Патент на изобретение №2184010
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК С МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ
(57) Реферат: Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при получении отливок с монокристаллической структурой из жаропрочных сплавов, в частности отливок турбинных лопаток. Технической задачей данного изобретения является увеличение выхода годных монокристальных отливок по структуре. Устройство содержит керамическую оболочку, формируемую послойным нанесением керамической суспензии на модель. В оболочке выполнены последовательно затравочная полость с затравкой заданной ориентации, полость со вставкой-кристаллоотборником и полость, образующая отливку. Затравочная полость расположена непосредственно в основании вставки, в верхней части которой выполнено гнездо, обеспечивающее вертикальную соосность вставки и модели. При нанесении керамической суспензии ликвидируются зазоры между стенками вставки-кристаллоотборника и оболочкой. Тем самым исключается образование посторонних кристаллов в процессе направленной кристаллизации. Обеспечивается повышение выхода годного. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при получении отливок с монокристаллической структурой из жаропрочных сплавов, в частности отливок турбинных лопаток газотурбинных двигателей и установок. Известно устройство для получения монокристальных отливок, содержащее керамическую оболочку со стартовой полостью, полостью кристаллоотборника в виде спирального литникового хода – геликоида, служащего для отбора одного кристалла из множества столбчатых зерен, и полости для формирования отливки (патенты США 3519083, 4133368). Однако применение такого устройства – оболочковой литейной формы требует заливки расплава непосредственно на водоохлаждаемый холодильник, что создает значительные трудности при креплении формы на холодильнике. Кроме того, такое устройство позволяет получать отливки только с ориентацией [001] с точностью всего 10-15o. Известно также устройство для получения монокристаллов, содержащее керамическую оболочку с полостью, в которой установлена затравка, соединенная литниковым ходом с полостью, образующей отливку (патент США 4714101). Недостатком этого устройства является трудность получения в нем совершенных монокристаллов, связанная с тем, что при нагреве формы под заливку на затравке образуется налет, препятствующий передаче структуры к отливке. Наиболее близким к заявляемому является устройство для получения монокристальных отливок (патент РФ 2080209 кл. В 22 D 27/04), которое содержит керамическую оболочку, формируемую послойным нанесением керамической суспензии на модель, в которой выполнены последовательно затравочная полость с размещенной в ней монокристаллической затравкой заданной ориентации, полость со вставкой-кристаллоотборником и полость, образующая отливку. Недостатком указанного устройства является трудность создания плотного соединения между торцом вставки-кристаллоотборника и верхом полости, где эта вставка размещается. В процессе направленной кристаллизации в этом зазоре могут образоваться посторонние кристаллы, прорастающие в полость отливки, в результате чего последняя бракуется. Технической задачей данного изобретения является увеличения выхода годных монокристальных отливок по структуре. Для выполнения поставленной задачи предлагается устройство для получения отливок с монокристаллической структурой, включающее керамическую оболочку, формируемую последовательным нанесением слоев керамической суспензии на модель, в которой выполнены последовательно затравочная полость с размещенной в ней монокристальной затравкой заданной кристаллографической ориентации, полость со вставкой-кристаллоотборником и полость, образующая отливку, при этом согласно изобретению затравочная полость выполнена в основании вставки-кристаллоотборника, при этом в верхней части вставки-кристаллоотборника выполнено гнездо для обеспечения вертикальной соосности вставки и модели при их сборке. Для получения отливок с заданной аксиальной кристаллографической ориентацией верх затравочной полости, примыкающий непосредственно к кристаллоотборнику, выполнен под углом 0-55o к вертикальной оси. Для получения отливок с заданной пространственной кристаллографической ориентацией на боковой поверхности гнезда вставки-кристаллоотборника выполнена плоскость для обеспечения соосности ее и модели в горизонтальной плоскости. Для этой же цели на боковых поверхностях затравочной полости и затравки выполнены плоскости. Предлагаемое устройство позволяет повысить выход годных монокристальных отливок по структуре, так как затравочная полость выполнена в основании вставки-кристаллоотборника, при этом в верхней части вставки- кристаллоотборника выполнено гнездо для обеспечения вертикальной соосности вставки и модели при их сборке. При изготовлении формы керамическая