автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка ресурсосберегающей технологии производства отливок из жаропрочных сплавов с использованием внутреннего электронагрева металла во время затвердевания

На правах рукописи

МАЛЬЦЕВА ЮЛИЯ ЮРЬЕВНА

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОНАГРЕВА МЕТАЛЛА ВО ВРЕМЯ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Рыбинск- 2006

Работа выполнена в Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьёва.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, профессор Жуков Анатолий Алексеевич

доктор технических наук, профессор Кулаков Борис Алексеевич кандидат технических наук, доцент Токарев Владимир Адольфович

Ведущее предприятие

ОАО ЗТЛ (Завод турбинных лопаток), г. Санкт-Петербург

Защита состоится 1 марта 2006г. в 12 час. на заседании диссертационного совета Д 212.210.01 Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьёва по адресу: 152934, г. Рыбинск, Ярославской обл., ул. Пушкина, 53, РГАТА

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьёва.

Автореферат разослан «¿/^ » января 2006г.

Учёный секретарь Диссертационного совета Д 212.210.01 О---Конюхов Б.М.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В настоящее время в условиях формирования конкурентной рыночной среды, либерализации внешнеэкономической деятельности и в связи с выходом российских предприятий на мировой рынок проблема обеспечения качества и конкурентоспособности изделий является весьма актуальной. В особенной степени это относится к производству высокоответственных и уникальных изделий, таких как газотурбинные двигатели (ГТД). Характерной особенностью современного газотурбинного двигателестроения является его многофункциональное назначение: ракетная техника, авиация, наземный и морской транспорт, энергомашиностроение, от чего в значительной степени зависят требования к материалам и отдельным деталям двигателя предъявляются соответствующие требования по физико-механическим и эксплуатационным свойствам. Это в свою очередь обуславливает необходимость использования новых материалов с требуемым комплексом свойств, а также наиболее рациональных технологических процессов. В настоящее время наиболее ответственные детали ГТД изготавливаются из дорогостоящих жаропрочных сплавов с использованием энергоемких технологических процессов литья по выплавляемым моделям с получением равноосной направленной и монокристаллической структуры. В соответствии с требованиями международных стандартов и системы качества в отливках не допускается использование в составе шихты металла вторичного переплава (возврата). Поэтому обеспечение высокого выхода годного является обязательным условием работы литейных цехов. Структура лопаток состоит из достаточно крупных столбчатых зёрен с произвольной кристаллографической ориентацией. Для обеспечения стабильного технологического процесса необходимо использование современных методов математического моделирования, базирующихся на знании теплофизических свойств сплавов и математических моделях процесса литья. К сожалению, до сих пор эти вопросы проработаны не в полной мере. Это создает определенные технологические трудности и приводит к повышению себестоимости литья.

Решение данной актуальной проблемы позволит существенно сократить издержки производства в части расходования материальных ресурсов, снизить цену двигателя и обеспечить высокую рентабельность производства.

Цель диссертационной работы.

Разработка высокоэкономичной технологии изготовления отливок ГТД на основе математического моделирования процессов затвердевания при пропускании электрического тока через металл внутри формы. Для достижения указанной цели требуется решение следующих основных задач:

1. Анализ материальных и энергетических затрат при производстве отливок для ГТД с использованием традиционных технологических процессов.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

СИ 09

4БЛИ0ТЕКА (

•ЗН?.!

2. Разработка методики определения температурной зависимости теплофизических свойств жаропрочных сплавов.

3. Разработка математической модели и алгоритма программного обеспечения для расчёта технологических параметров литья с учётом внутреннего источника теплоты от воздействия электрического тока на материал отливки.

4. Получение критерия, характеризующего эффективность воздействия электрического тока, который позволяет проводить предварительный анализ возможности процесса направленного затвердевания с учетом трехмерной геометрической модели.

Научная новизна:

1. Разработана оригинальная методика, позволяющая расчетно-экспериментальным путем определить температурную зависимость теплофизических свойств жаропрочных сплавов в интервале кристаллизации жаропрочных сплавов.

2. Установлено влияние геометрических факторов отливки на параметры, определяющие формирование будущего типа макроструктуры при моделировании процесса затвердевания

3. Исследованы особенности процесса затвердевания протяженных тонкостенных отливок при пропускании электрического тока через металл с целью разработки новых технологических процессов литья, обеспечивающих повышение плотности отливок, их механических свойств, экономию металла и электроэнергии.

4. Разработана трёхмерная математическая модель процесса направленного затвердевания при элекгронагреве отливки.

5. Предложен критерий интенсивности электронагрева позволяющий провести предварительный анализ возможности протекания процесса в данной отливке. Доказано, что управление процессом направленного затвердевания отливки возможно при обеспечении значения К,=1 в верхней части отливки.

6. Теоретически доказано, что последовательное затвердевание отливки возможно при условии возрастания критерия К, как по высоте, так и в горизонтальном направлении от входной и выходной кромок пера лопатки к центру максимальной толщины профиля.

Практическая значимость работы:

1. Установленная зависимость изменения величины расхода материалов и энергоресурсов от массы отливок позволяет определить границы области применения разработанной технологии получения крупногабаритных отливок с заданной структурой.

2. Разработаны новые способ и устройство для направленной кристаллизации и направленного затвердевания отливок из жаропрочных сплавов для ГТД, обеспечивающие получение более высоких температурных градиентов и скорости кристаллизации, что позволило сократить затраты на производство отливок за счет сокращения времени кристаллизации и расхода жидкометаллического охладителя.

3. Разработана система предварительной критериальной оценки возможности направленного затвердевания с целью выбора соответствующего технологического обеспечения на стадии проектирования техпроцесса.

4. В программу расчёта литейных процессов «ПОЛИГОН» добавлена математическая модель теплового баланса для трёхмерных геометрических объектов с учётом внутренних источников теплоты от электронагрева, что позволяет расширить функциональные возможности программы «ПОЛИГОН».

5. Получена статистическая зависимость удельных энергозатрат от интервала кристаллизации, которая может быть использована для расчета нормативных показателей расхода электроэнергии при плавке сплавов.

6. Результаты исследований прошли промышленное опробование на ОАО «НПО» Сатурн». Использована программа расчёта на ЭВМ основных технологических параметров литья лопаток ГТД с равноосной структурой при элекгронагреве металла. Механические свойства лопаток соответствуют требованиям, предъявляемым к изделиям с равноосной и направленной структурами. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 3,1 млн. рублей в год за счёт снижения металлоёмкости и энергоёмкости процесса.

Автор защищает:

1. Результаты анализа особенностей процесса затвердевания отливок из жаропрочных сплавов при пропускании электрического тока через металл с целью разработки новой ресурсосберегающей технологии изготовления отливок необходимого качества.

2. Математическую модель процесса направленного затвердевания отливки включающую эффект внутреннего тепловыделения от электронагрева с учётом температурной зависимости удельного электросопротивления в интервале кристаллизации.

3. Основные принципы управления процессом направленного затвердевания отливки при её электронагреве, заключающиеся в поддержании постоянной температуры жидкого сплава на удалении от фронта изоликвидуса, что достигается изменением плотности тока или напряжения на отливке, а также обеспечением необходимой интенсивности теплоотдачи от отливки к поверхности печи подогрева;

4. Возможность использования критерия К,, для предварительной оценки направленного затвердевания и направленной кристаллизации при воздействии электрического тока.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

1.Высокой сходимостью результатов расчетов, полученных при математическом моделировании и экспериментальных исследованиях электрических параметров, таких как сила тока и напряжения, которые свидетельствуют о работоспособности методики по определению теплофизических свойств и корректности математической модели, учитывающей тепловыделение внутри отливки от внутреннего источника электронагрева.

2. Совпадением результатов оценки предполагаемой макроструктуры, определяемой такими параметрами затвердевания как температурный градиент, скорость кристаллизации, со структурой, полученной на реальных отливках.

Апробация работы.

