способ изготовления толстостенных трубных отливок из жаропрочных сплавов

Формула изобретения

Способ изготовления толстостенных трубных отливок из жаропрочных сплавов, включающий формовку керамической формы опорным наполнителем с высокой теплопроводностью, заливку сплава в горячую форму, отличающийся тем, что наполнителем с высокой теплопроводностью формуют внутреннюю часть литейной формы, а наружную часть формуют наполнителем с низкой теплопроводностью, прокаливают, затем формуют в подопоке наполнителем с высокой теплопроводностью, причем соотношение толщины наполнителя с низкой теплопроводностью и наполнителя с высокой теплопроводностью в подопоке составляет 1 : 1 в нижней части формы и (1,5 - 2) : 1 в верхней части формы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству.

Известен способ получения отливок радиально-направленным затвердеванием за счет дополнительного подогрева донной и прибыльной части залитого в форму металла (а.с. СССР N 1034833, В 22 D 27/04, 1981).

Указанный способ обеспечивает получение отливок без усадочных дефектов, но не обеспечивает стабильности химического состава по высоте толстостенных трубных отливок при значительной их высоте из-за ликвации легкоплавких элементов сплава при кристаллизации.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления отливок из жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий формовку керамической формы опорным наполнителем, заливку сплава в горячую форму, причем в качестве опорного наполнителя с донной части используют вещество с высокой теплопроводностью, отношение толщины слоя которого к толщине отливок составляет 1:2-2,5 (RU 2118229 A, 27.08.98).

Данный способ обеспечивает получение плотных, без усадочных дефектов отливок типа "ротор", у которых высота (толщина) отливки значительно меньше их диаметра.

Задачей изобретения является изготовление толстостенных трубных отливок (катодов), используемых для вакуумно-плазменного испарения при нанесении покрытия на лопатки турбины. Такие трубные отливки изготовляются из сплавов на никелевой или кобальтовой основе, имеющих в своем составе компоненты А1, Y, которые при обычных способах литья склонны к ликвации, что не допустимо при нанесении покрытий на лопатки турбины.

Техническим результатом является получение плотных, без усадочных дефектов и ликвации трубных катодов из сплавов на никелевой и кобальтовой основе.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления трубных отливок из жаропрочных сплавов включает формовку керамической формы в опоку опорным наполнителем с высокой теплопроводностью с внутренней части формы, с низкой теплопроводностью с наружной части формы. Прокалку форм с опокой проводят при температуре 950-1050^oC в течение 16-24 часов, затем формуют в подопоке наполнителем с высокой теплопроводностью при температуре 15 - 25^oC, причем соотношение толщины наполнителя с низкой теплопроводностью и наполнителя с высокой теплопроводностью в подопоке составляет 1:1 в нижней части формы и 1,5-2: 1 в верхней части формы. Далее, заливку форм жаропрочным сплавом в вакууме проводят обычным способом.

Известен способ изготовления отливок из сплавов, обладающих значительной ликвацией по плотности, по которому охлаждение залитой литейной формы производят при частоте ее вращения в строго заданных пределах n_min и m_max (а. с. СССР N 1780921, В 22 D 27/00, 1990). Способ реализован для легкоплавких сплавов и сплавов открытой выплавки, заливка которых производится в постоянную металлическую форму.

Для литья отливок из сплавов на никелевой или кобальтовой основе, заливка которых может осуществляться только в вакууме и в керамическую горячую форму, данный способ реализовать невозможно.

Известен способ получения отливок с осевой направленной структурой, по которому с момента начала процесса направленной кристаллизации вслед за перемещающейся под действием усадки охлаждаемой поверхности отливки в литейную форму на величину усадки вводят кристаллизатор (а.с.СССР N 1069942, В 22 D 27/04, 1981).

