一种细长薄壁带冠等轴晶铸造涡轮叶片的疏松控制方法

摘要

本发明涉及熔模精密铸造的技术领域，具体为一种细长薄壁带冠等轴晶铸造涡轮叶片的疏松控制方法。本发明提供一种细长薄壁带冠等轴晶铸造涡轮叶片的疏松控制方法，蜡模组合时无需增设叶身内浇口，在制备好的型壳上，叶身中部1/3段包裹保温棉时作开口设计，型壳叶身包棉开口处温度较低，从而凝固较快，可促进叶身中部1/3段优先凝固，未凝固或凝固较慢的榫头端叶身1/3段以及叶冠端叶身1/3段可对优先凝固的叶身中部1/3段提供良好补缩，叶冠内浇口、榫头内浇口以及横浇道可对榫头端叶身1/3段以及叶冠端叶身1/3段提供良好补缩，从而可实现以叶身中部1/3段优先凝固的顺序凝固模式，可有效降低细长薄壁带冠等轴晶铸造涡轮叶片的疏松程度。

说明书

技术领域

本发明涉及熔模精密铸造的技术领域，具体为一种细长薄壁带冠等轴晶铸造涡轮叶片的疏松控制方法。

背景技术

航空发动机涡轮叶片形状和尺寸因发动机的设计不同而呈现较大差异，一般情况下，航空发动机涡轮叶片中叶身长宽比超过3的称为细长叶片，最小壁厚小于1mm的叶片称为薄壁叶片。航空发动机涡轮叶片采用熔模铸造方法进行制造，等轴晶叶片铸造所采用的工艺一般为快速凝固工艺，由于合金凝固存在一定的温度范围，在叶片铸件凝固最后阶段或其热节处，液态合金不能对铸件进行有效补缩，因此叶片铸件内部会产生疏松。叶片内部的部分疏松可以采用热等静压消除，但成本较高，且热等静压温度一般较高，对某些合金元素固溶度较大的合金，附加热过程的存在可能会导致TCP相的析出，对叶片性能不利。对细长薄壁类叶片，铸造过程中，为了降低叶片内部疏松水平，蜡模组合时往往在会在叶身增设内浇口，内浇口可较好的解决叶片叶身疏松问题。但是，内浇口的存在，使得叶身与内浇口相连接局部范围的尺寸有明显差异，改变了叶身的温度场和凝固过程，凝固后容易导致较大的内应力，从而产生叶身裂纹。

发明内容

本发明是为了解决现有技术存在的问题，提出一种细长薄壁带冠等轴晶铸造涡轮叶片的疏松控制方法。

本发明的技术方案是，蜡模模组包括浇口杯和与浇口杯连通设置的横浇道，以及中柱管，横浇道包括榫头端横浇道和叶冠端横浇道，榫头端横浇道连接叶片榫头内浇口，叶冠端横浇道连接叶片叶冠内浇口，模组方式为圆形模组或直板状模组，将制备的蜡模模组涂挂耐火材料，干燥后，进行脱蜡处理，然后进行预焙烧处理，得到型壳；在所得的型壳上除叶身中段以外均包裹保温棉，叶身中段的长度为叶身长度的1/3，将包裹保温棉的型壳焙烧后进行重熔浇注得到叶片铸件。

所述的重熔浇注过程对型壳进行包裹保温棉的包裹方式为局部包裹，将榫头端横浇道和叶冠端横浇道先包裹1层保温棉，再在靠近榫头端横浇道的叶身1/3段和榫头端横浇道以及靠近叶冠端横浇道的叶身1/3段和叶冠端横浇道上包裹1层保温棉。

所述的重熔浇注中所采用的保温棉厚度为6～9mm或12～16mm。

所述的重熔浇注过程对型壳进行包裹保温棉的包裹方式为局部包裹，将榫头端横浇道和叶片榫头内浇口先包裹1层保温棉，叶冠端横浇道及叶片叶冠内浇口先包裹1层保温棉，再在靠近榫头端的叶身1/3段和榫头端横浇道及叶片榫头内浇口上包裹1层保温棉，以及靠近叶冠端的叶身1/3段和叶冠端横浇道及叶片叶冠内浇口上包裹1层保温棉。

本发明具有的优点和有益效果，本发明提供一种细长薄壁带冠等轴晶铸造涡轮叶片的疏松控制方法，蜡模组合时无需增设叶身内浇口，在制备好的型壳上，叶身中部1/3段包裹保温棉时作开口设计，从焙烧炉中取出型壳到浇注完成的时间内，型壳一直处于降温过程，型壳叶身包棉开口处降温较快，相同放置时间后，型壳叶身包棉开口处温度较低，从而凝固较快，可促进叶身中部1/3段优先凝固，未凝固或凝固较慢的榫头端叶身1/3段以及叶冠端叶身1/3段可对优先凝固的叶身中部1/3段提供良好补缩，叶冠内浇口、榫头内浇口以及横浇道可对榫头端叶身1/3段以及叶冠端叶身1/3段提供良好补缩，从而可实现以叶身中部1/3段优先凝固的顺序凝固模式，可有效降低细长薄壁带冠等轴晶铸造涡轮叶片的疏松程度。

