RU2562188C2 - Device to produce casts by directed crystallisation - Google Patents
Device to produce casts by directed crystallisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2562188C2 RU2562188C2 RU2013112565/02A RU2013112565A RU2562188C2 RU 2562188 C2 RU2562188 C2 RU 2562188C2 RU 2013112565/02 A RU2013112565/02 A RU 2013112565/02A RU 2013112565 A RU2013112565 A RU 2013112565A RU 2562188 C2 RU2562188 C2 RU 2562188C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- mold
- melting
- casting
- vacuum
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения отливок направленной кристаллизацией из сталей и никелевых сплавов.The invention relates to the field of foundry and can be used to produce castings directed by crystallization from steels and nickel alloys.
Известны индукционные плавильные или термические печи, в которых вакуумная камера выполнена из термостойкой вакуумплотной кварцевой трубы. Кварцевая труба через эластичные прокладки уплотняется с помощью стальных крышек, крепящихся на торцах трубы. В крышках выполнены отверстия для вакуумирования камеры печи, загрузки изделий и установки контрольных приборов. Концентрично кварцевой трубе снаружи установлен индуктор. Внутри трубы на уровне индуктора устанавливается плавильный керамический тигель или электропроводящий нагреватель, термоизоляция нагревателя от кварцевой трубы осуществляются керамическими термоизоляторами или металлическими экранами [Лейканд М.С. Вакуумные электрические печи. - М.: Машиностроение, 1977, с. 17-18; Сайт фирмы ALD, http: //web.ald-vt.de/cms/vakuum-technologie/anlagen/iwq/].Induction melting or thermal furnaces are known in which the vacuum chamber is made of a heat-resistant vacuum-tight quartz tube. A quartz pipe is sealed through elastic gaskets with steel caps attached to the ends of the pipe. Holes are made in the covers for evacuating the furnace chamber, loading products, and installing control devices. Concentric to the quartz tube, an inductor is installed outside. A melting ceramic crucible or an electrically conductive heater is installed inside the pipe at the inductor level, the heater is insulated from the quartz pipe by ceramic thermal insulators or metal shields [M. Leykand Vacuum electric furnaces. - M.: Mechanical Engineering, 1977, p. 17-18; ALD website, http://web.ald-vt.de/cms/vakuum-technologie/anlagen/iwq/].
Аналоги имеют малый объем вакуумной камеры, обеспечивающий снижение энергозатрат на набор и поддержание рабочего вакуума и позволяют проводить быстрый нагрев изделий до высокой температуры за счет создания высоких удельных мощностей энергии внутри кварцевой трубы.Analogs have a small volume of the vacuum chamber, which ensures a reduction in energy consumption for the set and maintenance of the working vacuum and allows for fast heating of products to high temperatures by creating high specific energy capacities inside the quartz tube.
Недостатком аналогов является невозможность реализации в них направленной кристаллизации металла с одноосной структурой.The disadvantage of analogues is the inability to implement in them directed crystallization of a metal with a uniaxial structure.
Известно устройство для изготовления отливок направленной кристаллизацией, содержащее вакуумную камеру, где размещены плавильно-заливочный блок с тиглем и индуктором, блок печи нагрева с нагревателем индукционным или сопротивления, камера загрузки, литейная форма, расположенная на штоке, оснащенном механизмом вертикального перемещения [http: //web.ald-vt.ru/cms/fileadmin/pdf/prospekte/vim_ic_eng.pdf, стр. 3].A device for the manufacture of castings by directional crystallization, containing a vacuum chamber, which houses a melting and casting unit with a crucible and an inductor, a block of a heating furnace with an induction or resistance heater, a loading chamber, a mold located on a rod equipped with a vertical movement mechanism [http: / /web.ald-vt.ru/cms/fileadmin/pdf/prospekte/vim_ic_eng.pdf, p. 3].
После заливки форма с заданной скоростью выводится из печи нагрева в камеру загрузки, в результате чего обеспечивается направленная кристаллизация расплава металла с ориентацией структуры, выведением пор в верхнюю часть отливки и получением беспористых отливок с одноосной структурой.After pouring, the mold is withdrawn from the heating furnace to the loading chamber at a given speed, resulting in directional crystallization of the molten metal with orientation of the structure, the removal of pores in the upper part of the casting and obtaining non-porous castings with a uniaxial structure.
К недостаткам аналога относятся большие габариты вакуумной камеры, определяющие повышенные энергозатраты на набор, обеспечение вакуума и охлаждение камеры в течение всего процесса получения отливки.The disadvantages of the analogue include the large dimensions of the vacuum chamber, which determine the increased energy consumption for the set, the provision of vacuum and cooling the chamber during the entire process of casting.
