Способ осуществления направленной кристаллизации расплавленного металла и устройство для его осуществления

1 Изобретение касается способа направленного затвердевания залитого в литейную форму расплава металла, например никеля, путем выдвигания литейной формы из нагревательной камеры и погружения литейной формы в служащую в качестве охлаждающего расплава, покрытую теплоизолирующим слоем ванну расплавленного металла с более низкой температурой плавления, чем расплав металла в литейной форме, например, алюминия. Далее изобретение касается отливочного устройства для реализации этого способа. Такой способ и такое отливочное устройство являются предметом заявки DE-А-2815818. Погружение литейной формы в охлаждающий расплав служит для того, чтобы в результате интенсивного аксиального теплового потока при затвердевании отливки в литейной форме добиться возможно меньшей высоты зоны твердое вещество-жидкость и возможно более плоской проходящей поперек главного направления распространения отливки фазовой границы между твердым веществом и жидкостью, чтобы кристаллы врастали в отливку аксиально. Такая постановка задачи требует по возможности малого радиального излучения тепла над охлаждающим расплавом. Для этого в известном отливочном устройстве на нижней стороне нагревательной камеры предусмотрен направленный к литейной форме, отмеченный в общем случае как отражательная перегородка, экран. Дополнительно на охлаждающем расплаве плавает разделительная пластина из теплоизоляционного материала, имеющая отверстие для погружения литейной формы в охлаждающий расплав. Тем не менее, тепловая изоляция является не полной, в частности, тогда, когда отливка имеет несколько направленных вниз деталей, так как тогда экран и разделительная пластина не могут покрыть зоны между этими деталями. Отсюда следует, что между литейной формой и экраном,а также между литейной формой и разделительной пластиной остается щель, через которую излучается тепло. В заявке DE-B-19 53 716 уже показан резервуар с охлаждающим расплавом, поверхность которого покрыта теплоизолирующим слоем для погружения литейной формы в охлаждающий расплав металла. Этот слой служит для предотвращения окисления или чрезмерного остывания охлаждающего расплава. При погружении в охлаждающий расплав литейная форма проникает через этот теплоизолирующий слой. Впрочем, она не выходит из нагревательной камеры. Из заявки DE-B-22 42 111 известен способ расположения поверхности охлаждающего расплава под нагревательной камерой так герметично, что охлаждающая пластина литейной формы перед погружением литейной формы, по меньшей мере, частично погружена в охлаждающий расплав. Таким образом, охлаждающая 2 пластина уже при заполнении литейной формы охлаждается охлаждающим расплавом, так что она оказывает особенно хорошее охлаждающее действие. Для предотвращения потерь тепла между нижним концом нагревательной камеры и литейной формой в устройстве по DE-B-22 42 111 предусмотрен теплозащитный экран. Далее (ЕР 0 571 703 А 1) известен способ изготовления металлической отливки методом точного литья, в частности, отливки из алюминия или из алюминиевого сплава путем заливания расплава металла в литейную форму из керамики с пористыми стенками и охлаждения и затвердевания расплава с помощью охлаждающего вещества, причем в качестве охлаждающего вещества используется постепенно пропитывающая стенки литейной формы охлаждающая жидкость, температура кипения которой ниже,чем температура заливаемого расплава, и в которую, начиная с конца, непрерывно погружается литейная форма таким образом, что образующиеся в качестве граничной поверхности между расплавом и уже застывшим металлом фронт затвердевания и область пенетрации, в которой стенка литейной формы пропитывается охлаждающей жидкостью по ее толщине, продвигаются по существу в направлении свободной поверхности расплава, причем скорость погружения литейной формы в охлаждающую жидкость, толщина и пористость стенки литейной формы, а также вязкость и плотность охлаждающей жидкости согласованы друг с другом так, что если смотреть по направлению движения фронта затвердевания, область пенетрации отстает от фронта затвердевания. Наконец, известен способ направленного затвердевания залитого в литейную форму расплава металла, например никеля, путем выдвижения литейной формы из нагревательной камеры и погружения литейной формы в используемую в качестве охлаждающего расплава ванну жидкого металла с более низкой температурой плавления, чем расплав металла