Вакуумная плавильно-литейная установка для плавки и литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям - Производство и технологии контрольная работа

Главная

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

Изучение технологии переплава шихтовых заготовок в литейном цехе. Требования к процессу плавки жаропрочных сплавов при литье лопаток. Описание вакуумной плавильной установки с подогревом форм, принцип ее работы, параметры и технические характеристики.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
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 А1 2 0 3 , Ti0 2 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.
Для литья лопаток в литейных цехах отрасли применяются 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 -3 мм 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.
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:
- оседания плены на стенках керамического тигля благодаря более высокой смачиваемости оксидов (преимущественно А1 2 0 3 , ТiO 2 ) с материалом керамики тиглей (электрокорунд, магнезит), чем смачиваемость этих материалов с расплавом.
Эти процессы эффективно протекают при температурах 1600 - 1650 о С. Расплав перегревают и дают выдержку при этих температурах до полного удаления плены. Температура перегрева в указанных пределах для разных сплавов и материалов тиглей может изменяться и фиксируется в технологии на отливаемую деталь. Повышение температуры перегрева расплава сверх приведенной интенсифицирует процессы очистки металла от оксидных включений. Однако при определенных температурах перегрева начинаются реакции химического взаимодействия расплава с керамикой тигля, то есть восстанавливаются углеродом расплава оксиды керамики, ванна расплава начинает интенсивно «кипеть», тигель подвергается эрозии, металл насыщается неметаллическими включениями от тигля. Такое «кипение» расплава не допускается технологией.
Пороговая температура начала интенсивного взаимодействия расплава с керамикой тигля понижается с повышением содержания углерода в сплаве и снижением суммарного содержания алюминия и титана, с повышением содержания хрома, неполным спеканием оксидов А1 2 0 3 и Si0 2 при синтезе муллита (материала, применяемого для изготовления тиглей), при наличии в материале тиглей других оксидов, легко восстанавливаемых металлом, например Fe 2 0 3 и других.
После очистки металла от неметаллических включений температура расплава снижается до технологической температуры заливки для конкретной детали (1440 - 1560 о С) в зависимости от металлоемкости, толщины стенок и технологической температуры формы в момент заливки и производится слив металла в литейную форму при условии отсутствия плен на поверхности металла. В противном случае операцию рафинирования металла повторяют.
Плавкой при литье лопаток считается партия лопаток, отлитых из одной исходной шихты рабочего сплава на одной плавильной установке в одну смену. К партии лопаток одной плавки отливают образцы-свидетели для контроля механических свойств и химического состава. Эти же образцы используют для контроля механических свойств после термической обработки лопаток от каждой партии - садки.
Технология переплава шихтовой заготовки при литье лопаток, несмотря на кажущуюся простоту процесса, существенно влияет на качество материала лопаток и механические свойства металла отливок. Этим и объясняется необходимость введения определения партии - плавки лопаток и ограничение числа лопаток в партии не только исходной плавкой шихтовой заготовки, но и сменной заливкой на одной установке.
Технические характеристики: Емкость тигля m 10 кг, мощность генератора N= 150 кВт, рабочая частота 2500 Гц, остаточное давление р н = 1 Па
Установка работает в полунепрерывном режиме, снабжена рабочей камерой, камерой загрузки шихты, камерой загрузки форм с печью подогрева форм.
Вакуумная система состоит из рабочих камер 1, механического насоса НВЗ-20Д, бустерного паромасляного насоса НВБМ-2.5, вакуум-проводов, вакуумных затворов и средств контроля вакуума.
При вакуумировании рабочей камеры механическим насосом 8, в обход бустерного, по вакуум-проводу 7 выполняется предварительная откачка воздуха до остаточного давления 100 - 130 Па. Затем включают паромасляный насос, обеспечивающий рабочий вакуум.
Работа установки (рис. 1) производится в следующем порядке: вакуумируется рабочая камера 1, в тигель 4 через камеру 2 загружается шихта и выполняется плавка; в печь подогрева 5 при температуре 950 - 1050 о С устанавливается горячая форма (1000 о С) , камера 3 вакуумируется и печь 5 перемещается в камеру 1, где заливается металлом, затем форма с металлом извлекается из печи 5 и цикл повторяется.
Индукционная печь питается генератором высокой частоты. Для обеспечения активной мощности, передаваемой в расплавляемый металл, имеется комплект конденсаторов, подключаемых с пульта управления.
Жаропрочные сплавы заливаются при Т зал = 1550-1600 о С . Физические свойства никеля - основы жаропрочных сплавов: удельная теплоемкость с = 440 (тверд) и с ж = 620 (жидк) Дж/(к К), плотность с = 8900 кг/м 3 температура плавления 1450 о С, теплота плавления q = 300 кДж/кг = 300000 Дж/кг, константа растворения водорода К н = 7·10 -4 %/ПА 0,5 . Эти сплавы склонны к взаимодействию с атмосферой печи, образованию плён и шлака. Плавка в вакууме снижает активность этого взаимодействия.
Время плавки металла определяется по выражению:
Ф=m(cДT тв +с ж ДT ж + q ) / (з N). (1)
ДT тв =Т пл - Т о = 1000-20 =980 о С
ДT ж = Т зал - Т пл = 1575-1000 =575 о С
