RU2630104C1 - Method for large-sized turbine blades casting - Google Patents
Method for large-sized turbine blades casting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2630104C1 RU2630104C1 RU2016111418A RU2016111418A RU2630104C1 RU 2630104 C1 RU2630104 C1 RU 2630104C1 RU 2016111418 A RU2016111418 A RU 2016111418A RU 2016111418 A RU2016111418 A RU 2016111418A RU 2630104 C1 RU2630104 C1 RU 2630104C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- temperature
- blade
- alloy
- casting
- Prior art date
Links
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
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области технологии литейного производства и может найти применение для изготовления отливок крупногабаритных рабочих и сопловых турбинных лопаток из жаропрочных и коррозионностойких сплавов.The invention relates to the field of foundry technology and can find application for the manufacture of castings of large-sized working and nozzle turbine blades from heat-resistant and corrosion-resistant alloys.
Известен способ литья лопаток газовых турбин из жаропрочных сплавов на основе никеля, обеспечивающий получение мелкозернистой структуры литого металла, который включает нагрев расплава до температуры 1480-1600°С, введение в него модификатора на основе ультрадисперсных частиц карбонитрида титана и заливку расплава в форму. (RU 2457270, С22С 35/00, опубликовано 27.07.2012.)There is a method of casting gas turbine blades from heat-resistant nickel-based alloys, providing a fine-grained cast metal structure, which includes heating the melt to a temperature of 1480-1600 ° C, introducing a modifier based on ultrafine particles of titanium carbonitride and pouring the melt into the mold. (RU 2457270, C22C 35/00, published on July 27, 2012.)
Известный способ позволяет получить мелкозернистую структуру отливки, включая в тонкостенных элементах отливки, однако введение в расплав нитридов приводит к образованию пористости в отливках и снижению жаропрочности.The known method allows to obtain a fine-grained structure of the casting, including in thin-walled casting elements, however, the introduction of nitrides into the melt leads to the formation of porosity in the castings and a decrease in heat resistance.
Известен способ литья лопаток газовых турбин, включающий литье в оболочковую форму, на внутренней поверхности которой размещают модификатор - частицы алюмината кобальта, причем температура расплава значительно выше температуры ликвидус сплава. (Е.Н. Каблов, «Литые лопатки газотурбинных двигателей. Сплавы, технологии, покрытия», М., Изд. МИСиС, 2001, 632 стр.)A known method of casting gas turbine blades, including casting in a shell mold, on the inner surface of which is placed a modifier - particles of cobalt aluminate, and the melt temperature is much higher than the liquidus temperature of the alloy. (EN Kablov, “Cast blades of gas turbine engines. Alloys, technologies, coatings”, Moscow, Publishing House MISiS, 2001, 632 pp.)
При осуществлении известного способа также достигается мелкозернистая структура тонкостенных элементов отливки (перо турбинной лопатки). Однако в массивных элементах лопатки (хвостовик лопатки) измельчение зерна в отливке не происходит.When implementing the known method, a fine-grained structure of thin-walled casting elements (turbine blade feather) is also achieved. However, in the massive elements of the blade (shank of the blade) grinding of grain in the casting does not occur.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ для литья лопаток турбин из жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий изготовление оболочковой формы, на внутренней поверхности которой размещают частицы алюмината кобальта, нагрев формы и заливку в форму расплава с температурой, равной температуре ликвидус сплава или выше ее на 0-15°С. Температура формы при заливке составляет 750-1250°С. (US 5983983, B22D 25/02, B22D 27/20, B22D 31/00, опубликовано 16.11.1999.)The closest in technical essence and the achieved result is a method for casting turbine blades from heat-resistant nickel-based alloys, including the production of a shell mold, on the inner surface of which particles of cobalt aluminate are placed, mold heating and pouring into a melt form with a temperature equal to the liquidus temperature of the alloy or above it at 0-15 ° C. The temperature of the mold when casting is 750-1250 ° C. (US 5983983, B22D 25/02, B22D 27/20, B22D 31/00, published November 16, 1999.)
