УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ТУГОПЛАВКИХ И ЛЕГКООКИСЛЯЮЩИХСЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Полезная модель относится к области литейного производства и может быть использована при изготовлении отливок из титана и его сплавов, жаропрочных сплавов на никелевой основе, молибдена, вольфрама, хрома, тантала, ниобия, циркония и сплавов на их основе.
Известна установка для изготовления отливок из титана и сплавов на его основе - ДВЛ - 250, состоящая из вакуумированной камеры, в которой размещены плавильная печь с тиглем емкостью 400 кг. и две центробежные заливочные машины (Технология литейного производства. Специальные способы литья. Справочник. Изд. Москва «Машиностроение», 1991, стр241).
Известно устройство для изготовления отливок из тугоплавких и легкоокисляющихся металлов и сплавов включающее вакуумируемую камеру, в которой размещены плавильная печь и заливочный агрегат, в качестве заливочного агрегата в камеру установлено устройство литья выжиманием с кристаллизацией под давлением (ЛВКД), содержащее литейную форму с заливочным отверстием в нижней ее части, помещенную в герметизируемый контейнер, снабженный газопроводом для подачи в него газового давления при затвердевании отливки, размещенную под литейной формой облицованную огнеупором камеру выжимания, силовой механизм встречного перемещения формы и камеры для выжимания расплава из камеры в форму и отрыва пресс-остатка от отливки после выжимания (Положительное решение ФИПС от 21.03.2006 г. о выдаче патента по заявке №2006100382/22 B 22 D 18/00, заявлена 10.01.2006 г.).
3
Использование в устройстве облицованной огнеупором камеры выжимания (при литье титана используется графит), в которую вначале заливается расплав металла из плавильной печи, а затем вытесняется в рабочую полость литейной формы, приводит к дополнительным потерям металла, намораживаемого на стенках камеры выжимания. Облицовка камеры выжимания связана с расходом вспомогательных материалов, например графита. Так при выплавке 70 кг титанового сплава необходима камера выжимания диаметром 400 мм и высотой 150 мм при расходе графита на облицовку 1500 см. Использование крупногабаритных камер выжимания (диаметром 1 м и более) проблематично.
Целью предлагаемой полезной модели является устранение отмеченных недостатков, а именно:
- сокращение расхода вспомогательных материалов,
- уменьшение потерь металла при переливах,
- расширение номенклатуры литья;
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для изготовления отливок из тугоплавких и легкоокисляющихся металлов и сплавов, включающее вкуумируемую камеру, в которой размещены плавильная печь, емкость с расплавом металла и заливочный агрегат, содержащий литейную
форму с заливочным отверстием в нижней ее части, помещенную в герметизируемый контейнер, снабженный газопроводами для вакуумирования, подачи в него газового давления при затвердевании отливки и связи с атмосферой, механизм вертикального перемещения контейнера, в качестве емкости с расплавом металла использован тигель плавильной печи, снабженной механизмом ее горизонтального перемещения, вакуумируемая камера снабжена газопроводом для подачи в нее сжатого инертного газа, а к контейнеру снизу подсоединен герметично дополнительно введенный металлопровод для соединения тигеля печи с литейной формой при вытеснении в нее расплава.
Это позволяет устранить потери металла при переливах, уменьшить расход вспомогательных материалов (графита) примерно в 2 раза путем изготовления металлопровода, снять ограничения по весу и габаритам получаемых отливок.
На фиг.1 представлено заявляемое устройство в момент приготовления расплава, на фиг.2 - заявляемое устройство, после заполнения расплавом рабочей полости литейной формы.
Устройство состоит из вакуумируемой камеры 1, плавильной печи 2, расходуемого электрода 3, электродержателя 4, газопровода 5 для создания вакуума, газопровода 6 для подачи в камеру инертного газа, например аргона. С правой стороны расположен контейнер 7 с литейной формой, который дополнительно снабжен подвижным в горизонтальном направлении металлопроводом 8 (механизм перемещения на чертеже не показан), а сверху связан со штоком 9, соединенным с приводом вертикального перемещения (привод на чертеже не показан). В крышке контейнера 7 расположены газопроводы 10, 11, 12 соответственно для вакуумирования, подачи сжатого газа, связи с атмосферой.
Устройство работает следующим образом.
Расплав металла (сплав ВТ3-1Л) выплавляется в печи 2, охлаждается до температуры 1600°С (температурный интервал кристаллизации сплава 1620-1560°С) и плавильная печь 2 перемещается вправо под контейнер 7 (фиг.2) который на штоке 9 с металлопроводом 8 перемещается вниз до установленного зазора от дна тигля печи. После чего вакуум в камере 1 снимается, а через газопровод 6 в нее подается аргон под давлением 1 атм. В это время в контейнере 7 сохраняется вакуум. За счет разницы давлений расплав по металлопроводу 8 поднимается вверх в контейнер 7 и заполняет рабочие полости литейной формы. После заполнения литейной формы металлопровод 8 сдвигается вправо (механизм перемещения на чертеже не показан) и отсекает расплав металла в литейной форме от расплава металла в металлопроводе 8, после чего в контейнер 7 через газопровод 11 подается сжатый газ аргон под давлением 5атм и производится выдержка до затвердевания отливки.
Т.к. выжимаемый расплав находится в жидко-твердом состоянии, сразу после заполнения происходит объемное затвердевание его под газовым давлением 5 атм, сопровождающееся следующими процессами:
- микропластической деформацией,
- смыканием зерен (кластеров) без возникновения усадочных пустот и образования металлической связи в местах контакта,
- развитием диффузионных процессов.
Получаемый металл отливок имеет мелкое первичное зерно за счет литья в интервале кристаллизации, химическую однородность и не имеет микропор, т.е. эквивалентен кованому металлу.
Затвердевшие отливки извлекаются из контейнера 7 и процесс повторяется.
3
Расход графита на металлопровод составляет 778,5 см, т.е. почти в 2 раза меньше, чем для облицовки камеры выжимания. Устраняются потери металла при намораживании на стенки камеры выжимания. Снимаются ограничения по весу и габаритам получаемых отливок, т.к. плавильную печь можно изготовить в любой емкости.
Использование полезной модели позволяет сократить расход вспомогательных материалов при изготовлении отливок и снизить их себестоимость, сократить потери металла при литье, снять ограничения по весу получаемых отливок и их габаритам.