CN101480696B - 一种高温合金薄壁铸件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铸件成型技术，尤其是复杂薄壁弧形铸件的制备技术，具体为一种高温合金薄壁铸件的制备方法，步骤如下：(1)将零件的弧形展开成平板，由展开成的平板设计蜡模；(2)采用中温蜡压制蜡模，制备出平板形蜡模后，在水浴下，采用蜡模矫形胎具进行蜡模矫形，直接将平板矫形成弧形；(3)制备模壳；(4)熔炼、浇注、清理；(5)将合格的铸件放入高温矫形模具，合严模具放入真空热处理炉中进行真空高温定型；随后，快速冷却至低于300℃，出炉冷却。本发明可以解决复杂薄壁弧形铸件磨具设计困难、操作复杂等不利于批量生产的工程化问题。
Description
技术领域：
本发明涉及铸件成型技术，尤其是复杂薄壁弧形铸件的制备技术，具体为一种高温合金薄壁铸件的制备方法。
背景技术：
高温合金铸件制备流程一般从压制蜡模开始，经检验合格的蜡模焊接组装浇注系统，还要经过涂挂浆料、脱腊、烧壳等工序才能制备出所需铸件的模壳。模壳经检验合格后，方可允许使用。将母合金锭下料到所需的重量在真空熔炼炉中进行重熔，并在铸造工艺说明书中所要求的温度下浇注到加热到一定温度的模壳中(壳温一般在850～1100℃)，浇注完成后必须在钢液完全凝固后壳温下降到600℃以下后方可出炉。在铸件完全冷却后，方可清壳，将浇注系统切割去掉，铸件还需在一定温度热处理后方可使用。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种高温合金复杂薄壁弧形铸件的制备方法，解决复杂薄壁弧形铸件由于磨具设计比较困难，即使能够开出磨具，操作也必然非常困难，不利于批量生产等问题。
本发明的技术方案是：
一种高温合金薄壁铸件的制备方法，具体步骤如下：在设计模具时，将零件的弧形展开成平板，由展开成的平板设计蜡模。采用中温蜡压制蜡模，制备出平板形蜡模后，在40-50℃温度水浴下(水浴系统由水槽和温度计组成，水温偏差应控制在±5℃)采用蜡模矫形胎具进行蜡模矫形，直接将平板矫形成弧形，矫成弧形蜡模应放在预制好地胎具上防止变形，在装配卡具上焊接装配浇注系统，再经传统的制作陶瓷模壳的工艺制备模壳。模壳准备好后，将模壳放入马弗炉中加热到1000℃-1100℃之间，保温0.5-2.5小时后使用，控温采用镍铬-镍硅热电偶，控温精度为±10℃。采用半连续真空感应炉重熔母合金，合金精炼后，放入模壳，应保证放入模壳后3min-8min内浇注完成，浇注温度应在1450℃-1550℃，用W-Re电偶测量合金熔体温度，控温精度为±10℃。模壳取出后，应放入650℃-850℃的马弗炉中保温1-2小时进行去应力，随炉降温至室温方可清理。清理好的铸件经打磨抛光修理后应基本符合铸件图表面质量的要求。由于铸件在浇注和清理过程中，不可避免地发生变形，但是这时的变形量一般都很小，再经高温定型处理后即可完全达到铸件图形状公差要求的尺寸范围。为此，将合格的铸件放入高温矫形模具，合严模具放入真空热处理炉中在1050℃-1150℃、保温4-6小时进行真空高温定型，控温采用铂铑-铂热电偶，控温精度为±5℃。随后，以280℃-320℃/min的速度吹氩快速冷却至低于300℃，出炉冷却。
本发明的有益效果是：
1、本发明在设计模具时将原来的弧形展开成平板，再由展开成的平板设计蜡模，使模具设计化繁为简。
2、本发明采用中温蜡压制蜡模，制备出平板蜡模后，在水浴下采用蜡模矫形胎具进行蜡模矫形，直接将平板矫形成弧形；矫成弧形蜡模应放在弧形胎具上防止变形，在装配器具上焊接浇注系统，再经传统的制作陶瓷模壳的工艺制备模壳。经浇注、一级定型处理、清理模壳后，将合格的铸件放入高温矫形模具进行二级定型处理。本发明操作简单，利于批量生产。
3、本发明将二级定型处理工序与合金热处理工序合二为一，进一步简化工序，降低能耗，节约成本。
4、本发明适用于镍基等轴晶铸造高温合金，如M951合金。
附图说明：
图1平板型蜡模示意图。
图2蜡模矫形胎具矫形成弧形示意图。
图3铸件装入高温定型模具示意图。
图4高温定型后的弧形铸件示意图。
具体实施方式：
实施例1
采用中温蜡压制蜡模1(如图1所示)，制备出平板形蜡模后，在40℃温度水浴下采用蜡模矫形胎具2进行蜡模矫形，直接将平板矫形成弧形(如图2所示)，矫成弧形蜡模应放在预制好地胎具上防止变形，在装配卡具上焊接装配浇注系统。模壳制备好后，将模壳放入马弗炉中加热到1000℃，保温2小时后方可使用。采用半连续真空感应炉重熔M951母合金(合金成分如表1所示)，合金精炼后，放入模壳，应保证放入模壳后3min内浇注完成，浇注温度应在1450℃。模壳取出后，应放入650℃的马弗炉中保温2小时进行去应力，随炉降温至室温方可清理。清理好的铸件经打磨抛光修理后应基本符合铸件图表面质量的要求，将合格的铸件3放入高温矫形模具4(如图3所示)，合严模具放入真空热处理炉中在1050℃保温6小时进行真空高温定型，随后以280℃/min的速度吹氩快速冷却至低于200℃，出炉冷却，高温定型后的弧形铸件3形貌见图4。