Недостатком этого способа является незалив тонкостенных элементов лопатки, например, кромки пера лопатки. Это связано с низкой температурой расплава при заливке.The disadvantage of this method is the filling of thin-walled elements of the scapula, for example, the edge of the feather of the scapula. This is due to the low temperature of the melt during casting.
Задачей и техническим результатом изобретения является создание способа литья крупногабаритных лопаток турбин, обеспечивающего получение плотной мелкозернистой структуры металла во всех элементах отливки, как в тонкостенном пере, так и массивном замке (хвостовике) лопаток.The objective and technical result of the invention is to provide a method for casting large turbine blades, which provides a dense fine-grained metal structure in all elements of the casting, both in a thin-walled feather and in a massive lock (shank) of the blades.
Технический результат достигается тем, что способ литья крупногабаритных лопаток турбин включает изготовление литейной формы, нанесение на поверхность литейной формы частицы алюмината кобальта, нагрев литейной формы, заливку в литейную форму расплава сплава и кристаллизацию сплава с формированием пера, коробки замковой полки, хвостовика лопатки и прибыли, при этом сначала для формирования пера и коробки замковой полки лопатки в литейную форму заливают расплав с температурой на 50-80°С выше температуры ликвидус сплава, а затем для формирования хвостовика лопатки и прибыли заливают расплав с температурой, равной температуре ликвидус сплава или выше ее на 1-15°С.The technical result is achieved by the fact that the method of casting large turbine blades includes the production of a mold, application of cobalt aluminate particles to the surface of the mold, heating of the mold, pouring the molten alloy into the mold and crystallization of the alloy with the formation of a feather, box of a lock flange, shank of the blade and profit in this case, first, for forming the pen and the box of the locking shelf of the blade, the melt is poured into the mold with a temperature of 50-80 ° C higher than the liquidus temperature of the alloy, and then for forming When the blade shank and profit are poured, the melt is poured with a temperature equal to the liquidus temperature of the alloy or higher by 1-15 ° С.
Технический результат также достигается тем, что заливку расплава осуществляют с использованием двух заливочных тиглей, содержащих соответствующие упомянутые расплавы; заливку осуществляют с использованием одного заливочного тигля, содержащего расплав с температурой на 50-80°С выше температуры ликвидус сплава, при этом после заливки расплава, формирующего перо и коробку замковой полки лопатки, оставшийся расплав в течение не более 2-х минут охлаждают до температуры на 15-20°С ниже температуры ликвидус сплава, вновь нагревают его до температуры заливки хвостовика лопатки и прибыли, равной температуре ликвидус сплава или выше ее на 1-15°С, предпочтительно на 5°С, и заливают в литейную форму для формирования хвостовика лопатки и прибыли; время заливки расплава для формирования пера и коробки замковой полки лопатки составляет не более 30 с, а время заливки расплава для формирования хвостовика лопатки и прибыли составляет 5-8 с; литейную форму нагревают перед заливкой расплава до температуры 1050-1150°С.The technical result is also achieved by the fact that the pouring of the melt is carried out using two casting crucibles containing the corresponding mentioned melts; pouring is carried out using one pouring crucible containing a melt with a temperature of 50-80 ° C higher than the liquidus temperature of the alloy, and after pouring the melt, forming a feather and a box of the castle shelf of the blade, the remaining melt is cooled to a temperature of no more than 2 minutes 15–20 ° C lower than the liquidus temperature of the alloy, heat it up again to fill the blade shank and profit equal to or higher than the liquidus temperature of the alloy by 1–15 ° C, preferably 5 ° C, and pour it into the mold stovik shovels and profits; the melt pouring time for the formation of the pen and the box of the locking shelf of the blade is not more than 30 s, and the melt pouring time for the formation of the shank of the blade and profit is 5-8 s; the mold is heated before pouring the melt to a temperature of 1050-1150 ° C.
Реализация способом по изобретению своего назначения и достижение поставленного технического результата может быть проиллюстрировано следующим примером.The implementation of the method according to the invention of its purpose and the achievement of the technical result can be illustrated by the following example.
