ЛЕГКОПЛАВКИЙ СПЛАВ
FUSIBLE ALLOY

Изобретение относится к металлообработке, а именно к зажимным средствам, применяемым для закрепления маложестких деталей при их механической обработке, и может быть использовано в авиадвигателестроении при изготовлении лопаток ГТД.
Известно использование расплавленного уксусно-кислого натрия в качестве самотвердеющего состава для крепления маложестких деталей при механической обработке (а.с. №979073, B23Q 3/06 от 07.12.82 г), но ввиду низкой твердости и прочности состав получил ограниченное применение.
Известно применение легкоплавкого сплава, состоящего из следующих компонентов: висмут - 50%, олово - 12,5%, свинец - 25%, кадмий - 12,5%. В производстве данный сплав известен под названием сплава «Вуда» (В.В.Крымов, Ю.С.Елисеев, К.И.Зудин. Производство лопаток газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 2002 г., стр.136).
в
2
Недостатком данного сплава является то, что он имеет низкие прочностные характеристики (σ=2,2 кг/мм, НВ=14), что не позволяет использовать данный сплав при заливке детали в брикет, так как под действием усилия крепления в приспособлении при механообработке происходит деформация брикета, достигающая 3% номинальной величины. Кроме того, происходит его пластическая деформация.
Наиболее близким легкоплавким сплавом, используемым для закрепления маложестких деталей при их механической обработке, выбранным в качестве прототипа, является сплав под названием «Cerrotru", состоящий из следующих компонентов: висмут 52% и олово - 48% (В.В.Крымов, Ю.С.Елисеев, К.И.Зудин. Производство лопаток газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 2002 г., стр.136).
в
2
Указанный сплав имеет более высокие прочностные характеристики (σ=3,4 кг/мм, НВ=19,9). Недостатком данного легкоплавкого сплава является то, что в течение 24 часов после заливки сплав имеет низкую размерную стабильность. Брикет с залитой в него деталью вначале увеличивает свои размеры, а затем уменьшает. Размеры при этом меняются на 0,1-0,15% от номинальных значений. Такая нестабильность приводит к снижению точности положения базовых поверхностей относительно осей детали, что в конечном счете снижает точность получения размеров обрабатываемой детали.
Технический результат данного изобретения выражается в повышении прочности и стабильности сплава, что ведет к повышению точности механической обработки маложестких деталей.
Сплавы на основе легкоплавких металлов, применяемые для закрепления деталей при их механической обработке, позволяют:
- после остывания неподвижно фиксировать деталь,
- не допускать смещения детали в процессе остывания сплава,
- обеспечивать сохранение в брикете плоскостности базовых поверхностей, их взаимное расположение и размеры после остывания в течение 24 часов после заливки,
- не допускать смещения заготовки детали в брикете под действием усилий зажима и резания,
- не взаимодействовать с материалом детали,
- сохранить стабильность своих свойств при многократном использовании.
Указанный технический результат достигается тем, что легкоплавкий сплав на основе висмута, включающий олово и висмут, дополнительно содержит кадмий при следующем соотношении компонентов, мас.%: олово - 40,5-41,5; кадмий - 2,5-3,5; висмут - остальное до 100%.
При увеличении процентного содержания висмута в составе сплава больше 56% приведет к повышению твердости, но снижению размерной стабильности. При увеличении процентного содержания олова в составе больше 41,5% приведет к снижению твердости и возрастанию деформации брикета при механической обработке. Увеличение процентного содержания кадмия больше 3,5% приведет к ухудшению прочностных характеристик брикета с залитой в него деталью при механической обработке.
При уменьшении процентного содержания висмута в составе сплава меньше 55,5% твердость сплава составит НВ=20,9; а относительное изменение размера брикета изменится на 0,2%. При уменьшении процентного содержания олова меньше 40,5% относительное изменение размера брикета изменится до 0,35%, а при уменьшении процентного содержания кадмия менее 2,5% относительное изменение размера брикета достигнет 0,2%.
В таблице для сравнения приведены сплавы и их прочностные характеристики.
Таблица
№ сплава
Содержание компонентов, мас.%
Твердость, НВ
Относительное изменение размера брикета из сплава после заливки, %
висмут
олово
кадмий
1
55
43
2,0
20,9
0,2
2
56
41,5
2,5
21,5
0,017
3
56
41
3
21,8
0,015
4
56
40,5
3,5
21,7
0,02
5
58
39
3
22,1
0,35
6
53
26
21
21,2
0,5
Как видно из таблицы, только заявленное соотношение компонентов сплава позволяет обеспечить одновременно повышенную прочность и стабильность получаемого сплава.
Технология применения состава следующая.
Перед обработкой маложесткую деталь, например лопатку ГТД, устанавливают в камеру на базирующие элементы. В зазор между деталью и камерой заливают расплавленный сплав. После затвердевания сплава и остывания его до комнатной температуры брикет с залитой в него деталью удаляется из камеры и направляется на механическую обработку, где брикет с деталью устанавливают в зажимное приспособление металлорежущего станка и подвергают обработке. После полной обработки деталь выплавляется из брикета. Таким образом, указанный легкоплавкий сплав за счет более высокой прочности и стабильности обеспечивает повышение точности механической обработки деталей, а также состав сохраняет стабильность своих свойств при многократном использовании.