Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

Титан — молодой металл. Он был открыт в конце 18 века. Титан обладает высокой температурой плавления (1670 °C), малым удельным весом (4.5 г/см3) и высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

Титан

Высокая цена и сложность обработки металла обуславливают его относительно узкое применение в промышленности — только для самых ответственных деталей. Из легкого и прочного металла делают высоконагруженные детали и узлы в аэрокосмической, оборонной и нефтяной отраслях.

Технология литья из титана

Сложность технологии титанового литья обуславливается высокой температурой плавления и очень высокой химической активностью жидкого титана.

Он пытается вступить в реакцию со всеми газами, содержащимися в воздухе. Поэтому литье титана традиционно проводили в атмосфере инертных газов.

Для этого плавильные печи изолировали от атмосферы, нагнетая в них специальные газы и создавая избыточное давление.

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

Технология литья из титана

Впоследствии были разработаны вакуумные плавильни-литейные установки. Они объединяют в одном вакуумированном объеме, процессы расплавления металла, его литья и остывания отливки. Литье производится в графитовые формы. Наравне с этой технологией применяется и метод вакуумного литья по выплавляемым моделям. Используется также и технология оболочечного литья.

Современные методы литья позволяют получать прочные и однородные отливки, удовлетворяющие самым придирчивым конструктивным требованиям. Метод литья также обладает преимуществом перед механической обработкой на станках и сваркой лучшим коэффициентом использования металла. Многие производители стали шире применять литые детали вместо фрезерованных.

В художественном литье металл широкого применения не нашел из-за сложности производства. Широкую известность в мире искусства получила первая отлитая из титана статуя Юрия Гагарина в Москве.

Область применения титановых сплавов

Титан обладает прекрасными конструкционными свойствами: он прочен (вдвое прочнее алюминия), легок (почти вдвое легче стали), упруг, не ржавеет, хорошо выдерживает напряжения растяжения, сжатия и скручивания.

От широкого применения легкого и прочного металла сдерживает его высокая стоимость и сложность обработки. Из титана делают самые ответственные высоконагруженные детали в аэрокосмической отрасли — там, где малый вес важнее высокой цены.

Это как детали планера самолета, так и детали двигателя — крыльчатки нагнетателей и воздухозаборники.

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

Область применения титановых сплавов

  • Титан также широко применяется в производстве вооружений — от деталей стрелкового оружия и бронежилетов до корпусов подводных лодок, выдерживающих погружение на рекордные глубины в 1000 метров.
  • В нефтегазовой отрасли литье титановых сплавов применяется для изготовления труб и запорной арматуры для установок нефтегазодобычи, нефтепроводов и нефтегазоперерабатывающих заводов.
  • Прокат и литье из титана применяется также для производства деталей элитных и гоночных автомобилей и мотоциклов, велосипедов и часов.
  • Благодаря физиологической инертности из титановых сплавов делают также зубные и костные протезы.

Основные характеристики титановых сплавов

Высокая реакционная способность титана позволяет производить его сплавы со многими металлами, получая материалы со значительно улучшенными и даже уникальными свойствами.

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

Формы титана

Сплав с никелем Нитинол обладает эффектом «памяти формы» и широко используется в медицине и аэрокосмической отрасли

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделямНитинолЛитье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделямСуть эффекта памяти

Сплавы с алюминием отличаются стойкостью к продолжительному нагреву и коррозионной устойчивостью, что позволяет применять их в авиации и автостроении.

Сплав с барием используется как  газопоглотитель в электронно-лучевых трубках и высоковакуумных насосах.

Широко применяется сплав с алюминием. Ti-6Al-4V (или ВТ6), примерно  6% алюминия и около 4% ванадия. На него уходит почти половина производимого титана.

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

Ферротитан

Ферротитан (сплав с железом, содержащий 18—25% титана) используют при производстве стали для ее раскисления и для связывания неметаллических примесей

Титан используется и как присадка для легирования специальных сталей: высокопрочных, жаростойких и для особо тяжелых условий эксплуатации

Литье титана по выплавляемым моделям

Этот метод чаще применяется при литье отливки небольшого размера со сложной конфигурацией или тонкими стенками.

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

Литье титана по выплавляемым моделям

Модели изготавливаются из воска или полистирола. Модель полностью повторяет конфигурацию готового изделия, но имеет увеличенные на величину литейной усадки размеры. Модель также включает в себя небольшие вертикальные стержни до уровня засыпки формы, применяемые для формирования литьевых отверстий.

Через литники в форму поступает расплавленный металл. Модели объединяют в блоки, которые помещают в опоку, которую заполняют высокодисперсным графитовым порошком. Уплотнение производится вибрационным методом. Для достижения лучшего уплотнения порошка уплотнение производят послойно.

По готовности форму с блоком моделей помешают в вакуумированную камеру и заливают в нее расплав.

Раскаленный жидкий металл расплавляет материал модели и вытесняет его в виде газов прямо через стенки формы. Расплав заполняет форму, в точности повторяя все детали ее рельефа. Остывание отливок проводится по специальному графику, чтобы снизить вероятность возникновения остаточных напряжений в металле.

Материалы и оборудование для литья титана

Вследствие высокой активности нагретого титана для его литья приходится применять специфическое оборудование.

