Установки типа УВНК для литья жаропрочных сплавов (обзор)
Рассмотрены установки типа УВНК (экспериментальных и промышленных, различных габаритов) для литья жаропрочных сплавов в ВИАМ, а также в условиях промышленного производства. Установки, перечисленные в статье, удовлетворяют всем требованиям литейных предприятий (крупно- и мелкосерийного производства), позволяя получать более качественные по структуре и свойствам отливки.
Введение
В ВИАМ ведется разноплановая исследовательская деятельность по апробации и разработке различных литейных процессов для нужд серийного производства. Эта деятельность приводит к необходимости иметь литейные вакуумные установки различного типа, некоторые из них являются экспериментальными и не имеют мировых аналогов [1‒4].
Материалы и методы
Процесс и порядок технологических действий при литье жаропрочных сплавов заключается в следующем: загрузка керамических форм и шихтовой заготовки в печь, откачка воздуха до глубокого ваккума, нагрев формы до необходимой температуры, расплавление металла в тигле, заливка его в форму, погружение в жидкий металлический охладитель и охлаждение печи подогрева форм (ППФ) [5‒8].
Ниже приведены характеристики установок типа УВНК.
Экспериментальная установка ВИАМ-1790
Мощность установленная, кВт | 400 |
Мощность потребляемая (максимальная), кВт | 330 |
Рабочая среда в плавильной камере: вакуум, Па (мм рт. ст.) | 0,665 (5·10-3) |
Объем тигля, кг | 6 |
Температура (максимальная), °С: |
|
металла в тигле | 1700 |
электропечи подогрева форм | 1700 |
Скорость вертикального перемещения форм при кристаллизации, мм/мин | 1–10 |
Рисунок 1. Общий вид установки ВИАМ-1790
Общий вид установки представлен на рис. 1. Установка позволяет получать экспериментальные отливки из разрабатываемых жаропрочных сплавов. Хорошо подходит для исследовательской деятельности ввиду ее небольших габаритов и экономичности.
Установка нового поколения УВНК-15 со шлюзовой камерой
(для получения крупногабаритных отливок)
Мощность установленная, кВт | 430 |
Мощность потребляемая (максимальная), кВт | 360 |
Рабочая среда в плавильной камере: вакуум, Па (мм рт. ст.) | 0,665 (5·10-3) |
Объем тигля, кг | 15 или 25 |
Температура (максимальная), °С: |
|
металла в тигле | 1700 |
электропечи подогрева форм | 1700 |
Максимальные размеры рабочего пространства печи подогрева форм (ширина, длина, высота), мм | 160×300×650 |
Скорость вертикального перемещения форм, мм/мин: |
|
при кристаллизации | 1–10 |
при обратном ходе | 2–170 |
Скорость горизонтального перемещения форм, мм/мин | 1500±10 |
Максимальная температура кристаллизатора, °С | 800 |
Объем кристаллизатора по алюминию, кг | 200±20 |
Рисунок 2. Общий вид установки УВНК-15
Общий вид установки представлен на рис. 2. Эта вакуумная установка позволяет получать крупногабаритные отливки из жаропрочных сплавов в промышленных масштабах благодаря наличию шлюзовой камеры.
Уникальная установка УВНК-10
Рабочая среда в плавильной камере: вакуум, Па (мм рт. ст.) | 0,665 (5·10-3) |
Объем тигля, кг | 60 или 80 |
Температура (максимальная), °С: |
|
металла в тигле | 1700 |
электропечи подогрева форм | 1650 |
Габарит установки (ширина, длина, высота), мм | 8000×8000×6000 |
Скорость вертикального перемещения форм, мм/мин: |
|
при кристаллизации | 2–10 |
при обратном ходе | 120 |
Максимальная температура кристаллизатора, °С | 800 |
Рисунок 3. Общий вид установки УВНК-10
Общий вид установки представлен на рис. 3. Установка разработана по заданию ВИАМ, работает в периодическом режиме, так как не имеет шлюзовой камеры. В частности, на ней успешно получена партия отливок деталей ГТД и ГТУ высотой 600 мм (максимальная высота получаемых отливок 800 мм). Отличительной особенностью установки является трехзонный нагреватель и раздвигающийся по программе, в зависимости от геометрии отливки, тепловой экран [9‒11].
Экспериментальная установка УВНК-14
Мощность установленная, кВт | 400 |
Мощность потребляемая (максимальная), кВт | 320 |
Рабочая среда в плавильной камере: вакуум, Па (мм рт. ст.) | 0,665 (5·10-3) |
Объем тигля, кг | 17–25 |
Температура (максимальная), °С: |
|
металла в тигле | 1700 |
электропечи подогрева форм | 1650 |
Скорость вертикального перемещения форм, мм/мин: |
|
при кристаллизации | 5–10 |
при обратном ходе | 50 |
Максимальная температура кристаллизатора, °С | 800 |
Объем кристаллизатора по алюминию, кг | 300±20 |
Рисунок 4. Общий вид установки УВНК-14
Общий вид установки представлен на рис. 4. Установка является экспериментальной и предназначена для получения крупногабаритных отливок (например, на ней успешно отлиты крупногабаритные заготовки дисков турбины ГТД).
Литейная установка УВНК-9А
Мощность установленная, кВт | 400 |
Рабочая среда в плавильной камере: вакуум, Па (мм рт. ст.) | 0,665 (5·10-3) |
Температура (максимальная), °С: |
|
металла в тигле | 1700 |
электропечи подогрева форм | 1650 |
Скорость вертикального перемещения форм, мм/мин: |
|
при кристаллизации | 2–10 |
при обратном ходе | 50 |
Скорость горизонтального перемещения форм, мм/мин | 1500±10 |
Максимальная температура кристаллизатора, °С | 800 |
Рисунок 5. Общий вид литейной установки УВНК-9А
Общий вид установки представлен на рис. 5. Благодаря наличию шлюзовой камеры на установке УВНК-9А можно проводить несколько плавок в смену. Установка нашла широкое применение на таких предприятиях, как ФГУП «ВИАМ», «ММП им. В.В. Чернышева», ФГУП «НПЦ газотурбостроения „Салют”», ОАО «Климов», а также на заводах Индии [12‒17].
