RU2152844C1 - Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой - Google Patents
Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2152844C1 RU2152844C1 RU99110982A RU99110982A RU2152844C1 RU 2152844 C1 RU2152844 C1 RU 2152844C1 RU 99110982 A RU99110982 A RU 99110982A RU 99110982 A RU99110982 A RU 99110982A RU 2152844 C1 RU2152844 C1 RU 2152844C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- mold
- cooled
- inert gas
- tubes
- Prior art date
Links
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 2
- -1 C - C Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract description 10
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 abstract description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении отливок с направленной и монокристаллической структурой, в частности лопаток ГТД и ГТУ. Устройство содержит вакуумную камеру, внутри которой размещены индукционная печь, печь подогрева форм с наружной теплоизоляцией, керамическая форма, механизм перемещения формы и раздвижной экран. Экран разделяет зону нагрева и зону охлаждения, которая представляет собой водоохлаждаемую емкость с полостью для циркуляции воды. Верхняя часть водоохлаждаемой емкости снабжена водоохлаждаемой крышкой с отверстием для прохождения формы. Внутри полости для циркуляции воды водоохлаждаемых емкости и крышки размещены трубки для подачи инертного газа в отверстие крышки. В нижней части наружной теплоизоляции по периметру печи подогрева форм, над экраном, размещены трубки для отвода инертного газа, выходы которых объединены в замкнутый кожух. Обдув формы охлажденным инертным газом в момент прохождения ее через экран позволяет повысить температурный градиент на фронте кристаллизации сплава. Обеспечивается получение крупногабаритных лопаток с регламентированной макроструктурой, повышается выход годного за счет повышения скорости охлаждения отливок. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении отливок с направленной и монокристаллической структурой, в частности при литье лопаток ГТД и ГТУ.
Известны устройства для получения лопаток с направленной и монокристальной структурой в вакуумной установке, состоящей из нагревателя, внутри которого на водоохлаждаемом кристаллизаторе располагается керамическая форма, и после заливки расплавом ее вытягивают в зону охлаждения. (Патент Франции N 2531357, кл. В 22 С 9/04; патенты США N 3857436, кл. 164/60; N 3939895, кл. 164/60; N 5611389, кл. 164/122.2; N 5197531, кл. 164/122.1). Основными недостатками таких устройств являются низкие скорости кристаллизации, длительный цикл производства, ограничения длины отливки.
Известны устройства для получения отливок с направленной и монокристальной структурой, в которых кристаллизатор представляет собой ванну с жидкометаллическим расплавом, расположенную под нагревателем установки (Патент США 3690367, кл. 164/335; РСТ WO 9605006 - В 22 D 27/04; патент СССР 1833581 - В 22 D 27/04). Залитую расплавом керамическую форму погружают в жидкометаллический кристаллизатор с заданной скоростью. В таких устройствах реализуются широкий диапазон скоростей кристаллизации отливок и высокие температурные градиенты на фронте кристаллизации, обусловленные конвективным теплообменом между отливкой и расплавом. Количество легкоплавкого расплава в ванне при этом может колебаться от нескольких кг до 1,5 тонн в зависимости от габаритов отливки. Недостатком устройств такого класса являются большой расход электроэнергии, необходимый для расплавления кристаллизатора, инерционность системы, а также опасность загрязнения кристаллизатора в случае разрушения формы.
Наиболее близким по технической сущности является устройство по патенту РФ 2117550 (В 22 D 27/04), принятое нами за прототип.
Согласно прототипу устройство представляет собой вакуумную камеру, внутри которой располагаются плавильная индукционная печь, печь подогрева форм, керамическая форма и механизм ее перемещения. Вокруг нагревателя имеется теплоизоляция. Зона охлаждения, которая отделяется от зоны нагрева раздвижным в горизонтальной плоскости экраном, представляет собой водоохлаждаемую емкость в виде усеченного конуса, имеющую донную часть и открытую в сторону зоны нагрева верхнюю часть. Нагретую форму заливают расплавом жаропрочного сплава и после выдержки вытягивают в водоохлаждаемую емкость через плотно облегающий экран.