Плавильный агрегат и машина литья литейных форм размещаются в герметичной вакуумированной камере. Высокопроизводительные насосы откачивают как воздух на начальном этапе, так и удаляют газы, образующиеся при плавлении и отливке.

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

Машина для литья литейных форм

Обычные керамические тигли для плавки не подходят, вместо них используют графитовые.

В электродуговых печах, где нагрев идет изнутри, используют охлаждаемые емкости, покрытые тонким слоем металлического титана — так называемые гарнисажи. Сверху в тигель опускается расходуемый электрод.

Автоматическая подача поддерживает постоянное расстояние от электрода до поверхности расплава по мере его расходования.

Ниже тигля находится блок литейных установок, в который расплав подается под действием своего веса. Для улучшения распределения расплава по форме блок с формами может вращаться.

Время опрокидывания тигля определяется исходя из постоянно контролируемых параметров — температуры тиглей, давления, химического состава расплава.

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

Пресс-формы из графита

Пресс-формы делают из графита. В последнее время вместо дорогостоящих графитовых форм начинают применять формы из обычных огнеупорных материалов со специальным тонким защитным покрытием, препятствующим вступлению титана в реакцию.

Сложность технологических процессов, высокая цена оборудования и расходных материалов, высокая квалификация персонала делают процесс отливки титана доступным лишь для специализированных промышленных производств.

Источник: https://stankiexpert.ru/spravochnik/litejjnoe-proizvodstvo/lite-titana.html

Безмодельная технология литья деталей из титановых сплавов

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделямЛитье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделямЛитье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделямЛитье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

Безмодельная технология литья деталей из титановых сплавов полностью исключает использование моделей. При этом используются графитовые заготовки сложной конфигурации, что позволяет получать детали с большей размерной точностью.

  • Описание
  • Преимущества
  • Применение

Описание:

Безмодельная технология литья деталей из титановых сплавов полностью исключает использование моделей.

При этом используются графитовые заготовки сложной конфигурации, изготавливаемые фрезерованием на станках с числовым программным управлением.

Графит почти не взаимодействует с титановым расплавом, поэтому отливки получаются тонкостенными, без загрязнённого альфированного слоя, который снижает пластичность титана и который необходимо удалять.

Созданная технология позволит не только делать формы полностью из отечественного сырья (сейчас применяются керамические формы, компоненты для которых поставляются из-за рубежа), но и получать детали с большей размерной точностью, чем при традиционных методах литья по выплавляемым моделям. Еще одним преимуществом безмодельной технологии является её дешевизна и экологическая безопасность, в сравнении с западными аналогами.

Толщина стенок отливки составляет 3-4 мм. В мировой практике подобная технология не известна.

При изготовлении отливок по традиционным технологиям толщина стенки достигает 10 мм, и требуется проведение экологически вредной процедуры травления — удаления лишнего материала химической кислотой. Для данной процедуры выстраивается целая линия экологически вредного производства.

Безмодельное литье вообще не требует травления — отливку обдувают дробью, уменьшая толщину стенок. Кроме того, новая технология позволяет минимизировать затраты на механическую обработку изделия.

Преимущества:

  1. – более дешевая,
  2. экологически безопасная,
  3. – позволяет получать более точные детали,
  4. исключает линию травления.
  5. авиационная промышленность,
  6. двигателестроение.
  7. Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделямЛитье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделямЛитье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделямЛитье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям
  8. карта сайта
  9. шликерное литье под давлением чугуна бронзы полиуретана технология
    технология литья пластмасс под давлением металлов лгм
    технология художественного алюминиевого вакуумного стального обработки газифицированного хтс литья
    гипсовое каменное литье пластмасс под давлением технология скачать бесплатно в формы по выплавляемым моделям технология в землю технология
    технология литья в песчаные формы алюминия в кокиль пластмасс
    литье латуни по газифицируемым моделям в гипсовые формы технология
    чугунное литье технология в силиконовые формы технология
    разработка специальные современные технологии литья
    литье центробежное технология новые технологии
    силикон основы технология точного литья
    технология литья гипсом скульптуры в домашних условиях алюминиевых сплавов бюгельного протеза стали видео ювелирного литья пластика изготовления форм для литья
    технология литейного производства литье в песчаные формы

Источник: https://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/bezmodelnaya-texnologiya-litya/

Литье из титана

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям
Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям
Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям
Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

 

Наше предприятие является российским лидером в изготовлении титанового литья для авиационной, оборонной, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. По требованию заказчика мы имеем возможность производить литье по стандарту ASTM B 367-93. Неразрушающий контроль проводится по соответствующим стандартам ANSI, ASME, ASTM.

ОАО «БЛМЗ» выполняет также заказы на фасонное литье из алюминия и фасонное литье из магния.