Данный способ обеспечивает получение плотных, без усадочных дефектов отливок, но не исключает ликвации компонентов сплава из-за одностороннего теплоотвода. Кроме того, внутренний диаметр форм для реализации способа всегда должен иметь строго постоянный диаметр. При наличии зазора между кристаллизатором и керамической формой нарушаются условия теплоотвода и не гарантируется качество отливок. Данный способ реализуется только в частном случае, при котором в качестве форм использована алундовая трубка постоянного диаметра.

В предлагаемом техническом решении используется обычное промышленное оборудование, а постоянный градиент отвода тепла обеспечивается изменением соотношения наполнителей с разной теплопроводностью по высоте литейной формы.

На чертеже показана схема устройства для реализации предложенного способа.

Устройство состоит из литейной формы 1, опоки 2, подопоки 3. Внутри литейной формы 1 находится наполнитель 4 с высокой теплопроводностью, между наружной частью литейной формы 1 и опокой 2 находится наполнитель 5 с низкой теплопроводностью. Подопока 3 заполнена наполнителем 6 с высокой теплопроводностью.

Способ осуществляют следующим образом.

Изготовляют литейную форму 1 трубной заготовки по выплавляемым моделям из материалов огнеупорных окислов со связующим этилсиликатом. Изготовленную литейную форму 1 устанавливают на слой наполнителя 4 с высокой теплопроводностью в опоке 2. Внутреннюю часть литейной формы 1 формуют наполнителем 4 с высокой теплопроводностью. Пространство между наружной частью литейной формы 1 и опокой 2 формуют наполнителем 5 с низкой теплопроводностью.

Подготовленную опоку 2 прокаливают при температуре 950-1050^oC в течение 16-24 часов. Горячую литейную форму 1 с опокой 2 устанавливают в подопоку 3 и формуют пространство между опокой 2 и подопокой 3 наполнителем 6 с высокой теплопроводностью. Соотношение толщин наполнителя 5 с низкой теплопроводностью и наполнителя 6 с высокой теплопроводностью составляет 1 : 1 в нижней части формы (A : B на чертеже) и 1,5-2 : 1 в верхней части формы (C : D на чертеже).

Подопоку 3 с опокой 2 устанавливают в плавильно-заливочную установку и заливают в вакууме сплавом на никелевой или кобальтовой основе.

Кристаллизация толстостенных трубных отливок в осевом и радиальном направлениях происходит без усадочных дефектов и ликвации легкоплавких компонентов сплавов.

Пример конкретного выполнения.

Необходимо изготовить трубную заготовку с наружным диаметром 180 мм, внутренним диаметром 130 мм, высотой 350 мм (катод для вакуумно-плазменного напыления). Керамическую литейную форму установили в опоке. В качестве наполнителя с высокой теплопроводностью использована металлическая дробь. В качестве наполнителя с низкой теплопроводностью использован шамот (или кварцевый песок).

Подготовленную опоку прокалили при температуре 950-1050^oC в течение 20 часов. Горячую литейную форму с опокой установили в подопоку и заформовали металлической дробью. Соотношение толщин наполнителя с низкой теплопроводностью и наполнителя с высокой теплопроводностью составляет 90 мм : 90 мм (1 : 1) в нижней части формы (A : В на чертеже) и 115 мм : 65 мм (1,5-2 : 1) в верхней части формы (С : D на чертеже).

Опоку залили в вакууме сплавом на никелевой основе типа СДП-1 (СДП-2, СДП-6).

Металлургический контроль показал однородный химический состав без ликвации легирующих компонентов и отсутствие усадочных дефектов.

Результаты качества отливок в зависимости от вида применяемых материалов в качестве опорного наполнителя и их соотношений приведены в таблицах 1 и 2.

Предлагаемый способ изготовления толстостенных трубных отливок из жаропрочных сплавов позволяет получать катоды для вакуумно-плазменного испарения на обычном промышленном оборудовании.

Катоды отвечают всем предъявляемым требованиям.