Вакуумная плавильно-литейная установка для плавки и литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям

В 50-60-х годах при разработке и освоении в промышленности технологии литья охлаждаемых лопаток плавка и заливка металла осуществлялись в вакуумных

Вакуумная плавильно-литейная установка для плавки и литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям

Курсовой проект

Разное

Другие курсовые по предмету

Разное

Сдать работу со 100% гаранией

Министерство образования и науки Российской Федерации

Рыбинский государственный авиационный технический университет

имени П.А. Соловьева

Факультет авиадвигателестроения

Кафедра материаловедения, литья и сварки

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине

«Технологическое оборудование литейных цехов»

на тему

« Вакуумная плавильно-литейная установка для плавки и литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям »

 

 

 

Студент группы ЛО-08: Чистякова Ю.В Руководитель: Серебряков С.П.

 

 

 

 

 

Рыбинск, 2012

 

Содержание

 

Введение

Описание установки УППФ

Работа установки УППФ

Расчет вакуумной системы

Список использованной литературы

 

 

Введение

 

Расплавление металла шихтовой заготовки, подготовка расплава к заливке и заливка литейных форм являются операциями, определяющими металлургическое качество отливок и свойства металла отливок.

Плавка жаропрочных сплавов на никелевой или железоникелевой основе, легированных алюминием и титаном, при литье лопаток или других деталей ответственного назначения осуществляется в условиях вакуума или в инертной атмосфере. Это вызвано тем, что расплавы жаропрочных сплавов активно окисляются кислородом, образуя на поверхности зеркала жидкоподвижную пленку оксидов (плены), преимущественно титана, алюминия, хрома. Оксиды, попадая в литейную форму при заливке, образуют в отливке несплошности структуры металла, что является неисправимым браком в отливках.

Повышение требований к металлургическому качеству лопаток вызывает необходимость постоянного совершенствования технологии выплавки сплавов и технологии переплава шихтовых заготовок сплавов при литье лопаток.

Технология переплава шихтовых заготовок в литейном цехе постоянно совершенствовалась в связи с возрастающими требованиями к лопаткам по надежности и ресурсу работы, ростом рабочих температур лопаток, утонением толщины стенок, увеличением термических напряжений в лопатках при эксплуатации.

В 50-60-х годах при разработке и освоении в промышленности технологии литья охлаждаемых лопаток плавка и заливка металла осуществлялись в вакуумных печах периодического действия. В данном случае использовались набивные плавильные тигли, применялась шихта преимущественно открытой выплавки с использованием собственного возврата в количестве 50-80 %. С освоением технологии литья охлаждаемых лопаток без припуска на механическую обработку по газовому тракту и ужесточением контроля поверхностных дефектов лопаток при переходе от контроля методом цветной дефектоскопии на ЛЮМ-контроль стала очевидной необходимость рафинирования расплавов жаропрочных сплавов от неметаллических включений перед сливом в литейную форму. Попытки рафинировать расплав в рамках существующей технологии литья и используемого оборудования путем повышения глубины вакуума до 5·10-3 мм рт.ст., увеличение времени выдержки расплава при глубоком вакууме не дали положительных результатов, и вопрос полезности глубокого вакуума долгое время оставался дискуссионным. Результатом многочисленных исследований, проведенных в ВИАМ, явились следующие требования к процессу плавки жаропрочных сплавов при литье лопаток:

- шихтовая заготовка вакуумной выплавки специализированного металлургического предприятия, удовлетворяющая требованиям соответствующего ГОСТа;

плавильные печи вакуумные полунепрерывного действия, обеспечивающие герметизацию плавильной камеры в течение рабочей смены;

глубина вакуума в плавильной камере не более 5·10-3 мм рт.ст., при натекании не более 30 л/(мкм·с);

быстросменный керамический тигель с ограничением срока эксплуатации.

Физический смысл вышеперечисленных требований к технологии сводится в первую очередь к обеспечению чистоты металла по неметаллическим включениям. Технические условия на шихтовую заготовку ограничивают содержание кислорода, азота, водорода. Из этих газов лишь водород находится в металле только в растворенном состоянии и при вакуумной плавке довольно легко удаляется из металла. Кислород и азот имеются в металле и в виде растворенных газов, но главным образом в составе неметаллических включений тугоплавких оксидов типа А1203, Ti02 и тугоплавких нитридов типа TiN, NbN и другие.