进一步的，不增设叶身内浇口，可简化蜡模模组结构，消除叶身内浇口与中柱管以及叶片间的焊接口，焊接口减少，可降低因焊接口不圆滑导致所制备型壳存在的尖角脱落或掉皮概率，减少因蜡模模组复杂导致的型壳局部干燥不充分、强度不足等引起的型壳表面脱皮现象，从而可提高型壳质量，降低了型壳表面质量不高所导致的铸件夹杂倾向性；

进一步的，不增设叶身内浇口，可防止内浇口与叶身相连接处局部尺寸相差悬殊导致凝固产生较大的铸造应力，从而降低叶片叶身焊接内浇口处的裂纹倾向性。

进一步的，不增设叶身内浇口，在叶片叶身与中柱管间无连接部分，可以不受叶片与中柱管的位置关系限制，从而可最大程度的扩大蜡模模组件数，提高生产效率，同时，节约合金原料，降低生产成本。

进一步的，型壳保温棉包裹采用阶梯状设计，横浇道以及榫头内浇口或叶冠内浇口等浇道系统包裹层数多、厚度大，叶片除叶身中部1/3段外的部位包裹层数少、厚度小时，可更好的促进叶片叶身中部1/3段优先凝固，叶片其余部位次之，浇道系统最后凝固的顺序凝固，从而增强补缩效果，达到更好的疏松控制效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明蜡模组合方案I示意图。

图2是本发明蜡模组合方案II示意图。

具体实施方式

本发明一种细长薄壁带冠等轴晶铸造涡轮叶片的疏松控制方法，通过以下技术方案来实现：

1)蜡模模组包括浇口杯和与浇口杯连通设置的横浇道，以及中柱管。横浇道包括榫头端横浇道和叶冠端横浇道。榫头端横浇道连接叶片榫头内浇口，叶冠端横浇道连接叶片叶冠内浇口。模组方式为圆形模组或直板状模组。

所述的，步骤1)中圆形模组横浇道为圆饼状或花瓣状，直板状模组浇道为“工”字型浇道，“工”字型浇道两侧为叶片浇口焊接位置。

所述的，步骤1)中榫头端横浇道与浇口杯之间有类圆柱状结构，主要起过渡引流作用。

所述的，步骤1)中圆形模组横浇道内浇口焊接位置沿圆周距离等分，“工”字型浇道两侧焊接位置对称分布，且沿中柱管的中轴线呈对称分布。

所述的，步骤1)中中柱管数量仅有一根，其中心轴线位置在浇口杯的中心线上。

2)型壳制备：将步骤1)中制备的蜡模模组涂挂耐火材料，干燥后，进行脱蜡处理，然后将进行预焙烧处理，得到型壳；

所述的，步骤2)中型壳制备采用普通等轴晶型壳制备工艺完成。

所述的，步骤2)中型壳涂挂后的干燥处理，应保证每层涂挂层干燥彻底。

所述的，步骤2)中型壳脱蜡处理，脱蜡蒸汽压力设定为7～12bar。

所述的，步骤2)中型壳预焙烧温度设定为800-1000℃，焙烧时间为3～6小时。

3)重熔浇注：在步骤2)中所得的型壳上，除叶身中段以外均包裹保温棉，叶身中段的长度为叶身长度的1/3，将包裹保温棉的型壳焙烧后进行重熔浇注得到叶片铸件。

所述的重熔浇注过程对型壳进行包裹保温棉的包裹方式为局部包裹，将榫头端横浇道和叶冠端横浇道先包裹1层保温棉，再在靠近榫头端横浇道的叶身1/3段和榫头端横浇道以及靠近叶冠端横浇道的叶身1/3段和叶冠端横浇道上包裹1层保温棉。

所述的重熔浇注中所采用的保温棉厚度为6～9mm或12～16mm。

所述的重熔浇注过程对型壳进行包裹保温棉也可采用以下方式：将榫头端横浇道和叶片榫头内浇口先包裹1层保温棉，叶冠端横浇道及叶片叶冠内浇口先包裹1层保温棉，再在靠近榫头端的叶身1/3段和榫头端横浇道及叶片榫头内浇口上包裹1层保温棉，以及靠近叶冠端的叶身1/3段和叶冠端横浇道及叶片叶冠内浇口上包裹1层保温棉。

(一)实施例I

1、蜡模制备

如图1所示，本发明的一种细长薄壁带冠等轴晶铸造涡轮叶片的疏松控制方法中，蜡模组合采用直板状模组，浇道为“工”字型，包括浇口杯1和与浇口杯1连通设置的过渡引流圆柱2、榫头端横浇道3、叶冠端横浇道8以及中柱管9组成。榫头端横浇道3与叶片榫头内浇口4连接，叶片榫头内浇口4与叶片榫头5连接，叶冠端横浇道8与叶片叶冠内浇口10连接，叶片叶冠内浇口10与叶片叶冠7连接。“工”字型浇道两侧焊接位置相对应，且相对于中柱管中轴线呈对称分布。

