×
10.04.2019
219.017.06f6

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002470081
Дата охранного документа
20.12.2012
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на никелевой основе с применением некондиционных отходов, и может быть использовано при изготовлении отливок методом литья по выплавляемым моделям. Способ получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе включает подготовку шихтовых материалов, содержащих отходы жаропрочных никелевых сплавов, и их последующий переплав в вакууме. В качестве отходов жаропрочных никелевых сплавов используют возврат литейного производства и стружку, полученную при резке прутков жаропрочных никелевых сплавов, в количестве 3-10% от массы шихтовых материалов. Стружку предварительно промывают в проточной водопроводной воде до остаточного содержания масел на поверхности стружки в количестве 3-5%, обезжиривают в ультразвуковой ванне с водным раствором технического моющего средства, промывают в ультразвуковой ванне с использованием проточной водопроводной воды, а затем осуществляют промывку в непроточной дистиллированной воде. Далее проводят конвекционную сушку в сетчатых вращающихся барабанах и магнитную сепарацию стружки. Повышается коэффициент использования материала и процента выхода годной продукции за счет введения в состав шихтовых материалов очищенной от технических примесей стружки с химическим составом, идентичным литейному жаропрочному сплаву. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на никелевой основе с применением некондиционных отходов, и может быть использовано при изготовлении отливок методом литья по выплавляемым моделям при порционной плавке мерных шихтовых заготовок (МШЗ) в вакуумных индукционных печах периодического действия.

При резке ленточной пилой МШЗ из прутков исходных литейных жаропрочных сплавов образуется большое количество некондиционных отходов в виде мелкой стружки, содержащей в своем составе до 30-35% масел из СОЖ, применяемой при разрезке сплавов. Насыпная плотность полученной стружки составляет 0,45-0,50 г/см3, а гранулометрический состав стружки разнообразен: немногим более 500 мкм, но не менее 63 мкм.

Данное состояние стружки не позволяет использовать ее при изготовлении отливок, и стружка утилизируется. В технике известно достаточное количество химических, механических и физических способов очистки стружки цветных металлов от загрязнений и ее переработки. Основным способом переработки стружки является ее переплав в плавильных печах, при этом для повышения эффективности переплава используется принцип брикетирования (уплотнения) стружки.

Известны способы получения жаропрочных сплавов на никелевой основе с использованием в шихте отходов литейного производства и утилизированных деталей (Патенты РФ №1709738, С22С 1/02, 2000 г.; №2274671, С22С 1/02, 2006 г.; №2302473, С22В 7/00, С22В 9/20, 2007 г.; №2392338, С22С 1/02, 2010 г.).

По способу, описанному в патенте №1709738, в шихту перед расплавлением добавляют до 80 мас.% отходов, затем проводят рафинирование и раскисление металла. Известный способ, который относится к безотходным способам литья, не обеспечивает получение сплава с низким содержанием примесей и не позволяет использовать стружку, загрязненную маслами, совместно с возвратом литейного производства.

Известны различные способы подготовки стружки цветных металлов с целью очищения от загрязнения, например, способ переработки алюминиевых отходов механической обработки, включающий очистку, брикетирование, нагрев, прессование и переплав в слиток (Современные способы изготовления деформируемых полуфабрикатов из алюминиевого скрапа в сб. Цветная металлургия, серия: Вторичная металлургия цветных металлов. Обзорная информация, Вып.2, М., 1990, с.15).

Недостатками данного способа являются:

1. Низкая степень удаления с поверхности стружки технологических загрязнений, что неприемлемо при изготовлении отливок из жаропрочных сплавов на никелевой основе.

2. Необходимость использования силового оборудования и соответствующей формообразующей оснастки, позволяющих производить операцию брикетирования стружки и повышающих себестоимость производства.

3. Низкое качество металла слитка из-за использования при переплаве 100% стружки.

Известен способ обезжиривания алюминиевой стружки путем обработки ее в 15% растворе азотной кислоты в течение 10-20 минут, промывки водой, последующей обработки в 5% растворе едкого натра при температуре 50°С в течение 3-5 минут, повторной обработки в 15-20% растворе азотной кислоты и окончательной промывки водой и сушки. (Современные способы изготовления деформируемых полуфабрикатов из алюминиевого скрапа в сб. Цветная металлургия, серия: Вторичная металлургия цветных металлов. Обзорная информация, Вып.2, М., 1990, с.6).

Недостатками данного способа обезжиривания стружки являются:

1. Недостаточная степень удаления с поверхности стружки технологических загрязнений, что абсолютно недопустимо при изготовлении отливок из жаропрочных сплавов на никелевой основе.

