SU1036435A1 - Технологическа проба дл исследовани заполн емости литейных форм - Google Patents

Description

со

О5 4 СО СП

Изобретение относитс  к литейному производству специальных жаропрочных сплавов дл  отливки в керамические и оболочковые формы с полост ми капилл рных размеров.

Известна технологическа  проба дл  исследовани  заполн емости формы и определени  жидкотекучести сплавов состо ща  из заливочной чаши, сто ка коллектора и 10 эвольвентных каналов дл  определени  заполн емости формы, сечени  которых уменьшаютс  с увеличением пор дкового номера канала от 1 до 10. Жидкотекучесть сплава определ етс  по длине заполненного канала, а заполн емость - по балльной системе С Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению  вл етс  технологическа  проба дл  определени  жидкотекучести , котора  состоит из сто ка, спирального элемента и B inopaL2j.

Недостатком известной пробы  вл етс  отсутствие возможности исследовани  вли ни  различных технологических параметров изготовлени  форм на величину заполн емости, а также .то, что ее нельз  использовать дл  форм . с полост ми толщиной менее 1 мм, так как в таких формах в полос т х капилл рных размеров преобладаю щее значение на заполн емость имеют поверхностные силы на границе формарасплав-атмосфера . В реальных услови х по вл етс  также фактор затвердевани  расплава, происход щий тем интенсивней, чем меньше радиус капил л ра..

Целью изобретени   вл етс  снижение трудоемкости выбора оптимальных технологичных параметров изготовлени  литейных форм с прот женными капилл рными каналами.

Эта цель достигаетс  тем, .что в технологической пробе дл  исследовани  заполн емости литейных форм, включающей сто к и спиральный элемент , сто к выполнен U-образным, нис ход щие и восход щие колена которого соединены между собой полыми перемычками , а проба снабжена трем  дополнительными спиральными элементами , четырьм  питател ми, расположенными в нижней части восход щего колена сто ка и соединенными с периферийной зоной каждого спирального элемента на выходе внешнего витка

36 4352

спирали, и четырьм  цилиндрическими надставками, которые жестко установлены на каждом спиральном элементе и в которых выполнены вертикальные 5 каналы с переменным шагом, причем четыре спиральных элемента расположены на равном рассто нии от восход щей ветви сто ка в горизонтальной плоскости, оси которых взаимно перпендикул рны.

Один опытный спиральный элемент технологической пробы выполнен по серийной технологии и прин т за эталон , три других - по различным Texts нологи м получени  керамической формы с переменными исследуемыми параметрами (температура прокалки, врем  прокалки, способ нанесени  покрыти  и др.) . При этом параметры расплава

20 заданы посто нными, т.е. в форме дл  серии опытов создан посто нный металлостатический напор, жидкотекучесть и температура расплава остаютс  посто нными. Опытные спиральные

25 элементы получают в пресс-форме, а дл  получени  капилл рных каналов в надставках примен етс  калиброванна  жилка требуемого диаметра, котора  газифицируетс  при нагреве и полностью сгорает при прокалке. После заливки формы пробы считают заполн емость элементов, сравнивают с эталонной и рекомендуют технологический режим дл  получени  формы. Такой

35 выбор технологии изготовлени  формы полностью исключает ошибки, вносимые несоблюдением технологических параметров , и позвол ет точно проследить за поведением анализируемого парамет40 ра от изучаемых факторов вли ни .

Полученные данные по величине краевого угла смачивани  позвол ют точно сделать расчет необходимого металлостатического напора в форме.

На фиг. 1 представлена технологическа  проба, общий вид в разрезе; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. k - график зависимости заполн емости формы от температуры заливки .