в литейной форме, например, алюминия (ЕР 0 631 832 А 1),при котором для герметизации промежутка между нагревательной камерой и литейной формой применяют плавающий на охлаждающем расплаве и состоящий из текучего материала теплоизолирующий слой, и прежде чем литейная форма проникнет через теплоизолирующий слой и погрузится в охлаждающий расплав, нагревательная камера или охлаждающий расплав переместится настолько, что нагревательная камера соприкоснется с теплоизолирующим слоем или погрузится в него. В этом случае теплоизолирующий слой состоит из гранул графита, керамики или окиси алюминия с исключающим смачивание покрытием, причем в качестве покрытия используется нитрид бора. В основе изобретения лежит задача усовершенствовать описанный выше способ так,чтобы плавающий на расплаве металла тепло 3 изолирующий слой при всех условиях вел себя как текучая, однородная по консистенции масса и не имел тенденции к спеканию, образованию сгустков или других локальных твердых субстанций. Согласно изобретению эта задача решается применением погруженной в теплоизолирующий слой решетки, лопасти или мешалки, приводимых в движение вибратором или генератором колебаний, причем вибратор, генератор колебаний или приводной агрегат жестко закреплен в верхнем крае тигля, и решетка, лопасть или мешалка совершает возвратно-поступательное движение вместе с приводом. Дальнейшие подробности описаны в пунктах формулы патента. Изобретение допускает многочисленные варианты исполнения. Для пояснения основного принципа один из вариантов представлен на чертежах и описан ниже. На чертежах показано: фиг.1 - схематическое продольное сечение отливочного устройства согласно изобретению с введенной в нагревательную камеру литейной формой; фиг.2 - соответствующее фиг.1 сечение с частично выведенной из нагревательной камеры в охлаждающий расплав литейной формой. На фиг. 1 показана подъемная камера 1,расположенная на стойке 2, которая может двигаться вверх или вниз в результате перемещения стойки 2. Сверху в подъемную камеру 1 вдается опирающийся на эту камеру 1 удерживающий корпус 3, который может быть выполнен в виде корзины из графита. На этом удерживающем корпусе 3 укреплена охлаждающая пластина 4,которая образует основание литейной формы 5. В показанном положении литейная форма 5 полностью введена в нагревательную камеру 6,содержащую электрические нагревательные элементы 7, 7', кольцеообразно окружающие литейную форму. Ниже нагревательной камеры 6 расположен тигель 8 на кронштейне 9, содержащий охлаждающий расплав 10. Кронштейн 9 через паз 11 подъемной камеры 1 проходит наружу и может перемещаться по высоте по вертикальной направляющей 12, выполненной в виде винтовой передачи. Важным для изобретения является состоящий, например, из окиси алюминия в виде порошка или гранул теплоизолирующий слой 13, который плавает на охлаждающем расплаве 10. Если литейная форма 5 заполнена жидким металлом и начинается направленное затвердевание, то сначала в результате подъема кронштейна 9 по вертикальной направляющей 12 тигель 8 с охлаждающим расплавом 10 поднимается наверх до тех пор, пока нижняя кромка нагревательной камеры 6 не погрузится незначительно в теплоизолирующий слой 13, так что возникает оптическое разделение между внутренней частью нагревательной камеры 6, то есть 4 пространством нагрева, и пространством охлаждения, то есть охлаждающим расплавом 10. Затем начинают двигать стойку 2 вниз. Вследствие этого подъемная камера 1 опускается с удерживающим корпусом 3, так что литейная форма 5 все больше проникает в теплоизолирующий слой 13 и погружается в охлаждающий расплав 10, как показано на фиг. 2. Это снижение подъемной камеры 1 продолжается до тех пор, пока литейная форма 5 не погрузится полностью в охлаждающий расплав 10, и отливка в ней не затвердеет. На фиг. 1 и 2 дополнительно показано, что все отливочное устройство расположено обычным способом в вакуумной камере 14. Эта камера имеет направленный внутрь и выполненный в виде фланца буртик 15, на котором закреплена нагревательная камера 6. Не показан расположенный в вакуумной камере 14 поворотный тигель, из которого расплав металла после открытия крышки может выливаться в литейную форму 5. Чтобы состоящий, например, из гранул графита, керамики или окиси. алюминия теплоизолирующий слой 13 с исключающим смачивание покрытием всегда был гарантированно равномерно распределен по всей поверхности расплава 10, а также чтобы состав слоя во время работы не изменялся, то есть, например, чтобы