2. Низкая экологическая составляющая процесса обезжиривания стружки, вызванная применением и утилизацией агрессивных кислот и щелочей.

Оба известных способа имеют высокую себестоимость предварительной подготовки стружки для дальнейшего использования ее в качестве добавки к шихтовым материалам, а также не обеспечивают полной идентичности химических составов стружки и исходного сплава.

Наиболее близким к заявляемому является способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий подготовку шихтовых материалов, содержащих отходы жаропрочных сплавов, и их последующий переплав (Патент РФ №2398905, С22С 19/03, 2010 г.).

В качестве отходов безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на основе никеля используют обрезь головных и донных частей отлитых шихтовых заготовок, недолитков, скрапин и сплесов, отходов литейного производства, а также стружки, образующейся при механической обработке монокристаллитных отливок и поверхности шихтовых заготовок.

Для повышения выхода годного с низким содержанием вредных примесей осуществляют очистку отходов путем рафинирования, перегрева и введения редкоземельных металлов, что существенно увеличивает себестоимость производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов. При этом основную массу отходов составляет обрезь, стружка и бракованные отливки (возврат), однако стружка изначально не содержит технические примеси.

В известном способе не предусматривается утилизация стружки, полученной при резке прутков ленточно-пильным методом, т.е. загрязненной техническими примесями (маслами СОЖ), что не обеспечивает безотходность производства.

Техническая задача заключается в снижении себестоимости литья, повышении коэффициента использования материала (КИМ) и процента выхода годной продукции за счет введения в состав шихтовых материалов очищенной от технических примесей стружки с химическим составом, идентичным литейному жаропрочному сплаву.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающем подготовку шихтовых материалов, содержащих отходы жаропрочных никелевых сплавов; и их последующий переплав в вакууме, согласно изобретению, в качестве отходов жаропрочных никелевых сплавов используют возврат литейного производства и стружку, полученную при резке прутков жаропрочных никелевых сплавов ленточно-пильным методом, которую добавляют в количестве 3-10% от массы шихтовых материалов, при этом стружку предварительно промывают в проточной водопроводной воде с температурой 80-90°С до остаточного содержания масел на поверхности стружки в количестве 3-5%, обезжиривают в ультразвуковой ванне с водным раствором технического моющего средства с температурой 80-90°С в течение 30-40 минут, промывают в ультразвуковой ванне с использованием проточной водопроводной воды с температурой 80-90°С в течение 10-15 минут, а затем осуществляют промывку в непроточной дистиллированной воде с температурой 80-90°С в течение 10-15 минут, и далее проводят конвекционную сушку в сетчатых вращающихся барабанах и магнитную сепарацию стружки.

Было обнаружено, что согласно заявляемому способу после проведения операции очистки, стружка имеет химический состав, идентичный исходному, что позволяет сохранить высокую степень чистоты дорогостоящих сплавов и улучшает экологичность процесса очистки стружки от технологических примесей, присутствующих в стружке, полученной при резке прутков ленточно-пильным методом, т.к. при подготовке исключается процесс расплавления, а значит и химическое взаимодействие.

Предлагаемый способ позволяет получать высококачественные отливки жаропрочных сплавов на никелевой основе с высоким процентом выхода годного (до 90%) и повышенным показателем по длительной прочности (до 95,2 часов). Из производства исключаются потери дорогостоящих исходных литейных сплавов, связанные с их разрезкой на мерные шихтовые заготовки, в виде стружки, которую после достаточно недорогой подготовки, без проведения операции брикетирования, используют в качестве возвратных отходов, что снижает себестоимость готовой продукции и повышает коэффициент использования материала на 15-20%. Способ обеспечивает полную идентичность химического состава стружки химическому составу исходного литейного сплава.

Стружка используется как полноценный исходный литейный сплав в количествах от 3,0 до 10,0%. Нижнее значение (3,0%) соответствует массе стружки, образовавшейся при одном резе, верхнее значение (10,0%) обусловлено ограничением объема плавильного тигля.

Из таблицы (см. в конце описания), иллюстрирующей преимущества заявляемого способа, видно, что все 5 плавок отвечают требованиям нормативной документации на исходный литейный сплав системы Ni-Co-Cr-Al-Mo-W-Re, однако, при использовании стружки возрастает процент выхода годного, а показатели длительной прочности превышают аналогичный показатель для исходного литейного сплава. При этом введение стружки в количестве 3-10% является оптимальным.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Прутки жаропрочного литейного сплава системы Ni-Co-Cr-Al-Mo-W-Re разрезали с использованием ленточной пилы (ленточно-пильным методом). Насыпная плотность стружки, образующейся при разрезке прутков, составляет 0,45-0,50 г/см2, при этом гранулометрический состав стружки следующий:

- частиц с размером более 500 мкм - 42%;

- частиц с размером от 500 до 315 мкм - 36%;

- частиц с размером от 315 до 200 мкм - 16%;

- частиц с размером менее 200 мкм - 6%.

