Устройство для получения отливок направленной кристаллизацией

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 В 22 D 27 04 ь1 - а tgq, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИГ! (46) 15. 12. 92. Вюл. N - 46 (21) 3845555/02 (22) 19.11.84 (71) Андроповский авиационный технологический институт (72) А.В.Лапшин и П.В.Лебедев (56) Патент Великобритании

11 1349099, В 22 D 27/16, 1974.

Заявка Великобритании Ф 1438692, кл. В 22 D 27/04, 1976.

Дранье Ж.M..Óñíåõè в развитии направленно закристаллизованных и эвтектических жаропрочных сплавов, Жаропрочные сплавы для газовых турбин.

М.l Иеталлургия, 1981, с.365-387. (54)(57) 1.уетРОЙстВО дЛяпоЛучкВИ отЛИВОК:НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ, содержащее тигель, установленный в индукторе тигельной плавильной печи с рамой и механизмом наклона, холодильник, закрепленный на штоке механизма подъема и опускания формы, ке-, рамическую форму, установленную в сквозной полости тигля на холодильнике,отличающееся тем, что, с целью снижения энергое}}кости изготовления отливок, тигель индукционной плавильной печи выполнен с внутренней перегородкой, имеющей сливной желоб и.образующей с наружной стенкой плавильную полость, при этом внутренние перегородки тигля меньше его наружной стенки на величину }} h определяемую зависимостью где q} —. угол наклона сливного желоба;

Ь вЂ” расстояние между наружной стенкой и внутренней перегородкой в направлении сливного желоба, а механизм подъема и опускания формы со штоком и холодильником закреплен на раме:.индуктора. °

1280758

2, Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения размеров плавильной полости тигля при заливке одинаковых форм, Устройство относится к области литейного производства, конкретнее к изготовлению фасонных отливок дпя машиностроения.

Целью изобретения является снижение энергоемкости при изготовлении отливок, Устройство по изобретению представлено на фиг.l"-5; на фиг. 1 - схема устройства в вертикальном положении; на фиг. 2 - схема устройства в момент заливки формы расплавом; на фйг. 3 - схема положения устройства, при котором заливка формы прекратилась; на фиг. 4 — схема положения устройства, при котором угол отклонения устройства от вертикали равен углу наклона желоба носика тигля; на фиг. 5 - схема устройства со смещением внутренней стен- . ки тигля относительно наружной в направлении сливного носика.

Устройство содержит (см.фиг.1) керамическую форму 1, установленную на холодильник 2. Форма l расположена в сквозной полости 3 тигля 4 и прижата к сливному желобу. Для плавки сплава служит плавильная полость тигля 5, образованная его внутренней перегородкой и наружной стенкой. Тигель 4 помещен в индукторе плавиль-! ггой печи 6, который смонтирован на раме 7 и имеет обычный механизм наклона для заливки форм расплавом.Шток

8, на котором находится холодиль,ник 2, связан с механизмом подъема и опускания 9. Шток 8 и механизм подъема и опускания 9 размещены на каркасе 10, который смонтирован на раме индуктора 7, Устройство работает следующим образом, В плавильную полость 5 загружают шихту и начинают плавку. Керамическую форму 1 иэ прокггчочной печи устанавливают на холод.гльник 2, помевнутренняя перегородка тигля выполнена несимметрично относительно его наружной стенки са смещением в направлении сливного желоба. табл., 5 ил. /г щают в сквозную полость тигля 3 и прижимают к сливному желобу литнико вой чашей формы при помощи механизма подъема и опускания 9. Форма 1 нагревается до температуры лнквидуса заливаемого в нее сплава эа счет излучения от поверхности сквозной полости тигля 3, которая выполняет роль нагревательной зоны. Температуру ликвидуса сплава форма i принимает за счет тепла, которое выделяется при плавке расплава в плавильной полости тигля 5 и передается к поверхности сквозной полости 3 теп15 лопроводностью. Для осуществления заливки устройство отклоняют от вертикального положения IIpH поггоши механизма наклона индуктора плавиль ной печи 6 в сторону сливного жело"