Тезисы докладов на X Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов», Рыбинск, РГАТА - 2000 - С 8-9; тезисы доклада X Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов», Рыбинск, РГАТА 2000 - С 7-8; труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования. Том 1. Москва -2000. - С. 79-80; труды 5-го Съезда литейщиков России. Российская Ассоциация литейщиков. Москва 2001 -С 256-259; тезисы доклада Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмические технологии и образование на рубеже веков», Рыбинск, РГАТА - 2002г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в т.ч. 1 патент РФ, 1 свидетельство на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, 3 приложений, списка используемых источников, содержащего 105 наименований. Общий объем диссертации 167 стр., содержит 61 рис. и 15 таблиц.

Основное содержание диссертации

В первой главе представлен анализ состояния вопроса и постановка задачи. Прогресс газотурбостроения в значительной мере определяется достигнутым уровнем разработки высокожаропрочных коррозионно-стойких материалов. Производство современных ГТД стало возможным благодаря разработке и промышленному освоению новых высокожаропрочных сплавов на никелевой основе.

Традиционное вакуумное литьё жаропрочных сплавов с получением отливок с равноосной структурой в настоящее время является основным методом изготовления лопаток ГТУ. Оно обеспечивает относительно высокое качество структуры отливок с низким содержанием шлаковых и окисных включений при приемлемой стоимости и высокой производительности плавильно - заливочного оборудования.

Ресурс рабочих лопаток в значительной степени зависит от метода изготовления отливок (традиционного, направленной кристаллизации, монокристаллических или других методов обработки сплава в процессе кристаллизации).

Основной вклад в себестоимость отливок вносят расходы, обусловленные приобретением и эффективным использованием сплавов, а также расходы, обусловленные энергозатратами на приготовление сплавов и заливку форм. Для определения величины указанных затрат был выполнен анализ производственных данных по номенклатуре отливок более 200 наименований для различных ГТД, выпускаемых на ОАО «НПО«Сатурн». Из анализа металло- и энергоемкости номенклатуры цеха, установлено, что

наиболее дорогостоящей, с точки зрения затрат на производство, является категория крупногабаритного литья, отливок массой более 10 кг. Также был проведен анализ влияния таких технологических свойств, как температуры ликвидус и солидус, а также интервал кристаллизации различных сплавов на величину удельного расхода электроэнергии при плавке сплава. Установлено, что с увеличением интервала кристаллизации удельный расход электроэнергии уменьшается, что объясняется повышением КПД работы индуктивных токов при появлении жидкой фазы. Зависимость удельного расхода электроэнергии \^д=А;ДТ,ф) выражается корреляционным уравнением:

Учитывая, что в настоящее время отсутствуют нормативные значения расхода электроэнергии на операцию приготовления сплавов, полученная статистическая зависимость может быть использована для определения нормативных расходов электроэнергии для плавки различных сплавов.

Во второй главе представлена методика экспериментального исследования процессов литья при воздействии электрического тока на отливку. Для проведения моделирования процесса затвердевания необходимо знание теплофизических свойств сплава во всем диапазоне температур. Для определения температурной зависимости удельного электросопротивления сплава ЧС88УВИ была разработана методика (рис.1) определения данного свойства, адекватность, которой была проверена на легкоплавком сплаве свинец-олово. В корундовую форму заливали модельный сплав, через который пропускали электрический ток. Внутрь расплава поместили два электрода на расстоянии 30 мм друг от друга для измерения напряжения во время затвердевания. Для обеспечения точного определения электрических свойств сплава необходимо, что бы оба электрода находились в области одинаковых температур. С этой целью в расплав ввели три термопары, с помощью которых контролировали изменение температуры в области расположения электродов. Температура, а также значения силы тока и напряжения выводились на пишущий потенциометр.

Шуд=1,25-0,0064-ДТ,

(1)

1 2 3

4

1 - хромель-копелевые термопары;

2 - корундовая форма; 3-сплав РЬ+18%8п;

4 - потенциометр;

5 - измерительный шунт;

6 - подстроечный потенциометр;

7 - хромелевые электроды;

8 - источник питания постоянного тока;

9 - медные шины

Рис. 1. Методика измерения удельного электросопротивления сплава РЬ+18%8п

После обработки полученных данных рассчитывалась температурная зависимость удельного электросопротивления, которая, как показано на графике (рис. 2), практически совпадает с литературными данными, что свидетельствует о возможности ее применения для определения свойств для других сплавов.

1 - экспериментальные данные по разработанной методике измерения;

2 - литературные данные

Рис. 2. Температурная зависимость удельного электросопротивления сплава РЬ+18%Бп

О 100 200 300 400 „ 500

_^ т,°с

Для сплава ЧС 888УВИ был проведен эксперимент по такой же методике (рис.3). Через П-образный образец, установленный на кристаллизаторах - электродах пропускали ток и измеряли напряжение и силу тока. После обработки полученных данных рассчитали температурную зависимость удельного электросопротивления для данного сплава (рис 4). При переходе из твердого состояния в жидкое электросопротивление увеличивается и далее остается практически неизменным, что является одним из принципиальных условий обеспечения направленного затвердевания.

1 2 з

1 - корундовая форма;

2 - сплав ЧС88УВИ;

3 - термопары для измерения температуры сплава;

4 - термопары для измерения температуры печи;

5 - электроды; 6 - печь;

7 - потенциометр;

8 - графитовые электроды;

9 - измерительный шунт;

10 - источник питания постоянного тока;

11 - медные шины.

8

Рис. 3. Методика измерения теплофизических параметров процесса затвердевания отливки из сплава ЧС88УВИ при электронагреве металла

6 9

12fl Я

& 2,4 22 2 10 1i 1.4

1000

1100

0 \

\ q

-1

1200

1300

1400

160 a £

1ifflT„c16D0

Рис. 4. Температурная зависимость удельного электросопротивления р и удельного теплового потока я для отливки из сплава ЧС88УВИ

В третьей главе предствлена теория и технология литья при воздействии электрического тока на отливку. По своей физической сущности рассматриваемая в данной работе математическая модель, позволяет рассчитать численным методом температурное поле реальной отливки любой сложности во всём объёме. На рис.5 представлена расчётная схема 3D отливки, затвердевающей в оболочковой форме под действием электрического тока.

В новой математической модели приняты следующие условные обозначения: Т - температура отливки, "С; Тф - температура формы, °С; Тп„ - температура печи подогрева, °С; Тзал - температура заливки сплава, "С; Т«ш - температура солидуса сплава °С; Тлик - температура ликвидуса сплава, °С; р - удельное электрическое сопротивление отливки, Ом.м; X - теплопроводность отливки, Вт/(м*К); с - удельная теплоёмкость отливки, Дж/(кг*К); а - температуропроводность сплава, м2/с; Цф - плотность Теплового потока от отливки в форму, Вт/м2; X - половина толщины поперечного Сечения выделенного объёма отливки, м; F«, - площадь поперечного сечения отливки, м2 ; x,y,z - координаты в области пространства, ограниченного поверхностью S, м; п - нормаль к поверхности; т - время, с; - теплопроводность формы, Вт/(м*К); Сф - удельная теплоёмкость формы, Дж/(м3.К); аф - температуропроводность формы, м2/с; у - плотность отливки, кг/м3; *Р - относительное количество твёрдой фазы в объёме двухфазной зоны отливки; L - удельная теплота кристаллизации сплава, Дж/кг; j - плотность электрического тока (граничный электрический поток по нормали к (S0+,.), А/м2; % - удельная электрическая проводимость, Ом",»м'1; I - сила тока, А; U - внешнее задаваемое напряжение, В; а^ - коэффициент теплопередачи на границе отливка-форма, Вт/м2К; Тпо - температура поверхности отливки, "С; Твпф - температура внутренней поверхности формы, °С; Тср - температура среды, °С; Тнпф - температура наружной поверхности формы, К; (ХфС - коэффициент теплопередачи на границе форма-среда, Вт/м2К.

