Способ удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано, в частности, при изготовлении лопаток турбомашин методом направленной кристаллизации. Отливки из жаропрочных сплавов на основе никеля помещают в автоклав. Вводят в автоклав гидроксид натрия из расчета не менее 80 грамм на 170 грамм стержней и заливают насыщенный раствор гидроксида натрия в воде, оставляя в автоклаве свободный объем. Раствор нагревают до температуры 300°С и обрабатывают им отливки до полного удаления стержней. В процессе обработки раствором отливки периодически помещают в свободный объем автоклава, например, путем вращения автоклава вокруг его оси симметрии. После удаления стержней из отливок и снижения температуры раствора в автоклаве ниже 100 градусов автоклав погружают в воду, под водой вскрывают его, извлекают отливки и очищают их от продуктов реакции механическим путем. Изобретение позволяет обеспечить полное удаление стержней из внутренних полостей отливок, а также повысить производительность процесса этого удаления, обеспечивая при этом безопасность проведения процесса. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к удалению керамических стержней из внутренней полости отливок, в частности рабочих лопаток турбомашин, отливаемых методом направленной кристаллизации.

Известен способ удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, заключающийся в помещении отливок в автоклав, заливке автоклава раствором гидроксида натрия, нагреве раствора в автоклаве и обработке им отливок до полного удаления стержней (Авторское свидетельство СССР №1738470, кл. В 22 D 29/00, 1992 г.).

В известном способе отливки помещают в автоклав с раствором щелочи с концентрацией 250-400 г/дм³, а обработку керамических стержней в отливках ведут при температуре 260-450°С до полного растворения стержневой смеси.

Вместе с тем, в процессе удаления стержней корунд не растворяется в щелочах натрия. В результате взаимодействия гидроксида натрия с оксидом алюминия всегда образуются продукты реакции: алюминат натрия и вода. Это экзотермическая реакция, которая, с термодинамической точки зрения, может протекать в насыщенном растворе и при комнатной температуре. Однако удаление стержней при таких условиях практически невозможно из-за очень низкой скорости реакции. При повышении температуры диффузионная способность катионов натрия повышается и, как следствие, возрастает скорость реакции. В то же время, удаление стержней из внутренних полостей отливок протекает в условиях замкнутого объема автоклава, и по мере прохождения процесса концентрация щелочи в растворе снижается. При достижении критической для данной температуры концентрации щелочи процесс прекращается.

Таким образом, при относительно большой массе стержней (в сравнении с количеством введенного в раствор гидроксида натрия) стержни из внутренних полостей лопаток не удаляются.

Кроме того, снижение концентрации гидроксида натрия в растворе приводит к росту давления, которое по мере своего роста может привести к разгерметизации и взрыву автоклава, не гарантируя безопасность этого процесса.

Следует также отметить, что при реализации известного способа продукты реакции не удаляются из внутреннего объема отливок и могут остаться на месте части удаленного стержня. Вследствие этого дальнейший процесс удаления стержней практически прекращается, в том числе и тогда, когда концентрация щелочи остается выше критического значения. Таким образом, из тонких полостей отливок, например охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей, стержни удаляются не полностью.

По мере удаления стержней количество алюмината натрия возрастает и частично осаждается на стенках отливок. Имея высокую адгезионную способность к жаропрочным сплавам, алюминат натрия после высыхания остается на стенках отливок, в том числе и на стенках внутренних полостей лопаток. Удаление его механическим путем с отливок без повреждения поверхности практически невозможно. В том случае, когда алюминат натрия остается на поверхности отливок, при последующей термической обработке его остатки образуют с жаропрочными сплавами на основе никеля легкоплавкую эвтектику, приводя к эрозии поверхности, что снижает качество отливок.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение качества отливок, за счет обеспечения полного удаления из отливок как самих стержней, так и продуктов реакции, образующихся в процессе их удаления, а также повышение производительности процесса удаления стержней из внутренних полостей отливок с одновременным обеспечением безопасности этого процесса.

Задача решается тем, что в способе удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, заключающемся в помещении отливок в автоклав, заливке автоклава раствором гидроксида натрия, нагреве раствора в автоклаве и обработке им отливок до полного удаления стержней, перед заливкой раствора в автоклав дополнительно вводят гидроксид натрия из расчета не менее 80 грамм на 170 грамм стержней, причем автоклав заливают насыщенным раствором гидроксида натрия, оставляя в автоклаве свободный объем, нагрев раствора производят до температуры 300°, а в процессе обработки отливок раствором отливки периодически помещают в свободный объем автоклава, например, путем вращения автоклава вокруг его оси симметрии.