Используемые технологические процессы:

  • Литье по выплавляемым моделям
  • Литье в уплотняемые формы (формовка стержнями)
  • Литье в корковые формы
  • Статическая и центробежная заливка
  • ГИП (Горячее изостатическое прессование)
  • Вакуумная термообработка

Технологические возможности: Оборудование: 6 вакуумных гарнисажных плавильно-заливочных установок Габаритные размеры отливок: Минимальный 10х10х10 мм, Максимальный   Ø 600 x 800 мм Вес отливок: 0,005 кг — 200 кг Российские ВТ-5Л, ВТ-6Л, ВТ-20Л (химический состав ТУ1-92-184-91, механические свойства ОСТ1 90060-92) Зарубежные ASTM B 367-93, grade C2, grade C3, grade C5

  • Рентгеноконтроль
  • Контроль проникающей жидкостью
  • Анализ химического состава и механических свойств сплавов
  • ISO 9001-2000 компании Det Norske Veritas, Нидерланды Р ИСО 9001-2001
  • Сертификат Межгосударственного Авиационного комитета
  • Лицензия Российского авиационно-космического агентства
  • NORSOK M 650 Rev 2 компании Statoil, Норвегия

Имеющиеся мощности позволяют получать до 150 тонн литья в год с количеством до 10000 шт. отливок.

X Спасибо за обращение. Мы передадим его Генеральному директору.

По будним дням: с 8:30 до 17:30

X X Наши специалисты свяжутся с Вами по телефону в ближайшее время.

По будним дням: с 8:30 до 17:30

X Наши специалисты свяжутся с Вами по телефону в ближайшее время.

По будним дням: с 8:30 до 17:30

X X Наши специалисты свяжутся с Вами по телефону в ближайшее время.

По будним дням: с 8:30 до 17:30

Источник: http://www.blmz.ru/production/proizvodstvo-otlivok/lite-iz-titana/

ЦЕНТРОБЕЖНО-ВАКУУМНОЕ ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Технология МАЛОГАБАРИТНЫХ ГИРОМОТОРОВ

Литье по выплавляемым моделям за последние годы получило широкое распространение в приборостроении.

Этим методом в усло­виях крупносерийного и мелкосерийного производства отливаются почти все детали, которые вследствие требований, предъявляемых к точности и сложности конструкции, не могут быть отлиты каким- либо другим методом.

При этом методе резко сокращаются объем механической обработки и расход металла. Рассматриваемый про­цесс применяется в приборостроении для отливки деталей из маг­нитных сплавов, высокоуглеродистой и легированных сталей.

Сущность процесса литья по выплавляемым моделям заклю­чается в том, что сначала изготовляется из формуемых материалов (модельный цемент, гипс, алюминиевые сплавы, пластмасса) мастер — модель, прототип будущей отливки, отличающийся от нее по раз­мерам на величину двойной усадки (усадки восковой смеси и усадки заливаемого металла).

По мастер-модели из легко формуемых ма­териалов горячей заливкой изготовляют прессформу, в которую и отливаются модели-детали из легкоплавкой модельной массы. Разработано несколько типов модельных масс, предназначенных для разных условий отливки.

Массы, содержащие целлюлозу или полистирол, плавятся при температуре 110—250°, а массы, содер­жащие стеарин, парафин или воск — при 50—80°.

Для получения плотных без большой усадки выплавляемых моделей, обладающих достаточной механической прочностью, мо­дельную массу нагнетают в прессформу под давлением на гидро­прессах. Затем модель окунают в ванну (или обрызгивают из пуль­веризатора) с жидким связующим составом (этилом, силикатом, жидким стеклом).

Таким образом модель покрывается пленкой, которая посыпается прокаленным мелким кварцевым песком. Мо­дель формуют в специальных опоках, заполняя специальным на­полнительным составом промежутки между окрашенными стенками модели и стенками опоки.

При плавке стальных отливок приме­няются сухие наполнительные смеси, состоящие из смеси кварце­вого песка с жидким стеклом.

После формовки восковой модели в опоку перед отливкой из формы выплавляется модельная масса. Легкоплавкие модельные массы выплавляются струей пара, а тугоплавкие — подогретым воздухом.

Выплавленные модели сушат в электрических печах, а после сушки прокаливают. Затем опоки переносятся в литейное отделение и устанавливаются на машины.

Заливка металла в вы­плавленную форму может производиться обычным путем, под дав­лением, при вакууме, центробежная и комбинированная центро — бежно-вакуумная.

По выплавляемым моделям можно отливать заготовки роторов гиромоторов, изготовление которых обычно сопровождается тру­доемкой механической обработкой с большим отходом металла в стружку.

На одном из заводов была сделана попытка отливать ротор. ы обычным методом точного литья по выплавляемым моделям. Однако при последующей механической обработке заготовок роторов обна­ружилось большое количество газовых раковин и неоднородность металла.

Это говорит о необходимости применения такого метода отливки, при котором в момент отливки из формы удалялся бы воз­дух и газ и были бы приняты меры для получения однородного и достаточно плотного металла ротора.

Наличие в роторе раковин и неплотностей усложняет его динамическую балансировку и ослаб­ляет механическую прочность.

Газовые раковины в отливке заготовок роторов можно устранить применением вакуумного метода заливки форм, описанного выше.

При этом методе газы удаляются лучше, чем при других, но металл не очищается в процессе заливки от различных неметаллических включений, обычно снижающих механические качества отливки.

При центробежном методе литья отливка получается равномерной плотности, с чистой поверхностью, химический состав ее металла однороден. Однако не исключена возможность наличия в отливке газовых раковин, образовавшихся вследствие того, что газы не вышли полностью из формы.