[Индуктор

.Изопотенциальная поверхность S, в области контакта отливка -кристаллизатор и=0

Рис. 5. Расчетная схема моделирования процесса затвердевания лопатки ГТД в оболочковой форме под действием электрического тока

Дифференциальное уравнение температурного поля отливки с учётом распределения потенциала ф и внутренних источников теплоты от воздействия электрического тока можно представить в следующем виде:

а (а2Т/5х2+Э2Т/ау2+а2тег2)+Ь*у*(5Т(Т)/ахЖх',1Зф,/ап)2.р/(с.у)=ЭТ/аг, (2)

где T=T(x,y,z, т); а = 7J (с* у); с = const; у = const; X -X (Т); а = а(Т); р = р (Т); j = - x*&p,/dn; х=1/р

Температурное поле в литейной форме представлено в виде дифференциального уравнения:

<Хф. (с^Тф/Эх2 + с^Тф/ду2 + ^Тф/дг2) = ЗТф/Эт , (3)

где Тф=Тф(х,у,г, т); аф = V (сф); 014,= аф(Тф); Хф =Х Ф(Т); сф= сф(Т) Граничные условия Форма-среда: Ц^а4Тф)о=афс(ТНПф- Тср) ТСр =Tcp(z, -с) Отливка-форма:

аоф(Т„0 (x„yi,z„T) - Твпф (\ьу,,гих)) = Кхьу„г„т)2. p.X(x„y„z„), (4)

где x„y„z, - координаты расчётной точки на поверхности отливки, затвердевающй в теле отливки в последнюю очередь.

Уравнение (4) описывает равенство теплового потока в заданной точке (х„у„г1) контакта отливки с формой и тепла от прохождения тока. Координаты данной точки находятся в области контакта с прибыльной частью отливки. Это граничное условие является главным условием обеспечения процесса направленного затвердевания, исключающего снижение температуры жидкой зоны отливки от фактора бокового теплоотвода в стенку литейной формы. При данном условии снижение температуры в точке (хиу,А) возможно только от теплопередачи внутри тела отливки (торцовый теплоотвод).

Уравнение (3) после преобразования позволяет рассчитать плотность тока в заданном сечении отливки.

) (х„у|,гьт) =>/ (ХофСГпо (х„у„г,,т) - Твпф (х!,у1,21,х))/р,Х(х„у1,21,) (5)

Из формулы (4) сила тока в процессе всего времени затвердевания рассчитывается по следующей зависимости:

I = Рсеч ПО " Твпф (ХиУЛТ)) / р.Х(хг,у^) (6)

при

ОофСТпо - Т>пф (х„у^))= Яф(х1,у1,г1,т) (7)

выражение (6) примет вид: _

I = Рсет (у0.л/ яФ(х„уи2Ьт) / р.Х(хьу1,г,) (8)

Уравнение (8) устанавливает соотношение теплового потока яФ(х1,у„2„т) с оптимальной силой тока I, проходящего через отливку и является принципиальным условием обеспечения направленности затвердевания отливок практически неограниченной высоты и входит в исходные данные для программы расчёта технологических параметров. Расчётная величина силы тока зависит от температур отливки и формы в их точке контакта, удельного электросопротивления, а также горизонтальной площади сечения и толщины отливки в расчётной точке.

Из уравнения (5) получен безразмерный критерий интенсивности электронагрева

^ = 12.р.Х (х„у,А) / |Тсеч(у,)2. Яф(х„у„г„т)] (9)

Для гарантированного обеспечения протекания направленного затвердевания должно выполнятся условие К, = 1 в расчетной точке независимо от геометрических особенностей отливки. Для отливки постоянного селения при К, >1 температура верхней части отливки будет расти, что приведёт к повышению температурного градиента, уменьшению скорости затвердевания и, возможно, направленному плавлению, а при К, < 1 будет иметь место монотонное снижение температуры жидкого сплава в верхней части отливки. Указанное условие справедливо при рассмотрении затвердевания протяжённых отливок постоянного сечения.

Для отливки переменного сечения влияние значения К, на изменение температуры в верхней части отливки зависит от геометрии фасонной отливки.

Так как точка (хиу„г,) является координатой последнего объема жидкого металла затвердевающей отливки, то, очевидно, что значение К, на всей поверхности отливки должно удовлетворять условию:

1. К, (х.^г,) >= К, (х,у,г), где К, (х,у,г) - значение К, в любой точке остальной поверхности отливки.

Математическая модель (2 - 8) реализована в программе САМ ЛП «ПОЛИГОН». При выборе технологии литья с использованием внутреннего электронагрева необходимо выполнить предварительный анализ отливки с точки зрения распределения по поверхности отливки значений критерия К|. Направленное затвердевание отливки будет обеспечено, если значение данного критерия будет монотонно возрастать по вертикали в направлении снизу вверх, а по горизонтали в направлении от входной и выходной кромок пера лопатки к центру максимальной толщины профиля.

При выборе технологии литья необходим предварительный анализ всех технологических параметров, которые могут найти отражение в значениях величин входящих в формулу Щ. В зависимости от соотношения данных параметров могут быть назначены существенно отличающиеся друг от друга технологии литья.

Полученная методика расчета позволяет моделировать не только процесс направленного затвердевания, но и процесс направленной кристаллизации. В данном случае рассчитывался процесс кристаллизации охлаждаемой рабочей лопатки первой ступени высотой 120 мм. Наличие высокого температурного градиента в лопатках, который достигается за счет торцового теплоотвода и температурного градиента в форме имеющей температуру ниже температуры солидуса сплава, обеспечивает условия для направленной кристаллизации для данного метода литья. Расчетные электрические параметры показывают, что для получения столбчатой структуры изменение силы тока должно быть в пределах от 1000 до 70 А.

Получение столбчатой структуры при применении данной технологии возможно не только в отливках имеющих малую высоту, но и в протяженных крупногабаритных деталях, таких как Проставка реактивного сопла авиационного двигателя. Данная деталь представляет собой пластину со средней толщиной стенки 3 мм и высотой 450 мм. Сила пропускаемого тока через металл составляет 1050 А. Для улучшения теплоотвода и создания высокого температурного градиента использовался жидкометаллический охладитель - олово с температурой 400 °С. Анализ температурных полей (рис. 6) указывает на протекание процесса направленной кристаллизации. Полученные при моделировании значения скорости кристаллизации со, и температурного градиента на изоликвидусе сплава представлены на карте формирования различных типов структур (рис. 7). Точка А, соответствующая соотношению данных технологических параметров указывает на формирование дендритно-ячеистой структуры в детали «Проставка», которая рассчитана в условиях теплоотвода за счет жидкометаллического охладителя.

Рис. 6. Моделирование процесса направленной кристаллизации отливки типа ПРОСТАВКА

1 - плоский фронт;

2 - ячеистый фронт;

3 - ячеисто-дендритный фрон г;

4 - равноосная кристаллизация

1(Г 10° в, К/м

Рис. 7. Карта формирования различных типов структур

Анализ возможных способов достижения требуемой структуры в крупногабаритных отливках привел к необходимости создания нового способа (рис. 8) получения направленной структуры, который заключается в следующем. В печь подогрева, внутри которой находится литейная форма, с помощью магнитодинамического насоса подается жидкометаллический охладитель, который обеспечивает получение высоких температурных градиентов.

I - тонкостенная литейная форма;

2- контейнер;

3- нагреватель формы;

4- кристаллизаторы-электроды;

5- расходная ёмкость; 6 - магнитогидродинамический насос;

7- зеркало охладителя;

8- охладитель

5

6 Рис. 8. Способ получения отливок направленной кристаллизацией

В четвертой главе представлены результаты промышленного опробования. Лопатки, полученные по технологии с использованием внутреннего электронагрева, прошли усталостные испытания, а также на длительную и кратковременную прочность. Результаты исследований показали, что полученные новым методом детали имеют эксплуатационные характеристики, уровень которых превышает требуемый по нормам технических условий.

