Спосіб виготовлення циліндричних виливків у постійних формах

Реферат: Спосіб виготовлення циліндричних виливків у постійних формах включає підготовку та складання форми, заливання металу у форму, охолодження та виймання виливка з форми. Як шихту використовують 100 % технологічного повернення. Після розплавлення шихти у вакуумній індукційній печі виконується температурно-часова обробка розплаву, яка включає перегрів розплаву на 300-400 °C вище точки плавлення та витримку при цій температурі протягом 10 хвилин. Після цього через заливальну чашу, в якій підтримується постійний гідростатичний тиск, розплав заливається у металічний кокіль з утеплювальною вставкою в його головній частині. UA 67815 U (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ЦИЛІНДРИЧНИХ ВИЛИВКІВ У ПОСТІЙНИХ ФОРМАХ UA 67815 U UA 67815 U 5 10 15 20 Корисна модель належить до сфери металургії, а саме до переробки повернення жаростійких нікелевих сплавів, і може бути використана під час виготовлення мірних злитків для наступного переплаву при литті відповідальних деталей газотурбінних двигунів. Відомий спосіб одержання ливарних сплавів на основі нікелю, що включає в себе розплавлювання свіжих шихтових матеріалів і технологічного повернення у вакуумі із подальшим рафінуванням, введенням активних легуючих елементів і зливання металу. Спочатку розплавлюють свіжий сплав, після чого додають технологічне повернення, рафінування проводять протягом 10-20 хвилин при температурі, яка розраховується, використовуючи рівняння: T  (1550  1570  C)  (20 C  0,1(K  10) , де K - кількість використаного повернення, мас. %. Кількість використаного повернення досягала 80 мас. % від об'єму шихти. Перед зливанням проводили розкиснення розплаву рідкісноземельними металами (РЗМ) у кількості 0,01-0,05 мас. % від шихти зі свіжих матеріалів [1]. Недолік цього способу полягає у недостатньому рафінуванні сплаву з метою видалення шкідливих домішок, яке є необхідним під час лиття деталей газотурбінних двигунів. Відомий спосіб одержання шихтового злитку литтям у виливницю, у верхній частині якої встановлена теплоізоляційна уставка. Перед заливанням розплаву в керамічну уставку встановлюють керамічну перегородку з отворами. Сумарну площу отворів обчислюють за формулою:  Pотв  (0,10  0,30)  S , 2 де  Pотв - сумарна площа отворів у перегородці, см ; S - загальна площа керамічної перегородки, см2. 2 25 30 35 40 45 50 Кількість отворів на 1 см площі перегородки складає 2-10. Заливається рідкий метал, який розбивається за допомогою перегородки на струмені, що запобігає його розбризкуванню. У виливку, що кристалізується, створюють спрямоване вгору тепловідведення, що забезпечує одержання щільної структури злитку з мінімальною довжиною усадної дутловини [2]. Цей спосіб має істотний недолік. Його можна застосовувати тільки для лиття свіжих сплавів, не забруднених домішками. Розплав, отриманий з використанням 100 % технологічного повернення, навіть після попереднього рафінування має певну кількість домішок (шлаків), які при литті через керамічну уставку з отворами забиває їх. Це, у свою чергу, призводить до такого виду браку, як недолив. Відомий спосіб одержання ливарних жароміцних сплавів на нікелевій основі, що включає плавку шихти, яка містить 100 мас. % відходів, рафінування її у вакуумі при температурі розплаву 1500-1700 °C і присадку РЗМ у кількості 0,015-0,20 мас. % від об'єму шихти. При рафінуванні шихти вводять 0,001-0,05 % вуглецю від її маси та здійснюють циклічну обробку розплаву шляхом нагрівання й охолодження, причому співвідношення тривалості нагрівання й охолодження у циклі становить (0,5-1,0):(1,0-1,5), а перед присадкою РЗМ вводять кальцій і/або магній [3]. Недолік даного способу полягає у додаткових операціях рафінування, необхідності введення в розплав РЗМ. Прототипом вибрано відомий спосіб виготовлення циліндричних виливків литтям у постійні металеві форми [4]. Цей спосіб полягає в розплавлюванні нікелевих жароміцних сплавів у вакуумі й подальшому розливанні в постійні металеві форми через заливальну чашу при постійному гідростатичному напорі розплавленого металу в заливальній чаші. Тобто, підтримуючи в процесі заливання кокілю заздалегідь заданий рівень металу в заливальній чаші, забезпечують постійну витрату рідкого металу через калібрований отвір, а отже, й постійну швидкість підйому дзеркала металу у формі. Розмір каліброваного отвору визначається співвідношенням d0  (2,7  3,8)  103  D  H, м 55 де D - діаметр робочої порожнини форми, м; H - висота стовпа металу в заливальній чаші, м;  - коефіцієнт витрачення через калібрований отвір. Недоліком способу прототипу є його використання тільки для свіжих сплавів. Застосування цього способу для лиття злитків із забрудненого включеннями технологічного повернення є 1 UA 67815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 неефективним, тому що не забезпечує необхідну чистоту сплаву (наявність ендогенних і екзогенних включень). В основу корисної моделі поставлено задачу розробки способу одержання якісного мірного злитку визначених типорозмірів з максимальним виходом придатного лиття з технологічного повернення жаростійких сплавів на нікелевій основі, яке досягається за рахунок технологічного вдосконалення способу лиття. Вирішення поставленої задачі досягається тим, що у способі виготовлення циліндричних виливків у постійних формах, що включає підготовку та складання форми, заливання