Вакуумная плавильно-литейная установка для плавки и литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
для конкретной детали (1440 - 1560о 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.
Рисунок 1. Схема установки УППФ
металл шихтовый заготовка плавильный
Расчет вакуумной системы плавильно-литейной установки УППФ-3 для плавки и литья жаропрочных сплавов по выплавляемым моделям.
Технические характеристики: Емкость тигля m 10 кг, мощность генератора N= 150 кВт, рабочая частота 2500 Гц, остаточное давление рн = 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 оС устанавливается горячая форма (1000 оС) , 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 Тзал = 1550-1600 оС . Физические свойства никеля - основы жаропрочных сплавов: удельная теплоемкость с = 440 (тверд) и сж = 620 (жидк) Дж/(кгК), плотность ? = 8900 кг/м3
температура плавления 1450 оС, теплота плавления q = 300 кДж/кг =300000Дж/кг, константа растворения водорода Кн = 710-4 %/Па0,5. 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:
?=m(c?Tтв+сж ?Tж + q ) / (? N). (1)
m = 10 кг
N =150 кВт = 150000 Вт
?Tтв =Тпл - То = 1000-20 =980оС
?Tж = Тзал - Тпл = 1575-1000 =575оС
? - к.п.д. плавильного узла, ? = 0,7 - 0,4
Подставим значения в формулу (1):
? = 10 = 14,5 с
Время плавления и перегрева:
?п=(сж?Tж+q ) m / ( ? N) (2)
?п = = 87,5 с
При плавке скорость газовыделения из расплава (Па/с):
Gм=114105m(cн - Кн (рн)0,5 ) / ?п . (3)
Здесь cн - содержание водорода в исходном сплаве, cн = 0,02%, рн - давление газов при плавке, Па.
рн = рв/0,5
рв (предельное остаточное давление) = 6,5 10-4 Па;
рн = рв/0,5 = 6,5 10-4 /0,5 = 13 10-4 Па;
Gм = = 228,3 Па/с
Поток газов, десорбирующихся с поверхности рабочей камеры:
Gк=280qkFk (4)
Здесь Fk - поверхность камеры, м2, qk - скорость газоотделения, для нержавеющей стали при 1 часе работы вакуумной системы qk = 8,810-4 см3/(см2 ч) = 8,810-6 м3/(м2 ч), Fk = V/h = 0,7/5 =0,14 м2.
Подставим значения в формулу (4):
Gк = 2808,810-60,14 = 0,00034 Па/с
Внешнее натекание газов в камеру Gквн определяют экспериментально, при этом его полагают допустимым в случае, если:
Gквн < 10 Gк, Gквн < 10 0,00034 = 0,0034 Па/с
Общее газовыделение при плавке Go:
Go = Gм + Gк + Gквн . (5)
Подставим значения в формулу (5):
Go = 228,3 0,00034 0,0034 = 228,3 Па/с
Время откачки камеры до заданного давления определяют по формуле:
? = (V/Sнб) ln[(p1 - pв)/ (p2 - pв)] . (6)
Sн (быстрота откачки насоса) = 2500 дм3/с = 2,5 м3/с (для бустерного насоса НВБМ-2,5);
Sн > 2Sнб > Sнб (необходимая скорость откачки) = Sн/2 = 2500/2 = 1250 дм3/с = 1,25 м3/с
р1 (начальное давление насоса) = 130 Па;
рв (предельное остаточное давление) = 6,5 10-4 Па;
р2 = рн, рв < 0,5рн > рн = рв/0,5 = 6,5 10-4 /0,5 = 13 10-4 Па;
? = (0,7/1,25) ln [(130 - 6,5 10-4)/(13 10-4 - 6,5 10-4)] = 6,8 с.
Список использованной литературы
1. Методическое пособие к лабораторной работе Вакуумная техника;
. Е. Н. Каблов, Литые лопатки газотурбинных двигателей, М.: "МИСиС", 2001 - 632 с.;3. Интернет;