(54) СПОСОБ ЛИТЬЯ ДЕТАЛЕЙ С НАПРАВЛЕННОЙ И МОНОКРИСТАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ(54) METHOD FOR CASTING DETAILS WITH A DIRECTED AND SINGLE STRUCTURE
1 Изобретение относитс к литейнсму производству и может быть использовано дл получени отливок с направленной и монокристальной структурой, например, лопаток ГТД из жаропрочных сплавов. Известен способ направленной кристаллизации, в котором отвод тепла от затвердевающей отливки осуществл етс через металлическую плиту из теплопроводного, отличакицегос от сплсша издели материала, вл ющуюс даем формы tl}. Известен способ, включающий отвод тепла от кристаллизующейс отливки через экстрактор (затравку) удлиненной , один конец которого непрерывно омываетс водой, а второй вводитс в кереилическую форму. Сам экстрактор выполнен из того же сплава, что и отливаемое изделие, например i сплава дл лопатки ГТД С23 . Известен также способ получени монокристаллических отливок, включаю 1Дий нагрев керамической формы с затравкой выше температуры плавлени сплава, заполнение сплавом формы и погружение ее в жидкометаллический охладитель Сз. i Однако указанные способы не позвол ют получить необходимую структуру деталей. Цель изобретени - измельчение микроструктурных составл ющих и повышение свойств металла. Указанна цель достигаетс тем, что в способе, включакадем нагрев керамической формы с затравкой выше температуры ликвидуса сплава, заполнение сплавом формы и кристаллизацию его погружением в жидкслаеталлический охладитель, перед погружением керамической формы в жидкометаллический охладитель погружают выступающую часть затравки и вьщерживают 1-5 мин. Процесс осуществл етс в следующей последовательности. В нижней части моДели монтируют затравку из того же сплава, что и будущее изделие. Нанос т 6-8 слоев огнеупорного покрыти , при зтом часть металлической затравки после нанесени каждого сло зачищаетс . После удалени модельной массы, сушки и прокалки при 950° 4 ч получают керамический блок, дном которого вл етс вделанна р бывшую модель затравка, частично непокрыта керамической оболочкой Герметичность соединени формы с металлической затравкой, как показал эксперименты, вполне обеспечиваетс плотным прилеганием керамики к затра ке. Трещины в керамической оболочке отсутствуют, так как термическое рас ширение затравки происходит раньше, чем керамика становитс неподатливой , т.е. приобретает прочность при прокалке. Готовую прокаленную керамическую форму с заделанной в нее затравкой подвешивают в нагревательной печи ва куумной установки через молибденовые т ги к механизму nepeMenielian. После создани вакуума форму нагр вают до температуры, превышающей тем пературу ликвидус жаропрочного сплава издели . При этом температуру затравки регулируют положением формы в нагревателе так, чтобы избежать полного ее расплавлени . Наличие охлаждающей жидкомета лической среды в непосредственной близости от затравки позвол ет получить градиент на ней г- , В таком положении в форму эаливакиг расплавленный в отдельной печи жаропрочны сплав ,опускают форму с затравкой до погруженч открытой части затравки в жидког .еталлический охладитель, дают выдержку 1-5 мин дл обеспечени направленнсэго теплоотвода и стабилиз ции температур на фронте кристаллиза ции. ., Дальнейшую кристаллизацию ведут путем погружени форлы с расплавом в жидкометаллический охладитель, что обеспечивает значительно более э фективный отвод тепла и измельчение микроструктурных составл кйцих сплава На чертеже представлеиа схема части устройства дл направленной кристаллизации деталей, вертикальный разрез. Устройство включает молибденов1«) подвеску 1, с помощью которой керами ческа форма 2, с заделанной в нее затравкой 3 из того же материала, что и будущее изделие, удерживаетс внутри графитого нагревател 4, окру женного слоем теплоизол ции 5, во врем нагрева формы до требуемой тем пературы. Заполнение нагретой керамической формы 2 жаропрочным сплавом осуществ л етс через заливочную воронку 6, Перемещение формы с затравкой и зали тым внее жаропрочным сплавом в жидкометАллический охладитель 7 осущест вл етс через молибденовую подвеску специальным механизме (на чертежа не обозначен ) . Направление перемещени формы показано стрелками. Контроль температурного режима процесса осуществл етс вольфрамрениевыми термопарами 8. Дл создани требуемого распределени температур на затравке служит