Известно устройство изготовления отливок направленной кристаллизацией (прототип), содержащее вакуумную камеру с откатной крышкой, шлюзовую камеру загрузки литейной формы с поворотной крышкой, направляющие, смонтированные в вакуумной и шлюзовой камерах, размещенные на них каретки с подвесками для закрепления литейных форм, имеющими механизмы горизонтального и вертикального перемещения форм. Внутри вакуумной камеры расположены печь нагрева литейных форм с нагревателями сопротивления, термоизолирующие экраны. В вакуумной камере находится также индукционная печь плавления и заливки металла, емкость с жидкометаллическим охладителем. Устройство снабжено шлюзовой камерой загрузки металлической шихты в тигель печи плавления [патент RU 2267380 С1, 10.01.2006].A device for the manufacture of castings by directional crystallization (prototype), comprising a vacuum chamber with a sliding cover, a lock chamber for loading a mold with a rotary cover, guides mounted in vacuum and lock chambers, carriages placed on them with suspensions for securing the molds with horizontal and vertical movement of forms. Inside the vacuum chamber there are foundry mold heating furnaces with resistance heaters, heat-insulating screens. In the vacuum chamber there is also an induction furnace for melting and pouring metal, a container with a liquid metal cooler. The device is equipped with a lock chamber for loading a metal charge into a crucible of a melting furnace [patent RU 2267380 C1, 01/10/2006].
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
1. Большие габариты и объем вакуумной камеры определяют повышенные энергозатраты на набор и поддержание рабочего вакуума, а также необходимость сложной системы водоохлаждения кожуха камеры.1. The large dimensions and volume of the vacuum chamber determine the increased energy consumption for the set and maintenance of the working vacuum, as well as the need for a complex system of water cooling of the chamber casing.
2. Недолговечность нагревателей сопротивления печи нагрева при рабочих температурах.2. The fragility of the resistance heaters of the heating furnace at operating temperatures.
3. Необходимость размещения формы на подвеске для ее погружения в жидкометаллический охладитель. При больших массах отливок непрочные и хрупкие керамические формы зачастую отрываются и падают в жидкометаллический охладитель с негативными последствиями (брак отливки, выход из строя охладителя, печи нагрева и вакуумной камеры).3. The need to place the mold on the suspension for immersion in a liquid metal cooler. With large masses of castings, fragile and brittle ceramic forms often come off and fall into the liquid metal cooler with negative consequences (casting defective, failure of the cooler, heating furnace and vacuum chamber).
Задачей технического решения является снижение энергозатрат и повышение надежности устройства за счет уменьшения объема вакуумной камеры и повышения удельной мощности в печи нагрева.The objective of the technical solution is to reduce energy consumption and increase the reliability of the device by reducing the volume of the vacuum chamber and increasing the specific power in the heating furnace.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для получения отливок направленной кристаллизацией, содержащем камеру плавления, в которой размещен на оси поворотный плавильно-заливочный блок, состоящий из тигля и индуктора, камеру нагрева литейной формы, в которой расположен нагревательный блок, состоящий из индуктора, размещенного снаружи камеры, термоизолятора и электропроводящего нагревателя, расположенных концентрично, камеру загрузки литейной формы, и литейную форму, установленную на штоке, оснащенном механизмом вертикального перемещения литейной формы, вакуумный затвор, расположенный между камерой нагрева и камерой загрузки литейной формы, заливочную воронку, размещенную на опоре, установленной на проставке, согласно изобретению камера плавления и камера нагрева выполнены из цилиндрических кварцевых труб, между торцами которых расположена водоохлаждаемая металлическая проставка, имеющая отверстие для соединения с вакуумной системой, плавильно-заливочный блок размещен на стойке, при этом стойка и опора заливочной воронки размещены на проставке, а в штоке выполнено центральное отверстие для подачи инертного газа к основанию литейной формы.The problem is solved in that in a device for producing castings with directional crystallization, containing a melting chamber, in which a rotary melting and casting block consisting of a crucible and an inductor is placed on the axis, a mold heating chamber, in which a heating block consisting of an inductor is located, placed outside the chamber, the heat insulator and the electrically conductive heater, arranged concentrically, the mold loading chamber, and the mold mounted on a rod equipped with a vertical mechanism movement of the mold, a vacuum shutter located between the heating chamber and the mold loading chamber, a casting funnel placed on a support mounted on a spacer, according to the invention, the melting chamber and the heating chamber are made of cylindrical quartz pipes, between the ends of which there is a water-cooled metal spacer, having a hole for connection to a vacuum system, the melting and casting unit is placed on the rack, while the rack and the support of the casting funnel are placed on the spacer, and in a central hole for supplying an inert gas to the base of the mold is made.
