Пристрій для одержання монокристалічних відливків

Пристрій для одержання монокристалічних ВІДЛИВКІВ, який містить вакуумну камеру, у якій розміщені нагрівач, установлений під нагрівачем кристалізатор, керамічна форма із затравкою, розташовані усередині нагрівача з можливістю пересування у напрямку до кристалізатора, який відрізняється тим, що затравка виконана у вигляді плоского елемента, відношення поперечного розміру якого до товщини складає не менше ніж 10 1, при цьому у початковому стані затравка розташована вище нижнього зрізу нагрівача на величину, не більшу ніж 0,15 Н, де Н - висота нагрівача Винахід має відношення, до металургії та може бути використаний для отримання ВІДЛИВКІВ З монокристалічною структурою та заданою кристалографічною орієнтацією, наприклад, лопаток газових турбін, магнітів та інших подібних виробів Відомий пристрій для отримання монокристалічних ВІДЛИВКІВ, який містить вакуумну камеру, у якій розташований нагрівач із розміщеними у ньому керамічною формою із затравкою, установлений під нагрівачем кристалізатор (авт свід СРСР №462393, С30В17/00, 1982) [І] Кристалізатор складається з охолоджуваної кільцеподібної камери, усередині якої, коаксіальне їй та з можливістю переміщення уздовж осі, розміщена охолоджувана водою циліндрична камера Вона має трубчастий екран із тугоплавкого металу, охоплюючий частину керамічної форми із затравкою Керамічна форма має металевий замок, який фіксує затравку і контактує з водоохолоджуваною поверхнею екрана Використання металевого замку дозволяє створити певний температурний градієнт уздовж довжини затравки і запобігти повному розплавленню її при заливанні розплаву до форми кристала Крім того, наявність значного теплового потоку крізь бічну поверхню затравки не дозволяє отримувати стійку орієнтацію температурного градієнта уздовж вертикальної осі монокристалічного відливка Це веде до зниження виходу придатної продукцм-монокристалів із заданою кристалографічною орієнтацією Відомий пристрій для отримання монокристалічних ВІДЛИВКІВ, який містить вакуумну камеру, у якій розміщені нагрівач, установлений під нагрівачем кристалізатор, керамічна форма із затравкою, розташовані усередині нагрівача з можливістю пересування у напрямку до кристалізатора (патент України №49616А, B22D27/04, 2002) [2] Кристалізатор складається з охолоджуваної кільцеподібної камери, усередині якої, коаксіальне їй та з можливістю переміщення уздовж осі, розміщена охолоджувана циліндрична камера Остання розміщена у кільцеподібній камері з утворенням між ними кільцеподібної порожнини, заповненої рідкометалевим охолоджувачем із легкоплавкого сплаву На циліндричній камері, із боку нагрівача, установлено стаканоподібний елемент, усередині якого, на днищі, розміщена керамічна форма Необхідність використання довгомірної затравки (у якої довжина значно перевищує діаметр) обумовлена наступним Така форма затравки гарантує установку и у первинному стані на рівні початкового фронту кристалізації Проте така форма затравки не забезпечує високу швидкість відводу тепла із фронту кристалізації у первинний момент кристалізації, що веде до створення полі Рідкометалевий охолоджувач із легкоплавкого сплаву (наприклад, сплав Ga-25Bar % In із температурою плавлення 16°С) має високу у порівнянні з водою теплопровідність, що дозволяє створити більш високий градієнт температури на фронті кристалізації розплаву та, отже, відливки з більш високодисперсною структурою 1^ го (О 62317 Однак затравка, установлена у первинному стані на рівні нижнього торця нагрівана При такому положенні затравка розташована поза зоною максимального температурного градієнта Довжина й діаметр у такій затравці сумірні, що у порівнянні із затравкою, описаною у [І], дозволило знизити вірогідність утворення полікристала Однак ця вірогідність все ж залишається значною і веде до зниження виходу придатної продукцммонокристалічних ВІДЛИВКІВ ІЗ заданою кристалографічною орієнтацією В основу винаходу поставлено завдання створити такий пристрій для отримання монокристалічних ВІДЛИВКІВ, який у порівнянні з відомими дав би можливість підвищити вихід придатної продукцммонокристалічних ВІДЛИВКІВ ІЗ заданою кристалографічною орієнтацією Поставлена задача вирішується у пристрої для отримання монокристалічних ВІДЛИВКІВ, ЯКИЙ МІСТИТЬ вакуумну камеру У камері розміщені нагрівач, установлений під нагрівачем кристалізатор, керамічна форма із затравкою, розташовані усередині нагрівача з можливістю пересування у напрямку до кристалізатора Згідно з винаходом затравка виконана у вигляді плоского елемента, відношення поперечного розміру якого до товщини складає не менше ніж 10 1 При цьому у початковому стані затравка розташована вище нижнього зрізу нагрівача на величину не більш ніж 0,15-Н, де Н-висота нагрівача Завдяки тому, що затравка виконана у вигляді плоского елемента, відбувається інтенсивне відведення тепла із фронту кристалізації у початковий момент зародження монокристалічного виливка Це дає можливість створити високий температурний градієнт і умови для надійного зародження тільки одного кристала та забезпечити передачу кристалографічної орієнтації від затравки до відливка уздовж його вертикальної осі, що обумовлює підвищення виходу придатної продукції Якщо розташувати затравку вище нижнього зрізу нагрівача на величину не більш ніж 0,15-від його висоти, то вона буде знаходитись у зоні з максимальним значенням температурного градієнту Це створює умови для отримання монокристалічних ВІДЛИВКІВ із заданою кристалографічною орієнтацією, що обумовлює підвищення виходу придатної продукції На кресленні (див фіг) зображено пропонований пристрій Пристрій містить вакуумну камеру 1, у якій розташовані нагрівач 2 з розміщеними у ньому керамічною формою 3 із затравкою 4 У камері 1 розміщений також кристалізатор, установлений під нагрівачем 2 Форма 3 із затравкою 4 має можливість переміщуватись від нагрівача 2 до кристалізатора Кристалізатор складається з охолоджува ної кільцеподібної камери 5, усередині якої, коаксіальне їй та з можливістю переміщення уздовж осі, розміщена охолоджувана циліндрична камера 6 Остання розміщена у кільцеподібній камері 5 з утворенням між ними кільцеподібної порожнини 7 Порожнина 7 заповнена рідкометалевим охолоджувачем 8 із легкоплавкого сплаву На рівні донної частини камери 5, між останньою та камерою 6, із боку нагрівана 2, установлено стаканоподібний елемент 10 Усередині елемента 10, на його днищі, розміщена керамічна форма З так, що затравка 4 знаходиться вище нижнього зрізу нагрівача 2 на величину не більше 0,15 від його висоти Камера 6 з'єднана за допомогою тяги 11 із механізмом (на кресленні не показаний) переміщення камери 6 уздовж осі Пристрій працює так Керамічну форму 3 із затравкою 4 у вигляді диска, діаметр якого відноситься до товщини як 15 1, розміщують у стаканоподібному елементі 10 Порожнину 7 заповнюють рідкометалевим охолоджувачем 8 з легкоплавкого сплаву, наприклад Ga-m із складом галію 25ваг % Далі порожнини камер 5 та 6 заповнюють охолоджувачем 8 Його рівень підтримують постійним на протязі усього процесу кристалізації Вакуумну камеру 1 герметизують та створюють у ній тиск 10 З торр У початковому стані затравка знаходиться на рівні не вище 0,15 від висоти нагрівача 2 Потім умикають нагрівач 2 Нагрівання здійснюють до температури, нижче температури солідус матеріалу затравки, та на 50-100°С вище температури ліквідує матеріалу, який кристалізують (наприклад для жароміцного сплаву ЖС-32, який кристалізують, ця температура складає 1450°) Далі заливають у керамічну форму 3 розплав сплаву ЖС-32 та здійснюють наступну спрямовану кристалізацію його шляхом вилучення керамічної форми 3 за допомогою тяги 11 із нагрівача 2 до кристалізатора Елемент 10 разом із керамічною формою З переміщується усередину кристалізатора та контактує з охолоджувачем 8 Завдяки тому, що затравка 4 має згадане співвідношення своїх розмірів, відбувається інтенсивне відведення тепла із фронту кристалізації у початковий момент та надійне зародження монокристалічного відливка із заданою кристалографічною орієнтацією Як показали експерименти, вихід придатної продукції монокристалічних ВІДЛИВКІВ ІЗ заданою кристалографічною орієнтацією, отримуваних за допомогою пропонованого пристрою, збільшується приблизно на 30% Таким чином, пропонований пристрій для отримання монокристалічних ВІДЛИВКІВ, ДОЗВОЛЯЄ у порівнянні із пристроєм, який обраний як прототип, отримувати відливки з більш високим виходом придатної продукції 62317 ьнхш вода ФІГ. Комп'ютерна верстка А Ярославцева Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119