Особенности производства моноотливок

При выращивании моноотливок произвольной ориентации дно тигеля выполняется в виде конуса, в вершине которого создается преимущественное переохлаждение, где и зарождается монокристалл. Для получения моноотливки с кристаллами заданной ориентации в основании формы помещают затравку 4. Для повышения надежности оплучения монокристалической структуры в основании тигеля имеется пермычка, которая предотвращает или уменьшает вероятность прорастания в основном объеме отливки нескольких кристаллов, если их зарождение произошло не от одного зародыша. Рис выше- распределение температур по высоте тигеля.

Продвижение поверхности раздела жидкой/твердой фаз может осуществляться как за счет передвижения тигеля относительно нагревателя так и наоборот. Можно и не перемещать тигель, реализация метода возможна даже путем плавного снижения мощности.

1,10 – нагреватель

2 – керамическая конусная форма лопатки

3 – расплав

4 – затравка толщиной 2-2,5 мм

5 – тепловой экран

6 – подставка формы

7 – шток

8 – ванна с жидким алюминием

9 – кольцевой водоохлаждающий холодильник

Схема реализована в установке УВНК-8П: правка сплава ЖС26ВИ 1570 ± 20 ºС; заливка 1530 ± 10ºС; скорость перемещения форм в кристаллизаторе 20 ± 2 мм/мин; температура жидкого алюминия 660 – 740 ºС; остаточное давление 8*10^-2 мм рт. ст.; число отливаемых лопаток за одну плавку 12-18 штук. В наше время создаются новые типы установок: УВНК-9, УВНК-14, УВНК-10, УВНК-17. Они предназначены для литья турбинных лопаток стационарных ГТД длиной 800 мм. Также создаются экспериментальные печи с охладителем-расплав олова. Однако из-за очень высокого уровня термических напряжений в установках ВНК нельзя применять сплавы, склонные к образованию горячих трещин (так в сплаве ЖСКС1 замена 0,2 Н1 на такое же количество Та устранила этот эффект). Появился новый класс сплавов, не содержащих в своём составе элементов-упрочнителей границ зёрен (В, Zn, C).

Сплавы только для монокристаллического литья: ЖС30М; ЖС36; ВЖМ5; ВЖМ5У; ВЖМ4; ВЖМ6.

В мировой практике существует 2 технологии получения монокристаллических лопаток, которые отличаются друг от друга способом зарождения монокристаллической структуры.

Беззатравочные методы получения моноотливок (технология США) основано на конкурентном росте столбчатых зёрен и отбора одного кристалла нужной текстуры (аксиальной) с помощью кристаллосборника специальной конструкции (спираль-голикоид или поросячий хвост). Азимутальную ориентацию (поперечная аксиальной0 получить не возможно.

Перегретый металл заливают в оболочковую форму без дна, установленную на водоохлаждаемом медном кристаллизаторе. Зёрна зарождаются, растут в условиях направленного теплоотвода и приобретают столбчатую текстуру (хаотично). Структура с аксиальной ориентировкой прорастает в систему литниковых ходов, где и происходит отбор одного зерна.

Затравочные методы получения моноотливок (аксиальной и азимутальной ориентации).

Технология ВИАМ. от затравки передаётся структура любой требуемой аксиальной ориентировки и азимутальной ориентировки, допустимой законами кристаллографии. Для затравки используют сплав Ni- 28 W c t_пл на 120-150 ºС выше, чем температура ликвидуса жаропрочного сплава отливки.

Ni-28W: T_S ≈ 1500 ºС ΔТ_{расч затр} = 130 ºС

Ni-35W: Т_l = T_S ~ 1510 ºС ΔТ_{расч затр} = 140 ºС

Передача структуры происходит за счёт растворения торца затравки сплавом отливки, при этом создаётся демпфирующий (переходной) слой. При выдержке в контакте со сплавом торец затравки растворяется на 0,7 мм, поэтому высота затравки 2-2,5 мм обеспечивает 3-х кратный запас.

Малые размеры затравки позволяют расположить её под любым углом и оси отливки, обеспечивая возможность от затравки одной ориентации, например, меняя её установку, получить отливки с разными аксиальными ориентациями.

Для изготовления затравок используют методику ориентированной вырезки (т.е. производят коррекцию ориентации путём резки затравочной заготовки под заданным углом).

Затравки цилиндрической формы диаметром 8-14 мм и длиной 120 мм отливают за одну правку в установке УВНК-8П два блока по 18 штук в каждом.

Рентгеноструктурным методом или методом травления определяют угол ориентации относительно оси заготовки и определяют угол, под которым нужно разрезать заготовку. Точность вырезки ~ 1º. В форме для литья выполняется затравочная полость диаметром 12-14 мм и высотой 7 мм, соединения кристалловодом диаметром 1,5-2 мм с конической частью полости лопатки. Затравка фиксируется керамической замазкой.

Дата добавления: 2014-01-07