Таким образом, ни вакуумный, ни центробежный метод в от­дельности не обеспечивает годности всех отливок заготовок рото­ров гиромоторов. Получение плотных, однородных, без раковин заготовок роторов, с необходимостью незначительной последующей механической обработки может обеспечить комбинированная цен — тробежно-вакуумная заливка.

Комбинированные центробежно-вакуумные установки приме­няются для отливки довольно сложного инструмента из высоко­легированных сталей. На аналогичной установке можно отливать и заготовки роторов гиромоторов.

На рис. 16 показана схема установки, позволяющая произво­дить комбинированную центробежно-вакуумную заливку.

Наруж­ный диаметр отсасывающей трубы 1 легко скользит внутри пусто­телого вала И центробежной машины.

Нижняя часть трубы на­ходится в вертикальной направляющей; верхний конец трубы, про­ходя вместе с валом через вращающийся вал центробежной машины 3, доходит непосредственно до нижней части формы.

Изображенная на рисунке форма предназначена для отливки заготовки ротора 10. Опока 6 устанавливается на прокладках 2 в гнездо кольца 4 и зажимается в нем скобами 5 с быстродействую­щими затворами 7. Такими же затворами прижимается крышка 8, служащая для предупреждения разбрызгивания металла при вра­щении центробежной машины.

Заформованная и нагретая опока ставится на стол центробежной машины. Отверстие литникового стояка закрывается специальным графитовым стержнем 9.

После того как литниковая чаша заполнена рассчитанным количеством жидкого металла, центробежную машину запускают и, когда бу — дет Достигнуто требуемое число оборотов, графитовый стержень вынимают, одновременно открывая трехходовой кран 15, сообщаю­щийся через отсасывающую трубу с помощью резинового шланга 12 с баллоном 17, откуда воздух откачивается включением вакуум — насоса 18, приводимого во вращение электродвигателем 13. Разре­жение в сети ■ и I баллоне измеряется вакуумметром 16. Степень разрежения регулируется^клапаном 14. Под действием вакуума газы, находящиеся^ полости^формы, успевают удалиться раньше,

Литье титана: вакуумное, центробежное, по выплавляемым моделям

Чем начнется поступление расплавленного металла. Порции металла должны быть подсчитаны достаточно точно.

Оборудование довольно сложно, но значительная экономия металла и снижение трудоемкости могут оправдать первоначальные затраты.

Одним из важных факторов, определяющих качество шарико­подшипников, применяемых в гиромоторах, является их вибра­ция при работе с оборотами, близкими к рабочим. По величине ви­брации можно определить качество, точность формы и размеров …

После проведения повторных 3-часовых испытаний гиромотор подвергается контрольным испытаниям, проводимым работниками отдела технического контроля завода в следующем объеме и после­довательности. Внешний осмотр Прошедший предварительные и повторные испытания гиромотор при контрольных …

Перед креплением цапф к корпусу приклепывают заклепками фирменную планку. Цапфы перед креплением тщательно обезжи­ривают, протирая салфеткой, смоченной в бензине, и смазывают посадочные места антикоррозионной смазкой ЦИАТИМ-202. Обез­жиривают посадочные места в …

Источник: https://msd.com.ua/texnologiya-malogabaritnyx-giromotorov/centrobezhno-vakuumnoe-lite-po-vyplavlyaemym-modelyam/

Выбор оптимального варианта литниковой системы для получения отливки «основание» из титанового сплава в вакуумной печи — PDF Free Download

Подробнее

Подробнее
Подробнее

Подробнее

Подробнее

Подробнее

Подробнее

Подробнее

Подробнее

Подробнее

значительно больше дефектов в виде различных примесей и включений. По плотности структуры литье также уступает кованному материалу, что особенно характерно для изделий с массивными стенками. Поэтому использование

Подробнее

УДК 669.7 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ФОРМЫ ЛУНКИ АЛЮМИНИЕВОГО СЛИТКА ОТ ТИПА КРИСТАЛЛИЗАТОРА А. В. Хныкин Красноярский государственный технический университет Аннотация В статье проведено исследование зависимости

Подробнее

Министерство образования и науки Российской федерации Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный технический университет

Подробнее

Рубежный контроль 3 в виде тестирования по дисциплине ТКМ (РК3) 1. Каким видом обработки давления наиболее рационально получать заготовку, изображенную на рисунке? Материал: сталь 10 Программа: 10 штук

Подробнее

УДК 621.746 doi: 10.18577/2071-9140-2015-0-3-64-68 А.И. Ковтунов 1, Ю.Ю. Хохлов 1, С.В. Мямин 1 ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПЕНОМАТЕРИАЛОВ Предложена жидкофазная технология формирования

Подробнее

ВІСНИК Донбаської державної машинобудівної академії 3 (20), 2010 35 УДК 669.715:66.078.5 Борисов Г. П., Семенченко А. И., Шейгам В. Ю., Шеневидько Л. К. ЛИТЬЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПОД РЕГУЛИРУЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ

Подробнее

ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА И МЕТАЛЛУРГИИ Пенокерамические фильтры серии «FCF» ОСНОВНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ: Пенокерамические фильтры серии «FCF» обладают великолепной фильтрирующей способностью и широко