Отливки полых рабочих лопаток газовой турбины общей длиной отливок 350-420 мм изготавливали из жаропрочного сплава на основе никеля ЦНК-7П, причем длина пера лопатки составили 140 мм и 210 мм (для первой и второй ступеней соответственно) при минимальной толщине стенки 0,8 мм, а длина замка лопатки - 40-60 мм при толщинах стенок от 15 до 25 мм.Castings of hollow working blades of a gas turbine with a total casting length of 350-420 mm were made of a heat-resistant alloy based on TsNK-7P nickel, the blade feather length being 140 mm and 210 mm (for the first and second stages, respectively) with a minimum wall thickness of 0.8 mm and the length of the blade lock is 40-60 mm with wall thicknesses from 15 to 25 mm.
Модельный блок состоял из 2-х лопаток с общей прибылью и горизонтальным литником между прибылью и обеими лопатками. Для отливки блока использовали оболочковые керамические формы, на внутреннюю поверхность которой наносили микрочастицы алюмината кобальта. Для этого при формировании первого внутреннего слоя литейной формы на выплавляемую модель окунанием или напылением наносили слой суспензии на основе электрокорунда со связующим Людокс, причем содержание алюмината кобальта в суспензии составило 7% от массы суспензии (допустимо 7-15%). Формирование последующих слоев литейной формы вели стандартным методом с использованием суспензии без алюмината кобальта. Конечная толщина стенки формы составила 10±1 мм.The model block consisted of 2 blades with a total profit and a horizontal gate between the profit and both blades. For casting the block, shell ceramic molds were used, on the inner surface of which microparticles of cobalt aluminate were applied. To do this, when forming the first inner layer of the mold, a suspension layer based on electrocorundum with a Ludox binder was applied to the investment model by dipping or spraying, and the content of cobalt aluminate in the suspension was 7% by weight of the suspension (7-15% is acceptable). The subsequent layers of the mold were formed by the standard method using a suspension without cobalt aluminate. The final wall thickness of the mold was 10 ± 1 mm.
Перед прокаливанием формы производили теплоизолирование прибыли и литника намоткой на прибыль 4-х слоев керамического войлока и 2-х слоев керамического войлока на литник общей толщиной 20 мм и 10 мм соответственно.Before calcining the molds, the profits and sprue were insulated by winding 4 layers of ceramic felt and 2 layers of ceramic felt on the sprue with a total thickness of 20 mm and 10 mm, respectively.
После прокаливания форму в теплоизолированном модуле помещали в вакуумную плавильно-заливочную установку с одним плавильным тиглем в печи подогрева и доводили температуру формы перед заливкой до 1100±10°С (перо лопатки) и 1150±10°С (замок лопатки).After annealing, the mold in a thermally insulated module was placed in a vacuum melting and casting unit with one melting crucible in a heating furnace and the mold temperature was adjusted to 1100 ± 10 ° С (feather blade) and 1150 ± 10 ° С (blade lock) before pouring.
Нагрев формы производили в вакууме 10-3 тор, расплавление шихтовой заготовки сплава и заливку расплава - под остаточным давлением аргона 150-200 Па. При заливке температура части расплава, который формирует тонкостенное перо и коробку замковой полки лопатки, составила 1440°±5, что на 70°С выше температуры ликвидус сплава. Время заливки формы с длиной пера 140 мм (первая ступень) составило 14±2 с, а формы с длиной пера 210 мм (вторая ступень) - 18±2 с.The mold was heated in a vacuum of 10 -3 torr, the alloy billet was melted and the melt was cast under a residual argon pressure of 150-200 Pa. During pouring, the temperature of the part of the melt that forms the thin-walled feather and the box of the castle shelf of the blade was 1440 ° ± 5, which is 70 ° C higher than the liquidus temperature of the alloy. The casting time of a mold with a pen length of 140 mm (first step) was 14 ± 2 s, and molds with a pen length of 210 mm (second step) was 18 ± 2 s.