При переплаве исходной шихтовой заготовки содержание неметаллических включений в расплаве при определенных условиях может быть уменьшено, либо увеличено. Содержание кислорода и азота определяется парциальным их давлением в атмосфере печи, то есть прежде всего глубиной вакуума и величиной натекания, температурой расплава, взаимодействием расплава с футеровкой тигля, диссоциацией и растворением тугоплавких нитридов и другими факторами. При вакуумной плавке содержание кислорода снижается вследствие его взаимодействия с углеродом, присутствующим в сплавах в качестве легирующего элемента. Однако содержание кислорода не достигает тех значений, которые предсказывает термодинамика для реакций углерода с кислородом. По-видимому, причиной этого являются недостаточно изученные механизмы растворения огнеупоров.

Таким образом, чистота расплава металла по неметаллическим включениям в современном производстве лопаток ГТД достигается благодаря качественной по этим параметрам шихтовой заготовке, переплаву ее в вакуумных печах, обеспечивающих достаточную глубину вакуума при допустимом натекании и тигле, изготовленном из инертных к расплаву огнеупорных материалов.

 

Описание установки УППФ

 

Для литья лопаток в литейных цехах отрасли применяются вакуумные плавильные установки с подогревом форм (УППФ) нескольких модификаций конструкции плавильных камер, которых не имеют принципиальных различий. Установка УППФ включает несколько функциональных блоков (рисунок 1):

- блок плавильной камеры с индуктором 10, закрепленным на вращающейся платформе, обеспечивающей поворот плавильного узла при сливе металла в форму 3;

блок шлюзовой камеры с печью подогрева литейных форм 11, обеспечивающей технологическую температуру формы в момент заливки металлом 1. Для загрузки формы под заливку шлюзовая камера откатывается от плавильной камеры;

между шлюзовой и плавильной камерой расположен затвор 2, обеспечивающий герметизацию плавильной камеры при загрузке и выгрузке залитых литейных форм;

блок загрузки шихты 5, обеспечивающий вакуумирование шихты и загрузку ее в тигель без разгерметизации плавильной камеры;

с противоположной стороны от шлюзовой камеры на плавильной камере имеется крышка с запорами, смотровым стеклом и натекателями. Крышка открывается при обслуживании и ремонте плавильной камеры 4;

блок вакуумной системы включает два форвакуумных (7) и один бустерный насос и обеспечивает создание разрежения в плавильной камере до 13·10-3мм рт.ст.;

- блок силового электропитания 9, обеспечивающий плавку металла;

- блок электропитания 6, обеспечивающий управление параметрами технологического процесса и их регистрацию.

Регистрируемыми параметрами технологического процесса с записью на самописец являются: глубина вакуума в плавильной камере, температура металла по ходу плавки (замеряемая радиационным или термоэлектрическим пирометром), температура металла перед сливом в литейную форму, замеряемая термопарой погружения, температура печи подогрева. Проверка натекания проводится при холодном тигле не реже одного раза в неделю (лучше ежедневно перед началом рабочей смены). Глубина вакуума в плавильной камере оговаривается технологией на отливаемые детали и обычно находится в пределах (5-20)·10-3 мм рт.ст.

 

Работа установки УППФ

 

Шихтовая заготовка поставляется в виде прутка диаметром 90 мм мерной длины в соответствии с массой блока отливаемых деталей. Наружная поверхность шихтовой заготовки обтачивается до снятия оксидного поверхностного слоя, и заготовка упаковывается в индивидуальный пакет. Усадочная раковина на торцах не допускается. Все мерные заготовки одной плавки маркируются одним номером. К каждой плавке заводом-поставщиком прилагается сертификат, в котором указывается химический состав плавки, в том числе и содержание вредных примесей свинца, висмута и других, что оговорено техническими условиями и стандартами. В сертификате приводятся и контролируемые механические свойства: жаропрочность, предел прочности, предел текучести, удлинение и сужение при температурах, оговоренных техническими условиями.

Мерная шихтовая заготовка через вакуумный шлюз 5, подается в тигель с помощью загрузочного устройства. Прокаленную керамическую оболочку из прокалочной печи устанавливают в печь подогрева литейной формы плавильной установки и накатывают блок шлюзовой камеры на плавильную камеру. Затем вакуумируют плавильную камеру и начинают расплавление шихтовой заготовки. По мере расплавления шихтовой заготовки во всех случаях на зеркале расплава присутствуют оксидные плены, которые удаляют путем:

восстановления оксидной плены углеродом, присутствующим в расплаве или специально вводимым с шихтой на зеркало расплава обычно в количестве 0,02 % (масс.) по известной реакции:

 

МеО + С = Ме + СО↑

 

оседания плены на стенках керамического тигля благодаря более высокой смачиваемости оксидов (преимущественно А1203, ТiO2) с материалом керамики тиглей (электрокорунд, магнезит), чем смачиваемость этих материалов с расплавом.

 

Эти процессы эффективно протекают при температурах 1600 - 1650о С. Расплав перегревают и дают выдержку при этих температурах до полного удаления пле

Похожие работы

1 2 >