СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК Российский патент 1996 года по МПК B22D27/04 

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства и может быть использовано при производстве турбинных лопаток из жаропрочных никелевых сплавов.

Целью изобретения является повышение механических и служебных свойств монокристальных отливок.

Цель достигается тем, что в известном способе изготовления монокристальных отливок, включающем приготовление расплава, модифицирование его смесью порошков тугоплавкого соединения и одного из металлов, образующих с ним устойчивые химические соединения, в количестве не более 0,1% от массы обрабатываемого расплава, заливку расплава в литейную форму, нагретую до температуры выше температуры ликвидуса сплава, и направленную кристаллизацию, отличающийся тем, что с целью повышения прочностных свойств отливок, модифицирование расплава смесью порошков ведут в количестве не менее 0,03% от массы обрабатываемого расплава, затем его закристаллизовывают, получая шихтовую заготовку, вновь нагревают до 1500 1740^oC и проводят дополнительное модифицирование той же смесью порошков в количестве 0,01 0,1% от массы обрабатываемого расплава, после чего доводят температуру расплава до 1650 1750^oC и перед заливкой в литейную форму выдерживают 0,5 10 мин, при этом в качестве порошков тугоплавкого соединения используют карбиды, и/или нитриды, и/или карбонитриды, и/или оксикарбонитриды титана или ниобия, причем смесь используют из ультрадисперсных порошков указанных соединений.

Анализ отличительных признаков показал, что предлагаемое изобретение обладает рядом существенных отличий, которые заключаются в следующем.

Новым отличительным признаком является использование в качестве шихты предварительно модифицированного ультрадисперсными порошками и кристаллизованного сплава, которую в дальнейшем предварительно модифицируют и перегревают.

Применение предварительно модифицированной шихты позволяет снизить долю грубых карбидных включений и избыточных фаз в отливке в результате их меньшего количества в модифицированной шихте и за счет сохранения "наследственности" структуры используемого металла.

Карбидные включения и избыточные фазы в модифицированной шихте имеют более благоприятную морфологию и топографию по сравнению с немодифицированной шихтой. Переплав такой шихты (модифицированной) с дальнейшим перегревом металла до температур 1650 1750^oC приводит к дальнейшему улучшению морфологии топографии избыточных фаз.

Дополнительное модифицирование ультрадисперсным порошком позволяет измельчить карбидные фазы и улучшить их топографию. Перегрев модифицированного металла до температур 1650 1750^oC позволяет растворить крупные (более 0,1 мкм) частицы ультрадисперсного порошка, что снижает вероятность провоцирования "паразитных" зерен. Предложенный способ модифицирования позволяет избирательно воздействовать на избыточные фазы сплава.

В процессе поиска по источникам патентной и научно-технической литературы не обнаружено технического решения, которое содержало бы указанные отличительные признаки. На основании изложенного авторы и заявитель считают, что заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями.

Предлагаемый способ опробовали при отливке заготовок образцов и лопаток из жаропрочного сплава ЖС-32.

Плавку металла, заливку форм и операцию направленной кристаллизации осуществили в вакуумной индукционной установке УВНК-8П. Скорость протяжки при выращивании монокристальных отливок составляла 5 50 мм/мин. Модификаторы вводили в тигель на чистое зеркало металла. Предварительное модифицирование шихты осуществили при температуре 1650^oC. При этом в расплав вводили 0,03 0,1% ультрадисперсного порошка. Дополнительное модифицирование ультрадисперсным порошком в количестве 0,01 0,1% от массы металла производили в интервале температур 1500 1740^oC. Доводили температуру расплава до 1650 1750^oC, выдерживали 0,5 10 мин и заливали в литейную форму, нагретую до температуры, превышающей температуру ликвидуса заливаемого в нее сплава.

Испытания образцов, полученных из отдельно отлитых заготовок и отливок, проводили на машине УМЭ10Т и АИМА. Результаты испытаний образцов показали (см. таблицу), что наиболее высокие механические свойства при комнатной температуре и 1000^oC получены у отливок, изготовленных предлагаемым способом. Прочностные характеристики увеличиваются на 15 25% при одновременном возрастании пластичности на 5 10%
Показания длительной прочности при нагрузке 300 МПа и температуре 1000^oC увеличиваются на 50 75%
Опробование предложенного способа позволило снизить брак отливок по "паразитным" зернам на 10 15%

Использование: в литейном производстве при монокристальных отливках, преимущественно из жаропрочных никелевых сплавов. Сущность изобретения: способ включает расплавление шихты, нагрев литейной формы выше температуры ликвидуса сплава, модифицирование дисперсным порошком (из группы карбид, нитрид, карбонитрид, оксикарбонитрид), заливку расплава в литейную форму и направленную кристаллизацию расплава, причем в качестве шихты используют специально приготовленный сплав, модифицированный при переплаве ультрадисперсным порошком в количестве 0,03. ..0,1% от массы сплава и закристаллизованный, который затем плавят и при температуре 1500 - 1740^oC повторно модифицируют ультрадисперсным порошком в количестве 0,01 - 0,1% от массы обрабатываемого металла, а затем перегревают до температуры 1650 - 1750^oC, выдерживают 0,5 - 10 мин и охлаждают до технологической температуры заливки. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения монокристальных отливок преимущественно из жаропрочных никелевых сплавов, включающий приготовление расплава, модифицирование его смесью порошков тугоплавкого соединения и одного из металлов, образующих с ним устойчивые химические соединения, в количестве не более 0,1% от массы обрабатываемого расплава, заливку расплава в литейную форму, нагретую до температуры выше температуры ликвидуса сплава, и направленную кристаллизацию, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств отливок, модифицирование расплава смесью порошков ведут в количестве не менее 0,03% от массы обрабатываемого расплава, затем его закристаллизовывают, получая шихтовую заготовку, вновь нагревают до 1500 - 1740^oС и проводят дополнительное модифицирование той же смесью порошков в количестве 0,01 0,1% от массы обрабатываемого расплава, после чего доводят температуру расплава до 1650 1750^oС и перед заливкой в литейную форму выдерживают 0,5 10,0 мин, при этом в качестве порошков тугоплавкого соединения используют карбиды, и/или нитриды, и/или карбонитриды, и/или оксикарбонитриды титана или ниобия. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют смесь из ультрадисперсных порошков указанных соединений.