Разработка ресурсосберегающей технологии производства отливок из жаропрочных сплавов с использованием внутреннего электронагрева металла во время затвердевания

• Автор: Мальцева, Юлия Юрьевна
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 287 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Современные технологические схемы и оборудование для

изготовления крупногабаритных отливок для газотурбинных двигателей и энергоустановок.

1.2 Техникоэкономические показатели при производстве

отливок способом литья по выплавляемым моделям

1.3 Использование ресурсосберегающих технологий в

литейном производстве

1.4 Основные принципы разработки системы управления

качеством отливок и эффективности литья по выплавляемым моделям

1.5 Анализ затрат материалов и электроэнергии при
изготовлении отливок способом литья по выплавляемым
моделям
1.6 Выводы и задачи исследования
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Характеристика исследуемых материалов
2.2 Методика исследования процессов направленного
затвердевания при воздействии электрического тока на отливку
2.3 Методы и средства для исследования структуры и свойств
сплавов
2.4 Технологические варианты направленного затвердевания и
направленной кристаллизации при воздействии эл тока на отливку
2.5 Выводы
3 РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОТЛИВКУ
3.1 Разработка математической модели процесса направленного затвердевания
3.2 Моделирование процесса направленного затвердевания
отливки типа Лопатка ГТД.
3.3 Моделирование процесса направленной кристаллизации
отливок типа лопатки ГТД.
3.4 Моделирование направленной кристаллизации
тонкостенных протяженных отливок типа ПРОСТАВКА
3.5 Технологическое обеспечение предложенного способа
литья при воздействии электрического тока на затвердевающий металл
3.6 Выводы
4 ПРОМЫШЛЕННОЕ ОПРОБОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1 Анализ структуры, физических, механических и
эксплуатационных свойств
4.2 Сравнительный анализ техникоэкономических
показателей
4.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Традиционное вакуумное лить жаропрочных сплавов с получением отливок с равноосной структурой в настоящее время является основным методом изготовления лопаток ГТУ. Оно обеспечивает относительно высокое качество структуры отливок с низким содержанием шлаковых и окисных включений при приемлемой стоимости и высокой производительности плавильно заливочного оборудования. Ресурс рабочих лопаток в значительной степени зависит от метода изготовления отливок традиционного, направленной кристаллизации, монокристаллических или других методов обработки сплава в процессе кристаллизации. Наиболее прогрессивным методом литья для обеспечения высоких эксплуатационных свойств высоконагруженных деталей турбины двигателя, например рабочих и сопловых лопаток, является метод направленной кристаллизации, который широко используется как в нашей стране, так и за рубежом. При выборе способа охлаждения литейной формы при НК обычно на первый план выдвигаются условия получения плотной структуры, обеспечивающей максимальные характеристики по длительной прочности и пластичности 7,8. Это обеспечивает эксплуатационную наджность турбин. В производстве литых изделий с направленной кристаллизацией и монокристаллитной структурой применяются примы, основанные на методе Чохральского или методе Стокбергера и Бриджмена 9. Первый используется для получения монокристаллических заготовок, например из кремния и германия, для полупроводниковой промышленности и заключается в выращивании монокристалла вытягиванием его из расплава. Второй включает операцию нагрева литейной формы с расплавом до температуры выше точки плавления металла с последующим направленным охлаждением путм погружения формы в охлаждающую среду. Его используют для получения отливок сложной конфигурации. С целью интенсификации охлаждения применяют форму с открытой нижней полостью, прилегающей при литье к поверхности охлаждаемого кристаллизатора. При заливке расплава в полость формы у охлаждающей поверхности кристаллизатора в переохлажднном слое жидкого металла образуется множество кристаллических зародышей с различной кристаллографической ориентацией. В результате конкурентного роста столбчатых зрен в начальной стадии затвердевания полость формы заполняется столбчатыми зрнами с ориентацией в осевом направлении и различной относительной ориентацией в поперечном. К недостаткам способа литья в форму с открытой поверхностью следует отнести то, что жидкий металл часто уходит между кристаллизатором и торцовой частью керамической оболочки. Эффективность стока тепла через открытую полость формы сохраняется только в первоначальный период затвердевания отливки. Тврдая корка металла у поверхности кристаллизатора, образованная нарастающими на ней последующими слоями металла в процессе их охлаждения, деформируется, а к кристаллизатору плотно прилегает только незначительная часть поверхности донной части отливки. Это значительно снижает эффективность охлаждающего воздействия кристаллизатора, которое обычно становится малоэффективным уже на расстоянии 0 мм. Применение для литья лопаток газовых турбин с НК оболочковой керамической формы с закрытой нижней полостью исключает указанные недостатки. Макроструктура столбчатых зрен получается с меньшим числом продольных границ зрен, что способствует получению более высокой длительной прочности, как в продольном, так и в поперечном направлениях. По данным работы кратковременная прочность тонкостолбчатой структуры выше более, чем в 2 раза по сравнению с крупностолбчатой. Усталостные характеристики сплава в том и другом случае остаются одинаковыми. Кроме того, форма с закрытой полостью не имеет жсткой связи с кристаллизатором, позволяет чтко разделять операции нагрева и охлаждения. При отливке лопаток по методу НК из никелевых жаропрочных сплавов применяют различные способы отвода теплоты кристаллизации. Наибольшее распространение получил способ, при котором оболочковую форму с жидким металлом, установленную на кристаллизатор, опускают из горячей зоны печи в холодную часть. В первоначальной стадии кристаллизации жидкого металла теплота отводится главным образом со стороны холодильника.