Спосіб видалення корундових керамічних стержнів із внутрішніх порожнин виробів

Изобретение относится к литейному производству, а именно, к удалению керамических стержней из внутренних полостей отливок турбинных лопаток, отливаемых методом направленной кристаллизации. Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является способ удаления корундовых керамических стержней из внутренних полостей изделий [1]. Способ заключается в том, что обработку изделий производят водными растворами гидроксидов натрия, калия или их смесями в автоклавах при концентрации щелочей в растворах 250 ... 400г/дм3 и температуре 250 ... 450°C. Известный способ имеет следующие недостатки: 1. Резкое повышение давления (до 1000кг/см2 и выше) внутри автоклава при увеличении температуры свыше 300°C, что требует усложнения конструкции установок и приводит к уменьшению производительности и ухудшению условий труда и техники безопасности, т.е. повышенной опасности работы вследствие возможности разрушения стенок автоклава. 2. В указанном способе совершенно упущены данные по уровню заполнений автоклава, хотя это существенно влияет на изменение давления внутри автоклава. 3. Плохой отвод продуктов реакции из внутренней полости лопаток вследствие отсутствия перемешивания раствора. 4. Низкая производительность при обработке лопаток со сложной внутренней конфигурацией, вследствие недостаточного отвода продуктов реакции. В основу изобретения поставлена задача создания способа удаления корундовых керамических стержней из внутренних полостей изделий, при котором за счет перемешивания рабочей среды путем вращения автоклава, увеличения концентрации раствора щелочи и уменьшения уровня заполнения автоклава рабочей средой достигается уменьшение давления внутри автоклава, что обеспечивает качественное выщелачивание стержней с одновременным повышением производительности процесса и срока службы автоклавов. Для этого в способе удаления корундовых керамических стержней из внутренних полостей изделий обработку изделий растворами гидроксидов натрия, калия или их смесей производят при концентрации щелочей в растворах 450 ... 750г/дм3 и температуре 250 ... 400°C во вращающемся со скоростью 10 ... 20об/мин, автоклаве при заполнении внутренней полости автоклава до 80%. Давление внутри, автоклава при указанных условиях не превышает 200кг/см2. Предлагаемый способ реализуется следующим образом. В автоклав объемом 1,3 литра с толщиной стенок 12мм, изготовленный из высокопрочной стали, загружали лопатки, отлитые методом направленной кристаллизации и имеющие примерно одинаковые габариты корундового стержня. Автоклав заполняли раствором гидроксида натрия и повышали температуру в объеме автоклава до 330 ± 20°C. Обработку проводили до полного удаления стержней, подбирая при этом оптимальный режим, обеспечивающий высокую скорость растворения стержней, стойкость автоклавов и безопасные условия работы при простой конструкции установки. Для этого изменяли; - объем заполнения внутренней полости автоклава, выбирая его 90, 80, 65, 50, 30% (опыты №9, 2, 6, 7, 8, соответственно); - концентрацию щелочей в растворе 450, 600, 750, 400, 800г/дм3 (опыты №1, 2, 3, 4, 5, соответственно). Испытания проводили при неподвижном и при вращающемся со скоростью 10 ... 20об/мин, автоклаве. В процессе испытаний измеряли: - температуру и давление внутри автоклава; - время качественного удаления стержня из изделия. При этом определяли также; максимальное количество изделий, качественно очищаемых за 1 цикл обработки; - количество циклов работы автоклава до разрушения; -общее количество изделий, качественно очищаемых автоклавом до разрушения (его ресурс). Полученные данные приведены в табл.1. Из графика видно, что с момента вращения автоклава высокие температуры, при которых эффективно осуществляется удаление стержней, достигаются при более низком давлении, чем при неподвижном автоклаве. Точка TA - начало вращения автоклава, является точкой экстремума графика, характеризующего изменение давления в автоклаве в зависимости от нарастания температуры, при всех значениях концентрации щелочи в растворе. Данные, приведенные в таблице 1 (опыты №1 - 9), получены при вращающемся автоклаве. В опыте №10, где приведены результаты испытания способа по прототипу автоклав был неподвижным. Как видно из приведенной таблицы, заявляемые режимы способа: - концентрация щелочи в растворе в пределах 450 - 750г/дм3 (опыты №1, 2, 3); - степень заполнения внутренней полости автоклава 50 - 80% объема (опыты №2, 6, 7) при осуществлении дополнительной операции вращения автоклава, в совокупности с известным режимом - температурой нагрева изделий до 250 400°C обеспечивает наиболее эффективные условия удаления корундовых керамических стержней из внутренних полостей изделий. При этом достигается одновременно и высокий ресурс автоклава и высокая скорость очистки изделий. Аналогичные результаты получены при использовании в качестве щелочи гидроксида калия и смеси гидроксидов натрия и калия, а также при других температурах нагрева щелочи в автоклаве. В настоящее время на предприятии "Мотор Січ" осуществляется опытно-промышленная реализация способа. Способ удаления корундовых керамических стержней из внутренних полостей изделий осуществляют следующим образом. В автоклав загружают партию - 10 штук изделий - лопаток изделий Д-18 и Д-27. Раствор гидроксида натрия с концентрацией 600г/дм3 заливают в автоклав до общего объема его заполнения на 80%. Автоклав после герметизации размещают в установке, где его вращают со скоростью 15об/мин и нагревают до температуры в установке 450°C, обеспечивая при этом температуру в автоклаве 330 ± 20°C. Температуру в установке задают терморегулятором типа КСП. Через время, определяемое размером лопаток (для длинных - 15 часов, для коротких - 8 часов), отключают электропитание установки. При этом нагрев автоклава и его вращение прекращается. После снижения температуры в установке до 350°C автоклав извлекают из нее и дальнейшее охлаждение ведут на воздухе, После охлаждения автоклава до комнатной температуры извлекают из него изделия, их промывают, просушивают и просвечивают рентгеновскими лучами, контролируют отсутствие остатков керамики.