Технологическа  проба состоит из литниковой системы, в которую вход т литникова  чаша 1 со специальной фильтровальной керамической сеткой 2, на которой частично гаситс  динамический напор,и-образный сто к 3, нисход щее и восход щие колеса которого соединены двум  узкими уравновеши вающимис  полыми перемычками дл  быстрого установлени  уровн  жидкого металла. Строгое вертикальное положение сто ка регулируют по отвесу и фиксируют керамическими стержн ми . Над стандартными спиральными элементами 5 дл  определени  жидкотекучести жестко устанавливают строго перпендикул рно четыре опытные цилиндрические надставки 6 дл  определени  заполн емости .форм, В нижней части нисход щего колена.сто ка 3 расположены четыре питател  7, которые соединены с периферийной зоной каждого спирального элемента 5, на выхрде внешнего витка спирали. Спиральные элементы расположены попарно в горизонтальной плоскости, оси которых взаимно перпендикул рны. Керамический короб 8 служит дл  слива металла. Высота столба металла берет с  от сливного отверсти  9 до питателей , а при повторном проведении серии опытов оно не выполн етс , а точно воспроизводитс  навеска шихты дл  порционной плавки. Таким образом , у устьев вертикальных капилл рных .каналов задан стабильный металлостатический напор расплава. В технологической пробе элемент дл  определени  жидкотекучести имеет большую кривизну. Поэтому экспериментально был определен шаг между вертикальными каналами в опытных элементах дл  определени  заполн емости из расчета, что количество вертикальных каналов, расположенных на спирали, должно быть максимальным с целью наиболее точного опреде ени  заполн емости. Дл  точного отсчета длины пробега металла по спира ли рассто ние между точками отсчета жидкотекучести (хорда между центрами вертикальных каналов) прин то в начале спирали равным 10 мм, а во второй половине - 5 мм в свези с тем, что движение металла замедл етс  при движении от места подвода к центру спирали. В известной же пробе металл двига сь от центра к периферии, охлаждаетс , и также охлаждаетс й наруж на  стенка формы, что затрудн ет заполнение узких каналов. При заливке пробы в печах с защитной атмосферой выход защитного га за обеспечиваетс  посредством восход щего колена U-образного сто ка че рез газопроницаемую заглушку, представл ющую собой пористый керамический стержень, выполненный по технологии пластифицированных стержней, который непроницаем дл  металла практически во всем реальном температурном интервале. Часть газа может уйти через уравновешивающие каналы в нисход щую ветвь U-образного сто ка, так как заливка ведетс  через керамическую сетку, котора  лежит с зазором в седле чаши, а металл падает в ко.пено сто ка мелкими струйками, не заполн   всего сечени  сто ка, и не преп тствует выходу защитного газа из восход щей ветви. I Предлагаема  проба изготавливалась следующим образом. Заранее изготовили стандартный спиральный элемент 5 пробы на жидкотекучесть по технологии керамических пластифицированных стержней и установили в форму. Над элементами 5 дл  определени  жидкотекучести жестко установили четыре опытных надставки 6 дл  определени  заполн емости формы , в KOTopbix выполнены вертикальные капилл рные каналы. Длину капилл ров выбрали 60 мм, диаметр капилл ра - 0,5 мм, исход  из условий, приближающихс  к.натурным лопаткам. Выходные усть  капилл ров заделали дл  имитации заливки тупиковых полостей. Один спиральный элемент прин ли за эталонный дл  данной серии опытов и изготовили по технологии, прин тойв цехе. Остальныеспиральные элементы , с целью исследовани  нужных параметров , выполнили по другим технологи м: путем обмазки или запрессовки керамического пластифицированного состава или ШОУ-массы. После установки готовых опытных спиральных элементов по фиксаторам в гнезде формы места стыков уплотнили церезином и залили огнеупорным шликером, склеивающим гнезда с элементами пробы. Скомплектованный блок технологической пробы после предварительного нагрева установили в печь подогрева плавильной установки. Врем  его пребывани  в печи до начала заливки уточн ли в каждой серии опытным путем , исход  из условий минимального перепада температуры между стенками печи подогрева и центром одног о из элементов пробы на зполн емость. При нагреве формы до температуры, близкои температурам ликвидуса испытуемого расплава, проба служила дл  определени  краевого угла смачивани  между стенками формы и расплавом. Краевой угол замер ли на застывшем мениске с помощью инструментального микропроектора или по микрофотографи м угломером. Заливка проводилась на вакуумной плавильной индукционной установке, оснащенной печью подо грева, жаропрочным сплавом ВЖЛ-12У. По внешнему виду мениска забитых.