способ удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля

Формула изобретения

1. Способ удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий помещение отливок в автоклав, заливку автоклава раствором гидроксида натрия, нагрев раствора в автоклаве и обработку им отливок до полного удаления стержней, отличающийся тем, что перед заливкой раствора в автоклав дополнительно вводят гидроксид натрия из расчета не менее 80 г на 170 г стержней, причем автоклав заливают насыщенным раствором гидроксида натрия, оставляя в автоклаве свободный объем, нагрев раствора производят до температуры 300°С, а в процессе обработки раствором отливки периодически помещают в свободный объем автоклава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отливки помещают в свободный объем автоклава путем вращения автоклава вокруг его оси симметрии.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после удаления стержней из отливок и снижения температуры раствора в автоклаве ниже 100° автоклав погружают в воду, под водой вскрывают его, извлекают отливки и очищают их от продуктов реакции механическим путем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к удалению керамических стержней из внутренней полости отливок, в частности рабочих лопаток турбомашин, отливаемых методом направленной кристаллизации.

Известен способ удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, заключающийся в помещении отливок в автоклав, заливке автоклава раствором гидроксида натрия, нагреве раствора в автоклаве и обработке им отливок до полного удаления стержней (Авторское свидетельство СССР №1738470, кл. В 22 D 29/00, 1992 г.).

В известном способе отливки помещают в автоклав с раствором щелочи с концентрацией 250-400 г/дм³, а обработку керамических стержней в отливках ведут при температуре 260-450°С до полного растворения стержневой смеси.

Вместе с тем, в процессе удаления стержней корунд не растворяется в щелочах натрия. В результате взаимодействия гидроксида натрия с оксидом алюминия всегда образуются продукты реакции: алюминат натрия и вода. Это экзотермическая реакция, которая, с термодинамической точки зрения, может протекать в насыщенном растворе и при комнатной температуре. Однако удаление стержней при таких условиях практически невозможно из-за очень низкой скорости реакции. При повышении температуры диффузионная способность катионов натрия повышается и, как следствие, возрастает скорость реакции. В то же время, удаление стержней из внутренних полостей отливок протекает в условиях замкнутого объема автоклава, и по мере прохождения процесса концентрация щелочи в растворе снижается. При достижении критической для данной температуры концентрации щелочи процесс прекращается.

Таким образом, при относительно большой массе стержней (в сравнении с количеством введенного в раствор гидроксида натрия) стержни из внутренних полостей лопаток не удаляются.

Кроме того, снижение концентрации гидроксида натрия в растворе приводит к росту давления, которое по мере своего роста может привести к разгерметизации и взрыву автоклава, не гарантируя безопасность этого процесса.

Следует также отметить, что при реализации известного способа продукты реакции не удаляются из внутреннего объема отливок и могут остаться на месте части удаленного стержня. Вследствие этого дальнейший процесс удаления стержней практически прекращается, в том числе и тогда, когда концентрация щелочи остается выше критического значения. Таким образом, из тонких полостей отливок, например охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей, стержни удаляются не полностью.

По мере удаления стержней количество алюмината натрия возрастает и частично осаждается на стенках отливок. Имея высокую адгезионную способность к жаропрочным сплавам, алюминат натрия после высыхания остается на стенках отливок, в том числе и на стенках внутренних полостей лопаток. Удаление его механическим путем с отливок без повреждения поверхности практически невозможно. В том случае, когда алюминат натрия остается на поверхности отливок, при последующей термической обработке его остатки образуют с жаропрочными сплавами на основе никеля легкоплавкую эвтектику, приводя к эрозии поверхности, что снижает качество отливок.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение качества отливок, за счет обеспечения полного удаления из отливок как самих стержней, так и продуктов реакции, образующихся в процессе их удаления, а также повышение производительности процесса удаления стержней из внутренних полостей отливок с одновременным обеспечением безопасности этого процесса.