В устройстве для получения отливок направленной кристаллизацией проставка может быть выполнена из хромоникелевой стали.In the device for producing castings by directional crystallization, the spacer can be made of chromium-nickel steel.
В устройстве для получения отливок направленной кристаллизацией между камерой печи нагрева и вакуумным затвором может быть установлен кольцевой водоохлаждаемый металлический переходник.In the device for producing castings with directional crystallization, an annular water-cooled metal adapter can be installed between the chamber of the heating furnace and the vacuum shutter.
Техническое решение позволяет снизить энергозатраты и повысить надежность устройства за счет уменьшения объема вакуумной камеры и повышения удельной мощности в печи нагрева.The technical solution allows to reduce energy consumption and increase the reliability of the device by reducing the volume of the vacuum chamber and increasing the specific power in the heating furnace.
Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, на которых:The technical nature of the proposed technical solution is illustrated by drawings, in which:
Фиг. 1 - схема устройства;FIG. 1 is a diagram of a device;
Фиг. 2 - вид «А» на фиг. 1;FIG. 2 is a view “A” in FIG. one;
Фиг. 3 - отливка «шаровая пробка» из стали 12Х18Н10Т;FIG. 3 - casting "ball plug" of steel 12X18H10T;
Фиг. 4 - разрез отливки «шаровая пробка» из стали 12Х18Н10Т.FIG. 4 - section of the casting "ball plug" of steel 12X18H10T.
Предложенное устройство (фиг. 1) содержит камеру плавления 1 и камеру нагрева 2, изготовленные из кварцевых труб, которые через проставку 3 герметично соединены между собой. Проставка 3 изготовлена водоохлаждаемой из хромоникелевой стали 12Х18Н10Т и имеет отверстие для соединения с вакуумной системой. Камера плавления сверху герметично закрывается верхней крышкой 4, на которой располагается шлюзовая камера загрузки металлической шихты 5. Внутри камеры плавления располагается плавильно-заливочный блок, состоящий из керамического тигля 6, охваченного индуктором 7, которые смонтированы на общем основании, оснащенный механизмом поворота (не показан), опирающийся на стойку 8. Стойка 8 соединена с проставкой 3. Вакуумный затвор 9, расположенный ниже, герметично соединяет камеру нагрева с камерой загрузки литейной формы 10. Подвижная плита 11 механизма перемещения может двигаться в вертикальном направлении с помощью ходового винта 12 и механизма вертикального перемещения (не показан). На плите 11 закреплен шток 13, имеющий центральное отверстие 14 для подвода охлаждающего инертного газа - аргона. На штоке размещено основание 15 (керамика, молибден), имеющее выступы (зубья) 16, равномерно расположенные по окружности, которые имеют возможность входить в пазы (шлицы) 17 подставки 18 (керамика, молибден) (фиг. 2). Литейная форма 19 через поддон 20 опирается на основание 15. Устройство содержит гибкий газопроводный шланг (не показан), соединяющий центральное отверстие 14 в штоке через подвижную плиту 11 и герметичный ввод в нижней части камеры загрузки с баллоном со сжатым аргоном (не показан). Кварцевая камера нагрева 2 снаружи охвачена витками индуктора 21, который токами высокой частоты нагревает электропроводящую графитовую обойму 22, нагревающую излучением форму 19. Высокотемпературная зона камеры нагрева сверху и снизу, а также от кварцевой трубы изолирована термоизоляторами 23. Подача жидкого металла 24 из тигля 6 в форму 19 осуществляется через заливочную воронку 25, располагающуюся на опоре 26 (керамика, молибден). Опора 26 соединена с проставкой 3. Камера загрузки формы герметично закрывается крышкой 27. Между нижним торцом камеры нагрева и вакуумным затвором располагается водоохлаждаемый переходник 28 из хромоникелевой стали. Готовая отливка 29 (фиг. 3) из камеры загрузки извлекается через вакуумный затвор 9 и крышку 27.The proposed device (Fig. 1) contains a melting chamber 1 and a heating chamber 2, made of quartz pipes, which through a spacer 3 are tightly interconnected. Spacer 3 is made of water-cooled 12Kh18N10T chrome-nickel steel and has an opening for connection to a vacuum system. The melting chamber is hermetically closed from above by the top cover 4, on which the sluice loading chamber of the
Для обеспечения герметичности отдельные элементы корпуса устройства соединены через эластичные прокладки.To ensure tightness, individual elements of the device body are connected through elastic gaskets.