Затем плавильный тигель возвращали в исходное положение, доводили температуру оставшегося расплава до температуры 1345-1355°С (15-25°С ниже температуры ликвидус), а затем после паузы 10-15 с вновь нагревали до температуры 0-15°С выше температуры ликвидуса и производили заливку толстостенного хвостовика и прибыли в течение 7±2 с. Общее время между двумя заливками составило менее 2-х мин.Then the melting crucible was returned to its original position, the temperature of the remaining melt was brought to a temperature of 1345-1355 ° C (15-25 ° C below the liquidus temperature), and then after a pause of 10-15 s it was again heated to a temperature of 0-15 ° C above the liquidus temperature and filled the thick-walled shank and arrived within 7 ± 2 s. The total time between two fillings was less than 2 minutes.
Охлаждение литейной формы в теплоизолированном муфеле после заливки проводили в вакууме в отключенной печи подогрева в течение 15 мин до полного затвердевания расплава, а затем 30 мин - в воздушной атмосфере установки для формирования оптимального размера γ'-фазы и снятия остаточных напряжений в отливке.After pouring, the mold was cooled in a thermally insulated muffle in a vacuum in a switched-off heating furnace for 15 minutes until the melt solidified completely, and then 30 minutes in the air of the installation to form the optimal size of the γ'-phase and relieve residual stresses in the casting.
Результатом осуществления указанного способа, по данным металлографических исследований, была получена плотная мелкозернистая структура пера лопаток и коробки замковой полки, состоящая из тонких вытянутых зерен толщиной 0,3-1,0 мм, что характерно для структур поверхностного модифицирования, а плотная структура замка состояла из мелких равноосных зерен размером 2-6 мм. Размер γ'-фазы - 0,3-0,5 мкм. Пористость металла лопаток - в пределах 0,4%.The result of the implementation of this method, according to metallographic studies, was obtained dense fine-grained structure of the feather blades and boxes of the castle flange, consisting of thin elongated grains with a thickness of 0.3-1.0 mm, which is typical for surface modification structures, and the dense structure of the castle consisted of small equiaxed grains 2-6 mm in size. The size of the γ'-phase is 0.3-0.5 microns. The porosity of the metal of the blades is within 0.4%.
Отливку лопаток на опытной установке также вели с использованием двух заливочных тиглей для раздельной заливки: пера и коробки замковой полки лопатки при температуре расплава на 50-80°С выше температуры ликвидус сплава, а толстостенного хвостовика и прибыли - при температуре, равной температуре ликвидус сплава или выше ее на 15°С.The blades were also cast in the pilot plant using two casting crucibles for separate casting: a pen and a box of the locking flange of the blade at a melt temperature of 50-80 ° C higher than the liquidus temperature of the alloy, and a thick-walled shank and profit at a temperature equal to the liquidus temperature of the alloy or above it by 15 ° C.
При осуществлении способа по изобретению после заливки расплава, формирующего тонкостенное перо и коробку замковой полки, оставшийся расплав заливали в форму до истечения 1,5 мин, за которые расплав охлаждали до температуры 1345-1350°С, что на 15-20°С ниже температуры ликвидус сплава и вновь нагревали до температуры 1375°С, которая на 5°С выше температуры ликвидус сплава.In the implementation of the method according to the invention, after pouring the melt forming a thin-walled feather and a box of the lock flange, the remaining melt was poured into the mold before 1.5 minutes expired, during which the melt was cooled to a temperature of 1345-1350 ° C, which is 15-20 ° C lower than the temperature liquidus of the alloy and was again heated to a temperature of 1375 ° C, which is 5 ° C higher than the liquidus temperature of the alloy.
В результате была получена аналогичная структура пера лопаток и коробки замковой полки, а структура замка состояла из равноосных зерен с размером 0,5-2,0 мм при указанных выше размерах γ'-фазы и плотности отливок.As a result, a similar structure of the feather of the blades and the box of the castle shelf was obtained, and the structure of the castle consisted of equiaxed grains with a size of 0.5-2.0 mm at the above dimensions of the γ'-phase and density of castings.