металу у форму, охолодження та виймання виливка з форми, як шихту використовують 100 % технологічного повернення, після розплавлення шихти у вакуумній індукційній печі виконується температурно-часова обробка розплаву, яка включає перегрів розплаву на 300-400 °C вище точки плавлення та витримку при цій температурі протягом 10 хвилин, після чого через заливальну чашу, в якій підтримується постійний гідростатичний тиск, розплав заливається у металічний кокіль з утеплювальною вставкою в його головній частині. Саме перегрів розплаву вище температури ліквідус на 300-400 °C забезпечує рафінування розплаву в процесі ведення плавки, а заливання розплаву крізь заливальну чашу у металевий кокіль з утеплювальною вставкою, забезпечує остаточне вилучення неметалевих вкраплень, газів та усадкової порожнини з тіла злитку, що забезпечує в ньому щільну, якісну структуру сплаву. Пропонований спосіб забезпечує одержання якісного мірного злитка з мінімальним вмістом шкідливих домішок і газів, забезпечуючи, таким чином, стабільний вихід придатного лиття. Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими, забезпечують вирішення поставленої задачі - шляхом введення нових технологічних операцій створено спосіб одержання якісного злитка із щільним торцем з технологічного повернення сплавів. Спосіб працює наступним чином. Як шихту використовують 100 % технологічного повернення жаростійких сплавів ВЖЛ12Є-ВІ, ХН60ВТ (елементи ливниково-живильної системи), а також деталі, які відпрацювали свій ресурс або були відбраковані відділом технічного контролю. Всі елементи шихти пройшли попередню порізку й обдування електрокорундом. Розплавлюється шихта й нагрівається розплав до температури 1650 °C, після чого в плавильну камеру напускають аргон (2). Таким чином надалі плавлення проходить у захисному середовищі аргону під тиском 115 мм рт. ст. Після створення захисного середовища в плавильній камері, розплав перегрівають вище температури ліквідус для даного сплаву на 300-400 °C і витримують його при цій температурі протягом 10 хвилин. Потім знижують температуру розплаву до температури заливання 1450 °C. У плавильну камеру подають зібраний металевий кокіль, з утеплювальною уставкою в головній частині й заливальній чаші. Кокіль виготовлений у вигляді труби зі знімним піддоном і рантом для транспортування. У верхній частині кокілю передбачене посадкове місце для утеплювальної уставки. Заливальна чаша виготовляється з регенерованого електрокорунду. Висота заливальної чаші або ж висота стовпа металу береться за умови забезпечення гідростатичного тиску, необхідного для подолання сил поверхневого натягу розплаву, що перешкоджають його витіканню з отвору. У дні чаші передбачено пропускний отвір діаметром 8 мм. Установлено, що діаметр пропускного отвору в чаші відіграє значну роль у кристалізації розплаву. Для одержуваного типорозміру злитка оптимальним діаметром отвору обраний діаметр 8 мм. При такому пропускному перерізі отвору виконується умова підтримки постійного гідростатичного напору металу, це дозволяє наповнювати порожнину кокілю з постійною швидкістю, рівномірно додаючи гарячий розплав у злиток, що кристалізується. Всі елементи шихти пройшли попередню порізку й обдування електрокорундом. Виходячи з вищевикладеного, можна зробити висновок, що технологічне рішення, яке заявляється, задовольняє критерію "промислове застосування". Джерела інформації: 1. Патент 1709738 РФ, МПК 7 С22С1/02. Способ получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе/ Сидоров В. В., Миронов CO., Струев И. И., Матвеев В.М., Кепов Ю. В., Апальков А. А. (RU)/ заявитель и патентообладатель Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов; заявл. 05.04.1989; опубл. 20.03.2000. 2. Патент 2254959 РФ, МПК 7 B22D7/00. Способ получения шихтовой заготовки из литейного жаропрочного сплава./ Каблов Е. Н., Сидоров В. В., Фоломейкин Ю. И. (RU)/ заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие 2 UA 67815 U 5 10 "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU); заявл. 17. 12. 2003; опубл. 27. 06. 2005 3. Патент 2392338, РФ МПК С22С1/02.Способ получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе./ Каблов Е. Н., Сидоров В. В., Ригин В. Е./ заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научноисследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU); заявл.ОЗ.06.2009; опубл.20.06.2010. 4. Патент 2063840 РФ, МПК 6 B22D15/00. Способ изготовления цилиндрических отливок./ Кац Э. Л., Корякин С. В., Спиридонов Е.В., Лубенец В.П./ заявитель и патентообладатель Научно-производственное объединение по технологии машиностроения; заявл. 29. 06. 1990; опубл. 20. 07. 1996. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб виготовлення циліндричних виливків у постійних формах, що включає підготовку та складання форми, заливання металу у форму, охолодження та виймання виливка з форми, який відрізняється тим, що як шихту використовують 100 % технологічного повернення, після розплавлення шихти у вакуумній індукційній печі виконується температурно-часова обробка розплаву, яка включає перегрів розплаву на 300-400 °C вище точки плавлення та витримку при цій температурі протягом 10 хвилин, після чого через заливальну чашу, в якій підтримується постійний гідростатичний тиск, розплав заливається у металічний кокіль з утеплювальною вставкою в його головній частині. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3