.
Результаты
На данных установках возможно изготавливать отливки для аттестации жаропрочных сплавов, а также применять их для литья отливок в промышленных масштабах.
Рисунок 6. Дифрактограммы образцов из жаропрочных сплавов ЖС32 (а) и ЖС36 (б), полученных на установках типа УВНК
Возможна также отработка технологии литья монокристаллов с заданной кристаллографической ориентацией (КГО). На рис. 6 представлены графики кривых КГО образцов из сплавов ЖС32, ЖС36, полученные с помощью дифрактометра общего назначения ДРОН-3, и проведена их оценка. Представленные дифрактограммы свидетельствуют как о малом отклонении кристаллографической ориентации образцов от заданного направления [001], так и о высокой степени структурного совершенства полученных отливок [18, 19].
Обсуждение и заключения
С развитием монокристаллического литья предприятиям необходимо оборудование, отвечающее техническим запросам и мировым стандартам. ВИАМ является единственным научно-исследовательским центром, предоставляющим широкий выбор установок типа УВНК. Только такой научно-исследовательский институт, как ВИАМ, обладая передовыми технологиями, может удовлетворить всем требованиям заказчика и гарантировать качество, выход годных по структуре отливок, а также надежность оборудования, так как имеет огромный опыт по производству оборудования, отвечающего мировым стандартам. Изделия, получаемые на установках типа УВНК, соответствуют высоким стандартам качества.
- Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 7–17.
- Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Светлов И.Л., Демонис И.М. Никелевые литейные жаропрочные сплавы нового поколения //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 36−52.
- Каблов Е.Н., Светлов И.Л., Петрушин Н.В. Никелевые жаропрочные сплавы для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой (Часть I) //Материаловедение. 1997. №4. С. 32–39.
- Каблов Е.Н., Светлов И.Л., Петрушин Н.В. Никелевые жаропрочные сплавы для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой (Часть II) //Материаловедение. 1997. №5. С. 14–16.
- Беликов А.В., Висик Е.М., Герасимов В.В. Модернизация оборудования для направленной кристаллизации – эффективный путь совершенствования технологии монокристаллического литья //Литейное производство. 2014. №4. С. 34–36.
- Герасимов В.В., Колядов Е.В., Висик Е.М. О направленной кристаллизации крупногабаритных отливок на установке УВНК-15 //Литейное производство. 2013. №3. С. 21–24.
- Беликов А.В., Герасимов В.В., Висик Е.М. Технология получения образцов для аттестации жаропрочных сплавов, выплавленных с применением отходов литейного производства заводов отрасли //Труды ВИАМ. 2013. №6. Ст. 02 (viam-works.ru).
- Герасимов В.В., Колядов Е.В. Технические характеристики и технологические возможности установок УВНК-9А и ВИП-НК для получения монокристаллических отливок из жаропрочных сплавов //Литейщик России. 2012. №11. С. 33–37.
- Каблов Е.Н., Герасимов В.В., Висик Е.М., Демонис И.М. Роль направленной кристаллизации в ресурсосберегающей технологии производства деталей ГТД //Труды ВИАМ. 2013. №3. Ст. 01 (viam-works.ru).
- Герасимов В.В., Висик Е.М., Колядов Е.В. Об освоении технологии получения крупногабаритных литых лопаток с монокристаллической структурой //Литейное производство. 2014. №3. С. 29–32.
- Горюнов А.В., Ригин В.Е. Современная технология получения литейных жаропрочных никелевых сплавов //Авиационные материалы и технологии. 2014. №2. С. 3–7.
- Колядов Е.В., Герасимов В.В., Висик Е.М. Получение крупногабаритных заготовок дисков турбины ГТД направленной кристаллизацией //Литейное производство. 2013. №10. С. 28–32.
- Базылева О.А., Аргинбаева Э.Г., Туренко Е.Ю. Жаропрочные литейные интерметаллидные сплавы //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 57−60.
- Толорайя В.Н., Остроухова Г.А., Демонис И.М. Формирование монокристаллической структуры литых крупногабаритных турбинных лопаток ГТД и ГТУ на установках высокоградиентной направленной кристаллизации //МиТОМ. 2011. №1. С. 25–33.
- Герасимов В.В., Висик Е.М. Технологические аспекты литья деталей горячего тракта ГТД из интерметаллидных никелевых сплавов типа ВКНА с монокристаллической структурой //Литейщик России. 2012. №2. С. 19–23.
- Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Сидоров В.В., Ригин В.Е., Каблов Д.Е. Особенности технологии выплавки и разливки современных литейных высокожаропрочных никелевых сплавов //Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. №SP2. С. 68–79.
- Колядов Е.В., Герасимов В.В., Висик Е.М. О получении образцов для экспресс-анализа химсостава жаропрочных сплавов //Металлургия. 2012. №3. С. 27–28.
- Каблов Е.Н., Бондаренко Ю.А., Каблов Д.Е. Особенности структуры и жаропрочных свойств монокристаллов <001> высокорениевого никелевого жаропрочного сплава, полученного в условиях высокоградиентной направленной кристаллизации //Авиационные материалы и технологии. 2011. №4. С. 25–31.
- Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Бронфин М.Б., Алексеев А.А. Особенности монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов, легированных рением //Металлы. 2006. №5. С. 47–57.