не происходила агломерация слоя 13, на верхнем крае 16 тигля 8 расположенжестко закрепленный, имеющий моторный привод вибратор или генератор колебаний 17, который через рычаг или толкатель 18 обеспечивает возвратнопоступательное горизонтальное движение мешалки 19, выполненной например, в виде кольца, в направлении стрелок А-В. Это кольцо может быть выполнено из перфорированного листового материала или может быть также сплошным круговым цилиндром. Чтобы предотвратить опрокидывание кольца в расплав 10, кольцо удерживается и направляется посредством выходящего радиально наружу болта 20 в отверстии, предусмотренном в рычаге 21, идущем вертикально от края 16 тигля 8. Список основных обозначений: 1 - подъемная камера; 2 - стойка; 3 - удерживающий корпус; 4 - охлаждающая пластина; 5 - литейная форма; 6 - нагревательная камера; 7 - нагревательный элемент; 8 - тигель; 9 - кронштейн; 10 - охлаждающий расплав; 11 - паз; 12 - вертикальная направляющая; 13 - теплоизолирующий слой; 14 - вакуумная камера; 15 - буртик; 16 - край тигля; 5 17 - вибратор, генератор колебаний; 18 - толкатель, рычаг, ведомое звено; 19 - мешалка; 20 - болт; 21 - рычаг; ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ осуществления направленной кристаллизации залитого в литейную форму расплава металла, например никеля, посредством выдвигания литейной формы из нагревательной камеры и погружения литейной формы в служащую охлаждающим расплавом ванну расплавленного металла с более низкой температурой плавления, чем расплав металла в литейной форме, например алюминия, причем для изоляции между нагревательной камерой и литейной формой на охлаждающем расплаве расположен текучий плавающий теплоизолирующий слой, а перед прохождением литейной формы через теплоизолирующий слой и погружением в охлаждающий расплав нагревательную камеру или охлаждающий расплав перемещают до касания нагревательной камерой теплоизолирующего слоя или погружения в него,отличающийся тем, что теплоизолирующий слой при осуществлении способа интенсивно приводят в движение или перемешивают решеткой, лопастью или мешалкой с моторным приводом. 2. Устройство для осуществления направленной кристаллизации залитого в литейную форму (5) расплава металла, например никеля,содержащее средство для выдвигания литейной формы (5) из нагревательной камеры (6) и погружения литейной формы (5) в служащую охлаждающим расплавом ванну с расплавленным металлом (10) с более низкой температурой плавления, чем расплав металла в литейной форме (5), например с расплавом алюминия,причем для изоляции между нагревательной камерой (6) и литейной формой (5) на охлаждающем расплаве (10) расположен текучий плавающий теплоизолирующий слой (13) с обеспечением возможности перед прохождением литейной формы через теплоизолирующий слой(10) перемещения нагревательной камеры (6) или охлаждающего расплава (10) для обеспечения возможности касания нагревательной камерой (6) теплоизолирующего слоя (13) или погружения в него, отличающееся тем, что, оно снабжено погруженной в теплоизолирующий слой (13) и приводимой в движение от вибратора или генератора колебаний (17) мешалкой(19), причем вибратор или генератор колебаний(17) жестко закреплен на верхнем крае (16) тигля (8) для охлаждающего расплава (10), а мешалка (19) установлена с возможностью возвратно-поступательного движения вместе с ведомым звеном (18) вибратора или генератора колебаний (17). 3. Устройство по п.2, отличающееся тем,что мешалка (19) выполнена в виде окружающего литейную форму (5) кольца с возможностью совершения возвратно-поступательного движения от вибратора или генератора колебаний (17) в горизонтальной плоскости или колебательного движения вокруг вертикальной продольной оси тигля (5). 4. Устройство по п.2, отличающееся тем,что мешалка (19) выполнена в виде решетки или грохота. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем,что высота кольцеобразной мешалки (19) примерно соответствует толщине теплоизолирующего слоя (13). 6. Устройство по любому из пп.3-5, отличающееся тем, что мешалка (19) выполнена с возможностью осуществления движения, представляющего собой комбинацию подъемаопускания с возвратно-поступательным движением и/или колебательным движением вокруг оси. 7. Устройство по любому из пп.3-6, отличающееся тем, что верхний край мешалки (19) закреплен на проходящей в вертикальной плоскости направляющей (21) посредством цапфы или болта (20), установленного на верхнем крае(16), содержащего охлаждающий расплав (10) тигля (8).