Литейная форма для получения монокристаллических изделий

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении монокристалличемких отливок, преимущественно тел вращения, например, крыльчатки. Цель изобретения - повышение качества отливаемых изделий. Литейная форма содержит рабочую полость, полость для выравнивания температуры роста кристаллов и затравочную полость, соединенную с рабочей полостью посредством переходной полости, выполненной в виде конуса. При этом полость для выравнивания температуры выполнена в виде отдельного кольца по высоте формы рабочей полости, расположенного по крайним точкам оболочки. На внутренней поверхности оболочки выполнены каналы переменной глубины, соединенные с рабочей полостью, причем глубина их выполнена уменьшенной в сторону крайних точек рабочей полости. Каналы расположены симметрично по отношению друг к другу и снабжены дополнительными каналами, соединенными с рабочей полостью. При отливке металлических изделий типа крыльчаток, в предлагаемой форме достигнуто уменьшение трудоемкости процесса и повышения качества получаемого изделия. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении монокристаллических отливок преимущественно тел вращения, например, крыльчатки. Известна форма для получения монокристаллических изделий, содержащая полость, формирующую отливку, сообщающуюся с затравочной полостью посредством переходной полости, выполненной в виде конуса с вершиной, направленной к затравочной полости. Недостатком формы является то, что при получении монокристаллических отливок, в частности, крыльчатки, в переходной полости часто возникают посторонние кристаллы, что снижает качество получаемого изделия. Это связано с тем, что в литейной форме не определена конфигурация переходной полости применительно к литью крыльчатки лопатки. Кроме того, при формировании структуры в тонких сечениях отливка (есть места в полости, где сечение колеблется от 3 до 20 мм), наблюдается образование посторонних кристаллов вследствие того, что тонкие части охлаждаются быстрее, чем массивные, т.к. сильно отличаются условия кристаллизации. Наиболее близким по технической сущности является литейная форма, защищенная авторским свидетельством и содержащая рабочую полость, технологическую полость для выравнивания температуры и заправочную полость, сообщенную с рабочей полостью конусообразным переходным участком. Недостатком формы является то, что получаемые в ней монокристаллические изделия типа крыльчатки не очень высокого качества. Это обусловлено тем, что переходная полость позволяет подвести кристалл от затравочной полости к ступице крыльчатки, но дальше возникают посторонние кристаллы в рабочей полости, где стыкуются переходная полость и рабочая полость потому, что увеличивается поверхность ступицы и соответственно объем металла, в то же время тонкие сечения крыльчатки-лопатки охлаждаются быстрее также потому, что увеличивается поверхность: поверхность лопаток, отдающая тепло, т.е. условия кристаллизации отличаются по всему объему рабочей полости. Кроме того, что лопатки крыльчатки направлены по отношению к росту кристалла перпендикулярно, что также ухудшает врастание кристаллов в лопатки крыльчатки. Помимо того, если применить полость вдоль пера лопатки относительно направления роста кристалла, что приведет к дополнительным затратам, т.е. данная полость заполняется металлом, поэтому необходимо отрезать образованные технологические приливы и обрабатывать места реза. Это увеличивает трудоемкость проведения операции по получению монокристаллических изделий. Целью изобретения является повышение качества получаемых изделий. Дополнительной целью может быть снижение трудоемкости получения изделия. Эта цель достигается тем, что в литейной форме, содержащей рабочую полость, затравочную полость, сообщенную с рабочей полостью конусообразным переходным участком и технологическую полость для выравнивания температуры, выполненную в теле литейной формы вокруг боковой поверхности оболочки рабочей полости, при этом на боковой поверхности конусообразного переходного участка выполнены радиально сориентированные вспомогательные каналы с уменьшением их глубины в сторону периферии рабочей полости. На боковой поверхности конусообразного переходного участка выполнены дополнительные наклонные каналы, сообщенные с радиально сориентированными вспомогательными каналами и направленные в сторону от центра литейной формы. То, что на внутренней поверхности оболочки со стороны переходной полости выполнены каналы, позволяет довести кристалл к лопаткам самой крыльчатки и тем самым обеспечить равномерность подвода кристалла к рабочей полости, а плавный рост кристалла с заданной скоростью обеспечивается тем, что каналы выполнены переменной глубины, это все повышает качество монокристаллических крыльчаток. То, что вспомогательные каналы расположены равномерно и их количество соответствует количеству полости под лопасти крыльчатки, способствует равномерному росту кристалла к объему рабочей полости, что повышает качество получаемых изделий. Для крыльчаток с большими монолитными поверхностями относительно