Торцы камер плавления и нагрева охлаждаются металлическими кольцевыми водо-охлаждаемыми рубашками.The ends of the melting and heating chambers are cooled by metal annular water-cooled shirts.
Работает предложенное устройство следующим образом.The proposed device works as follows.
На штоке 13 размещаются основание 15, поддон 20 и литейная форма 19. Крышкой 27 герметично закрывают камеру загрузки формы 10. При открытом вакуумном затворе 9 механизмом вертикального перемещения форма вводится в камеру нагрева 2. При этом выступы 16 основания 15 скользят по пазам 17 подставки 18. После подъема основания 15 несколько выше подставки 18 шток с основанием поворачивается относительно вертикальной оси по часовой стрелке на 45° и при обратном перемещении вниз штока основание 15 своими выступами садится на подставку 18. Шток продолжает перемещаться вниз и выводится из камеры нагрева. Вакуумный затвор 9 закрывается и герметизирует камеру нагрева. Камера плавления 1 герметично закрыта верхней крышкой 4. Вакуумной системой остаточное давление в камере доводится до уровня не более 10-1 Па. Включается индуктор 21 и графитовая обойма 22 излучением нагревает форму 19 до заданной температуры. Одновременно через шлюзовую камеру 5 в плавильный тигель 6 загружается металлическая шихта, доводится до плавления и расплав металла 24 заливается в форму 19 через заливочную воронку 25. Далее давление в камерах нагрева и загрузки выравнивается, вакуумный затвор 9 открывается, шток 13 поднимается вверх, несколько приподнимает основание 15 вместе с формой, поворачивается обратно против часовой стрелки на 45° относительно вертикальной оси и форма 19 начинает выводиться вниз из камеры нагрева в камеру загрузки. При этом выступы 16 основания 15 скользят по пазам 17 подставки 18. Одновременно на нижнюю зону формы подается струя сжатого аргона через центральное отверстие 14 штока. При этом кристаллизация жидкого металла начинается с донной зоны формы и за счет созданного градиента температуры продолжается в верхнем направлении с выведением усадочных пор в верхнюю часть с получением одноосной структуры отливки, после чего индуктор печи нагрева выключается. Вакуумный затвор герметично закрывает камеру нагрева. После охлаждения отливки осуществляется напуск в камеру загрузки воздуха и удаление формы с отливкой открытием крышки 27.On the stem 13, a
Контроль температуры расплава металла в плавильном тигле и печи нагрева осуществляется стационарными платино-платинородиевыми термоэлектрическими преобразователями и радиационными пирометрами.The temperature control of the molten metal in the melting crucible and the heating furnace is carried out by stationary platinum-platinum-rhodium thermoelectric converters and radiation pyrometers.
Пример.Example.
На предложенном устройстве проводили отливку 29 полой шаровой пробки диаметром 95 мм из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т массой 1,2 кг (фиг. 3). Литейную форму 19 установили на штоке, ввели в печь нагрева 2, повернули по часовой стрелке на 45°C и опустили на подставку 18. Шток 14 вывели вниз в камеру загрузки 10 и закрыли вакуумный затвор 9. После включения индуктора 21 температуру в литейной форме довели до 1530…1550°C, далее в тигле плавильной печи 6 расплавили шихту и при температуре 1570…1580°C залили в литейную форму 19 через заливочную воронку 25.The proposed device was cast 29 hollow ball plugs with a diameter of 95 mm from stainless steel 12X18H10T weighing 1.2 kg (Fig. 3). The mold 19 was mounted on the rod, introduced into the heating furnace 2, turned clockwise by 45 ° C and lowered to the stand 18. The rod 14 was brought down into the loading chamber 10 and the vacuum shutter 9 was closed. After turning on the inductor 21, the temperature in the mold was increased to 1530 ... 1550 ° C, then the mixture was melted in the crucible of the
Далее открыли вакуумный затвор 9, шток ввели в печь нагрева, приподняв основание 15 (относительно подставки 18), повернули его относительной вертикальной оси против часовой стрелки на 45° и форму 19 со скоростью 5..8 мм/мин вывели из печи нагрева в камеру загрузки, одновременно на нижнюю зону формы подали струю сжатого аргона через центральное отверстие в штоке. Вакуумный затвор закрыли и герметизировали камеру нагрева. После охлаждения отливки до 500…700°C осуществили напуск в камеру загрузки воздуха и удалили форму с отливкой 29 открытием крышки 27. Отливку из формы извлекли путем разрушения последней.Then the vacuum shutter 9 was opened, the rod was introduced into the heating furnace, raising the base 15 (relative to the stand 18), turned its relative vertical axis counterclockwise by 45 °, and the mold 19 was brought out of the heating furnace into the chamber at a speed of 5..8 mm / min loading, at the same time a stream of compressed argon was applied to the lower zone of the mold through a central hole in the stock. The vacuum shutter was closed and the heating chamber was sealed. After cooling the casting to 500 ... 700 ° C, the air was charged into the chamber and the mold was removed with casting 29 by opening the lid 27. The casting was removed from the mold by breaking it.