тепловой экран 9, изготовленный из графитированного войлока. Способ был опробован в лабораторных услови х следующим образом. В модельный блок из массы ПС впаиваютс затравки из сплава ЖС6У. По серийной технологии на модельный блок нанос тс 8 слоев огнеупорного покрыти . После нанесени каждого сло покрыти нижн часть затравок зачищаетс ножом. После соответствующей сушки модельна масса удал етс , обоочкова форма прокаливаетс при 950°С в течение 4 ч. Полученную керамическую форму с встроенной в нее металлической затравкой помещают в вакуумную лабораторную установку, имеющую жидкометаллический кристаллизатор. После разогрева формы до 1500°С в нее заливают сплав ЖС6У с такой же температурой, перемещают форму до контакта открытой части затравки с охлаждающей жидкометаллической средой, делают выдержку в этом положении 1-5 мин. Дальнейшую кристаллизацию осуществл ют путем погружени формы с расплавом в жидкометаллический охладитель со скоростью 30 мм/мин. Полученные слитки характеризуютс направленной структурой по всей высоте . Микроструктура сплава характеризуетс значительным измельчением структурных составл ющих (дендритов, карбидов, первичной //-фазы). Предлагаемый способ обладает повышенной в 10 раз скоростью кристаллизации , повышенными в 1,5 раза характеристиками пластичности и усталости (дл сплава ЖСбу) за счет значительного измельчени размеров дендритов , карбидов и эвтектической Г/Г-фазы, возможностью использовани затравки сложной формы, котора становитс частью отливаемой детьали, и устранени зоны неориентированного роста кристаллов, что сокращает расход жаропрочного сплава на отливку каждой детали. Технико-экономический эффект от использовани предлагаемого способа состоит в том, что серийна установка типа ПМП мощностью 400 кВт, имеюща суточную производительность 380 попаток расходует эасутки 400 х 24 9600 кВт-ч электроэнергии. При прочих равных услови х установка той же мощности при дес тикратном увеличении скорости кристаллизации израсходует на производство 380 лопаток в 10 раз меньше времени, и, следовательно , электроэнергии, а именно 400 X 2,4 960 кВт.ч. Экономи за сутки составл ет: 9600 - 960 8640 кВт-ч. Сокращаетс расход жаропрочного сплава на одно изделие за счет устранени неориентированной зоны роста и1 The invention relates to foundry manufacturing and can be used to produce castings with a directional and single crystal structure, for example, GTE blades from high-temperature alloys. The method of directional solidification is known, in which heat is removed from the solidifying casting through a metal plate from a heat-conducting one, which differs from the entire product of the material, which gives the form tl}. The known method includes the removal of heat from the crystallized casting through an extractor (seed) elongated, one end of which is continuously washed with water, and the second is introduced into a kereilic form. The extractor itself is made of the same alloy as the molded product, for example i alloy for GTE blade C23. There is also known a method for producing single-crystal castings, including 1Di heating a ceramic mold with a seed above the melting point of the alloy, filling the mold with an alloy and immersing it in a liquid metal cooler C3. i However, these methods do not provide the necessary structure of parts. The purpose of the invention is the grinding of microstructural components and improving the properties of the metal. This goal is achieved by the fact that in the method, including the heating of the ceramic mold with a seed above the liquidus temperature of the alloy, filling the mold with the alloy and crystallizing it by immersion in a liquid metal cooler, before immersing the ceramic form in a liquid metal cooler, immerse a protruding part of the seed and hold for 1-5 min. The process is carried out in the following sequence. In the lower part of the model, the seed is assembled from the same alloy as the future product. Apply 6-8 layers of refractory coating, with this part of the metallic seed after the application of each layer is cleaned. After removing the model mass, drying and calcining at 950 ° 4 h, a ceramic block is obtained, the bottom of which is the former model, which was set in a seed, partially uncovered with a ceramic shell. The tightness of the connection between the mold and the metal seed, as shown