Таким образом, способ по изобретению обеспечивает достижение поставленного технического результата: получить плотную мелкозернистую структуру металла во всех элементах отливки, как в тонкостенном пере, так и массивном замке (хвостовике) лопаток.Thus, the method according to the invention ensures the achievement of the technical result: to obtain a dense fine-grained metal structure in all elements of the casting, both in the thin-walled feather and in the massive lock (shank) of the blades.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016111418A RU2630104C1 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Method for large-sized turbine blades casting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016111418A RU2630104C1 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Method for large-sized turbine blades casting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2630104C1 true RU2630104C1 (en) | 2017-09-05 |
Family
ID=59797539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016111418A RU2630104C1 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Method for large-sized turbine blades casting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2630104C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU633668A1 (en) * | 1977-02-15 | 1978-11-25 | Предприятие П/Я Р-6378 | Casting-making method |
| US4190094A (en) * | 1978-10-25 | 1980-02-26 | United Technologies Corporation | Rate controlled directional solidification method |
| US5983983A (en) * | 1996-08-30 | 1999-11-16 | Triplex Llyod Limited | Method of making fine grained castings |
| RU2265497C1 (en) * | 2004-05-24 | 2005-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for forming member of turbine impeller and turbine impeller |
| RU2567078C1 (en) * | 2014-08-28 | 2015-10-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Cast work blade with monocrystal structure, heat resistant steel based on nickel to manufacture lock part of work blade and method of heat treatment of cast blade |
-
2016
- 2016-03-28 RU RU2016111418A patent/RU2630104C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU633668A1 (en) * | 1977-02-15 | 1978-11-25 | Предприятие П/Я Р-6378 | Casting-making method |
| US4190094A (en) * | 1978-10-25 | 1980-02-26 | United Technologies Corporation | Rate controlled directional solidification method |
| US5983983A (en) * | 1996-08-30 | 1999-11-16 | Triplex Llyod Limited | Method of making fine grained castings |
| RU2265497C1 (en) * | 2004-05-24 | 2005-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for forming member of turbine impeller and turbine impeller |
| RU2567078C1 (en) * | 2014-08-28 | 2015-10-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Cast work blade with monocrystal structure, heat resistant steel based on nickel to manufacture lock part of work blade and method of heat treatment of cast blade |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dai et al. | Grain selection in spiral selectors during investment casting of single-crystal turbine blades: Part I. Experimental investigation | |
| US7389808B2 (en) | Method for producing a cast component | |
| US8186418B2 (en) | Unidirectional solidification process and apparatus therefor | |
| US8307882B2 (en) | Casting method | |
| CN104661775A (en) | Shell mould having a heat shield | |
| US9144842B2 (en) | Unidirectional solidification process and apparatus and single-crystal seed therefor | |
| US20210346947A1 (en) | Die casting system and method | |
| US9381565B2 (en) | Monocrystalline casting mold | |
| JP2010075999A (en) | Unidirectionally-solidification process and casting formed thereby | |
| US9744587B2 (en) | Mould for monocrystalline casting | |
| US9616489B2 (en) | Casting pattern | |
| CN107405681B (en) | Method for manufacturing a turbomachine component, a blank and a final component | |
| JP6682762B2 (en) | Ni alloy casting product manufacturing method | |
| EP0127552B1 (en) | Casting of articles with predetermined crystalline orientation | |
| US7360579B2 (en) | Method for the production of cast components | |
| US9555471B2 (en) | Casting method and cast article | |
| RU2630104C1 (en) | Method for large-sized turbine blades casting | |
| CN201442085U (en) | Directional solidification casting device for titanium alloy missile cabins | |
| JP2007125615A (en) | Mold for precisely casting high melting point metal hollow drum-shaped casting and precise casting method for high melting point metal hollow drum-shaped casting using the mold | |
| US5983983A (en) | Method of making fine grained castings | |
| WO2013161806A1 (en) | Process for producing cast object, and cast object | |
| US3465812A (en) | Heater bar system | |
| JP6986945B2 (en) | Casting method and castings | |
| US10265764B2 (en) | Casting method and cast article | |
| RU2153955C2 (en) | Method for making thick-wall tube castings of refractory alloys |