Недостатком изобретения является недостаточно высокий градиент на фронте кристаллизации при радиационном излучении на холодные стенки емкости в процессе направленной кристаллизации крупногабаритных отливок, приводящий к снижении выхода годного.
Технической задачей данного изобретения является повышение градиента температур на фронте кристаллизации, снижение энергозатрат, повышение выхода годного по структуре.
Для выполнения поставленной задачи предлагается устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой, которое включает вакуумную камеру, внутри которой размещают индукционную печь, печь подогрева форм с наружной теплоизоляцией, керамическую форму, механизм перемещения формы, раздвижной экран, разделяющий зону нагрева и зону охлаждения, водоохлаждаемую емкость с полостью для циркуляции воды, имеющую донную часть и открытую в сторону зоны нагрева верхнюю часть. При этом верхняя часть водоохлаждаемой емкости снабжена водоохлаждаемой крышкой с отверстием для прохождения формы, внутри полости для циркуляции воды водоохлаждаемых емкости и крышки размещены трубки для подачи инертного газа в отверстие крышки, а в нижней части наружной теплоизоляции по периметру печи подогрева форм над экраном размещены трубки для отвода инертного газа, выходы которых объединены в замкнутый кожух. Трубки для отвода инертного газа, расположенные в теплоизоляции, выполнены из графита, углерод-углерода или керамического материала. Водоохлаждаемая крышка может состоять из одной или более составных частей.
На чертеже представлен вертикальный разрез части предлагаемого устройства:
1 - печь подогрева форм,
2 - керамическая форма,
3 - теплоизоляция,
4 - раздвижной в горизонтальной плоскости экран,
5 - водоохлаждаемая емкость с крышкой,
6 - крышка водоохлаждаемой емкости с отверстием,
7 - трубки для подачи инертного газа,
8 - трубки для отвода инертного газа,
9 - замкнутый кожух вокруг теплоизоляции.
1 - печь подогрева форм,
2 - керамическая форма,
3 - теплоизоляция,
4 - раздвижной в горизонтальной плоскости экран,
5 - водоохлаждаемая емкость с крышкой,
6 - крышка водоохлаждаемой емкости с отверстием,
7 - трубки для подачи инертного газа,
8 - трубки для отвода инертного газа,
9 - замкнутый кожух вокруг теплоизоляции.
Обдув керамической формы охлажденным инертным газом в момент прохождения ее через экран и отверстие водоохлаждаемой крышки емкости позволяет повысить температурный градиент на фронте кристаллизации сплава отливки за счет повышения теплоотдачи от поверхности отливки. Кроме того, водоохлаждаемая крышка емкости обеспечивает больший перепад температур при переходе из горячей зоны печи подогрева форм в зону охлаждения и позволяет направить поток инертного газа точно в зазор раздвигающегося экрана. Устройство рекомендовано при литье крупногабаритных отливок, в частности лопаток ГТУ и ГТЭ с направленной и монокристальной структурой.
Устройство было опробовано следующим образом.
На лабораторной установке В-1790 была установлена пустая водоохлаждаемая емкость 5 с крышкой 6, в полости которой для циркуляции воды расположены трубки для подачи инертного газа 7. Аргон подавали по трубкам через понижающий редуктор из баллона, находящегося вне печи. Керамическая форма 2 с помощью специальной подвески устанавливалась внутри рабочего пространства печи подогрева форм 1, вокруг которого расположена наружная теплоизоляция 3. В плавильный тигель загружали мерную шихтовую заготовку жаропрочного сплава ЖС6У. В установке создавали вакуум 1•103 мм рт.ст. Керамическую форму 2 нагревали до температуры 1540oC и выдерживали. После расплавления жаропрочного сплава и его заливки керамическую форму с расплавом выводили из зоны нагрева в зону охлаждения со скоростью 8 мм/мин.
