ТИГЕЛЬ ВАКУУМНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ПЛАВИЛЬНО-ЗАЛИВОЧНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЛИТЬЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Полезная модель относится к области литейного производства, а именно к конструкции тиглей для плавки и разливки жаропрочных сталей и сплавов и может быть использована в вакуумных индукционных плавильно-заливочных установках, предназначенных для получения отливок из жаропрочных сталей и сплавов.
Известен тигель для плавки и заливки жаропрочных сталей и сплавов, содержащий плавильную емкость, снабженную в верхней части надставкой, выполненной в виде носка (Производство отливок из сплавов цветных металлов. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М., Бибиков Е.Л.: Учебник для вузов. М. Металлургия, 1986, С.83).
Применение таких тиглей не обеспечивает отделения шлаковых и неметаллических включений от металла при заливке литейных форм.
Наиболее близким к предлагаемой является конструкция тигля, вакуумной индукционной плавильно-заливочной установки, содержащем плавильную емкость, снабженную в верхней части надставкой, выполненной в виде сливной емкости, в основании которой выполнено сливное отверстие, при этом одна из стенок надставки наклонена под углом [3 к основанию плавильной емкости (патент GB 2227693, МПК B22D 43/00, опубл. 08.08.90).
Недостатком такой конструкции является то, что в период начала поворота тигля на слив в нем происходит образование бурунного течения с замешиванием шлаковых включений в расплав, являющихся источником дефектов в отливках.
Для предупреждения попадания шлаковых и других неметаллических включений в расплав в вакуумной индукционной плавильно-заливочной установке применяют индуктор, смонтированный вблизи сливного отверстия тигля, который создает в металле вихревые токи, обеспечивающие всплытие инородных частиц и отделение их от металла при заливке формы, что значительно усложняет конструкцию самой установки.
Задачей полезной модели является создание конструкции тигля, предупреждающей попадание шлаковых и пленочных включений, присутствующих в жидком металле, за счет их отделения от расплава в самом тигле.
Техническим результатом полезной модели является повышение качества отливок за счет предупреждения их засорения шлаковыми и другими неметаллическими включениями, присутствующими в жидком металле и проникающими в литейную форму в период ее заливки.
Технический результат достигается тем, что в тигле вакуумной индукционной плавильно-заливочной установки для литья деталей из жаропрочных сталей и сплавов, содержащем плавильную емкость, снабженную в верхней части надставкой, выполненной в виде сливной емкости, в основании которой выполнено сливное отверстие, при этом одна из стенок надставки наклонена под углом β к основанию плавильной емкости, в отличие от известного, величина угла β находится в интервале (α+5°)≤β≤(α+10°),
где α=arctg((1-K)·H/r) - угол наклона уровня поверхности расплава, при начале истечения его из тигля, к основанию плавильной емкости;
K=h/H - коэффициент заполнения тигля металлом;
h - уровень расплава в тигле, м;
Н - глубина плавильной емкости тигля, м;
r - радиус отверстия плавильной емкости тигля, м.
Надставка может быть выполнена за одно целое с плавильной емкостью.
Надставка может быть выполнена съемной.
Плавильная емкость может быть выполнена в виде усеченного конуса.
Для исключения ворон кообразования при сливе расплава из тигля в форму отношение глубины сливной емкости к диаметру сливного отверстия больше 2.
Полезная модель поясняется чертежами:
фиг.1 - конструкция тигля вакуумной индукционной плавильно-заливочной установки;
фиг.2 - процесс слива металла в форму из тигля прототипа;
фиг.3 - процесс слива металла в форму из тигля предлагаемой конструкции;
фиг.4 - А - отливка, полученные при слива металла в форму из тигля прототипа; Б- отливка, полученная при сливе металла в форму из тигля предлагаемой конструкции.
Тигель (фиг.1), предназначенный для плавки и заливки жаропрочных сталей и сплавов, преимущественно в вакууме, содержит плавильную емкость 1, выполненную в виде усеченного конуса. Плавильная емкость тигля в виде усеченного конуса снабжена в верхней части надставкой 2, выполненной в виде сливной емкости, в основании которой выполнено сливное отверстие 3.
Надставка может быть выполнена съемной или за одно целое с плавильной емкостью.
Одна из стенок 4 надставки наклонена под углом β к основанию плавильной емкости. При этом выполняется условие - угол β больше угла а на (5÷10)°.
Угол α - угол наклона уровня поверхности расплава, при начале истечения его из тигля, к основанию плавильной емкости определяют:
α=arctg((1-K)·H/r),
где K=h/H - коэффициент заполнения тигля металлом;
h - уровень расплава в тигле, м;
Н - глубина плавильной емкости тигля, м;
r - радиус отверстия плавильной емкости тигля, м.
Выполнение условия (α+5°)≤β≤(α+10°), необходимо для предупреждения бурунного течения потока жидкого металла, истекающего из отверстия, и замешивания в расплав шлаковых включений.
Отношение глубины Н, м сливной емкости к диаметру D, м сливного отверстия (фиг.1) принимается больше 2 из условия слива расплава из тигля в форму без воронкообразования. При нарушении этого условия слив расплава в форму происходит с воронкообразованием, при этом по свободной поверхности расплава в воронке шлаковые частицы протекают в струю, замешиваются в металл и формируют дефекты в отливке.
Устройство работает следующим образом.
Тигель устанавливают в индуктор плавильно-заливочной установки. В плавильной емкости 1 тигля расплавляют металл и затем заливают его в керамическую форму через сливное отверстие 3 в надставке 2 путем поворота тигля. При заливке металла через надставку не происходит разрыв и затягивание неметаллический включений в струю металла, образующихся при плавке на поверхности жидкого металла.
Пример.
Для оценки эффективности предлагаемой конструкции был сконструирован плавильно-заливочный тигль со съемной надставкой. При проведении эксперимента изменяли угол р - угол наклона стенки надставки к основанию плавильной емкости. Для изучения процесса заливки и фиксирования процесса проникновения неметаллических включений из тигля в форму заливка металла снималась видеокамерой для различных углов наклона стенки надставки к основанию плавильной емкости.
Например, в тигле расплавляли жаропрочный сплав ЖС 6 и заливали в керамическую форму - состоящую из блока отливок «Лопатка соплового аппарата».
Как видно из полученных результатов, при сливе металла в форму через сливное отверстие в надставке, одна из стенок которой наклонена под углом (α+10°)≤β≤(α+5°) к основанию плавильной емкости, в начальный период поворота ковша (фиг.2) происходил разрыв и затягивание неметаллических включений, образующихся при плавке на поверхности жидкого металла, в струю металла, истекающую в форму. Стрелками а, б и в показан путь движения шлакового включения из плавильного тигля в форму. Полученная отливка показана на фиг.4Б. Стрелками показано расположение дефектов - шлаковое (неметаллическое) включение.
На фиг.3 видно, что при заливке металла в форму через сливное отверстие в надставке, одна из стенок которой наклонена под углом (α+5°)≤β≤(α+10°) к основанию плавильной емкости, проникновения неметаллических включений в форму не происходило. Полученная отливка показана на фиг.4А.
Предлагаемая конструкция тигля позволяет предупредить попадание в литейную форму шлаковых и пленочных включений при заливке отливок из жаропрочных сталей и сплавов в вакуумных индукционных плавильно-заливочных установках, что позволяет повысить качество отливок и значительно упростить конструкцию плавильно-заливочной установки.