Подробнее

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ИННОВАЦИОННЫЙ ЕВРАЗИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Научно образовательный комплекс по специальности «Металлургия» РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА по дисциплине «Литейное

Подробнее

РАЗРАБОТКА, МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ РЫЧАГ ПО ГАЗОФИЦИРУЕМЫМ МОДЕЛЯМ Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого, г.гомель,

Подробнее

Доклад Буцанова Оценка эффективности применения экзотермических вставок и прибылей с рациональной геометрической формой для стальных отливок Содержание ВВЕДЕНИЕ…3 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР…4 2 МЕТОДИКА…5

Подробнее

Компьютерное моделирование литейных процессов Руководство пользователя Версия 7.0 Содержание Глава 1. Краткий обзор процесса моделирования 4 Глава 2. Установка и активация программы 7 Глава 3. Установка

Подробнее

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. Балаковский институт техники, технологии и управления ПРИМЕР АНАЛИЗА

Подробнее

КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ адрес: 620131, г. Екатеринбург, ул. Металлургов, 16-Б, тел. (343) 214-46-70 по 214-46-79, факс: (343) 214-46-76 e-mail: info@delcam-ural.ru, www.delcam-ural.ru

Подробнее

АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ЗАТВЕРДЕВАНИЯ СТАЛЬНОЙ ПЛИТЫ ПРИ РАЗНЫХ СПОСОБАХ ЗАПОЛНЕНИЯ ФОРМЫ 119 И.Н. Ердаков, В.М. Ткачев Анализ специальной литературы и результаты предварительных экспериментов в цехе ремонтного

Подробнее

56 / 2 (70), 2013 УДК 621.74 Поступила 08.04.2013 А. Н. Чичко, Д. М. КУКУй, В. Ф. Соболев, С. Г. Лихоузов, Т. В. матюшинец, О. А. Сачек, О. И. Чичко, БНТУ КОМПЬЮТЕРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Подробнее

В Е С Т Н И К П Н И П У 04 Машиностроение, материаловедение Т. 6, УДК 6.74 А.А. Шумков Пермский национальный исследовательский политехнический университет ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ТИРАЖИРОВАНИЯ ПЛАСТИКОВЫХ

Подробнее

УДК 621.74.04 Анализ и классификация способов послойного заполнения литейной формы Тверской М.В., студент Россия, 105005, г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, кафедра «Литейные технологии» Хилков Д.Э., студент

Подробнее

Известия Челябинского научного центра, вып. 4 (30), 005 МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И МЕТАЛЛООБРАБОТКА УДК 6.74.047.08:66.065.5 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТОЛЩИНЫ ЗАТВЕРДЕВШЕЙ КОРКИ НЕПРЕРЫВНОЛИТОГО

Подробнее

ДЛЯ ЧЕГО ПОКУПАТЬ PROCAST? ProCAST Другая моделирующая программа 1. ПРОГРАМНАЯ ОБОЛОЧКА 1. ПРОГРАМНАЯ ОБОЛОЧКА — Дружественный интерфейс, удобный в использовании; — Дружественный интерфейс, удобный в использовании;

Подробнее

АННОТАЦИЯ Цель работы оптимизация существующей в литейном производстве литейной технологии в автоклаве для изделия из сплава АЛ9ч и рассмотрение возможности изготовления отливки из высокопрочного алюминиевого

Подробнее

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КАМЕННЫХ ОТЛИВОК В. М. Карпов, В. С. Балин, В. Л. Попов Номенклатура каменного литья включает, наряду с традиционными плиточными изделиями и различными

Подробнее

УДК 621.77 Обоснование способа высадки заготовок с запредельным значением относительной высаживаемой длины с помощью математического моделирования Сомкина А.С., студент кафедры «Машины и технология обработки

Подробнее

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тихоокеанский государственный университет ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИТЕЙНОЙ УСАДКИ Методические

Подробнее

Московский государственный технический университет им.н.э.баумана кафедра «Технологии обработки материалов» РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Учебно-технологический практикум по литейному производству» Студент

Подробнее

Практическая работа 1 Литье в песчано-глинистые формы Цель работы изучение технологии изготовления отливки в песчаноглинистой форме, ознакомление с основными элементами литейного производства, освоение

Подробнее

РАСЧЕТ ДИНАМИКИ ФОРМИРОВАНИЯ РАЗМЕРА ПРИ ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ ОТЛИВКИ ТИПА ВОЛНОВОД. Чернышев Павел Алексеевич (1), Халикова Камила Касимовна (2) Студент 6 курса (1), студентка 3 курса (2), Кафедра

Подробнее

УДК 621.74.042 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ЗАПОЛНЕНИЯ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ В УСЛОВИЯХ ЕЕ ПЕРИФЕРИЙНОГО ВРАЩЕНИЯ ВОКРУГ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСИ Е.В. Широков, В.В. Черканов, И.А. Кононов, Н.Р. Яманов В данной

Подробнее

А. Б. Чуркин, Б. С. Чуркин, Ю. И. Категоренко, С. Б. Чуркин МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЗАПОЛНЕНИЯ ФОРМ ПРИ ЛИТЬЕ ВАКУУМНЫМ ВСАСЫВАНИЕМ Цель технологической организации процесса заливки

