Национальный исследовательский технологический университет МИСИС, Москва, Россия

А. А. Никитина, учебный мастер кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов (ЛТиХОМ), эл. почта: nikitina.misis@gmail.com
В. Е. Баженов, доцент кафедры ЛТиХОМ, канд. техн. наук, эл. почта: v.e.bagenov@gmail.com
А. В. Колтыгин, доцент кафедры ЛТиХОМ, канд. техн. наук, эл. почта: misistlp@mail.ru
В. Д. Белов, заведующий кафедрой ЛТиХОМ, докт. техн. наук, эл. почта: vdbelov@mail.ru

Стабильность технологических параметров производственного процесса является важнейшим условием обеспечения качества отливок. При широком диапазоне допустимых значений таких параметров, как температуры литья и нагрева форм, длительность транспортировки форм к месту заливки, готовая продукция из различных партий может иметь разное качество. Выполнен анализ используемых на производстве температурно-временны х параметров процесса литья корпусной отливки методом литья по выплавляемым моделям. Установлено влияние, которое эти параметры оказывают на качество изделий. С этой целью проведено компьютерное моделирование процесса заливки и затвердевания крупногабаритной тонкостенной отливки из никелевого жаропрочного сплава ВЖЛ14Н-ВИ, получаемой в оболочковой керамической форме. Критерием оценки качества отливки по результатам моделирования являлся объем усадочной пористости в теле отливки. Оценено комплексное влияние параметров моделирования на скорость охлаждения металла в стенке отливки. В результате получены рекомендации по оптимизации технологического процесса для получения отливок, соответствующих техническим требованиям. Установлено, что наилучшее качество отливки достигнуто при разнице между температурами заливки сплава и формы, обеспечивающей скорость охлаждения отливки в интервале кристаллизации сплава не менее 2 ^oC/с. Дальнейшее увеличение скорости охлаждения отливки не приводит к уменьшению пористости.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Постановления Правительства № 218 по соглашению о предоставлении субсидии № 075-11-2022-023 от 06.04.2022 г. «Создание технологии изготовления уникальных крупногабаритных отливок из жаропрочных сплавов для газотурбинных двигателей, ориентированной на использование отечественного оборудования и организацию современного ресурсоэффективного, компьютероориентированного литейного производства».

1. Рахманкулов М. М., Паращенко В. М. Технология литья жаропрочных сплавов. — М. : Интермет Инжиниринг, 2000. — 464 с.
2. Campbell J. Castings principles: the new metallurgy of cast metals. 2^nd ed. — Burlington, Mass : Butterworth Heinemann, 2003. — 352 p.
3. Beeley P. R. Foundry technology. 2^nd ed. — Oxford ; Boston : Butterworth Heinemann, 2001. — 719 p.
4. Sun B., Wang J., Shu D. Precision forming technology of large superalloy castings for aircraft engines. — Springer Nature Singapore, 2021. — 410 p.
5. Pattnaik S., Karunakar D. B., Jha P. K. Developments in investment casting process — A review // Journal of Materials Processing Technology. 2012. Vol. 212, Iss. 11. P. 2332–2348.
6. Ransing R. S., Sood M. P. Optimization in castings — An overview of relevant computational technologies and future challenges // Metall. Mater. Trans. B. 2006. Vol. 37, Iss. 6. P. 905–911.
7. Рассохина Л. И., Битюцкая О. Н., Гамазина М. В., Ечин А. Б. Отработка технологического процесса получения отливок деталей газотурбинных двигателей «Диффузор» из сплава ВЖ159 в условиях машиностроительного предприятия // Труды ВИАМ. 2019. № 12(84). С. 20–28.
8. Stefanescu D. M. Computer simulation of shrinkage related defects in metal castings – a review // International Journal of Cast Metals Research. 2005. Vol. 18, Iss. 3. P. 129–143.
9. Анциферов П. В., Беляков Н. Н., Оборин Л. А. Математическое моделирование как один из эффективных механизмов формирования литой заготовки // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2018. Т. 1, № 14. С. 404–405.
10. Yu J.,Wang D., Li D, Tang D. et al. Engineering computing and data-driven for gating system design in investment casting // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2020. Vol. 111, Iss. 3-4. P. 829–837.
11. Prashanth Yadav A., Reddy G. S., Hafeez Md. Modeling and simulation of investment casting to minimize shrinkage porosity in boom post // AIP Conference Proceedings. 2021. Vol. 2358. Iss. 1. 100022.
12. Дубровская А. С., Донгаузер К. А., Труфанов Н. А. Математическое моделирование процесса литья деталей газотурбинных двигателей // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 4(5). С. 1368–1371.
13. Anglada E., Meléndez A., Maestro L., Dominguez I. Adjustment of numerical simulation model to the investment casting process // Procedia Engineering. 2013. Vol. 63. P. 75–83.
14. Никулин И. Л. Математическое моделирование температурных полей в оболочковой литейной форме перед заливкой // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная математика и механика. 2013. № 11. С. 69–79.
15. Tao P., Shao H., Ji Z., Nan H. et al. Numerical simulation for the investment casting process of a large-size titanium alloy thin-wall casing // Progress in Natural Science: Materials International. 2018. Vol. 28. P. 520–528.
16. Зарифжонов Ж. Ф., Прягаев В. М. Сравнительный анализ компьютерных программ для моделирования литейных процессов // Инновационные идеи молодых исследователей: cборник научных статей по материалам VI Международной научно-практической конференции, Уфа, 12 октября 2021 года. — Уфа : ООО «Научно-издательский центр «Вестник науки», 2021. С. 53–58.
17. Баженов В. Е., Колтыгин А. В., Никитина А. А., Белов В. Д. и др. Эффективность многопоточных вычислений в системах компьютерного моделирования литейных процессов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2023. Т. 29, № 3. С. 38–53.
18. ОСТ 1-90126–85. Сплавы жаропрочные литейные вакуумной выплавки. — Введ. 01.04.1986.
19. Konrad C. H., Brunner M., Kyrgyzbaev K., Völkl R. et al. Determination of heat transfer coefficient and ceramic mold material parameters for alloy IN738LC investment castings // Journal of Materials Processing Technology. 2011. Vol. 211, Iss. 2. P. 181–186.
20. Jin H., Li J., Pan D. Application of inverse method to estimation of boundary conditions during investment casting simulation // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2009. Vol. 22, Iss. 6. P. 429–434.
21. Flemings M. C. Solidification processing. — New York : McGraw Hill, 1974. — 420 p.
22. Пикунов М. В. Плавка металлов. Кристаллизация сплавов. Затвердевание отливок : учеб. пособие для вузов. — М. : МИСИС, 2005. — 414 с.