суспензия наносится непосредственно на присоединенную к модели отливки керамическую вставку, хорошо смачивая последнюю. В результате полностью ликвидируются зазоры между стенками вставки-кристаллоотборника и литейной формы. За счет отсутствия этих зазоров, которые являются местом образования посторонних кристаллов в процессе направленной кристаллизации, резко повышается выход годных монокристальных отливок. Наклон верха затравочной полости относительно вертикальной оси позволяет получать заданное отклонение ориентации отливки от какой-либо кристаллографической оси, например, [111] от затравки [001]. Максимальный угол такого отклонения в г. ц. к. структуре составляет 55o. Для получения заданной пространственной ориентации необходимо геометрические оси отливки ориентировать относительно кристаллографических осей затравки. С помощью плоскостей, выполненных на боковых поверхностях затравочной полости и затравки, последняя ориентируется относительно вставки-кристаллоотборника. Вставка-кристаллоотборник ориентируется относительно осей отливки путем установки и фиксации в ее гнезде с выполненной на боковой поверхности плоскостью выступа модели при их сборке. Сама вставка ориентируется относительно кристаллографических осей затравки с помощью плоскостей, выполненных на боковых поверхностях затравочной полости и затравки. На фиг. 1а показан общий вид устройства для получения отливок с монокристаллической структурой, где: 1 – керамическая оболочка; 2 – вставка-кристаллоотборник; 3 – криволинейный литниковый ход; 4 – затравочная полость, верх которой наклонен на угол 0-55o; 5 – затравка; 6 – керамическая масса, фиксирующая затравку; 7 – гнездо во вставке; 8 – полость, образующая отливку. На фиг.1б показана модель отливки, где: 9 – модель отливки; 10 – центрующий выступ; 11 – плоскость на центрующем выступе. На фиг.1в показано сечение вставки и оболочки через гнездо, где: 12 – плоскость на боковой поверхности гнезда. На фиг.1г показано сечение через затравочную полость, где: 13 – плоскость, выполненная на затравке; 14 – плоскость, выполненная на боковой поверхности затравочной полости. В керамической оболочке 1, сформированной послойным нанесением слоев керамической суспензии на модель отливки 8, расположена вставка 2 с кристаллоотборником в виде криволинейного литникового хода 3 с выполненной в ней затравочной полостью 4, верх которой наклонен на угол 0-55o. В верхней части вставки выполнено центрующее гнездо 7, соединенное с полостью 8, образующей отливку. В затравочной полости 4 установлена затравка 5, которая зафиксирована в полости 4 керамической массой 6. При сборке на выступ 10 модели 9 одевается вставка 2, обеспечивающая их вертикальную соосность. Для обеспечения соосности модели отливки 9 и вставки 2 в горизонтальной плоскости на боковой поверхности гнезда 7 и выступа 10 выполнены плоскости 11 и 12. Для обеспечения соосности затравки 5 и вставки-кристаллоотборника 2 на их боковых поверхностях выполнены плоскости 13 и 14. Пример. Изобретение проверялось при отливке плоских прямоугольных монокристальных образцов размером 15х30х120мм двух ориентировок: 1) вертикальная ось – [001] , горизонтальная, перпендикулярная широкой стороне образца – [100]; 2) соответственно, [001] и  В обоих случаях для отливки монокристальных образцов использовались затравки с аксиальной ориентацией [001], полученные ориентированной вырезкой из заготовок произвольной ориентации. На боковой поверхности затравок выполнялись плоскости, параллельные направлению [100] для получения отливок [001] и  для получения отливок [111]. На моделях прямоугольных слитков выполнялся цилиндрический выступ длиной 8 мм и диаметром 6 мм, на котором параллельно узкой стороне слитка располагалась плоскость. Во вставке-кристаллоотборнике выполнялось гнездо ответной конфигурации, а в затравочной полости формировалась плоскость, параллельная плоскости, расположенной в центрующем гнезде. Для отливки образцов [001] были изготовлены вставки без наклона верха затравочной полости, а для отливок [111] – вставки с наклоном 55o.
Отливка монокристальных образцов проводилась на установке направленной кристаллизации УВНК-8П из жаропрочного сплава ЖС36-ВИ блоками по шесть штук.
Режим плавок: температура ниж. нагревателя – 1600-1610oCтемпература верх. нагревателя – 1550-1570oС температура заливки сплава – 1550-1560oС скорость вытягивания формы – 4-5 мм/мин. Как показал визуальный и рентгеновский контроль полученных отливок, все они имели монокристальную структуру заданной ориентации с точностью 5-7o. Опробование данного устройства в промышленных условиях при литье монокристальных турбинных лопаток авиационных газотурбинных двигателей и стационарных установок показало, что оно обеспечивает повышение выхода годных отливок по структуре до 90-95%. Формула изобретения
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