Подробнее

Студенческая научная весна 213: Машиностроительные технологии УДК 621.74 (75.8) РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАКЕТА ПРОГРАММЫ FLOW 3D Михаил Вадимович Тверской, Дмитрий Эдуардович

Подробнее

Лабораторная работа 3 Исследование точности отливок Цель работы: Оценка линейной усадки и точности размеров отливок в зависимости от способа литья и формы отливки 1. Введение Точность размеров и качество

Подробнее

Источник: https://docplayer.ru/59654780-Vybor-optimalnogo-varianta-litnikovoy-sistemy-dlya-polucheniya-otlivki-osnovanie-iz-titanovogo-splava-v-vakuumnoy-pechi.html

Как в России разрабатывают авиационные детали из алюминида титана

Снизить общую массу летательного аппарата, одновременно сохранив или улучшив его эксплуатационные характеристики, — один из способов усовершенствовать любой современный пассажирский самолет.

Это позволило бы, например, уменьшить расход топлива в полете или разместить в самолете дополнительное оборудование.

Облегчить конструкцию летательного аппарата можно, в частности, за счет использования новых материалов, поиск которых для нужд авиастроения ведется практически непрерывно.

Например, применение деталей из алюминида титана в авиационных турбореактивных двигателях позволяет существенно снизить массу силовой установки. Над разработкой таких деталей ученые из НИТУ «МИСиС», в партнерстве с которым написан этот материал, активно работают с 2010 года в рамках федеральной целевой программы.

О чем речь?

Развитие современной гражданской пассажирской авиации в значительной степени определяется экономическими факторами: самолеты должны быть недорогими, перевозить много пассажиров, расходовать мало топлива и иметь невысокую стоимость обслуживания.

Так, добиться уменьшения расхода топлива позволяют турбовентиляторные двухконтурные двигатели, которые сегодня устанавливаются почти на все гражданские реактивные пассажирские и грузовые самолеты.

Конечно, гражданские турбовентиляторные двигатели не могут обеспечивать быстрый набор скорости и выход, например, на сверхзвуковую скорость полета, но зато они расходуют меньше топлива и издают меньше шума, чем реактивные двигатели боевых самолетов.

Фактически отцом современных двухконтурных авиационных двигателей в апреле 1941 года стал советский конструктор Архип Люлька, запатентовавший новый вид силовой установки.

Турбореактивный двухконтурный двигатель с вентилятором большого диаметра (турбовентиляторный двигатель) состоит из двух частей. Одна из них — внутренний контур. В его состав входят зона компрессоров, камера сгорания, одна или несколько турбин и сопло.

В полете воздух затягивается и немного сжимается вентилятором — самым большим и самым первым винтом по ходу полета. Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом.

После сгорания горючего раскаленные газы вырываются из камеры сгорания и вращают турбину. Последняя представляет собой жаропрочный воздушный винт, жестко посаженный на вал. Этим валом турбина напрямую или через редуктор связана с компрессорами и вентилятором на входе двигателя.

После турбины газовый поток попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя.

Вторая часть двигателя — внешний контур — зачастую представляет собой направляющий аппарат, воздуховод и, в некоторых случаях, собственное кольцевое сопло.

Во время полета часть немного сжатого вентилятором воздуха, не попавшая во внутренний контур, попадает в направляющий аппарат, где тормозится. Из-за торможения давление в воздушном потоке повышается.

Затем сжатый воздух поступает в воздуховод, а затем — в сопло и формирует остаток тяги.

В современных турбовентиляторных двигателях гражданских самолетов основная часть тяги, вопреки мнению далеких от авиации людей, формируется не внутренним контуром, а вентилятором и внешним контуром — на их долю в общей тяге силовой установки может приходиться до 80 и более процентов. В отличие от турбореактивных двигателей боевых самолетов, где бо́льшую часть тяги создает как раз внутренний контур.

Вентилятор, компрессор, турбина в авиационном двигателе представляют собой воздушные винты с лопатками особой формы, которые позволяют сжимать поступающий воздух или преобразовывать линейное движение воздушного потока во вращательное.

Часть этих элементов работает в зоне очень высоких температур. Например, температура в зоне турбины может достигать 1,8 тысячи Кельвинов. По этой причине та же турбина должна изготавливаться из жаропрочных, но в то же время легких сплавов.

В современных двигателях лопатки компрессора и турбины выполняются из никелевых сплавов, причем существующие технологии литья позволяют создавать такие элементы полыми с сохранением общих показателей прочности и температурной устойчивости.

Это позволяет снизить массу деталей из никелевых сплавов. Однако в современных авиационных двигателях все чаще применяется и новый материал — алюминид титана.

1. Схема работы турбовентиляторного двигателя. 1 — сопло, 2 — вентилятор, 3 — компрессор низкого давления, 4 — компрессор высокого давления, 5 — камера сгорания, 6 — турбина высокого давления, 7 — турбина низкого давления, 8 — сопло газогенератора, 9 — сопло внешнего контура

Zephyris / wikipedia.org

Одним из наиболее распространенных сплавов на основе алюминида титана является TNM-B1.

В НИТУ «МИСиС» начиная с 2010 года была проведена целая серия научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ с целью повысить качество отливок из интерметаллидного сплава TNM-B1 и получить российский сплав-аналог на основе алюминида титана.

