(54) СПОСОБ ЛИТЬЯ ДЕТАЛЕЙ С НАПРАВЛЕННОЙ И МОНОКРИСТАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ
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 и