Стружку, собранную после резки прутков и содержащую до 30-35% технологических примесей в виде масел из СОЖ, промывают в проточной водопроводной воде с температурой 80-90°С и контролируют остаточное содержание масел на поверхности стружки. Промывку заканчивают, когда содержание масел составляет 3-5%.

Затем отмытую стружку помещают в сетчатые вращающиеся барабаны с размером ячеек не более 63 мкм и при непрерывном перемешивании обезжиривают в ультразвуковой ванне в водном растворе технического моющего средства (концентрация 0,05-0,07 кг/л) при температуре раствора 80-90°С в течение 30-40 минут. Затем остатки моющего средства из состава стружки удаляют в ультразвуковой ванне с использованием горячей проточной водопроводной воды при температуре 80-90°С в течение 10-15 минут.

Промывку стружки от ионов щелочноземельных металлов (Са+2 и Mg+2), сульфатов (SO-4), хлоридов (Cl-1), нитратов (NO-3), фосфатов (РО-4) и пр. осуществляют в горячей непроточной дистиллированной воде при температуре воды 80-90°С в течение 10-15 минут при непрерывном перемешивании в сетчатых вращающихся барабанах. Затем проводят конвекционную сушку стружки в потоке нагретого до 130°C воздуха в течение 30-40 минут. При проведении операции конвекционной сушки, стружка находится в сетчатых вращающихся барабанах.

Магнитную сепарацию осуществляют с целью удаления из состава готовой стружки железосодержащих примесей. Операцию магнитной сепарации осуществляют вручную из слоя стружки, рассыпанной на ровной и немагнитной поверхности, с применением постоянного магнита.

Подготовка стружки завершается проведением контроля качества отмывки стружки. Контроль осуществляют при комнатной температуре визуальным методом в рассеянном свете на помутнение растворителя масел (Нефрас С2-80/120) после 10-ти минутной выдержки в нем пробы контролируемой стружки.

В последующем осуществляют подготовку шихтовых материалов и переплав. Для этого на дно плавильного керамического тигля емкостью 15 кг укладывают МШЗ исходного никелевого сплава массой 1600-1880 г. Поверх насыпают и выравнивают слой подготовленной стружки в количестве 120-400 г. На слой стружки укладывают «навеску» сплава в виде элементов литниково-питающих систем и забракованных отливок, являющихся возвратом собственного литейного производства, в количестве 2000 г. При этом поддерживают заданное технологией соотношение исходного литейного сплава и возврата собственного производства на уровне 50:50. Стружка в данном случае служит полноценным исходным литейным сплавом.

Расплавление производят в вакуумной индукционной печи периодического действия УППФ-3М при остаточном давлении 10-2 мм рт.ст. за счет прямого нагрева до 1650°С с технологической выдержкой в течение 2-3 минут с целью обеспечения удаления растворенных в расплаве газов. Далее производят операцию по очистке зеркала расплава от окисных плен путем покачивания тигля. Затем температуру снижают до технологической - 1480°С, после чего металл сливают в горячую огнеупорную форму, внутренние контуры которой соответствуют наружному контуру будущей отливки.

Пример: В состав шихтовых материалов входили 40% исходного жаропрочного литейного сплава системы Ni-Co-Cr-Al-Mo-W-Re, 50% возврата собственного литейного производства и 10% стружки, предварительно очищенной следующим образом:

Стружку промывали в проточной водопроводной воде с температурой 80-90°С, при этом контролировали остаточное содержание масел на поверхности стружки (не более 3-5%). Затем отмытую стружку помещали в сетчатые вращающиеся барабаны с размером ячеек 63 мкм и при непрерывном перемешивании обезжиривали в ультразвуковой ванне в водном растворе технического моющего средства (концентрация 0,05-0,07 кг/л) при температуре раствора 80-90°С в течение 30 минут. Остатки моющего средства из состава стружки удаляли в ультразвуковой ванне с использованием горячей проточной водопроводной воды при температуре 80-90°С в течение 10 минут.

Затем осуществляли промывание стружки в горячей непроточной дистиллированной воде при температуре воды 80-90°С в течение 10 минут при непрерывном перемешивании. Конвекционную сушку стружки проводили в сетчатых вращающихся барабанах, помещенных в потоке нагретого до 130° воздуха, в течение 30-40 минут.