роста кристалла (например, большая ступица крыльчатки) необходимо создать разветвленную сеть каналов за счет выполнения дополнительных наклонных каналов, сообщенных с радиально сориентированными вспомогательными каналами. На чертежах представлена литейная форма для получения монокристаллических изделий, а именно, крыльчаток. На фиг. 1 поперечный разрез формы с видом на внутреннюю поверхность переходной полости; на фиг. 2 продольный разрез формы; на фиг. 3 поперечный разрез формы с видом на внутреннюю поверхность переходной полости, с каналами и полостью для выравнивания температур. Литейная форма содержит рабочую полость, имеющую ступицу 2 и лопатки 3, технологическую полость для выравнивания температуры роста кристалла 4, выполненную в теле литейной формы вокруг боковой поверхности оболочки 5 рабочей полости 1, сообщенной с затравочной полостью 6 конусообразным переходным участком 7. На боковой поверхности переходного участка 7 выполнены радиально сориентированные вспомогательные каналы 8 переменной глубины h₁>h₂ (см. фиг. 2), причем их глубина уменьшается в сторону крайних точек рабочей полости 9, т.е. в сторону периферии рабочей полости. Каналы 8 расположены равномерно, а их количество соответствует количеству полостей под лопатки крыльчатки. На боковой поверхности конусообразного участка 7 выполнены дополнительные наклонные каналы 10, сообщенные с радиально сориентированными вспомогательными каналами 8 и направленные в сторону от центра литейной формы. Полость для выравнивания температуры расположена в теле литейной формы вокруг боковой оболочки 5 поверхности рабочей полости 1 формы в том случае, если поверхности относительно направления роста сильно развиты в перпендикулярном направлении (см. фиг. 3). Получение отливок в предложенной форме осуществляется следующим образом. Литейную форму с установленной в затравочной полости монокристаллической затравкой нагревают в печи до температуры, превышающей температуру ликвидуса сплава около 100^о. Затем в нее заливают жидкий сплав, а форму постепенно погружают в жидкометаллический охладитель, обеспечивая направленный отвод тепла от переходной полости формы, чему способствует и дополнительная полость, которая препятствует отводу тепла через боковые поверхности рабочей полости. После полного затвердевания и охлаждения отливки до заданной температуры форму с отливкой извлекают из жидкометаллического охладителя и подвергают отливку очистке от оболочки данной конструкции. Отливали крыльчатки на установке, направленной кристаллизации УВНК-8А охлаждением залитых форм в жидком алюминии заданную кристаллографическую ориентацию [001] обеспечивают монокристаллической затравкой из никель-вольфрамовой. Полость для выравнивания температуры роста кристалла 4 выполнена из кольца толщиной 3-6 мм. Формы готовились из электрокорунда с этилсиликатной связкой. Формы нагревали до t= 1640-1630 по нижнему нагревателю, t=1530-1550 по верхнему нагревателю жаропрочный никелевый сплав заливали при t=1510-1550^оС. Залитые формы нагружали в жидкий алюминий со скоростью V=10 мм/мин. Полученную отливку очистили от оболочки, провели травление на макроструктуру и анализ показал, что отливка не имеет посторонних кристаллов и кристаллографическая ориентация соответствует направлению. По сравнению с прототипом, как показала разрезка отливки по сечению, проходящему по ступице и лопаткам и дополнительному травлению до дендритной структуры, данная отливка имела монокристаллическую структуру. Это обусловлено тем, что на внутренней поверхности оболочки формы со стороны переходной полости выполнены каналы, что позволяет довести кристалл к лопаткам самой крыльчатки, тем самым обеспечить равномерность подвода кристалла к рабочей полости. По сравнению с прототипом в предлагаемой форме обеспечен плавный рост кристалла с заданной скоростью, что повышает качество получаемой крыльчатки, а обеспечено это тем, что каналы выполнены переменной глубины.

Формула изобретения

1. ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, преимущественно тел вращения типа крыльчатки, содержащая рабочую полость, технологическую полость для выравнивания температуры и затравочную полость, сообщенную с рабочей полостью конусообразным переходным участком, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества отливаемых изделий, технологическая полость выполнена в теле литейной формы, вокруг боковой поверхности рабочей полости, на боковой поверхности конусообразного переходного участка выполнены радиально сориентированные вспомогательные каналы с уменьшением их глубины в сторону периферии рабочей полости. 2. Форма по п.1, отличающаяся тем, что радиально сориентированные вспомогательные каналы расположены равномерно и их количество соответствует количеству полостей под лопасти крыльчатки. 3. Форма по п.1, отличающаяся тем, что на боковой поверхности конусообразного переходного участка выполнены дополнительные наклонные каналы, сообщенные с радиально сориентированными вспомогательными каналами и направленные в сторону от центра литейной формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3