2О ба тигля (см.фиг.2}. При этом положении формы относительпо холодильника 2 и тигля 4 остается неизмен" ным, так как холодильник 2, шток 8, механизм подъема и вытяжки 9 р асположены на каркасе О, который прикреплен к раме индуктора 7. Во время отклонения расплав, как и любая жидкость, сохраняет уровень своей сво. бодной поверхности гориэо«гтлль«гым и перетекает в те области тигля, которые оказываются ниже горизонтального уровня расплава при данном наклоне тигля. При достижении определенного отклонения устройства от пертикали, в зависимости от геометрии тигля и степени его заполнения pBcIIIIQвом, уровень расплава в плавильной полости тигля 5 окажется вьппе поверхности, которая оформляет дно желоба, и расплав течет по желобу в форму 1, Это обеспе «ивается тем, что высота наружной стенки тигля больше его внутренней перегородки. ЧтоСы заливка формы 1 продолжалась непрерынно, устройство продолжают отклонять от вертикюгн на все бояьший угол, Iем

1280758 самым поддерживают уровень расплава в тигле выше поверхности оформляющей дно желоба носика тигля. Отклонение устройства от вертикали прекращают после заполнения формь1 требуемым количеством расплава, после чегп устройство возвращают в исходное вертикальное положение и начинают вытягивать форму из сквозной полости тигля при помощи механизма подъе- 10 ма и опускания 9 со скоростью обеспечивающей направленную кристаллизацию расплава в форме. Во время вытягивания формы из эоны нагрева в плавильную полость тигля 5 к оставшемуся расллаву добавляют твердую шихту в количестве, необходимом для заливки следующей формы, и ведут процесс плавки, при этом выделяется тепло, которое и обогреваег форму 20 в процессе ее вытягивания иэ зоны нагрева — сквозной полости тигля 3 °

После окончания вытягивания формы, ее снимают с холодильника 2, устанавливают на холодильник новую форму и процесс повторяют.

Очевидно, что угол наклона желоба тигля (p должен быть не меньше, чем угол g à, на который устройство должно отклониться от вертикали

30 для нслной заливки формы расплавом, В противном случае уровень свободной поверхности расплава а — а окажется ниже части поверхности желоба, как только угол отклонения устройст- .35 ва от вертикали К превысит угол наклона желоба тигля (p . В результате заливка формы прекратится раньше, чем форма заполнится требуемым количеством расплава при данной геометрии плавильной полости тигля и степени его заполненности расплавом перед началом заливки (см.фиг.3) т.е. должно выполняться условие

Ч ()) 45 где (p — угол наклона желоба тигля;

06 — конечный угол наклона устройства от вертикали при окончании заполнения формы расплавом.

На фиг. 3 показано положение устройства при котором угол наклона от вертикали eL превысил угол наклона желоба тигля < и часть поверхности желоба оказалась выше уровня расп" лава в плавильной полости, расплав уже не стекает в форму, Если принять услс.чие, крайнее по формуле (l) (2)

ВС = ОС tgq, (3)

Или, если ВС = h.h а ОС = б, то формула (3) примет вид

dh = d tg(g (4) ф где d h — минимальная разница между высотой наружной стенки и внутренней перегородкой тигля, чтобы расплав до окончания заполнения формы не имел возможности перелиться через наружную стенку тигля;

Ь вЂ” расстояние между наружной стенкой и внутренней перегородкой полости тигля со стороны сливного носика; угол наклона желоба.

После окончания заливки формы в плавильной полости тигля остается некоторое количество расплава. Его можно определить если, например, на чертеже устройства в исходном вертикальном положении провести прямую через самую верхнюю точку на желобе под углом к горизонту, равным углу конечного отклонения тигля от вертикали во время заливки формы, Эта прямая соответствует положению свободной поверхности расплава относительно тигля при конечном угле его отклонения от вертикали во время заливки. Объем который остался в тигле, равен объему плавильной полости тигля, который находится ниже этой линии.

Для того, чтобы уменьшить остающийся после заливки объем расплава в тигле относительно объема, который вылился в форму, внутренняя стенка тигля смещена относительно внешней стенки тигля в направлении сливного желоба (cM.фиг.5). Для того,. чтобы определить объем ос; авшего в тигле расплава после окончания заполнения формы можно пользоваться

1 тем же приемом, что и для тигля у которого оси внутренней перегородки и наружной стенки совпадают.Очевидно, что из тигля со смещенной осью внутренней перегородки относительно наружной в сторону сливного

