Максюта І.І., Квасницька Ю.Г., Михнян О.В., Нейма О.В.

(ФТІМС НАНУ, м. Київ)

АНАЛІЗ ТЕРМОМЕТРИЧНИХ ДАНИХ КРИСТАЛІЗАЦІЇ СПЛАВІВ ПРИ ЛИТТІ ЛОПАТОК ГТД У КОМПЛЕКСНОМОДИФІКОВАНІ КЕРАМІЧНІ ФОРМИ

На етапі прокалювання ливарної керамічної форми її елементи (стрижень і оболонка) знаходяться під впливом нерівномірного температурного поля. Під час заливання в цю систему включається рідкий, а потім і затвердіваючий розплав. Виникає складний напружено-деформуючий стан системи «стрижень – оболонка – виливок», який і визначає, в кінцевому підсумку, просторову точність деталі.

З метою виявлення впливу нерівномірності температурних полів на геометричну точність складнопрофільного виливка, авторами роботи було проведено термометрування під час кристалізації розплаву у керамічних формах, котрі були виготовлені з комплексномодифікованої кераміки, що розроблена у ФТІМС НАНУ. Ця нова вогнетривка суміш на основі корунду включає домішки у вигляді дрібнодисперсних металевих порошків алюмінію, кремнію та бору і відрізняється від стандартних сумішей підвищеною термічною, хімічною стабільністю та міцністю, що дає можливість підвищити температуру форми при заливанні у неї розплаву. Як відомо, це може зменшити перепад температур по перетину деталі та вздовж виливка. В якості деталі було вибрано лопатку ГТД складного профілю.

Точки виміру температури були обрані в термічних вузлах (замок лопатки), в переходах від замка до пера і по центру пера. В обрані точки на моделі лопатки впаяли двухканальну соломку (виготовлена з матеріалів на основі Al₂O₃) довжиною 15 – 20 мм та діаметром отворів 0,4 мм, покрили її парафіном, щоб після виготовлення форми соломку можна було видалити. На підготовлений блок нанесли шар кераміки звичайним способом. Після утворення додаткової керамічної оболонки провели виплавку модельної маси і витягнули впаяну в модель соломку. Відпал форми здійснювали в печі при температурі 1250 °С протягом двох годин, охолоджували, закріплювали в отворах на певній глибині вольфрам-ренієві термопари типу ВР 5/20. Розплавлення сплаву і заливання форм проводили за регламентом підприємства на ливарній установці УППФ-2. Отримані в процесі кристалізації сплаву графічні криві розшифровували за допомогою таріровочних графіків. Були вибрані температури підігріву форм для термометрування – 950 °С, 1020 °С, 1050 °С. Температура заливання металу становила 1560 °С. Після розшифрування діаграм були побудовані криві охолодження і криві розподілу температур по перетину лопатки в певний момент часу. Так, при заливанні форми, нагрітої до 950 °С різниця температур між серединою пера і надливною частиною лопатки становила 320 °С, а максимальна різниця температур між пером і надливною частиною лопатки – 420 °С, в той час як максимальна різниця температур між пером і нижньою бандажною полицею – 330 °С. При термометруванні форми, нагрітої до 1020 °С, встановили, що різниця температур між серединою пера і нижньою бандажною полицею – 150 °С. При нагріванні форми до 1050 °С, різниця температур між серединою пера і нижньою бандажною полицею через 2 с після заливання становила 100 °С, а через 10 і 20 с зростає до 120 – 130 °С.

Таким чином, результати термометрування показали, що перепад температур в різних перетинах зменшується зі збільшенням температури підігріву форм, що вдосконалює умови кристалізації лопаток та створює можливість отримання лопаток з більш щільною структурою.

Отже, більш термо- та хімічна стійкість комплексномодифікованої оболонкової багатошарової корундової форми дозволяє підвищити її температуру під час заливання металу і отримати виливок з поліпшеною розмірною точністю і покращеною структурою.