Задача решается тем, что в способе удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, заключающемся в помещении отливок в автоклав, заливке автоклава раствором гидроксида натрия, нагреве раствора в автоклаве и обработке им отливок до полного удаления стержней, перед заливкой раствора в автоклав дополнительно вводят гидроксид натрия из расчета не менее 80 грамм на 170 грамм стержней, причем автоклав заливают насыщенным раствором гидроксида натрия, оставляя в автоклаве свободный объем, нагрев раствора производят до температуры 300°, а в процессе обработки отливок раствором отливки периодически помещают в свободный объем автоклава, например, путем вращения автоклава вокруг его оси симметрии.

Кроме того, после удаления стержней из отливок и снижения температуры раствора в автоклаве ниже 100° автоклав погружают в воду, под водой вскрывают его, извлекают отливки и очищают их от продуктов реакции механическим путем.

Заливка автоклава насыщенным раствором гидроксида натрия и введение перед заливкой избыточного количества гидроксида натрия исключает возможность снижения концентрации щелочи в расплаве в процессе удаления стержней из отливок, что исключает несанкционированный рост давления в автоклаве и, следовательно, делает невозможной его разгерметизацию. С другой стороны, обеспечивается возможность проведения процесса удаления стержней с максимально возможной скоростью. Введение дополнительно гидроксида натрия из расчета 80 грамм на 170 грамм стержней обеспечивает на протяжении всего процесса достаточную концентрацию щелочи в растворе.

Нагрев раствора до температуры 300° производят из следующих соображений.

При повышении температуры вплоть до 300°С диффузионная способность катионов натрия возрастает и, следовательно, растет скорость процесса удаления стержней. Однако при температуре больше 300°С гидроксид натрия плавится. Активность катионов натрия в расплаве гораздо ниже их активности в растворе, и попадание расплава в зону реакции приводит к ее замедлению. При этом катионы натрия в расплаве становятся активными по отношению к жаропрочным сплавам на основе никеля, что приводит к образованию растрава отливок.

Периодическое перемещение отливок в свободный объем автоклава позволяет сливать из внутреннего объема отливок раствор вместе с продуктами реакции, всегда имея в зоне происхождения реакции раствор с максимальной активностью катионов натрия. Это как повышает производительность процесса, так и способствует полному удалению стержней из внутренних полостей отливок.

Перемещение отливок в свободный объем автоклава путем вращения автоклава вокруг своей оси симметрии обеспечивает достаточную простоту осуществления данного процесса.

Разгерметизация автоклава в воде исключает высыхание продукта реакции (алюмината натрия) на поверхности отливок, что делает возможным удаление этого продукта механически, в том числе и гидродинамическим путем, без повреждения поверхности отливок.

Способ удаления корундовых стержней из внутренних полостей отливок из жаропрочных сплавов на основе никеля, осуществляется следующим образом.

В автоклав помещают отливки из жаропрочных сплавов на основе никеля. Отливки размещают в специальном контейнере, например, цилиндрической формы. Отливки размещаются по периметру контейнера, а в свободное от отливок пространство (центр контейнера) устанавливается ограничитель, например стержень. В автоклав засыпают гидроксид натрия из расчета 80 грамм на 170 грамм стержней и заливают насыщенный раствор гидроксида натрия в воде. Автоклав заливают раствором не полностью, оставляя в нем свободный объем. Раствор в автоклаве нагревают до температуры 300°С, при этом отливки периодически перемещают в свободный объем автоклава, например путем вращения автоклава вокруг своей оси симметрии. Установленный в контейнере с отливками ограничитель не дает возможности отливкам падать в центральную часть контейнера и тем самым погружаться в раствор. При перемещении отливок в свободный объем автоклава из внутреннего объема отливок сливается раствор вместе с продуктами реакции. При дальнейшем погружении отливок в раствор обеспечивается непосредственный контакт не удаленных корундовых стержней с раствором с максимальной активностью катионов натрия.

После удаления стержней нагрев раствора прекращают, и при снижении температуры раствора в автоклаве ниже 100°С автоклав помещают в воду, и под водой механическим путем очищают отливки от продуктов реакции.

Изобретение позволяет обеспечить полное удаление стержней из внутренних полостей отливок, а также повысить производительность процесса этого удаления, обеспечивая при этом безопасность проведения процесса.