з - к.п.д. плавильного узла, з = 0,7 - 0,4
При плавке скорость газовыделения из расплава (Па/с):
G м =114·10 5 m(c н - К н (р н ) 0,5 ) / ф п . (3)
Здесь c н - содержание водорода в исходном сплаве, c н = 0,02%, р н - давление газов при плавке, Па.
р в (предельное остаточное давление) = 6,5 · 10 -4 Па;
р н = р в /0,5 = 6,5 · 10 -4 /0,5 = 13· 10 -4 Па;
Поток газов, десорбирующихся с поверхности рабочей камеры:
Здесь F k - поверхность камеры, м 2 , q k - скорость газоотделения, для нержавеющей стали при 1 часе работы вакуумной системы q k = 8,8·10 -4 см 3 /(см 2 ч) = 8,8·10 -6 м 3 /(м 2 ч), F k = V/h = 0,7/5 =0,14 м 2 .
G к = 2808,8·10 -6 0,14 = 0,00034 Па/с
Внешнее натекание газов в камеру G квн определяют экспериментально, при этом его полагают допустимым в случае, если:
G квн < 10 G к , G квн < 10 0,00034 = 0,0034 Па/с
Общее газовыделение при плавке G o :
G o = 228,3 0,00034 0,0034 = 228,3 Па/с
Время откачки камеры до заданного давления определяют по формуле:
ф = (V/S нб ) ln[(p 1 - p в )/ (p 2 - p в )] . (6)
S н (быстрота откачки насоса) = 2500 дм 3 /с = 2,5 м 3 /с (для бустерного насоса НВБМ-2,5);
S н > 2S нб > S нб (необходимая скорость откачки) = S н /2 = 2500/2 = 1250 дм 3 /с = 1,25 м 3 /с
р 1 (начальное давление насоса) = 130 Па;
р в (предельное остаточное давление) = 6,5 · 10 -4 Па;
р 2 = р н , р в < 0,5р н > р н = р в /0,5 = 6,5 · 10 -4 /0,5 = 13· 10 -4 Па;
ф = (0,7/1,25) ln [(130 - 6,5 · 10 -4 )/(13· 10 -4 - 6,5 · 10 -4 )] = 6,8 с.
1. Методическое пособие к лабораторной работе «Вакуумная техника»;
2. Е. Н. Каблов, «Литые лопатки газотурбинных двигателей», М.: "МИСиС", 2001 - 632 с.;3. Интернет;
Расплавление металла шихтовой заготовки, подготовка расплава к заливке и заливка литейных форм. Герметизация плавильной камеры в течении рабочей смены. Глубина вакуума в плавильной камере. Технология переплава шихтовой заготовки при литье лопаток. курсовая работа [1,4 M], добавлен 19.06.2012
Описание техники литья зубопротезных деталей по выплавляемым моделям из моделировочного воска в формах из огнеупорного материала по моделям. Борьба с усадкой сплавов и восковых композиций. Технология изготовления форм. Операции по обработке отливок. презентация [747,6 K], добавлен 16.04.2016
Структура свойства алюминиевых сплавов. Способы производства слитков из них. Выбор и основные характеристики оборудования. Расчет себестоимость технологического процесса литья. Проектирование новая литейная установки - кристаллизатора с тепловой насадкой. дипломная работа [5,1 M], добавлен 26.10.2014
Классификация печей литейного производства, общая характеристика индукционной канальной печи. Расчет индукционной канальной печи для плавки цветных сплавов (а именно, цинка и его сплавов). Описание работы спроектированного агрегата, техника безопасности. курсовая работа [441,8 K], добавлен 02.01.2011
Технологические понятия в литейном производстве. Дефекты отливок, их получение в песчано-глинистых формах. Структура литниковой системы. Литье в оболочковые формы, в кокиль, по выплавляемым моделям. Основы центробежного литья. Литейные свойства сплавов. контрольная работа [813,7 K], добавлен 20.08.2015
Дуговые печи, их виды и характеристики. Основы процесса вакуумной дуговой плавки с расходуемым электродом. Тепловые процессы, происходящие во время плавки. Преимущества вакуумных дуговых установок. Возможности вакуумного электродугового переплава. курсовая работа [3,4 M], добавлен 12.11.2014
Структура цеха литья по выплавляемым моделям, его производственная программа. Выбор режима работы цеха и фондов времени. Условия работы детали, требования к ее функциональности. Обоснование и выбор способа изготовления отливки. Описание конструкции печи. дипломная работа [3,1 M], добавлен 06.04.2015
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Вакуумная плавильно-литейная установка для плавки и литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям контрольная работа. Производство и технологии.
Шпаргалка: Шпаргалка по Экономике 4
Реферат по теме Использование проблемных ситуаций на уроках математики в развитии творческого мышления младших школьников
Понятие И Структура Экономической Системы Общества Реферат
Учебное пособие: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования по специальности 2604 Лесное и лесопарковое хозяйство
Литература Для Отчета По Практике Юриста
Механизм Преступного Поведения Диссертация Пдф
Вопрос 2 Совершенствование документационных процессов.
Организация Проведения Туристических Походов Реферат
Дипломная работа по теме АРМ кассира-операциониста банка
Реферат: Биосфера и цивилизация. Скачать бесплатно и без регистрации
Контрольная Работа Метод Координат 9 Класс Геометрия
Эссе Для Егэ По Английскому Шаблон Эксперта
Статья: РНК-мир: у истоков жизни
Дипломная Работа На Тему Стратегическое И Маркетинговое Планирование
Реферат: Организация и деятельность ЗАО санатория Голубая волна г. Геленджик
Курсовая работа по теме Профессиональное и личностное становление преподавателя Учебных центров федеральной противопожарной службы
Объявление Гражданина Умершим Курсовая
Магистерская диссертация по теме Самостійна робота студентів як засіб формування професійної майстерності педагога-хореографа
Картина Комаров Наводнение Сочинение По Картине
Реферат: Зренянин, Жарко
Оптимизация документооборота в организации ООО "Райживсоюз" - Менеджмент и трудовые отношения курсовая работа
Карты трудовых мотиваторов - Менеджмент и трудовые отношения реферат
База данных отдела кадров - Программирование, компьютеры и кибернетика курсовая работа