УВПП-2

УВНК-8П

УПВ-бНК

Стоимость

Расход энергии

Для оценки экономической эффективности технологии с электронагревом металла был проведен сравнительный анализ затрат электроэнергии при использовании

различных видов технологии на примере расчета отливки Проставка (рис. 9). Получение направленной структуры возможно при применении следующих технологий: 1) литье в установке типа УВПП-2, оснащенной графитовыми счет 2)

Рис.9. Сравнительный анализ затрат на электроэнергию

нагревателями, где направленная кристаллизация обеспечивается за вытяжки формы из зоны печи подогрева в охладительную среду; использование жидкометаллического охладителя при температуре печи подогрева выше температуры ликвидус (установка типа УВНК-8П); 3) новый

способ литья в «холодную» форму с температурой печр подогрева ниже температурь солидуса сплава (установка типа УПВ-6НК). Из анализе представленной гистограммы видно, что технология литья с электронагревом являете? наиболее экономичной с точет зрения затрат ж

электроэнергию по сравнению с другими технологиями Сравнительный анализ затрат (рис.10) на металл показывает, что предложенная технология позволяет сократить их в 8 раз по сравнению с серийной за счет существенного уменьшения массы прибыли.

Основные выводы:

1. Выполнен анализ затрат на материалы и электроэнергию при производстве отливок ГТД по номенклатуре литья НПО Сатурн, в ходе которого установлена зависимость удельного расхода электроэнергии на приготовление сплава с учетом его интервала кристаллизации, позволяющая определить нормативный расход электроэнергии на плавку.

2. На основе полученной зависимости изменения величины расхода материалов и энергоресурсов от массы отливки определена область применения предлагаемой технологии. Установлено, что наиболее

Серийная Предложенная'

Стоимость

Рис.10. Сравнительный анализ затрат на металл

целесообразно изготавливать отливки массой более 10 кг с использованием технологии с электронагревом.

3. Разработана методика определения температурной зависимости удельного электросопротивления сплавов в жидком и твёрдом состояниях. Полученные значения удельного электросопротивления были использованы при моделировании процесса затвердевания.

4. С учетом особенностей затвердевания сплава в условиях электронагрева разработана трехмерная математическая модель расчета затвердевания отливок сложной конфигурации, что позволяет определить такие технологические параметры литья как сила тока и напряжение для обеспечения направленного затвердевания и направленной кристаллизации отливок из жаропрочных сплавов.

5. Полученный критерий К,, позволяет провести предварительный анализ возможного процесса направленного затвердевания с учетом геометрических особенностей отливки и теплофизических свойств сплава. Направленное затвердевание отливки будет обеспечено, если значение данного критерия будет монотонно возрастать по вертикали в направлении снизу вверх, а по горизонтали в направлении от входной и выходной кромок пера лопатки к центру максимальной толщины профиля.

6. Доказана адекватность математической модели затвердевания на примере моделирования процесса направленной кристаллизации отливок типа ЛОПАТКА и ПРОСТАВКА, которое показало, что разработанная математическая модель может быть использована как при расчёте Процесса направленного затвердевания, так и для моделирования процесса направленной кристаллизации тонкостенных отливок высотой до 120 мм за счет торцового теплоотвода, и протяженных отливок при использовании допсйнительных технологических приемов, таких как погружение в жидкометаллический охладитель.

7. Разработанные способ и устройство для реализации процесса направленного затвердевания обеспечивают более высокий температурный градиент и скорость кристаллизации, как в тонких, так и в массивных частях отливки. Это позволяет сократить время кристаллизации и расход жидкометаллического охладителя, тем самым уменьшить затраты электроэнергию и материал охладителя. На данное техническое решение получен патент.

8. Получены положительные результаты по испытаниям механических свойств образцов и лопаток ГТД, а также Решение о внедрении данной технологии для литья крупногабаритных лопаток двигателя ГТД 110.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Калюкин, Ю. Н. Управление затвердеванием крупногабаритных лопаток методом активного воздействия на отливку в процессе кристаллизации электрическим током [Текст] / Ю. Н . Калюкин, Ю. Ю. Мальцева // Международный Форум по проблемам науки, техники и

9 5$ ~~тт

1в

образования: мат. Междунар. науч.-техн. конф. - Москва, 2000. - Том 1. - С. 79-80.

2 Калюкин, Ю. Н. Малоотходные технологии литья крупногабаритных лопаток газотурбинных двигателей [Текст] / Ю. Н. Калюкин, Ю. Ю. Мальцева // Съезд литейщиков России : мат. 5-го Съезда литейщиков России - Москва 21-24 мая 2001. -С. 256-259.

3 Калюкин, Ю. Н. Высокоэффективная технология литья крупногабаритных лопаток ГТД. [Текст] / Ю. Н.Калюкин, Ю. Ю. Мальцева, М. Д. Тихомиров, Д. X. Сабиров // Литейное производство - 2001 - №11.- С. 7-9.

4 Калюкин, Ю. Н. Устройство для получения отливок направленным затвердеванием [Текст] / Ю. Н. Калюкин, Ю. Ю. Мальцева, Ю. А. Почкарёв, В. В. Варенцов // Свидетельство на полезную модель № 28337 - 20.03.03, Бюл. №8

5 Калюкин, Ю. Н. Способ получения отливок направленной кристаллизацией [Текст]/Ю. Н. Калюкин, С. П. Серебряков, Ю. Ю. Мальцева, Ю. А. Почкарёв, В. В. Варенцов // Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2002120957/02 (021904) от 30.07.02.

6 Мальцева, Ю. Ю. Разработка ресурсо- и энергосберегающей технологии литья тонкостенных протяженных отливок из жаропрочных сплавов в условиях прямого электронагрева [Текст] / Ю. Ю. Мальцева, А. А. Жуков // Теплофизика технологических процессов : мат. Всероссийской научной конференции - Рыбинск: РГАТА, 2005.- С. 107109.

7 Мальцева, Ю. Ю. Анализ и совершенствование технологического процесса изготовления тонкостенных отливок из жаропрочных сплавов для ГТУ [Текст / Ю. Ю. Мальцева, А. А. Жуков // Авиационно-космическая техника и технология - 2005,- №9(25).-С13-17.

Зав. РИО М. А. Салкова Подписано в печать 24.01.2006. Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.л. 1. Тираж 100. Заказ 15.

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. П. А. Соловьева (РГАТА)

152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53 Отпечатано в множительной лаборатории РГАТА 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И 12 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Современные технологические схемы и оборудование для 12 изготовления крупногабаритных отливок для газотурбинных двигателей и энергоустановок.

1.2 Технико-экономические показатели при производстве 33 отливок способом литья по выплавляемым моделям

1.3 Использование ресурсосберегающих технологий в 39 литейном производстве

1.4 Основные принципы разработки системы управления 46 качеством отливок и эффективности литья по выплавляемым моделям

1.5 Анализ затрат материалов и электроэнергии при 54 изготовлении отливок способом литья по выплавляемым моделям

1.6 Выводы и задачи исследования

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Характеристика исследуемых материалов

2.2 Методика исследования процессов направленного 66 затвердевания при воздействии электрического тока на отливку

2.3 Методы и средства для исследования структуры и свойств 87 сплавов

2.4 Технологические варианты направленного затвердевания и 89 направленной кристаллизации при воздействии эл тока на отливку

2.5 Выводы

3 РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ ПРИ 96 ВОЗДЕЙСТВИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОТЛИВКУ

3.1 Разработка математической модели процесса 96 направленного затвердевания

3.2 Моделирование процесса направленного затвердевания 103 отливки типа Лопатка ГТД.

3.3 Моделирование процесса направленной кристаллизации 124 отливок типа лопатки ГТД.