Подготовка стружки завершалась операцией контроля качества отмывки стружки, которая заключалась в визуальном контроле в рассеянном свете помутнения растворителя масел Нефрас С2-80/120 после 10-ти минутной выдержки в нем пробы стружки.

На дно плавильного керамического тигля емкостью 15 кг укладывали МШЗ исходного никелевого сплава массой 1600 г. Поверх насыпали и выравнивали слой подготовленной стружки в количестве 400 г. На слой стружки укладывали «навеску» сплава в виде элементов литниково-питающих систем и забракованных отливок, являющихся возвратом собственного литейного производства, в количестве 2000 г.

Расплавление производили в вакуумной индукционной печи периодического действия УППФ-3М при остаточном давлении 10-2 мм рт.ст. за счет прямого нагрева до 1650°C с технологической выдержкой в течение 2-3 минут с целью обеспечения удаления растворенных в расплаве газов. Далее производили операцию по очистке зеркала расплава от окисных плен путем покачивания тигля. Температуру снижали до технологической 1480°С, после чего металл сливали в горячую огнеупорную форму, внутренние контуры которой соответствовали наружному контуру будущей отливки.

Результаты испытания образцов из полученного сплава показаны в таблице (см. в конце описания). Время до разрушения при испытании на длительную прочность при 1000°С и нагрузке 30 кг/мм2 составляло 95,2 часа, а выход годного - 90%.

Выбранная схема очистки стружки от технологических загрязнений в сочетании с разработанной схемой ее переплава обеспечивает получение отливок требуемого качества при снижении себестоимости их получения более чем 15%.

Заявляемое техническое решение опробовано в производственных условиях ОАО «Авиадвигатель» с положительным результатом. Заявленным способом возвращено в производство более 400 кг жаропрочных литейных сплавов на основе никеля на сумму 6000000 рублей.

Способ получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий подготовку шихтовых материалов, содержащих отходы жаропрочных никелевых сплавов, и их последующий переплав в вакууме, отличающийся тем, что в качестве отходов жаропрочных никелевых сплавов используют возврат литейного производства и стружку, полученную при резке прутков жаропрочных никелевых сплавов ленточно-пильным методом, которую добавляют в количестве 3-10% от массы шихтовых материалов, при этом стружку предварительно промывают в проточной водопроводной воде с температурой 80-90°С до остаточного содержания масел на поверхности стружки в количестве 3-5%, обезжиривают в ультразвуковой ванне с водным раствором технического моющего средства с температурой 80-90°С в течение 30-40 мин, промывают в ультразвуковой ванне с использованием проточной водопроводной воды с температурой 80-90°С в течение 10-15 мин, а затем осуществляют промывку в непроточной дистиллированной воде с температурой 80-90°С в течение 10-15 мин, далее проводят конвекционную сушку в сетчатых вращающихся барабанах и магнитную сепарацию стружки.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 51-60 из 100.
25.08.2017
№217.015.b7c4

Раствор для смачивания поверхности восковых моделей для высокоточного литья

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии литья, и может использоваться в технологии высокоточного литья по выплавляемым моделям. Описан раствор для смачивания поверхности восковых моделей для высокоточного литья, включающий этиловый спирт и воду, дополнительно содержащий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614944
Дата охранного документа: 31.03.2017
20.02.2019
№219.016.bd49

Камера сгорания газотурбинного двигателя

Камера сгорания газотурбинного двигателя включает наружный и внутренний корпуса, жаровую трубу в воздушной полости между ними и диффузор на входе с регламентированным срывом потока воздуха и перфорированной отверстиями радиально-конусной стенкой. Стенка выполнена за одно целое с внешним кольцом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002290566
Дата охранного документа: 27.12.2006
20.02.2019
№219.016.bd4a

Топливная форсунка камеры сгорания газотурбинного двигателя

Топливная форсунка камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит корпус с каналами и со штуцерами основного и дополнительного контуров подвода топлива на основное и дополнительное сопла, расположенные в головке форсунки, а также установочный фланец крепления форсунки к наружному корпусу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002290565
Дата охранного документа: 27.12.2006
20.02.2019
№219.016.be89

Приемник давления

Изобретение относится к испытаниям воздушно-реактивных двигателей, в частности к измерению полного давления набегающего потока воздуха или газа. Техническим результатом изобретения является обеспечение замера полного давления без специальной ориентации приемника относительно потока. Приемник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002392598
Дата охранного документа: 20.06.2010
20.02.2019
№219.016.bea5

