Изобретение относится к области литейного производства, а именно к удалению керамических стержней из внутренней полости отливок, в частности рабочих лопаток турбомашин, отливаемых методом направленной кристаллизации.
Известен способ удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, заключающийся в помещении отливок в автоклав, заливке автоклава раствором гидроксида натрия, нагреве раствора в автоклаве и обработке им отливок до полного удаления стержней (Авторское свидетельство СССР №1738470, кл. В 22 D 29/00, 1992 г.).
В известном способе отливки помещают в автоклав с раствором щелочи с концентрацией 250-400 г/дм3, а обработку керамических стержней в отливках ведут при температуре 260-450°С до полного растворения стержневой смеси.
Вместе с тем, в процессе удаления стержней корунд не растворяется в щелочах натрия. В результате взаимодействия гидроксида натрия с оксидом алюминия всегда образуются продукты реакции: алюминат натрия и вода. Это экзотермическая реакция, которая, с термодинамической точки зрения, может протекать в насыщенном растворе и при комнатной температуре. Однако удаление стержней при таких условиях практически невозможно из-за очень низкой скорости реакции. При повышении температуры диффузионная способность катионов натрия повышается и, как следствие, возрастает скорость реакции. В то же время, удаление стержней из внутренних полостей отливок протекает в условиях замкнутого объема автоклава, и по мере прохождения процесса концентрация щелочи в растворе снижается. При достижении критической для данной температуры концентрации щелочи процесс прекращается.
Таким образом, при относительно большой массе стержней (в сравнении с количеством введенного в раствор гидроксида натрия) стержни из внутренних полостей лопаток не удаляются.
Кроме того, снижение концентрации гидроксида натрия в растворе приводит к росту давления, которое по мере своего роста может привести к разгерметизации и взрыву автоклава, не гарантируя безопасность этого процесса.
Следует также отметить, что при реализации известного способа продукты реакции не удаляются из внутреннего объема отливок и могут остаться на месте части удаленного стержня. Вследствие этого дальнейший процесс удаления стержней практически прекращается, в том числе и тогда, когда концентрация щелочи остается выше критического значения. Таким образом, из тонких полостей отливок, например охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей, стержни удаляются не полностью.
По мере удаления стержней количество алюмината натрия возрастает и частично осаждается на стенках отливок. Имея высокую адгезионную способность к жаропрочным сплавам, алюминат натрия после высыхания остается на стенках отливок, в том числе и на стенках внутренних полостей лопаток. Удаление его механическим путем с отливок без повреждения поверхности практически невозможно. В том случае, когда алюминат натрия остается на поверхности отливок, при последующей термической обработке его остатки образуют с жаропрочными сплавами на основе никеля легкоплавкую эвтектику, приводя к эрозии поверхности, что снижает качество отливок.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение качества отливок, за счет обеспечения полного удаления из отливок как самих стержней, так и продуктов реакции, образующихся в процессе их удаления, а также повышение производительности процесса удаления стержней из внутренних полостей отливок с одновременным обеспечением безопасности этого процесса.
Задача решается тем, что в способе удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, заключающемся в помещении отливок в автоклав, заливке автоклава раствором гидроксида натрия, нагреве раствора в автоклаве и обработке им отливок до полного удаления стержней, перед заливкой раствора в автоклав дополнительно вводят гидроксид натрия из расчета не менее 80 грамм на 170 грамм стержней, причем автоклав заливают насыщенным раствором гидроксида натрия, оставляя в автоклаве свободный объем, нагрев раствора производят до температуры 300°, а в процессе обработки отливок раствором отливки периодически помещают в свободный объем автоклава, например, путем вращения автоклава вокруг его оси симметрии.
Кроме того, после удаления стержней из отливок и снижения температуры раствора в автоклаве ниже 100° автоклав погружают в воду, под водой вскрывают его, извлекают отливки и очищают их от продуктов реакции механическим путем.
Заливка автоклава насыщенным раствором гидроксида натрия и введение перед заливкой избыточного количества гидроксида натрия исключает возможность снижения концентрации щелочи в расплаве в процессе удаления стержней из отливок, что исключает несанкционированный рост давления в автоклаве и, следовательно, делает невозможной его разгерметизацию. С другой стороны, обеспечивается возможность проведения процесса удаления стержней с максимально возможной скоростью. Введение дополнительно гидроксида натрия из расчета 80 грамм на 170 грамм стержней обеспечивает на протяжении всего процесса достаточную концентрацию щелочи в растворе.
Нагрев раствора до температуры 300° производят из следующих соображений.
При повышении температуры вплоть до 300°С диффузионная способность катионов натрия возрастает и, следовательно, растет скорость процесса удаления стержней. Однако при температуре больше 300°С гидроксид натрия плавится. Активность катионов натрия в расплаве гораздо ниже их активности в растворе, и попадание расплава в зону реакции приводит к ее замедлению. При этом катионы натрия в расплаве становятся активными по отношению к жаропрочным сплавам на основе никеля, что приводит к образованию растрава отливок.