3.4 Моделирование направленной кристаллизации 129 тонкостенных протяженных отливок типа ПРОСТАВКА

3.5 Технологическое обеспечение предложенного способа 136 литья при воздействии электрического тока на затвердевающий металл

3.6 Выводы

4 ПРОМЫШЛЕННОЕ ОПРОБОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 143 ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Анализ структуры, физических, механических и 143 эксплуатационных свойств

4.2 Сравнительный анализ технико-экономических показателей

4.3 Выводы

В настоящее время в условиях формирования конкурентной рыночной среды, либерализации внешнеэкономической деятельности и в связи с выходом российских предприятий на мировой рынок проблема обеспечения качества и конкурентоспособности изделий остается по прежнему актуальной. Это в особенной степени относится к производству высокоответственных и уникальных изделий, таких как газотурбинные двигатели (ГТД). Характерной особенностью современного газотурбинного двигателестроения - это многофункциональное назначение ГТД: ракетная техника, авиация, наземный и морской транспорт, энергомашиностроение. В зависимости от назначения ГТД к материалам и отдельным деталям двигателя предъявляются соответствующие требования по физико-механическим и эксплуатационным свойствам. Это в свою очередь обуславливает необходимость использования новых материалов с требуемым комплексом свойств, а также наиболее рациональных технологических процессов. Известно, что эксплуатационная надежность и ресурс ГТД в значительной степени определяется свойствами материала и качеством деталей высокотемпературного тракта: лопатки рабочей турбины и соплового аппарата, створки и др. В настоящее время детали изготавливаются из дорогостоящих жаропрочных сплавов с использованием ресурсо- и энергоемких технологических процессов литья по выплавляемым моделям. В соответствии с требованиями международных стандартов и системы качества в отливках не допускается использование в составе шихты металла вторичного переплава (возврата). Эти же требования распространяются и на технические условия литья лопаток для двигателей с повышенным ресурсом. Например, для энергетической турбины двигателя ГТД 110 требуется ресурс 25 тыс. часов до капитального ремонта. В связи с этим резко возрастают затраты производства и себестоимость отливок. Так для литья турбинной лопатки 4-й ступени ГТД 110 весом 10 кг высотой 700 мм в серийном технологическом процессе литейная прибыль составляет 50 кг при традиционной технологии (применение стояка с боковым подводом питания в перо лопатки). При использовании керамического войлока с неравномерным утеплением различных по высоте зон лопатки удаётся сократить вес прибыли до 16 кг. Возврат сплава (забракованные отливки, литниковые системы, прибыли и т. п.), остающийся на предприятии отправляют на металлургические заводы по цене на 70 % ниже стоимости свежих исходных материалов. Используемые в настоящее время методы направленной кристаллизации (НК) при изготовлении лопаток ГТД, обеспечивают получение высококачественных отливок со столбчатой структурой и повышенными эксплуатационными свойствами при минимальных затратах на литниково-питающую систему. Однако, данный технологический процесс является неэкономичным и нецелесообразным для лопаток к которым не предъявляются требования по обеспечению столбчатой структуры. Это обусловлено длительностью процесса кристаллизации лопаток (-1,5 часа на 100 мм длины). Значительными затратами электроэнергии (-360 кВт/ч), а также формовочных материалов. Кроме того, для обеспечения стабильного технологического процесса необходимо использовать высокоэффективные автоматизированные средства управлением скорости перемещения формы относительно зоны нагрева, а для получения ориентации 001 приходится использовать специальные затравки. Всё это представляет определённые технологические трудности и создаёт высокую стоимость литья лопаток с направленной структурой.

Таким образом, на основании вышеизложенного, очевидно, что для решения общей проблемы обеспечение качества и конкурентоспособности отечественных газотурбинных двигателей на мировом рынке необходимо совершенствование технологических процессов литья высоконагруженных деталей ГТД на основе использования современных методов активного воздействия на процесс кристаллизации формирование структуры отливок.

Решение данной проблемы позволит существенно сократить издержки производства в части расходования материальных и энергетических ресурсов, снизить цену двигателя и обеспечить предприятиям отрасли конкурентоспособность на рынке газотурбинных двигателей.

Объектом исследований являются тонкостенные отливки из жаропрочных сплавов для ГТД.

Предметом исследований являются процессы направленного затвердевания и направленной кристаллизации отливок при воздействии на них электрического тока, обеспечивающее сокращение материальных и энергетических ресурсов.

Цель диссертационной работы.

Разработка высокоэкономичной технологии изготовления отливок ГТД на основе математического моделирования процессов затвердевания при пропускании электрического тока через металл внутри формы. Для достижения указанной цели требуется решение следующих основных задач:

1. Анализ материальных и энергетических затрат при производстве отливок для ГТД с использованием традиционных технологических процессов.

2. Разработка методики определения температурной зависимости теплофизических свойств жаропрочных сплавов.

3. Разработка математической модели и алгоритма программного обеспечения для расчёта технологических параметров литья с учётом внутреннего источника теплоты от воздействия электрического тока на материал отливки.

4. Получение критерия, характеризующего эффективность воздействия электрического тока, который позволяет проводить предварительный анализ возможности процесса направленного затвердевания с учетом трехмерной геометрической модели.

Научная новизна:

1. Разработана оригинальная методика, позволяющая расчетно-экспериментальным путем определить температурную зависимость теплофизических свойств жаропрочных сплавов в интервале кристаллизации жаропрочных сплавов.

2. Установлено влияние геометрических факторов отливки на параметры, определяющие формирование будущего типа макроструктуры при моделировании процесса затвердевания.

3. Исследованы особенности процесса затвердевания протяженных тонкостенных отливок при пропускании электрического тока через металл с целью разработки новых технологических процессов литья, обеспечивающих повышение плотности отливок, их механических свойств, экономию металла и электроэнергии.

4. Разработана трёхмерная математическая модель процесса направленного затвердевания при электронагреве отливки.

5. Предложен критерий интенсивности электронагрева Kj, позволяющий провести предварительный анализ возможности протекания процесса в данной отливке. Доказано, что управление процессом направленного затвердевания отливки возможно при обеспечении значения Kj=l в верхней части отливки.

6. Теоретически доказано, что последовательное затвердевание отливки возможно при условии возрастания критерия Kj как по высоте, так и в горизонтальном направлении от входной и выходной кромок пера лопатки к центру максимальной толщины профиля.

Практическая значимость работы:

1. Установленная зависимость изменения величины расхода материалов и энергоресурсов от массы отливок позволяет определить границы области применения разработанной технологии получения крупногабаритных отливок с заданной структурой.

2. Разработаны новые способ и устройство для направленной кристаллизации и направленного затвердевания отливок из жаропрочных сплавов для ГТД, обеспечивающие получение более высоких температурных градиентов и скорости кристаллизации, что позволило сократить затраты на производство отливок за счет сокращения времени кристаллизации и расхода жидкометаллического охладителя.

3. Разработана система предварительной критериальной оценки возможности направленного затвердевания с целью выбора соответствующего технологического обеспечения на стадии проектирования техпроцесса.

4. В программу расчёта литейных процессов «ПОЛИГОН» добавлена математическая модель теплового баланса для трёхмерных геометрических объектов с учётом внутренних источников теплоты от электронагрева, что позволяет расширить функциональные возможности программы «ПОЛИГОН».

5. Получена статистическая зависимость удельных энергозатрат от интервала кристаллизации, которая может быть использована для расчета нормативных показателей расхода электроэнергии при плавке сплавов.

6. Результаты исследований прошли промышленное опробование на ОАО «НПО» Сатурн». Использована программа расчёта на ЭВМ основных технологических параметров литья лопаток ГТД с равноосной структурой при электронагреве металла. Механические свойства лопаток соответствуют требованиям, предъявляемым к изделиям с равноосной и направленной структурами. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 3,1 млн. рублей в год за счёт снижения металлоёмкости и энергоёмкости процесса.

Автор защищает:

1. Результаты анализа особенностей процесса затвердевания отливок из жаропрочных сплавов при пропускании электрического тока через металл с целью разработки новой ресурсосберегающей технологии изготовления отливок необходимого качества.