表1(wt.％)
| C | Cr | Co | Al | W | Mo | Nb | Y | B | Ni | |
| 实施例1 | 0.052 | 10 | 5 | 5.5 | 6 | 3.5 | 2.4 | 0.03 | 0.004 | 余 |
实施例2
采用中温蜡压制蜡模1(如图1所示)，制备出平板形蜡模后，在50℃温度水浴下采用蜡模矫形胎具2进行蜡模矫形，直接将平板矫形成弧形(如图2所示)，矫成弧形蜡模应放在预制好地胎具上防止变形，在装配卡具上焊接装配浇注系统。模壳制备好后，将模壳放入马弗炉中加热到1100℃，保温0.5小时后方可使用。采用半连续真空感应炉重熔K403合金(成分如表2所示)，合金精炼后，放入模壳，应保证放入模壳后5min内浇注完成，浇注温度应在1550℃。模壳取出后，应放入750℃的马弗炉中保温1.5小时进行去应力，随炉降温至室温方可清理。清理好的铸件经打磨抛光修理后应基本符合铸件图表面质量的要求，将合格的铸件3放入高温矫形模具4(如图3所示)，合严模具放入真空热处理炉中在1100℃保温5小时进行真空高温定型，随后以320℃/min的速度吹氩快速冷却至低于300℃，出炉冷却，高温定型后的弧形铸件3形貌见图4。
表2(wt.％)
| C | Cr | Co | Al | W | Mo | Ti | Ni | |
| 实施例2 | 0.15 | 9.0 | 5.8 | 5.8 | 5.0 | 4.0 | 2.5 | 余 |
实施例3
采用中温蜡压制蜡模1(如图1所示)，制备出平板形蜡模后，在45℃温度水浴下采用蜡模矫形胎具2进行蜡模矫形，直接将平板矫形成弧形(如图2所示)，矫成弧形蜡模应放在预制好地胎具上防止变形，在装配卡具上焊接装配浇注系统。模壳制备好后，将模壳放入马弗炉中加热到1050℃，保温1小时后方可使用。采用半连续真空感应炉重熔K417合金(成分如表3所示)，合金精炼后，放入模壳，应保证放入模壳后8min内浇注完成，浇注温度应在1500℃。模壳取出后，应放入850℃的马弗炉中保温1小时进行去应力，随炉降温至室温方可清理。清理好的铸件经打磨抛光修理后应基本符合铸件图表面质量的要求，将合格的铸件3放入高温矫形模具4(如图3所示)，合严模具放入真空热处理炉中在1150℃保温4小时进行真空高温定型，随后以300℃/min的速度吹氩快速冷却至低于300℃，出炉冷却，高温定型后的弧形铸件4形貌见图4。
表3(wt.％)
| C | Cr | Co | Al | Ti | Mo | V | B | Zr | Ni | |
| 实施例3 | 0.15 | 9.0 | 15 | 5.2 | 4.7 | 3.0 | 0.8 | 0.02 | 0.07 | 余 |
Claims (4)
1.一种高温合金薄壁铸件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)模具设计
将零件的弧形展开成平板，由展开成的平板设计蜡模；
(2)压制蜡模
采用中温蜡压制蜡模，制备出平板形蜡模后，在40-50℃温度水浴下，采用蜡模矫形胎具进行蜡模矫形，直接将平板矫形成弧形；
(3)制备模壳
在装配卡具上焊接装配浇注系统，再经传统的制作陶瓷模壳的工艺制备模壳，模壳准备好后，将模壳放入马弗炉中加热到1000℃-1100℃之间，保温0.5-2.5小时；
(4)熔炼、浇注、清理；
(5)定型
将合格的铸件放入高温矫形模具，合严模具放入真空热处理炉中在1050℃-1150℃、保温2-6小时进行真空高温定型；随后，以280℃-320℃/min的速度吹氩快速冷却至低于300℃，出炉冷却；
高温合金为镍基等轴晶铸造高温合金。
2.按照权利要求1所述的高温合金薄壁铸件的制备方法，其特征在于，制备模壳时，控温采用镍铬-镍硅热电偶，控温精度为±10℃。
3.按照权利要求1所述的高温合金薄壁铸件的制备方法，其特征在于，熔炼、浇注、清理时，采用半连续真空感应炉重熔母合金，合金精炼后，放入模壳后3min-8min内浇注完成，浇注温度应在1450℃-1550℃，用W-Re电偶测量合金熔体温度，控温精度为±10℃；模壳取出后，放入650℃-850℃的马弗炉中保温1-2小时进行去应力，随炉降温至室温后清理。
4.按照权利要求1所述的高温合金薄壁铸件的制备方法，其特征在于，定型时，控温采用铂铑-铂热电偶，控温精度为±5℃。
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