Через 3 минуты после начала перемещения формы с расплавом в зону охлаждения подавали инертный газ под раздвигающийся по программе в горизонтальной плоскости экран 4 в отверстие крышки 6 по трубкам 7. Газ, омывая форму дополнительно к теплопередаче излучением, отбирает тепло от формы в зоне фронта кристаллизации, увеличивая тем самым скорость охлаждения отливки. Чтобы подаваемый инертный газ не снижал температуру нагревателей, его сразу же над верхней поверхностью экрана 4 откачивали из рабочего пространства многозонного нагревателя через алундовые трубки 8, расположенные в нижней части наружной теплоизоляции 3 по периметру, выходы которых объединены в замкнутый вокруг теплоизоляции кожух 9, соединенный с вакуумным насосом. Диффузионный насос отключали, подключали специальный насос для непрерывной откачки газа, обдувающего форму снизу. Количество трубок круглого или прямоугольного сечения зависит от объема подаваемого инертного газа. Так как они расположены в горячей зоне печи, то должны быть выполнены из графита, C-C или другого огнеупорного материала. После окончания кристаллизации подачу газа прекращали, нагреватель сопротивления отключали, развакуумировали камеру печи и форму извлекали из печи. После травления полученная отливка была признана годной в соответствие с техусловиями без поверхностных карбидов и ликвационных струйных полос (фреклов).
Технико-экономический эффект от использования предлагаемого устройства состоит в том, что не требуется дополнительного расхода электроэнергии для расплавления жидкометаллического охладителя, сокращается общий цикл производства отливок, повышается надежность работы оборудования, так как жаропрочный сплав, попавший в емкость в результате разрушения керамической формы, может быть быстро удален из нее.
Предлагаемое устройство рекомендуется для производства крупногабаритных лопаток ГТЭ и ГТУ с регламентированной (направленной, монокристаллической) макроструктурой и позволит повысить выход годного по макроструктуре на 10-15% за счет повышения скорости охлаждения отливок.
Claims (3)
1. Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой, содержащее вакуумную камеру, внутри которой размещены индукционная печь, печь подогрева форм с наружной теплоизоляцией, керамическая форма, механизм перемещения формы, раздвижной экран, разделяющий зону нагрева и зону охлаждения, водоохлаждаемая емкость с полостью для циркуляции воды, имеющая донную часть и открытую в сторону зоны нагрева верхнюю часть, отличающееся тем, что верхняя часть водоохлаждаемой емкости снабжена водоохлаждаемой крышкой с отверстием для прохождения формы, внутри полости для циркуляции воды водоохлаждаемых емкости и крышки размещены трубки для подачи инертного газа в отверстие крышки, а в нижней части наружной теплоизоляции по периметру печи подогрева форм, над экраном, размещены трубки для отвода инертного газа, выходы которых объединены в замкнутый кожух.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что водоохлаждаемая крышка может состоять из одной или более составных частей.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубки для отвода инертного газа выполнены из графита, С - С, керамического материала.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99110982A RU2152844C1 (ru) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99110982A RU2152844C1 (ru) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2152844C1 true RU2152844C1 (ru) | 2000-07-20 |
Family
ID=20220333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99110982A RU2152844C1 (ru) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2152844C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2211746C1 (ru) * | 2001-12-26 | 2003-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Способ получения отливок с направленной и монокристальной структурой и устройство для его осуществления |
| RU2226449C1 (ru) * | 2002-11-18 | 2004-04-10 | Цацулина Ирина Евгеньевна | Способ литья деталей направленной кристаллизацией и устройство для его осуществления |
| EP2921244A1 (en) | 2014-03-13 | 2015-09-23 | Seco/Warwick Europe Sp. z o.o. | Method of the directional solidification of the castings of gas turbine blades and a device for producing the castings of gas turbine blades of the directional solidified and monocrystalline structure |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2012410A1 (ru) * | 1968-07-05 | 1970-03-20 | Anadite Inc | |