by the experiments, is quite tight for the ceramic. . There are no cracks in the ceramic sheath, since the thermal expansion of the seed occurs earlier than the ceramics becomes non-compliant, i.e. gets durability when calcining. The finished calcined ceramic form with the seed embedded in it is suspended in a heating furnace of a vacuum unit through molybdenum rods to the nepeMenielian mechanism. After the vacuum has been created, the mold is heated to a temperature exceeding the liquidus temperature of the heat-resistant alloy of the product. In this case, the temperature of the seed is controlled by the position of the mold in the heater so as to avoid its complete melting. The presence of a cooling liquid medium in the immediate vicinity of the seed allows to obtain a gradient on it g-. In such a position, the heat-resistant alloy melted in a separate furnace is melted in a separate furnace. -5 min to provide directional heat sink and stabilize temperatures at the crystallization front. . Further crystallization is carried out by immersing the forel with the melt in a liquid metal cooler, which provides a much more efficient heat removal and grinding of the microstructural components of the alloy. In the drawing, a diagram of a part of the device for directional solidification of parts, a vertical section. The device includes molybdenum1 ") suspension 1, by which ceramic form 2, with seed 3 embedded in it of the same material as the future product, is kept inside graphite heater 4 surrounded by a layer of thermal insulation 5 during heating of the mold required per pen. The heated ceramic mold 2 is filled with a heat-resistant alloy through a pouring funnel 6. The mold, with a seed and a higher heat-resistant alloy, is moved to the liquid metal cooler 7 through a molybdenum suspension by a special mechanism (not indicated in the drawing). The direction of movement of the form is indicated by arrows. The temperature control of the process is controlled by tungsten thermocouples 8. A thermal screen 9 made of graphite felt is used to create the required temperature distribution on the seed. The method was tested in laboratory conditions as follows. Seedings from the ZhS6U alloy are soldered into the model block from the PS mass. According to serial technology, 8 layers of refractory coating are applied to the model block. After each coat is applied, the bottom of the seed is cleaned with a knife. After appropriate drying, the model mass is removed, the obochkov form is calcined at 950 ° C for 4 hours. The resulting ceramic form with a metal seed embedded in it is placed in a vacuum laboratory unit having a liquid metal crystallizer. After heating the mold to 1500 ° C, an HS6U alloy with the same temperature is poured into it, the mold is moved until the open part of the seed is in contact with the cooling liquid metal medium, and the shutter speed is held in this position for 1-5 minutes Further crystallization is carried out by immersing the melted form in a liquid metal cooler at a speed of 30 mm / min. The resulting ingots are characterized by a directional structure along the entire height. The microstructure of the alloy is characterized by a significant comminution of the structural components (dendrites, carbides, primary // - phases). The proposed method has a crystallization rate increased 10 times, plasticity and fatigue characteristics increased 1.5 times (for the ZhSbu alloy) due to significant size reduction of the dendrites, carbides and the eutectic G / G phase, the possibility of using a compound of complex shape, which becomes part of cast detali, and elimination of the unoriented crystal growth zone, which reduces the consumption of superalloy for casting every detail. The technical and economic effect from the use of the proposed method is that the serial installation of the PMP type with a capacity of 400 kW, having a daily output of 380 beats, consumes 400 x 24 9600 kWh of electric power. All other things being equal, installing the same capacity with a tenfold increase in the rate of crystallization will consume 380 blades for 10 times less time, and therefore, electricity, namely 400 X 2.4 960 kWh. Savings per day is: 9600 - 960 8640 kWh. The consumption of heat-resistant alloy per item is reduced by eliminating unoriented growth zone and