капилл ров можно сделать вывод, что расплав ВЖЛ-12У в услови х вакуума не смачивает стенки формы независимо от материала основы и обсыпки. Оптимальным температурным интервалом заливки при прочих услови х и металлостатическомнапоре 250 мм  вл етс  1500-15+0 С. Полученные, данные позволили точно сделать расчет необходимого металлостатического напора в форме дл  устранени  брака лить  по неоформлению и недоливам. Длину заполнени  капилл ров на элементах измер ли любым I прин тым способом, единым дл  серии опытов, отсчет производили от верхней точки мениска. Заполн емость фор мы вычислили по формуле 2hi где i - количество капилл ров по дли не спирали, в которых образовалс  видимый мениск; h- - высота подъема в капилл ре, L - посто нна  проба на заполн е мость, мм, равна  длине капилл ра , прин того в серии опытов. Технологические параметры пробы приведены в таблице 1 и на графике зависимости заполн емости форм от температуры заливки (фиг. З) Данные получены при условии, что формы термофиксированы при , металлостатический напор мм, температура формы равна и заделка торцов капилл ров - 3 сло м по крыти . Из графика зависимости на фиг. k (МОЖНО сделать следующие выводы. Дл  каждого элемента существует зона тем ператур слива металла, при которой получаетс  максимальна  заполн емост Перегибы кривых ГД, ДС и АК обусловлены обильным газоотделением формы при заливке с высокой температурой. При этом из-за тупиковых капилл рных каналов в них возникает противодавление газов, уменьшающее возможность продвижени  метагГла по вертикальному каналу. Крива  М не имеет перегиба , так как при проведение термофиксаци-и все стенки капилл рных каналов в форме на основе маршалита из-за его нетермостойкости были пронизаны микротрещинами, что повысило газопроницаемость формы. В результате найдено, что оптимальным вариантом технологии изотовлени  формы дл  данной серии опытов  вл етс  вариант ГД, а температура слива металла в форму находитс  в диапазоне 1500-15 0С при температуре формы в момент слива. Аналогично можно сравнивать с целью, выбора оптимальных технологических параметров и другие технологии получени  формы при другом эталоне опытного элемента. Например, нужно вы снить, как вли ет на заполн емость форм, выполненных по оптимальному технологическому варианту ГД, врем  выдержки в печи термофиксации . Принимаем врем  выдержки по цеховой серийной технологии за эталон, а в других элементах задаем разное врем . И дл  данного опыта вы вл ем относительно существующего режима температуру заливки, обеспечивающую максималлзную заполн емость. Таким образом, предлагаема  технологическа  проба позвол ет выбрать оптимальный вариант в существующих услови х цеха и, главное,, сократить брак лить  -по неоформлению стенок с минимальными затратами на исследование и установление причин. Технологическа  проба  вл етс  универсальным инструментом исследовани . В нашем случае рассматриваетс  применение пробы при наличии в отливках тупиковых полостей с узкими каналами капилл рных размеров (полости лопаток рабочего небандажированного колеса турбины) . Дл  имитации этих полостей в пробе торцы вертикальных каналов опытных элементов на заполн емость так закрыты, как это делаетс  по цеховой технологии заделки торцов в форме рабочих колес турбины , т.е. дл  получени  торцовых стенсук усть  вертикальных каналов заделывают церезином, подчищают торцы заподлицо с образующей формы и на всю поверхность формы нанос т три сло  огнеупорного покрыти  перед тем как элементы собирают в пробу, а затем подают на заливку. Большинство же реальных форм имеют выпоры или каналы в местах предполагаемого скоплени  десорбированных газов из формы и металла в момен заливки и охлаждени , поэтому на фиг. 1 и 2 пробы не показаны тупиковые полости вертикальных каналов, Предлагаема  технологическа  проба позвол ет: 1. До по влени  в производстве оснастки дл  тонкостенных отливок по чертежам детали оценить возможность применени  действующей в цехе технологии; 2. Откорректировать существующую технологию, выбрав оптимальные технологические параметры изготовлени  формы дл  обеспечени  заполн емости стенок отливок, оговоренных в чертеже . 3- Снизить трудоемкость исследований и сэкономить металл, затрачиваемый на исследовани . 1. Уменьшить брак отливок по неоформлению стенок отливок, т.е. повысить выход годного лить . Применение изобретени  дл  отлили вок гузотурбинного двигател  может дать экономический эффект около 200 тыс. руб. за счет ликвидации опытных плавок натурных отливок дл  отработки технологических режимов лить , так как вес блока пробы 6 кг, а натурных отливок 16 кг.

Claims (1)

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАПОЛНЯЕМОСТИ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ, включающая стояк и спиральный элемент.отличающаяся тем, что, с целью снижения трудоемкости выбора оптимальных технологических параметров изготовления ли- тейных форм с протяженными капиллярными каналами, стояк выполнен 0-образным, нисходящее и восходящее колена которого соединены между собой полыми перемычками, а проба снабжена тремя дополнительными спиральными элементами, четырьмя питателями, расположенными, в нижней части восходящего· колена стояка и соединенными с периферийной зоной каждого спирального элемента на выходе внешнего витка спирали, и четырьмя цилиндрическими надставками, которые жестко установлены на каждом спиральном элементе и в которых выполнены вертикальные, каналы с перемен- q ным шагом, причем четыре спиральных элемента расположены на равном рас стоянии от восходящей ветви стояка в горизонтальной -плоскости, оси ко торых взаимно перпендикулярны.

   SU ... 1036435

   Ϊ036435