Кроме того, после удаления стержней из отливок и снижения температуры раствора в автоклаве ниже 100° автоклав погружают в воду, под водой вскрывают его, извлекают отливки и очищают их от продуктов реакции механическим путем.

Заливка автоклава насыщенным раствором гидроксида натрия и введение перед заливкой избыточного количества гидроксида натрия исключает возможность снижения концентрации щелочи в расплаве в процессе удаления стержней из отливок, что исключает несанкционированный рост давления в автоклаве и, следовательно, делает невозможной его разгерметизацию. С другой стороны, обеспечивается возможность проведения процесса удаления стержней с максимально возможной скоростью. Введение дополнительно гидроксида натрия из расчета 80 грамм на 170 грамм стержней обеспечивает на протяжении всего процесса достаточную концентрацию щелочи в растворе.

Нагрев раствора до температуры 300° производят из следующих соображений.

При повышении температуры вплоть до 300°С диффузионная способность катионов натрия возрастает и, следовательно, растет скорость процесса удаления стержней. Однако при температуре больше 300°С гидроксид натрия плавится. Активность катионов натрия в расплаве гораздо ниже их активности в растворе, и попадание расплава в зону реакции приводит к ее замедлению. При этом катионы натрия в расплаве становятся активными по отношению к жаропрочным сплавам на основе никеля, что приводит к образованию растрава отливок.

Периодическое перемещение отливок в свободный объем автоклава позволяет сливать из внутреннего объема отливок раствор вместе с продуктами реакции, всегда имея в зоне происхождения реакции раствор с максимальной активностью катионов натрия. Это как повышает производительность процесса, так и способствует полному удалению стержней из внутренних полостей отливок.

Перемещение отливок в свободный объем автоклава путем вращения автоклава вокруг своей оси симметрии обеспечивает достаточную простоту осуществления данного процесса.

Разгерметизация автоклава в воде исключает высыхание продукта реакции (алюмината натрия) на поверхности отливок, что делает возможным удаление этого продукта механически, в том числе и гидродинамическим путем, без повреждения поверхности отливок.

Способ удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, осуществляется следующим образом.

В автоклав помещают отливки из жаропрочных сплавов на основе никеля. Отливки размещают в специальном контейнере, например, цилиндрической формы. Отливки размещаются по периметру контейнера, а в свободное от отливок пространство (центр контейнера) устанавливается ограничитель, например стержень. В автоклав засыпают гидроксид натрия из расчета 80 грамм на 170 грамм стержней и заливают насыщенный раствор гидроксида натрия в воде. Автоклав заливают раствором не полностью, оставляя в нем свободный объем. Раствор в автоклаве нагревают до температуры 300°С, при этом отливки периодически перемещают в свободный объем автоклава, например путем вращения автоклава вокруг своей оси симметрии. Установленный в контейнере с отливками ограничитель не дает возможности отливкам падать в центральную часть контейнера и тем самым погружаться в раствор. При перемещении отливок в свободный объем автоклава из внутреннего объема отливок сливается раствор вместе с продуктами реакции. При дальнейшем погружении отливок в раствор обеспечивается непосредственный контакт не удаленных корундовых стержней с раствором с максимальной активностью катионов натрия.

После удаления стержней нагрев раствора прекращают, и при снижении температуры раствора в автоклаве ниже 100°С автоклав помещают в воду, и под водой механическим путем очищают отливки от продуктов реакции.

Изобретение позволяет обеспечить полное удаление стержней из внутренних полостей отливок, а также повысить производительность процесса этого удаления, обеспечивая при этом безопасность проведения процесса.

1. Способ удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий помещение отливок в автоклав, заливку автоклава раствором гидроксида натрия, нагрев раствора в автоклаве и обработку им отливок до полного удаления стержней, отличающийся тем, что перед заливкой раствора в автоклав дополнительно вводят гидроксид натрия из расчета не менее 80 г на 170 г стержней, причем автоклав заливают насыщенным раствором гидроксида натрия, оставляя в автоклаве свободный объем, нагрев раствора производят до температуры 300°С, а в процессе обработки раствором отливки периодически помещают в свободный объем автоклава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отливки помещают в свободный объем автоклава путем вращения автоклава вокруг его оси симметрии.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после удаления стержней из отливок и снижения температуры раствора в автоклаве ниже 100° автоклав погружают в воду, под водой вскрывают его, извлекают отливки и очищают их от продуктов реакции механическим путем.