревателя, а нижняя часть вместе с формой - в обогреваемый тигель, заполненный сплавом 3H435+W, плотность которого составляла 8,8 г/см3. К верхней части обогреваемого тигля были прикреплены трубки для обдува аргоном и обеспечения охлаждения формы в месте выхода ее из жидкого сплава 3H453+W, который имел температуру 1600°C. В процессе нагрева чаши с порционной мерной заготовкой при достижении в ней температуры 1450°C перевернутая П-образная конструкция опускалась в обогреваемый тигель до полного погружения формы лопатки и после выдержки в течение 10 минут конструкция поднималась вверх, при этом форма обдувалась аргоном, имеющим температуру порядка 80-100°C. Было проведено несколько опытов - при этом форма не разрушилась, получившийся в результате кристаллизации материал характеризовался направленной столбчатой структурой.An inverted U-shaped design ending on one side with a cup and on the other with a form was mounted on a lifting device of the UVNK-8P furnace. Thus a bowl of a batch dimensional workpiece alloy ZHS32 moved inside the heater, and the lower part with a form - in a heated crucible filled alloy 3H435 + W, whose density was 8.8 g / cm 3. Tubes were attached to the upper part of the heated crucible to blow argon and provide cooling of the mold at the place of its exit from the 3H453 + W liquid alloy, which had a temperature of 1600 ° C. During the heating of the bowl with a portioned measured billet when the temperature in it reaches 1450 ° C, the inverted U-shaped structure was lowered into the heated crucible until the blade shape was completely immersed and after holding for 10 minutes the structure rose up, while the mold was blown with argon having a temperature of the order of 80-100 ° C. Several experiments were carried out - the shape did not collapse, the material obtained as a result of crystallization was characterized by a directed columnar structure.
Способ направленной кристаллизации крупноразмерных отливок из жаропрочных сплавов позволяет использовать тонкостенные формы, обладающие низкой прочностью, без их растрескивания, что обеспечивает возможность получения монокристаллических отливок высокого качества независимо от размера.The method of directional crystallization of large-size castings from heat-resistant alloys allows the use of thin-walled molds with low strength without cracking, which makes it possible to obtain high-quality single-crystal castings regardless of size.
Использование в разгрузочной емкости недорогого сплава, имеющего плотность, близкую к плотности сплава отливки, сокращает расход дорогостоящего жаропрочного сплава на изготовление отливок.The use of an inexpensive alloy having a density close to the density of the casting alloy in the discharge tank reduces the consumption of expensive heat-resistant alloy for casting.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015139633A RU2623941C2 (en) | 2015-09-17 | 2015-09-17 | Method of obtaining large-dimensional castings from heat-resistant alloys by directed crystalization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015139633A RU2623941C2 (en) | 2015-09-17 | 2015-09-17 | Method of obtaining large-dimensional castings from heat-resistant alloys by directed crystalization |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015139633A RU2015139633A (en) | 2017-03-22 |
RU2623941C2 true RU2623941C2 (en) | 2017-06-29 |
Family
ID=58454802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015139633A RU2623941C2 (en) | 2015-09-17 | 2015-09-17 | Method of obtaining large-dimensional castings from heat-resistant alloys by directed crystalization |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2623941C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114619020A (en) * | 2020-12-11 | 2022-06-14 | 中国科学院金属研究所 | Method for preparing high-efficiency close-packed single crystal blade by utilizing liquid metal cooling directional solidification technology |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3752221A (en) * | 1969-10-30 | 1973-08-14 | United Aircraft Corp | Mold apparatus for casting with downward unidirectional solidification |
US3763926A (en) * | 1971-09-15 | 1973-10-09 | United Aircraft Corp | Apparatus for casting of directionally solidified articles |
RU2211746C1 (en) * | 2001-12-26 | 2003-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Method for making castings with oriented and monocrystalline structure and apparatus for performing the same |
-
2015
- 2015-09-17 RU RU2015139633A patent/RU2623941C2/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3752221A (en) * | 1969-10-30 | 1973-08-14 | United Aircraft Corp | Mold apparatus for casting with downward unidirectional solidification |
US3763926A (en) * | 1971-09-15 | 1973-10-09 | United Aircraft Corp | Apparatus for casting of directionally solidified articles |
RU2211746C1 (en) * | 2001-12-26 | 2003-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Method for making castings with oriented and monocrystalline structure and apparatus for performing the same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
D Ma, H Lu and A Buhrig-Polaczek. Experimental Trials of the Thin Shell Casting (TSC) Technology for Directional Solidification. The 3rd International Conference on Advances in Solidification Processes. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 27 (2011). * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114619020A (en) * | 2020-12-11 | 2022-06-14 | 中国科学院金属研究所 | Method for preparing high-efficiency close-packed single crystal blade by utilizing liquid metal cooling directional solidification technology |
CN114619020B (en) * | 2020-12-11 | 2024-03-12 | 中国科学院金属研究所 | Preparation method for high-efficiency closely-spaced monocrystalline blade by utilizing liquid metal cooling directional solidification technology |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015139633A (en) | 2017-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0218536B1 (en) | A method of forming a fine-grained equiaxed casting | |
EP2606994A2 (en) | Induction stirred, ultrasonically modified investment castings and apparatus for producing | |
EP1375034A2 (en) | Method and apparatus for directional solidification of a metal melt | |
CN102441658B (en) | Unidirectional solidification technique and for its equipment | |
JPH10211565A (en) | Device for producing precasting metal | |
US4202400A (en) | Directional solidification furnace | |
US8056607B2 (en) | Method of casting metal articles | |
US20010001415A1 (en) | Method and apparatus for making directional solidification castings | |
WO1997046742A9 (en) | Method and apparatus for making directional solidification castings | |
EP0968065B1 (en) | Method and apparatus for producing directionally solidified castings | |
RU2492026C1 (en) | Device to produce castings with directed and monocrystalline structure | |
RU2623941C2 (en) | Method of obtaining large-dimensional castings from heat-resistant alloys by directed crystalization | |
US3939895A (en) | Method for casting directionally solidified articles | |
CN107234220B (en) | A kind of technique that double awkward silences at a meeting continuously prepare high-quality aluminum alloy circle ingot casting | |
CN101537485B (en) | Thin shell floating method for manufacturing single crystal casting and device thereof | |
WO2021137708A1 (en) | Method and device for directional crystallization of castings with oriented or monocrystalline structure | |
US3625275A (en) | Apparatus and method for single-crystal casting | |
RU2597491C2 (en) | Device and the ceramic shell for producing castings with monocrystalline and directed structure | |
EP0233828B1 (en) | A method of forming dense ingots having a fine equiaxed grain structure | |
RU2398653C1 (en) | Device to produce casts with directed monocrystalline structure | |
Szeliga | Eliminating Equiaxed Grain Defects in a Ni‐Based Single‐Crystal Blade Platform by Flattening the Liquidus Isotherm | |
CN105772658B (en) | A kind of large scale magnesium alloy ingot running gate system and method | |
RU2152844C1 (en) | Apparatus for making castings with directed monocrystalline structure | |
US8171981B2 (en) | Method of casting metal articles | |
US4683936A (en) | Controlled solidification, method of distributing strengthening additives and maintaining a constant melt level |