本实施例中，叶片长度约为150mm，叶片最大壁厚约为5mm，最小壁厚约为0.8mm，以8件/组的组合方式为例说明，根据叶片尺寸选择榫头端横浇道3尺寸为15*30*240mm，叶冠端横浇道8的尺寸为15*15*240mm。中柱管9的尺寸为15*15*135mm，并且中柱管9的中轴线在浇口杯的中心线上，过渡引流圆柱2直径为60mm。

2、型壳制备

采用普通等轴晶型壳制备工艺，将制备好的蜡模表面涂挂耐火材料，干燥处理，应保证每层涂挂层干燥彻底，再进行脱蜡处理，脱蜡蒸汽压力工艺范围为7～12bar。然后进行预焙烧处理，预焙烧温度为800-1000℃，焙烧时间为3～6小时，得到型壳。

3、重熔浇注

首先对所得的型壳进行包裹保温棉处理，包裹方式为局部包裹，步骤如下：

将榫头端横浇道3和叶冠端横浇道8先包裹1层6mm厚的保温棉，再在靠近榫头端横浇道3的叶身6的1/3段和榫头端横浇道3以及靠近叶冠端横浇道8的叶身6的1/3段和叶冠端横浇道8上包裹1层6mm厚的保温棉。将包裹保温棉处理的型壳放入焙烧炉内进行焙烧，设定保温温度和时间，转移至熔炼炉内浇注成铸件。

(二)实施例II

如图2所示，本发明的一种细长薄壁带冠等轴晶铸造涡轮叶片的疏松控制方法中，蜡模组合采用圆形模组，包括浇口杯1和与浇口杯1连通设置的过渡引流圆柱2、榫头端横浇道3、叶冠端横浇道8以及中柱管19组成。榫头端横浇道3呈花瓣状，位置沿圆周距离等分。榫头端花瓣状横浇道3与叶片榫头内浇口4连接，叶片榫头内浇口4与叶片榫头5连接，叶冠端横浇道8呈圆饼状，与叶片叶冠内浇口20连接，叶片叶冠内浇口10与叶片叶冠7连接。

本实施例中，叶片长度约为150mm，叶片最大壁厚约为5mm，最小壁厚约为0.8mm，以6件/组的组合方式为例说明，根据叶片尺寸选择圆形模组直径约为180mm，相应的确定了榫头端花瓣状横浇道3的尺寸，约为，15*30*60mm，叶冠端圆饼状横浇道8尺寸为Ф80*15mm，根据模组件数(6件/组)，可以得出榫头花瓣状浇道间的角度分布，为60°，中柱管9的尺寸为15*15*135mm，并且中柱管9的中轴线在浇口杯的中心线上，过渡引流圆柱2直径为60mm。

2、型壳制备

采用普通等轴晶型壳制备工艺，将制备好的蜡模表面涂挂耐火材料，干燥处理，应保证每层涂挂层干燥彻底，再进行脱蜡处理，脱蜡蒸汽压力工艺范围为7～12bar。然后进行预焙烧处理，预焙烧温度为800-1000℃，焙烧时间为3～6小时，得到型壳。

3、重熔浇注

首先对所得的型壳进行包裹保温棉处理，包裹方式为局部包裹，步骤如下：

将榫头端横浇道3和叶片榫头内浇口4先包裹1层6mm厚的保温棉，叶冠端横浇道8及叶片叶冠内浇口10先包裹1层6mm厚的保温棉，再在靠近榫头端横浇道3的叶身6的1/3段和榫头端横浇道3及叶片榫头内浇口4上包裹1层6mm厚的保温棉，以及靠近叶冠端横浇道18的叶身6的1/3段和叶冠端横浇道18及叶片叶冠内浇口20上包裹1层6mm厚的保温棉。将包裹保温棉处理的型壳放入焙烧炉内进行焙烧，设定保温温度和时间，转移至熔炼炉内浇注成铸件。

(三)实施例III

采用的保温棉厚度为13mm。其余步骤的实施方式参照实施例I、实施例II或实施例III中的蜡模制备、型壳制备和熔炼浇注过程要求执行。

(四)实施例IV

重熔浇注过程的包棉处理方式为，将榫头端横浇道3和叶冠端横浇道8先包裹1层6mm厚的保温棉，再在靠近榫头端横浇道3的叶身6的1/3段和榫头端横浇道3以及靠近叶冠端横浇道8的叶身6的1/3段和叶冠端横浇道8上包裹1层13mm厚的保温棉。其余步骤的实施方式参照实施例I中的蜡模制备、型壳制备和熔炼浇注过程要求执行。

上述系列实施例旨在对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。