Эти работы проводились совместно с Уфимским государственным авиационным техническим университетом. Исследования велись группой ученых под руководством директора Инжинирингового центра «Литейные технологии и материалы» НИТУ «МИСиС» профессора Владимира Белова.

Работы по изготовлению литых деталей из интерметаллида Ti-Al, проведенные на базе предприятия «ОДК УМПО», предусматривали использование импортного сплава TNM-B1 на основе титана с массовой долей Al 28,6 ± 0,7 процента, Nb — 9,2 ± 0,5, Mo — 2,3 ± 0,5 и B — 0,026 ± 0,05 процента и с содержанием примесей: H < 0,005, N < 0,02, O < 0,08, C < 0,02, Fe < 0,1 и Ni < 0,05.

В целом использование алюминида титана позволяет снизить массу лопаток компрессора и турбины в среднем в два раза по сравнению с традиционными сплавами на основе никеля. При этом такой материал имеет лучшие показатели прочности в так называемом среднем диапазоне температур (от 600 до 950 градусов Цельсия), при котором, например, в авиационном двигателе работает турбина низкого давления.

А что, раньше ничего такого не было?

Изготовление литых деталей авиационных двигателей из сплавов на основе алюминида титана, хотя оно и является для России относительно новой разработкой, уже реализуется в производстве импортных серийных двигателей.

Например, из алюминида титана изготавливаются лопатки турбин низкого давления для турбовентиляторных двигателей GEnx американской компании General Electric и PW1100G фирмы Pratt & Whitney.

Первые серийно выпускаются с 2011 года и устанавливаются на пассажирские самолеты Boeing 747-8 и Boeing 787 Dreamliner, а вторые — с 2016 года и ставятся на Airbus A320neo, Bombardier CSeries и Embraer E-Jet E2.

Кроме того, PW1100G планируется использовать на перспективном японском Mitsubishi Regional Jet и российском МС-21 (в одном из вариантов поставки; в другом — самолеты будут оснащаться российскими ПД-14, разработка которых завершается в настоящее время).

Основным разработчиком технологии приготовления интерметаллидных сплавов на основе Ti-Al в России является Всероссийский институт авиационных материалов (ВИАМ). В нем разработаны сплавы ВТИ-1, ВТИ-2 и ВТИ-4.

Производство сплавов ВТИ-1 и ВТИ-4 серийно ведется на Чепецком механическом заводе, а работы по освоению производства слитков из интерметаллидных сплавов титана на этом предприятии проводятся с 2012 года при сопровождении производства со стороны ВИАМ.

Выплавку производят тройным вакуумно-дуговым переплавом (плавка происходит в вакууме с созданием высокой температуры с помощью электрической дуги). Однако, поскольку НИТУ «МИСиС» начал работать с TNM-B1 еще в 2010 году, все разработки с использованием этого сплава велись именно этим институтом.

По словам Владимира Белова, на первом этапе речь шла о получении качественных отливок с максимальным использованием импортного материала в условиях серийного производства.

В частности, специалисты НИТУ «МИСиС» разработали особые литейные формы, позволяющие учитывать усадку материала по мере его затвердевания. Дело в том, что TNM-B1 и другие подобные сплавы на основе алюминида титана имеют практически нулевую пластичность. Это означает, что в условиях, когда другие материалы под действием внешних сил могут деформироваться, этот — просто разрушается.

Кроме того, литье из сплава на основе алюминида титана очень требовательно к выбору материала для изготовления формы для литья. Дело в том, что из всех веществ, используемых в сплаве TNM-B1 и подобных ему, титан является наиболее активным, вступающим во взаимодействие с разными материалами.

Из-за этого на выходе получается отливка с непригодным внешним слоем, взаимодействовавшим с формой. Чем хуже подобраны материалы, тем толще этот слой, тем выше расход материала при литье. Дело в том, что после литья поверхностный слой должен быть удален, в частности, шлифованием.

Учитывая, что наименьшая толщина стенок лопаток, например, компрессора высокого давления достигает одного миллиметра, удаление непригодного поверхностного слоя должно быть фактически ювелирным.

Дополнительную сложность при выборе материала для литейной формы создает то, что само литье производится центробежным методом для повышения плотности отливки и уменьшения количества дефектов литья.

В ходе исследовательских и конструкторских работ ученые НИТУ «МИСиС» разработали технологию, позволявшую получать отливки лопаток компрессора высокого давления (КВД) и турбины низкого давления (ТНД) для двигателя ПД-14 из импортного сплава ТNM-B1.

В частности, ученые разработали методику литья лопаток, подобрали материал для изготовления литейной формы и определили параметры плавки и заливки импортного сплава.

Через некоторое время после завершения работ несколько западных стран ввели в отношении России санкции, в результате которых, в частности, стала невозможна закупка за рубежом сплава TNM-B1 и возникла потребность в импортозамещении материалов.

В связи с этим НИТУ «МИСиС» занялся разработкой технологии получения сплава — аналога TNM. Основные сложности при приготовлении сплава были связаны со свойствами исходных материалов и условиями соблюдения технологических параметров при проведении плавки.