80758

Операции

По прототипу

Мощность печи, кВт/ч

Время, ч

Вр емя, ч

Мощность

Затраченная энергия, кВт

3 атра" ченная энергия, кВт печи кВт/ч

100 0,25

110 О, 25 27,5

Плавка

20 0,067 1,34

0,067

5 1 ъ желоба выльется большее количество расплава в форму по сравнению с тиглем у которого осц вцутренней перегородки и наружной стенки совпадают при прочих равных условиях: " равном объеме плавильной полости, равном первоначальном заполнении ее расплавом, равном угле отклонения тигля от вертикапи в момент окончания заливки формы. На фиг. 5 показано положение уровня свободной поверхцостц расплава в тигле 4, где ось внутренней стенки смещена относительно оси наружной стенки в сторону сливного желоба (линия a " а,) и положение уровня расплава в тигле у которого оси стенок совпадают (линия а 2 — а ) при прочих равных условиях (внутрецняя перегородка тигля показана пунктиром) . Видно,что объем, оставшийся в тигле со смещенными осями, меньше, т.е. объем,который остается в тигле после заливки, уменьшается по сравнению с, объемом, который выпивается из тигля во время заливки формы. Поэтому размеры плавильной полости тигля со смещенными осямц стенок могут быть умены ецы, хотя при этом можно будет заливать такие же формы, как и с использованием тигля, у которого оси внутренней перегородки и наружной стенки совпадают, но размеры плавильной полости у которого долж" ны быть при этом больше.

Однако расстояние между стенками плавильной полости тигля выбирать меньше 10-20 мм не желательно, так как при этом становится неудобно эксплуатировать тигель. Поэтому смещать оси стенок тигля целесообразно

Нагрев формы перед заливкой от 1000 до

1380 С пока расстояние между стенками плавильной полости тигля больше 10

20 мм.

Геометрию тигля выбирают исходя из геометрии формы и количества расплава, которое требуется в нее залить. При этом разницу между высоroA наружной стенки тигля и его внутренней перегородки рассчитывают по

10 формуле 4, принимая за g — расстояние между нарул<цой стенкой и внутренней перегородкой плавильной полосги тигля со стороны его сливного носика, как для тигля, у которого ось внутренней перегородки совпадает с осью его наруясцой стенки, так ц дпя тигля, у которого ось внутренней стенки смещена относительно оси наружной в сторону его сливного

20 желоба.

При помощи устройства получапи отливки. типа лопаток для газовых турбин иэ сплава ЖС6-К, Раэорцентировка столбчатых зерен в отливках ,о не превышала 10-15

В таблице представлен расход электроэнергии в прототипе и предложенном устройстве для получения отливок типа лопаток для газовых

30 турбин в одинаковой форме. Общий вес отливок в форме вместе с прибылями

12 кг, Длина рабочей части лопаток, которая должна иметь направленную структуру, 200 мм, скорость вытяги35 вания формы иэ зоны нагрева 20 мм/

/мин. Тигель мулитовый, выполнен твердофаэным спеканием.

Иэ таблицы видно, что расход энергии на одну форму при использовании

40 предложенного устройства по сравнению с прототипом на 2,24 кВт меньше.

По предложенному устройству

12807 58

Продолжение таблицы l

По предложенному устройству

По прототипу

Операции

Время, Обогрев формы при вытягивании из зоны нагрева

3,4

0,17

20 0,17

29,74 Общий расход энергии

Мощность печи, кВт/ч

Время, ч

Затраченная энергия, кВт

Мощность печи кВт/ч

Затраченная энер гия, кВт

1280758

Ось Внутренней стенки

@иг.5

Составитель !О.Яковлев

Техред М.Ходанич

«»

Редактор Н. Коляда

Корректор О.Луговая

Заказ 564

Подписно е

Тираж

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 в

»»

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул»Проектная, 4

Устройство для получения отливок направленной кристаллизацией Устройство для получения отливок направленной кристаллизацией Устройство для получения отливок направленной кристаллизацией Устройство для получения отливок направленной кристаллизацией Устройство для получения отливок направленной кристаллизацией Устройство для получения отливок направленной кристаллизацией 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано для повышения структурной и концентрационной однородности литых металлических заготовок, получаемых, в том числе, методом непрерывного литья

Изобретение относится к производству стальных слитков, предназначенных для последующей прокатки

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано при литье крупногабаритных лопаток с направленной и монокристаллической структурой, имеющих развитые бандажные и замковые полки

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении отливок с направленной и монокристаллической структурой

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при литье крупногабаритных лопаток газотурбинных установок различного назначения

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к получению отливок направленной кристаллизацией в вакууме

Изобретение относится к литью с направленным затвердеванием, в частности, турбинных лопаток
Наверх