2. Математическую модель процесса направленного затвердевания отливки включающую эффект внутреннего тепловыделения от электронагрева с учётом температурной зависимости удельного электросопротивления в интервале кристаллизации.

3. Основные принципы управления процессом направленного затвердевания отливки при её электронагреве, заключающиеся в поддержании постоянной температуры жидкого сплава на удалении от фронта изоликвидуса, что достигается изменением плотности тока или напряжения на отливке, а также обеспечением необходимой интенсивности теплоотдачи от отливки к поверхности печи подогрева.

4. Возможность использования критерия Kj, для предварительной оценки направленного затвердевания и направленной кристаллизации при воздействии электрического тока.

Достоверность полученных результатов подтвераедается:

1.Высокой сходимостью результатов расчетов, полученных при математическом моделировании и экспериментальных исследованиях электрических параметров, таких как сила тока и напряжения, которые свидетельствуют о работоспособности методики по определению теплофизических свойств и корректности математической модели, учитывающей тепловыделение внутри отливки от внутреннего источника электронагрева.

2. Совпадением результатов оценки предполагаемой макроструктуры, определяемой такими параметрами затвердевания как температурный градиент, скорость кристаллизации, со структурой, полученной на реальных отливках.

Апробация работы.

Тезисы докладов на X Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов», Рыбинск, РГАТА - 2000 - С. 8-9; тезисы доклада X Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов», Рыбинск, РГАТА 2000- С. 7-8; труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования. Том 1. Москва -2000. - С. 79-80; труды 5-го Съезда литейщиков России. Российская Ассоциация литейщиков. Москва 2001 -С. 256-259; тезисы доклада Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмические технологии и образование на рубеже веков», Рыбинск, РГАТА-2002г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в т.ч. 1 патент РФ, 1 свидетельство на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, 3 приложений, списка используемых источников, содержащего 105 наименований. Общий объем диссертации 167 стр., содержит 61 рис. и 15 таблиц.

4.3 Выводы

Наиболее важные результаты заключаются в следующем.

1. Разработана Инструкция УГМет ОАО «РМ» № 131-09-0057-2000 нового технологический процесс литья, обеспечивающего повышение плотности отливок, их механических свойств.

2. Разработан и опробован в производстве высокопроизводительный метод получения протяжённых отливок с направленным затвердеванием путём пропускания через отливку в процессе её формирования электрического тока в оболочковых формах с температурой ниже солидуса сплава.

3. Получены положительные результаты по испытаниям механических свойств образцов и лопаток ГТД, а также Решение о внедрении данной технологии для литья крупногабаритных лопаток двигателя ГТД 110.

152

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполнен анализ затрат на материалы и электроэнергию при производстве отливок ГТД по номенклатуре литья НПО Сатурн, в ходе которого установлена зависимость удельного расхода электроэнергии на приготовление сплава с учетом его интервала кристаллизации, позволяющая определить нормативный расход электроэнергии на плавку.

2. На основе полученной зависимости изменения величины расхода материалов и энергоресурсов от массы отливки определена область применения предлагаемой технологии. Установлено, что наиболее целесообразно изготавливать отливки массой более 10 кг с использованием технологии с электронагревом.

3. Разработана методика определения температурной зависимости удельного электросопротивления сплавов в жидком и твёрдом состояниях. Полученные значения удельного электросопротивления были использованы при моделировании процесса затвердевания.

4. С учетом особенностей затвердевания сплава в условиях электронагрева разработана трехмерная математическая модель расчета затвердевания отливок сложной конфигурации, что позволяет определить такие технологические, параметры литья как сила тока и напряжение для обеспечения направленного затвердевания и направленной кристаллизации отливок из жаропрочных сплавов.

5. Полученный критерий Kj, позволяет провести предварительный анализ возможного процесса направленного затвердевания с учетом геометрических особенностей отливки и теплофизических свойств сплава. Направленное затвердевание отливки будет обеспечено, если значение данного критерия будет монотонно возрастать по вертикали в направлении снизу вверх, а по горизонтали в направлении от тонкой части сечения (выходной кромки) к более массивной (входной кромке).

6. Доказана адекватность математической модели затвердевания на примере моделирования процесса направленной кристаллизации отливок типа

ЛОПАТКА и ПРОСТАВКА, которое показало, что разработанная математическая модель может быть использована как при расчете процесса направленного затвердевания, так и для моделирования процесса направленной кристаллизации тонкостенных отливок высотой до 120 мм за счет торцового теплоотвода, и протяженных отливок при использовании дополнительных технологических приемов, таких как погружение в жидкометаллический охладитель.

7. Разработанные способ и устройство для реализации процесса направленного затвердевания обеспечивают более высокий температурный градиент и скорость кристаллизации, как в тонких, так и в массивных частях отливки. Это позволяет сократить время кристаллизации и расход жидкометаллического охладителя, тем самым уменьшить затраты электроэнергию и материал охладителя. На данное техническое решение получен патент.

8. Получены положительные результаты по испытаниям механических свойств образцов и лопаток ГТД, а также Решение о внедрении данной технологии для литья крупногабаритных лопаток двигателя ГТД 110.

1. Шалин, Р. Е. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов Текст. / Р. Е. Шалин, И. Л. Светлов, Е. Б. Качанов [и др.] М.: Машиностроение, 1997. 336с.

2. Фридляндер, И. Н. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы Текст.: энциклопедия / И. И. Фридляндер, О. Г. Сенаторова, О. Е. Осинцев. М.: Машиностроение, : 2001. -ТЗ. 880с.

3. Чумаков, В. А. Повышение ресурса и надёжности турбинных лопаток с направленной структурой и технологические особенности их отливки Текст. / В. А. Чумаков, Н. Ф. Лашко, Г. И. Соболев //Авиационная промышленность. 1969. -№5 ДСП, С.34-37.

4. Чеченцев, А. И. Разработка материалов для высокотемпературных деталей энергетических ГТУ за рубежом Текст. : в 2 Т / А. И. Чеченцев // Теплоэнергетика, 1985. №10. - С. 72-75.

5. Симе, Ч. Т. Суперсплавы. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок Текст. / Ч. Т. Симе, И. С. Столофф, У. К. Хагель. М.: Металлургия, : 1995. 768с.

6. Братухин, А. Г. Технологическое обеспечение высокого качества, надежности и ресурса авиационной техники Текст. : в 2 Т / А. Г. Братухин. М:. Машиностроение,: 1996.- 817с.

7. Шестопал, В. М. Технические и экономические основы литейного производства Текст. / В. М. Шестопал. М:.Машиностроение, 1974. 304с.

8. Самойлович, Ю. А. Формирование слитка Текст. / Ю. А. Самойлович. // М.Металлургия, 1977. 160с.

9. Патон, Б. Е. Жаропрочность литейных никелевых сплавов и защита их от окисления Текст. / Б. Е. Патон, Г. Б. Строганов, С. Т. Кишкин [и др.] Киев : Наук, думка, 1987. - 256с.

10. Пехович, А. И. Расчёты теплового режима твёрдых тел Текст. / А. И. Пехович, В. М. Жидких. Л.:Энергия, 1968. - 304с.

11. Строганов Г. Б. Высокоскоростная направленная кристаллизация жаропрочных сплавов Текст. / Г. Б. Строганов, А. В. Логунов, В. В. Герасимов, Э. JL Кац // Литейное производство. 1983. —№ 12. С. 20-22.

12. Каблов, Е. Н. Производство турбинных лопаток ГТД методом направленной кристаллизации Текст. / Е. Н. Каблов //Газотурбинные технологии. -2000. -№ 3. С. 10-13

13. Кузнецов, П. В. Отливка тонкостенных крупногабаритных створок реактивного сопла Текст. / П. В. Кузнецов, [и др.] // Авиационная промышленность ДСП. 1971.- №3. -С.5-7.