Периодическое перемещение отливок в свободный объем автоклава позволяет сливать из внутреннего объема отливок раствор вместе с продуктами реакции, всегда имея в зоне происхождения реакции раствор с максимальной активностью катионов натрия. Это как повышает производительность процесса, так и способствует полному удалению стержней из внутренних полостей отливок.
Перемещение отливок в свободный объем автоклава путем вращения автоклава вокруг своей оси симметрии обеспечивает достаточную простоту осуществления данного процесса.
Разгерметизация автоклава в воде исключает высыхание продукта реакции (алюмината натрия) на поверхности отливок, что делает возможным удаление этого продукта механически, в том числе и гидродинамическим путем, без повреждения поверхности отливок.
Способ удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, осуществляется следующим образом.
В автоклав помещают отливки из жаропрочных сплавов на основе никеля. Отливки размещают в специальном контейнере, например, цилиндрической формы. Отливки размещаются по периметру контейнера, а в свободное от отливок пространство (центр контейнера) устанавливается ограничитель, например стержень. В автоклав засыпают гидроксид натрия из расчета 80 грамм на 170 грамм стержней и заливают насыщенный раствор гидроксида натрия в воде. Автоклав заливают раствором не полностью, оставляя в нем свободный объем. Раствор в автоклаве нагревают до температуры 300°С, при этом отливки периодически перемещают в свободный объем автоклава, например путем вращения автоклава вокруг своей оси симметрии. Установленный в контейнере с отливками ограничитель не дает возможности отливкам падать в центральную часть контейнера и тем самым погружаться в раствор. При перемещении отливок в свободный объем автоклава из внутреннего объема отливок сливается раствор вместе с продуктами реакции. При дальнейшем погружении отливок в раствор обеспечивается непосредственный контакт не удаленных корундовых стержней с раствором с максимальной активностью катионов натрия.
После удаления стержней нагрев раствора прекращают, и при снижении температуры раствора в автоклаве ниже 100°С автоклав помещают в воду, и под водой механическим путем очищают отливки от продуктов реакции.
Изобретение позволяет обеспечить полное удаление стержней из внутренних полостей отливок, а также повысить производительность процесса этого удаления, обеспечивая при этом безопасность проведения процесса.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Способ удаления корундовых керамических стержней из внутренних полостей изделий | 1990 |
|
SU1738470A1 |
СПОСОБ УДАЛЕНИЯ КОРУНДОВЫХ И КВАРЦЕСОДЕРЖАЩИХ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ ИЗ ВНУТРЕННИХ ПОЛОСТЕЙ ОТЛИВОК | 1998 |
|
RU2158655C2 |
Технологический комплекс для ультразвуковой гидротермической очистки литых турбинных лопаток от керамического материала | 2018 |
|
RU2667267C1 |
СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ | 1998 |
|
RU2132760C1 |
СМЕСЬ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ | 1996 |
|
RU2098220C1 |
Керамическая смесь для стержней | 1988 |
|
SU1614883A1 |
СПОСОБ УДАЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ИЗ ОТЛИВОК ДЕТАЛЕЙ | 2014 |
|
RU2557119C1 |
Способ изготовления керамических стержней для оформления полостей сложнопрофильных отливок | 1980 |
|
SU1038058A2 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ С НАПРАВЛЕННОЙ И МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРАМИ | 2014 |
|
RU2572118C1 |
Способ изготовления литейных форм с использованием жидконаливных самотвердеющих смесей при производстве отливок из жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям (варианты) | 2021 |
|
RU2755624C1 |
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано, в частности, при изготовлении лопаток турбомашин методом направленной кристаллизации. Отливки из жаропрочных сплавов на основе никеля помещают в автоклав. Вводят в автоклав гидроксид натрия из расчета не менее 80 грамм на 170 грамм стержней и заливают насыщенный раствор гидроксида натрия в воде, оставляя в автоклаве свободный объем. Раствор нагревают до температуры 300°С и обрабатывают им отливки до полного удаления стержней. В процессе обработки раствором отливки периодически помещают в свободный объем автоклава, например, путем вращения автоклава вокруг его оси симметрии. После удаления стержней из отливок и снижения температуры раствора в автоклаве ниже 100 градусов автоклав погружают в воду, под водой вскрывают его, извлекают отливки и очищают их от продуктов реакции механическим путем. Изобретение позволяет обеспечить полное удаление стержней из внутренних полостей отливок, а также повысить производительность процесса этого удаления, обеспечивая при этом безопасность проведения процесса. 2 з.п. ф-лы.
Способ удаления корундовых керамических стержней из внутренних полостей изделий | 1990 |
|
SU1738470A1 |
СПОСОБ УДАЛЕНИЯ КОРУНДОВЫХ И КВАРЦЕСОДЕРЖАЩИХ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ ИЗ ВНУТРЕННИХ ПОЛОСТЕЙ ОТЛИВОК | 1998 |
|
RU2158655C2 |
Способ очистки отливок от керамики | 1981 |
|
SU997975A1 |
US 5332023 A, 26.07.1994 | |||
DE 3537351 A, 23.04.1987. |
Авторы
Даты
2006-05-20—Публикация
2004-08-13—Подача