Система управления тягой газотурбинного двигателя самолета

Изобретение относится к системам управления силовыми газотурбинными установками. Система управления тягой газотурбинного двигателя самолета включает в себя вычислительный модуль (1) управления тягой, электронный регулятор (2), топливный насос-регулятор (4), тросовый механизм (7), а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002393977
Дата охранного документа: 10.07.2010
20.02.2019
№219.016.bf00

Способ защиты газотурбинного двигателя от перегрева

Изобретение относится к области управления газотурбинными двигателями, в частности к способам защиты турбин авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) от перегрева. Техническая задача заключается в повышении надежности за счет достоверной оценки теплового состояния выходящих газов за турбиной и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002315885
Дата охранного документа: 27.01.2008
20.02.2019
№219.016.bf4e

Газотурбинный насосный агрегат

Изобретение относится к наземным газотурбинным агрегатам для механического привода, а именно к установкам с насосным агрегатом. Газотурбинный насосный агрегат состоит из установленных в контейнере газотурбинного двигателя и соединенного с ним переходным валом редуктора, на выходе из которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002386834
Дата охранного документа: 20.04.2010
20.02.2019
№219.016.c0df

Охлаждаемая лопатка турбины газотурбинного двигателя

Охлаждаемая лопатка турбины газотурбинного двигателя содержит полое перо и бандажную полку с уплотнительными гребешками. Уплотнительные гребешки установлены на периферийной стенке бандажной полки, образующей ее внутреннюю полость. На радиальное ребро внутренней полости пера установлена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002369748
Дата охранного документа: 10.10.2009
20.02.2019
№219.016.c30d

Способ автоматического управления тягой газотурбинных двигателей

Способ автоматического управления тягой газотурбинных двигателей (ГТД) заключается в изменении частот вращения n двигателей по программе n =f(L, Т, Р), где: L - угол поворота рычага управления двигателем, Твх - температура воздуха на входе в ГТД, Р - давление воздуха на входе в ГТД....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002406849
Дата охранного документа: 20.12.2010
20.02.2019
№219.016.c30f

Способ эксплуатации газотурбинной установки

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных установок, в частности оценке технического состояния газотурбинного двигателя и осуществлению контроля степени загрязнения газовоздушного тракта двигателя. Технический результат - повышение достоверности определения необходимости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002406990
Дата охранного документа: 20.12.2010
Показаны записи 11-15 из 15.
21.06.2020
№220.018.2961

Способ изготовления керамической формы для литья по выплавляемым моделям

Изобретение относится к области литейного производства. На модельный блок наносят огнеупорное покрытие и формируют слои огнеупорных суспензий. Каждый слой обсыпают в пескосыпе зернистым электрокорундом и сушат, затем удаляют восковую модель и прокаливают форму. Суспензия лицевого слоя имеет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723878
Дата охранного документа: 17.06.2020
09.07.2020
№220.018.30a0

Способ изготовления керамической оболочковой формы

Изобретение относится к области литейного производства. На модельный блок наносят огнеупорное покрытие, каждый слой обсыпают зернистым электрокорундом и сушат, удаляют модель и прокаливают. Суспензия лицевого слоя имеет состав, мас. %: кислое водно-коллоидное связующее 43,0-47,0, поверхностный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725921
Дата охранного документа: 07.07.2020
07.08.2020
№220.018.3dbc

Способ изготовления керамической формы для литья по выплавляемым моделям

Изобретение относится к области литейного производства. На модельный блок наносят огнеупорное покрытие, каждый слой обсыпают зернистым электрокорундом и сушат, удаляют модель и прокаливают. Суспензия лицевого слоя имеет состав, мас.%: кислое водно-коллоидное связующее 43,0-47,0, концентрат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002729229
Дата охранного документа: 05.08.2020
20.05.2023
№223.018.67c2

Суспензия для лицевого слоя керамической формы в литье по выплавляемым моделям (варианты)

Изобретение относится к области литейного производства. Суспензия для лицевого слоя керамической формы для литья по выплавляемым моделям содержит керамический огнеупорный материал и кислое водно-коллоидное связующее в виде водно-коллоидного раствора оксида металла. В качестве керамического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794491
Дата охранного документа: 19.04.2023
21.05.2023
№223.018.698f

Суспензия для оболочковой керамической формы

Изобретение относится к области литейного производства. Суспензия для оболочковой керамической формы для формирования ее слоев, кроме лицевого, содержит керамический огнеупорный материал и высокощелочное связующее в виде водно-коллоидного раствора оксида металла. В качестве керамического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794474
Дата охранного документа: 19.04.2023
+ добавить свой РИД