14. Братухин, А. Г. Перспективные технологии для газотурбинных двигателей нового поколения Текст. / А. Г. Братухин, Б. Е. Карасев, А. В. Логунов // Авиационная промышленность. 1994. - № 3-4. - С. 56 - 63.

15. Котляский, Ф. М. Об организации направленного затвердевания фасонных отливок Текст. / Ф. М. Котляский, Г. П. Борисов // Литейное производство. 1985. -№ 10. - С. 4-5.

16. А. с. 1578925 СССР МКИ 3 В 22 D 27/04. Способ получения отливок направленной кристаллизацией Текст. / Ю. Н. Калюкин, П. В. Лебедев, Э. С. Судаков (СССР).-№ 4454523; заявл. 05.07.88.

17. А. с. 1063537 Российская Федерация, МПК3 В22Д27/04. Литейная форма для получения отливок направленной кристаллизацией Текст. / В. А. Чубрин, А. С. Белышев; заявл. 18.06.82; Б.И. 1983.

18. А. с. 1177049 Российская Федерация, МПК3 22Д27/04. Литейная форма для получения отливок направленной кристаллизацией Текст. / Ю. К. Шитов [и др]; заявл.23.06.83; Б.И.1985, №33.

19. Salkeld, R. W. Control solidification of metals. Текст. / R.W. Salkeld N. P. Anderson, A. F. Giamei // Патент США № 4412577, заявл. 27.01.82.

20. А. с. 1133028 Российская Федерация, МПК3 В22Д27/04. Способ изготовления постоянных магнитов с направленной структурой Текст. / В. И. Громов, М. П. Дыскин, А. М. Дербасов; заявл.21.07.82; Б.И. 1980.

21. А. с. 1016060 Российская Федерация, МПК3 В22Д27/04.

22. Устройство для литья по выплавляемым моделям направленной кристаллизацией Текст. / В. Г. Власов, В. Ф. Стукалов, В. М. Фролов, В. Ф. Брагин; заявл. 7.01.82. Б. И. 1983.

23. Кишкин, С. Т. Направленная кристаллизация жаропрочных сплавов Текст. / С. Т. Кишкин, Г. Б. Строганов, А. В. Логунов, В. А. Чумаков и др. // Литейное производство. 1984. - № 4. - С. 17 - 19.

24. Строганов, Г. Б. Высокоскоростная направленная кристаллизация жаропрочных сплавов Текст. / Г. Б. Строганов, А. В. Логунов, В. В. Герасимов, Э. Л. Кац // Литейное производство. 1983. — № 12.- С. 20-22.

25. А. с. 1061926 Российская Федерация, МПК3 В22Д27/04.

26. Устройство для изготовления отливок направленным затвердеванием Текст. / Сендгаков В.Д. [и др.]; заявл. 18.08.82. Б.И. 1983. -№ 47.

27. Пат. 3763926 США. Apparatus for casting of directionally solidified artieles. Текст. /I.G. Tschinkel, A.F. Giamei, B.H. Kearn; заявл. 15.09.71.

28. A. c. 977108 Российская Федерация, МПК3 В22Д27/04. Способ изготовления отливок направленным затвердеванием. Текст. / В.Ф. Завьялов, Е. Б. Глотов, В. Н. Виноградов, В. И. Докин; заявл. 7.04.81, Б.И. 1982.

29. А. с. 865513 Российская Федерация, МПК3 В22Д27/04. Устройство для изготовления отливок направленной кристаллизацией Текст. / В. Ф. Завьялов, В. И. Гаврилов; заявл.29.08.79. Б.И. 1981.

30. Пат. 4162700 США. Mechanismus for controlling temperature and heat balance of molds Текст. / F. Kahn; заявл.31.12.77.

31. Курц, В. Направленная кристаллизация эвтектических материалов Текст. / В. Курц, П. Р. Зам. М.: Металлургия, 1980. -272с .

32. Вигдорович, В. И. Очистка металлов и полупроводников кристаллизацией Текст. / В. И. Вигдорович. М.: Металлургия, 1969.- 296с.

33. Шульц, JI. А. Элементы безотходной технологии в металлургии. Текст. : учеб. Пособие / Л. А. Шульц // М.: Металлургия, 1991. 174с .

34. Cowley, P. Н. Improvements in or relating to casting of alloy articles. Текст. / P.H. Cowley // Английский патент №27491/73, заявл.8.06.73.

35. Пфанн, В. Зонная плавка. Текст. / В. Пфанн. -М.: Мир, 1970. -366с.

36. Лившиц Б. Г. Физические свойства металлов и сплавов Текст. / Б. Г. Лившиц, В. С. Крапошин, Я. Л. Линецкий М.: Металлургия, 1980. -320с.

37. Леонтьев, Ю. А. Влияние постоянного электрического тока на свойства постоянных магнитов с монокристаллической структурой Текст. / Ю. А. Леонтьев, И. В. Гаврилин //Литейное производство. 1985. № 3. - С. 16.

38. Ефимов, В. А. Физические методы воздействия на процессы затвердевания сплавов. Текст. / В. А. Ефимов, А. С. Эльдарханов. М.: Металлургия, 1995-272с.

39. Аметистов, Е. В. Тепломассообмен. Теплотехнический эксперимент Текст. / Е. В. Аметистов [и др.] М.: Энергоиздат, 1982. - 512с.

40. Лыков, А. В. Тепломассообмен Текст. / А. В. Лыков -Л.:Энергия? 1978.-512с.

41. Исаев, С. И. Теория тепломассообмена Текст. / С. И. Исаев. -М.: Высшая школа, 1979. 495с.

42. Лычев, А. П. Чёрная металлургия Текст. / А. П. Лычев, А. И. Черемшин// Изв. Вузов. 1978.-№ 11.-С. 158-161.

43. Langenberg, F. S. Grain refinement by solidification in a moving electromagnetic field Текст. / F.S. Langenberg, G Pestel, C.R Honeycutt // Journal of Metals, 1961. vol. 13. - № 12 - P. 31 - 35.

44. A. c. 742033 Российская Федерация, МПК3 В22Д27/04. Способ получения отливки направленным затвердеванием Текст. / А. А. Рыжиков, Ю. А. Зиновьев, А. М. Ларин; заявл. 5.01.78. Б. И. 1980.

45. Повх, И. Л. Магнитная гидродинамика в металлургии Текст. / И. Л. Повх, А. Б. Капуста, Б. В. Чекин. М.: Металлургия, 1974. - 240с.

46. Фанталов, Л. И. Основы проектирования литейных цехов и заводов Текст. : учебное пособие / Л. И. Фанталов, Б. В. Кнорре, С. И. Четверухин [и др.] II М.: Машиностроения, 1976 - 376с.

47. Чоджой, М. X. Энергосбережение в промышленности Текст. / М. X. Чоджой. М.: Металлургия, 1982. - 272с.

48. Сальников, А. И. Нормирование, потребление и экономия топливно-энергетических ресурсов Текст. / А. И. Сальников Л. А. Шевченко М.: Энергоатомиздат, 1986. - 240с.

49. Ватин, Г. Я. Экономия энергоресурсов в промышленных технологиях. Текст. : справочное пособие / Г. Я. Ватин, Л. В. Дудникова, С. К. Сергеева [и др.]. М.: Машиностроения, 1970. -295с.

50. Шкленник, Я. И. Литье по выплавляемым моделям Текст. / Я. И. Шкленник, В. А. Озеров. Машгиз, 1965. - 440с.

51. Борисов, В. Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка Текст. / В.Т. Борисов. М.: Металлургия, 1987.- 223с.

52. Сошникова, Л. А. Многомерный статистический анализ в экономике. Текст. : учебное пособие / Л. А. Сошникова, В. Н. Тамашевич. М.: Юнити, 1999.-598с.

53. Болч, Б. Многомерные статистические методы для экономики Текст. / Б. Болч, К. Хуань. М.: Финансы и статистика, 1978. - 317с.