| EP0749790A1 (de) * | 1995-06-20 | 1996-12-27 | Abb Research Ltd. | Verfahren und Herstellung eines gerichtet erstarrten Giesskörpers und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens |
| RU2093305C1 (ru) * | 1996-06-05 | 1997-10-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Способ получения отливок направленной кристаллизацией |
| RU2117550C1 (ru) * | 1997-09-12 | 1998-08-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой |
-
1999
- 1999-05-27 RU RU99110982A patent/RU2152844C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2012410A1 (ru) * | 1968-07-05 | 1970-03-20 | Anadite Inc | |
| EP0749790A1 (de) * | 1995-06-20 | 1996-12-27 | Abb Research Ltd. | Verfahren und Herstellung eines gerichtet erstarrten Giesskörpers und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens |
| RU2093305C1 (ru) * | 1996-06-05 | 1997-10-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Способ получения отливок направленной кристаллизацией |
| RU2117550C1 (ru) * | 1997-09-12 | 1998-08-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2211746C1 (ru) * | 2001-12-26 | 2003-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Способ получения отливок с направленной и монокристальной структурой и устройство для его осуществления |
| RU2226449C1 (ru) * | 2002-11-18 | 2004-04-10 | Цацулина Ирина Евгеньевна | Способ литья деталей направленной кристаллизацией и устройство для его осуществления |
| WO2004045792A1 (fr) * | 2002-11-18 | 2004-06-03 | Irina Evgenievna Tsatsulina | Procede de coulage de pieces par cristallisation directionnelle et dispositif permettant sa mise en oeuvre |
| EP2921244A1 (en) | 2014-03-13 | 2015-09-23 | Seco/Warwick Europe Sp. z o.o. | Method of the directional solidification of the castings of gas turbine blades and a device for producing the castings of gas turbine blades of the directional solidified and monocrystalline structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3919256B2 (ja) | 方向性凝固した鋳造物を製作する方法とこの方法を実施するための装置 | |
| US4178986A (en) | Furnace for directional solidification casting | |
| RU2606817C2 (ru) | Способ направленной кристаллизации отливок при литье лопаток газовых турбин и устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой при литье лопаток газовых турбин | |
| EP1375034A2 (en) | Method and apparatus for directional solidification of a metal melt | |
| US20090133850A1 (en) | Systems for centrifugally casting highly reactive titanium metals | |
| KR20090054916A (ko) | 고 반응성 티타늄 금속을 원심분리적으로 주조하는 방법 | |
| JP2003501272A (ja) | 指向性凝固方法および装置 | |
| EP0968065B1 (en) | Method and apparatus for producing directionally solidified castings | |
| US3700023A (en) | Casting of directionally solidified articles | |
| US4202400A (en) | Directional solidification furnace | |
| KR20000016339A (ko) | 방향성 고화 주물 제조 방법 및 장치_ | |
| JP7112638B1 (ja) | 一方向凝固装置及び一方向凝固方法 | |
| RU2152844C1 (ru) | Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой | |
| JP2000094119A (ja) | 型シェル内に流込まれた金属湯を配向凝固するための装置及びそのための方法 | |
| RU2492026C1 (ru) | Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой | |
| US6523599B1 (en) | Casting furnace with centrally located heating element for producing directionally solidified castings | |
| US6557618B1 (en) | Apparatus and method for producing castings with directional and single crystal structure and the article according to the method | |
| RU2623941C2 (ru) | Способ получения направленной кристаллизацией крупноразмерных отливок из жаропрочных сплавов | |
| JP4296566B2 (ja) | 鋳造用鋳込装置 | |
| RU2597491C2 (ru) | Устройство и керамическая оболочка для получения отливок с монокристаллической и направленной структурой | |
| RU2093305C1 (ru) | Способ получения отливок направленной кристаллизацией | |
| RU2211746C1 (ru) | Способ получения отливок с направленной и монокристальной структурой и устройство для его осуществления | |
| RU2398653C1 (ru) | Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой | |
| RU2283205C2 (ru) | Способ центробежного литья металла без выключения источника нагрева | |
| JP2000343204A (ja) | 水平軸方向回転の方向性凝固装置とその方法 |