Отливку разрезали пополам. Исследования не выявили наличие пор и других дефектов в половинках отливки 30 (фиг. 4).The cast was cut in half. Studies have not revealed the presence of pores and other defects in the halves of the casting 30 (Fig. 4).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013112565/02A RU2562188C2 (en) | 2013-03-20 | 2013-03-20 | Device to produce casts by directed crystallisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013112565/02A RU2562188C2 (en) | 2013-03-20 | 2013-03-20 | Device to produce casts by directed crystallisation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013112565A RU2013112565A (en) | 2014-09-27 |
RU2562188C2 true RU2562188C2 (en) | 2015-09-10 |
Family
ID=51656325
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013112565/02A RU2562188C2 (en) | 2013-03-20 | 2013-03-20 | Device to produce casts by directed crystallisation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2562188C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2718038C1 (en) * | 2019-10-22 | 2020-03-30 | Рустам Фаритович Мамлеев | Device for production of casts by directed crystallization |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5275228A (en) * | 1990-12-13 | 1994-01-04 | Sulzer-Mtu Casting Technology Gmbh | Process and apparatus for production of single-crystal turbine blades |
RU2267380C1 (en) * | 2004-05-24 | 2006-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Apparatus for making castings with directed and monocrystalline structure |
-
2013
- 2013-03-20 RU RU2013112565/02A patent/RU2562188C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5275228A (en) * | 1990-12-13 | 1994-01-04 | Sulzer-Mtu Casting Technology Gmbh | Process and apparatus for production of single-crystal turbine blades |
RU2267380C1 (en) * | 2004-05-24 | 2006-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Apparatus for making castings with directed and monocrystalline structure |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RU 2124961C1"), 10.01.2006. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2718038C1 (en) * | 2019-10-22 | 2020-03-30 | Рустам Фаритович Мамлеев | Device for production of casts by directed crystallization |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013112565A (en) | 2014-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103834822B (en) | Titanium-based amorphous matrix material melting and casting method and casting device | |
KR20160038004A (en) | Forming a metal component | |
US20130219967A1 (en) | Method and device for producing polycrystalline silicon blocks | |
CN108645214B (en) | Suspension smelting furnace | |
CN102192797B (en) | Smelting temperature measuring device for directional solidification | |
US3845808A (en) | Apparatus for casting directionally solidified articles | |
US3405220A (en) | Induction electric mold heater | |
RU2562188C2 (en) | Device to produce casts by directed crystallisation | |
CN208976814U (en) | Aluminium alloy smelting, heat preservation, casting all-in-one oven | |
RU2492026C1 (en) | Device to produce castings with directed and monocrystalline structure | |
RU2545979C1 (en) | Device to produce castings by directed crystallisation | |
CN214120747U (en) | Metal smelting furnace | |
US1897589A (en) | Melting and casting of metals | |
EP2925469B1 (en) | Pressure reactor for producing materials having directed porosity | |
CN106756073B (en) | Multifunctional casting equipment applied to high-melting-point and high-activity metal materials | |
US5484008A (en) | Thermocouple positioner for directional solidification apparatus/process | |
JP6820185B2 (en) | Dissolution supply device for metal materials and decompression casting device using it | |
RU2597491C2 (en) | Device and the ceramic shell for producing castings with monocrystalline and directed structure | |
US3451467A (en) | Centrifugal casting apparatus | |
JP2003311374A (en) | Apparatus for manufacturing cast product | |
TW201300584A (en) | Feed tool for shielding a portion of a crystal puller | |
CN202119557U (en) | Melting temperature measuring device used by directional solidification | |
CN207294934U (en) | Melt smelting furnace in a kind of vertical area | |
RU2754215C1 (en) | Device for producing large-sized castings with directional and single-crystal structure | |
JP5369876B2 (en) | Small casting machine with melting function and pressure function |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170321 |