54. Тюрин, Ю. Н. Анализ данных на компьютере Текст. : учебное пособие / Ю. Н. Тюрин, А. А. Макаров. М.: Финансы и статистика, 1995. -384с.

55. Шульц, Л. А. Элементы безотходной технологии в металлургии Текст. : учебное пособие / Л. А. Шульц. М.:Металлургия, 1994. - С. 4-9.

56. Калюкин, Ю. Н. Расчёт направленного затвердевания лопаток под действием электрического тока Текст. / Ю. Н. Калюкин, Ю. Ю. Мальцева // Теплофизика технологических процессов: мат. X Всерос. науч.-техн. конф. Рыбинск, РГАТА, 2000. - С. 8-9.

57. Калюкин, Ю. Н. Влияние электрического тока в процессе кристаллизации на формирование свойств отливки Текст. / Ю.Н. Калюкин, Ю.Ю. Мальцева // Теплофизика технологических процессов : мат. X Всерос. науч.-техн. конф. Рыбинск: РГАТА, 2000. - С. 7-8.

58. Hrbacek, К The structural stability of the nikel base superalloy at high temperatures. Текст. / К. Hrbacek, Karel, Kudnnan Yiris, Haki Yan // Pech Radovan // Prakt Metallorg, 1985. - №4, - P. 171-185.

59. Ефимов, В. А. Технологии современной металлургии Текст. / В. А. Ефимов, А. С. Эльдарханов. М.: Новые технологии, 2004. - 784с.

60. Леках, С. Н. Ресурсосберегающие технологии получения высококачественных чугунов для машиностроительных отливок. Текст. / С. Н. Леках. Минск : Наука и техника. 1991. - 224с.

61. Дружинин, Б. И. Направленное затвердевание отливок из алюминиевых сплавов при литье по выплавляемым моделям Текст. / Б. И. Дружинин, Ю. В. Нефёдов // Литейное производство, 1980. №7.- С. 19-20.

62. Flemings, М. С. New solidification processes and products. Текст. / M. С. Flemings // International conference an solidification and casting : Proceedings, Sheffield, 1979. - № 18. - P. 34-45

63. Борисов, Б. П. Повышение эффективности использования электроэнергии в системах электротехнологии Текст. / Б. П. Борисов, Г. Я. Ватин, А. Б. Лоскутов. Киев : Наукова думка. 1990.- 240с.

64. Коньятов, Ю. В. Экономия электроэнергии в промышленности Текст. : справочник / Ю. В. Коньятов, Б. А. Чуланов. М.: Энергоатомиздат, 1982.- 112с.

65. Масленков, С. Б. Стали и сплавы для высоких температур Текст. : справочник / С. Б. Масленков, Е. А. Масленкова. -М.: Металлургия, 1991.- 832с.

66. Каблов, Е. Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей. Сплавы, технологии, покрытия Текст. / Е. Н. Каблов. -М.: МИСИС, 2001. 632с.

67. Шалин, Р. Е. Авиационные материалы Текст. : в 9 Т / Р. Е. Шалин // Жаропрочные стали и сплавы ТЗ. Сплавы на основе тугоплавких металлов.- М.: ВИАМ-ОНТИ, 1989.- 568с.

68. Шатульский, А. А. Производство отливок из жаропрочных сплавов Текст. : учеб. пособие / А. А. Шатульский. Рыбинск: РГАТА, 1999.- 198с.

69. Неуструев, А. А. Расчёт параметров направленного затвердевания отливок при прямом электронагреве металла Текст. / А. А. Неуструев, Ю. Н. Калюкин // Известия высших учебных заведений: Чёрная металлургия. 1988. -№1.

70. А. с. 1057169 СССР, МКИ 3 В 22 D 27/04 Способ получения отливок направленной кристаллизацией Текст. / Ю. Н. Калюкин, П. В. Лебедев (СССР). № 3470375/22-02; заявл. 08.07.82; опубл. 30.11.83, Б.И. № 44. - 4 с.

71. А. с. 1374562 МКИ 3 В 22 D 27/04 Способ получения отливок направленной кристаллизацией Текст. / Ю. Н. Калюкин, П. В. Лебедев (СССР).- №4014688/31-02; заявл. 23.01.86; неопубл.-Зс.

72. Корольков, А. М. Литейные свойства металлов и сплавов Текст. / A.M. Корольков.-М.: Наука, 1967.-С. 199.

73. Баландин, Г. Ф. Основы теории формирования отливки. Текст. / Г. Ф. Баландин. -М.: Машиностроение, 1976. 328с.

74. Каблов, Е. Н. Рений в жаропрочных никелевых сплавах для лопаток газовых турбин Текст. / Е. Н. Каблов [и др.] // Материаловедение. 2000.- № 3. С. 38—43, № 2. - С. 23 - 29.

75. Пилюшенко, В. Л. Справочник по практическому металловедению Текст. / В. Л. Пилюшенко, Б. Б. Винокур, С. Е. Кондратюк [и др.]. Киев: Техника, 1984.- 135с.

76. Свид. 28337 Российская Федерация, МПК 7 В 22 D 27/04.

77. Устройство для получения отливок направленным затвердеванием Текст. / Калюкин Ю. Н., Мальцева Ю. Ю., Почкарёв Ю. А., Варенцов В. В., заявитель и обладатель науч.-производ. объед. «Сатурн».-№ 2002121375, заявл. 12.08.02; опубл. 20.03.03, Бюл. № 8. 1 с.

78. Векслер, Ю. Т. Влияние замены углерода бором на структуру и свойства никелевого сплава с высоким содержанием титана. Текст. / Ю. Т. Векслер [и др.] // Физика и металловедение. 1985. -№1. - С.82-89.

79. Раддл, Р. У. Затвердевание отливок Текст. / Р. У. Раддл. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, I960. - 392с.

80. Цаплин, А. Н. Численное исследование затвердевания непрерывного горизонтального слитка Текст. / А. Н. Цаплин, М. А. Ошивалов // Черметинформация, 1983. — № 2. С. 203.

81. Беляев Н. М. Методы нестационарой теплопроводности Текст. / Н. М. Беляев, А. А. Рядно. М.: Высшая школа, 1978. - 328с.

82. Дибров, И. А. О состоянии и перспективах развития литейного производства России и задачах ассоциации литейщиков в современных условиях Текст. / И. А. Дибров // Тезисы докладов IV съезда литейщиков России. Москва, 1999. - С. 3-7.

83. Кузнецов, П. В. Освоение отливки крупногабаритных лопаток методом направленной кристаллизации Текст. / П. В. Кузнецов [и др.] // Авиационная промышленность. —1971. — С. 25-31.

84. Калюкин, Ю. Н. Малоотходные технологии литья крупногабаритных лопаток газотурбинных двигателей Текст. /

85. Ю. Н. Калюкин, Ю. Ю. Мальцева // Российская Ассоциация литейщиков : Труды 5-го Съезда литейщиков России. Москва, 2001. - С. 256-259.

86. Гольденберг, Б. С. Способ получения отливок направленной кристаллизацией и устройство для его осуществления. Текст. / Б. С. Гольденберг // Авторское свидетельство № 825278, заявл. 20.11.78. Б. И. 1981.- №16.

87. Шарыгин, Н. В. Технологическое оборудование для литья постоянных магнитов Текст. / Н. В. Шарыгин, Н. В. Порхачёва // Промышленное применение токов высокой частоты : сб. научн. тр. — Москва, 1985.-С. 51-56.

88. Ершов, Г. С. Физико-химические основы рационального легирования сталей и сплавов Текст. / Г. С. Ершов, Ю. Б. Бычков. М.: Металлургия, 1982.- 360с.

89. Лебедев, П. В. Направленная кристаллизация в формах с различной теплоотводящей способностью по высоте Текст. / П. В. Лебедев, В. И. Кулагина, Ю. Н. Калюкин // мат. Всесоюзного научно-технического съезда литейщиков :- Ленинград, 1983.-С. 122-123.