В частности, ученые определили порядок взаимодействия компонентов сплава в процессе сплавления, исследовали несколько направлений проведения вакуумно-дуговой гарнисажной плавки в медном водоохлаждаемом тигле в печи с нерасходуемым электродом в атмосфере аргона.

При гарнисажной плавке расплав контактирует с твердой фазой материала того же химического состава; это позволяет избежать контакта с конструктивными элементами печи. После отработки структуры сплава стало возможным получать литые изделия из него. В качестве материала литейной формы был выбран графит.

Исследования показали, что заливка полученных сплавов обеспечивает минимальное взаимодействие жидкого расплава с поверхностью формы. Величина загрязненности поверхностного слоя не превышает 15 микрометров, что соответствует качеству заливки в керамическую форму с защитным покрытием.

Конструкция графитовой формы позволяет, например, изготовить однополочную лопатку типа КВД для двигателя ПД-14.

При этом изготовление графитовых форм для литья требует меньшего количества шагов и в целом позволяет упростить и ускорить производство.

В частности, такие формы изготавливаются из графита на станках с числовым программным управлением — это повышает скорость и точность изготовления.

При этом разработанная конструкция форм для отливки лопаток компрессора высокого давления и турбины низкого давления позволяет одновременно отливать несколько десятков деталей, причем масштабы одновременного литья можно увеличить.

И какая там наука?

В рамках первого этапа работ необходимо было разработать технологию серийного литья деталей из алюминида титана по выплавляемым моделям. Эта технология предполагает изготовление так называемой мастер-модели, которая используется для производства формы для литья.

Затем эта модель просто выплавляется из формы по мере ее прокаливания. В случае со сплавом TNM-B1 использовались традиционные химически нейтральные водорастворимые огнеупорные смеси. Хитрость заключалась в том, чтобы конечная литейная форма при остывании отливки предсказуемо разрушалась в нужных местах.

Ученым из НИТУ «МИСиС» удалось, в том числе и с помощью компьютерного моделирования, разработать такие формы и подобрать такие материалы для форм, которые допускали свободную усадку отливок из алюминида титана — у различных выступающих элементов, например у полок в основании лопаток, части формы просто ломались при усадке отливки, предотвращая тем самым появление трещин в самой детали.

Наконец, определенную сложность представляла разработка технологии получения сплавов на основе алюминида титана. Дело в том, что даже для повторения того же сплава TNM-B1 недостаточно знать, пусть даже очень точно, его состав. Из-за высокой химической активности элементов важно было соблюсти последовательность их введения при приготовлении сплава.

Нарушение этой последовательности приведет либо к получению сплава с иными, чем ожидается, свойствами, либо вообще к напрасному расходованию материалов без получения стабильного сплава.

Ученым удалось разработать способ получения сплава на основе алюминида титана и подобрать такие легирующие добавки, которые позволяют получать интерметаллидный литейный сплав с повышенными технологическими характеристиками.

Кому это нужно?

В конце сентября 2017 года кабинет министров России одобрил стратегию развития экспорта гражданской продукции авиационного назначения: двигателей, бортового оборудования и приборов. Эта программа рассчитана до 2025 года.

Она предполагает вхождение российской продукции на новые рынки, повышение ее узнаваемости у клиентов и формирование спроса, а также построение разветвленной системы послепродажного обслуживания и сервиса.

Для повышения спроса, например, на российские двигатели они должны иметь характеристики, по меньшей мере не уступающие иностранным силовым установкам. И технологии изготовления деталей из алюминида титана могут позволить этого добиться.

Не исключено, что это поможет поддерживать и конкурентный уровень цен на авиадвигатели, поскольку сплав для их деталей будет производиться в России, а не поступать из-за рубежа.

Исследования по отливке лопаток компрессора высокого давления были завершены в НИТУ «МИСиС» в 2013 году, а лопаток турбины низкого давления — в 2015-м. В 2016 году разработчики представили российские технологии получения сплава на основе алюминида титана и изготовления форм из графита.

Детали авиационного двигателя, выполненные из интерметаллидного сплава, получаются в среднем в два раза легче аналогичных деталей из никелевого сплава.

Даже при сохранении исходной конструкции двигателя, в котором использовались компрессор и турбина из сплава на основе никеля, применение новых лопаток из алюминида титана позволит существенно уменьшить его массу.

Это, в свою очередь, приведет к улучшению сразу нескольких показателей силовой установки, включая тяговооруженность (отношение тяги двигателя к его массе) и удельный расход топлива на крейсерском режиме. В условиях растущих объемов пассажироперевозок и цен на авиационное топливо последний показатель относится к числу наиболее важных.

Серийно разработки НИТУ «МИСиС» в области получения сплавов на основе алюминида титана и литья из них различных деталей в России пока не применяются.

Однако в их использовании сегодня заинтересована Объединенная двигателестроительная корпорация, разрабатывающая и выпускающая силовые установки практически для всей российской авиационной техники.

Лопатки компрессора и турбины (исследователи из НИТУ «МИСиС» планируют разработать технологию изготовления и лопаток турбины высокого давления из интерметаллидных сплавов) могут быть использованы в перспективных образцах российских авиационных двигателей.

Двигатель PW1100G

Pratt & Whitney

Василий Сычёв

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a856863f031737b76232352/5da6ec4b32335400b11902ef

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector