CN101992268B - 一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺 - Google Patents

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一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，包括：（1）将多联叶片分解成多个叶片单元，制备各单元叶片的叶身蜡模，其中叶身带有陶瓷型芯；带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模采用注射成型方式成型，注射温度为63℃-68℃，压力为0.3-0.5MPa,注射时间为10-30秒,保压时间为10-30秒。（2）将各带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模放入多联模具中注蜡一次成型，制得多联空心叶片蜡模；（3）多联空心叶片蜡模经涂料、脱蜡、烧结、浇注、清理、脱芯工序，最后得到高温合金多联空心涡轮叶片铸件。

Description

一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺
技术领域
本发明属于精密铸造领域，特别指一种高温合金涡轮叶片铸造工艺。
背景技术
随着航空发动机及燃气轮机涡轮前进口温度不断提高，作为关键热端部件的涡轮叶片，其结构与性能也随之发生着巨大变化。目前，军用航空发动机涡轮前进口温度接近2200K，燃气轮机的涡轮前进口温度也在不断提高。涡轮叶片仅靠材料自身抵抗高温的能力已远远不能满足实际需求，而各种复合冷却方式的大量运用使涡轮叶片承受较高温度成为可能，但这也使叶片的内部冷却通道异常复杂，制备叶片的比较困难，再加上为了提高装配精度而设计的双联或多联空心涡轮叶片，则使制备叶片的难度更是加大。
高温合金涡轮叶片多采用精密铸造方法制备。空心的结构采用陶瓷型芯形成，在多联涡轮叶片的蜡模制备工序中，由于多个陶瓷型芯外形尺寸的不完全严格一致，尺寸精度之间存在一定互相干扰，在蜡模成型过程中，由于极小的尺寸差别就可导致陶瓷型芯的偏芯或断裂，使蜡模成功率非常低，甚至难以制备合适的蜡模而无法制备涡轮叶片。
发明内容
本发明提供一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，使制备多联空心涡轮叶片蜡模的工艺大大简化，提高多联空心叶片制备的效率和合格率。
本发明的技术方案为：
一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于：所述工艺包括：
（1）将多联叶片分解成多个叶片单元，制备各单元叶片的叶身蜡模，其中叶身带有陶瓷型芯；带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模采用注射成型方式成型，注射温度为63℃-68℃，压力为0.3-0.5MPa,注射时间为10-30秒,保压时间为10-30秒。
（2）将各带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模放入多联模具中注蜡一次成型，制得多联空心叶片蜡模；
（3）多联空心叶片蜡模经涂料、脱蜡、烧结、浇注、清理、脱芯工序，最后得到高温合金多联空心涡轮叶片铸件。
所述陶瓷型芯采用氧化铝基陶瓷型芯、二氧化硅基陶瓷型芯或锆英石基陶瓷型芯中的一种。
所述涂料工序中的面层涂料采用320目的粉料与硅溶胶溶液,粉料与硅溶胶溶液的质量比为3.0-3.5:1；第一层撒砂料为80目砂；第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-第七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料。
所述粉料采用刚玉粉、锆英粉、石英粉或上店粉中的一种。
所述撒砂材料为刚玉砂、锆英砂、石英砂或上店砂中的一种。
脱蜡工序中，蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为120℃-150℃，压力为3-6个大气压，时间为20-60分钟。
模壳经脱蜡工序后，将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为980℃，保温时间为3小时，随炉冷却后进行清洗。
高温合金采用K441、K417、K418、K417G、K452中的一种。
脱芯工序中采用熔融NaOH与KOH将陶瓷型芯脱除，NaOH与KOH的质量比为1：1-1：2；或者采用NaOH或KOH的水溶液在120℃-200℃，压力为0.3-0.5MPa，时间2-50小时脱除；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和；干燥后得到成品叶片。
通过本发明技术方案的实施，可以使制作蜡膜的成功率大大提高，避免因多个陶瓷型芯外形尺寸的不完全严格一致，尺寸精度之间存在一定互相干扰而导致的陶瓷型芯的偏芯或断裂，简化制作工艺。
具体实施方式：
本发明的工艺原理是先制备各单元叶身蜡模（带陶瓷型芯），然后将制备好的各单元叶身（带陶瓷型芯）放入多联蜡模模具中进行再注蜡一次成型，制得多联叶片蜡模，最后经涂料、脱蜡、烧结、浇注、清理、脱芯等工序得到多联空心涡轮叶片铸件。
实施例1：
陶瓷型芯采用二氧化硅基陶瓷型芯，各单元叶身（带陶瓷型芯）蜡模采用注射成型方式成型，注射温度为65℃，压力为0.5MPa，注射时间为20秒，保压时间为10秒；将各叶片单元叶身（带陶瓷型芯）蜡模放入多联蜡模模具内进行整体成型，制得多联蜡模摸具；将多联蜡模摸具进行涂料制壳，面层涂料采用刚玉粉(320目)与硅溶胶溶，刚玉粉与硅溶胶溶的质量比为3.5:1； 第一层撒砂料为80目刚玉砂，第二层为60目刚玉砂，第三层为32目刚玉砂，第四-第七层为24目刚玉砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为150℃，时间为30分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为980℃，保温时间为3小时，随炉冷却并进行清洗；铸造合金采用K441高温合金；铸造完毕后的陶瓷型芯采用熔融NaOH与KOH脱除，NaOH与KOH的质量比为1：1,温度为450℃，时间2小时脱除；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和，干燥后得到成品叶片。
实施例2：
陶瓷型芯采用二氧化硅基陶瓷型芯，各单元叶身（带陶瓷型芯）蜡模采用注射成型方式成型，注射温度为65℃，压力为0.5MPa，注射时间为10秒，保压时间为30秒；将各叶片单元叶身（带陶瓷型芯）蜡模放入多联蜡模模具内进行整体成型，制得多联蜡模摸具；将多联蜡模摸具进行涂料制壳，面层涂料采用刚玉粉(320目)与硅溶胶溶液，刚玉粉与硅溶胶溶液质量比为3.3:1；第一层撒砂料为80目刚玉砂，第二层为60目刚玉砂，第三层为32目刚玉砂，第四-第七层为24目刚玉砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为120℃，时间为30分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为950℃，保温时间为2小时，随炉冷却并进行清洗；铸造合金采用K417高温合金；铸造完毕后的陶瓷型芯采用25%质量浓度的NaOH水溶液在180℃，压力为0.3MPa，时间20小时脱除；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和；干燥后得到成品叶片。
实施例3：
陶瓷型芯采用三氧化二铝基陶瓷型芯，各单元叶身（带陶瓷型芯）蜡模采用注射成型方式成型，注射温度为68℃，压力为0.4MPa,注射时间为20秒,保压时间为20秒；将各叶片单元叶身（带陶瓷型芯）蜡模放入多联蜡模模具内进行整体成型，制得多联蜡模摸具；将多联蜡模摸具进行涂料制壳，面层涂料采用刚玉粉(320目)与硅溶胶溶液，刚玉粉与硅溶胶溶液的质量比为3.0-3.5:1；第一层撒砂料为80目刚玉砂;第二层为60目刚玉砂，第三层为32目刚玉砂，第四-第七层为24目刚玉砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为150℃，时间为20分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为950℃，保温时间为3小时，随炉冷却并进行清洗；铸造合金采用K452高温合金；铸造完毕后的陶瓷型芯采用30%质量浓度的KOH的水溶液在200℃，压力为0.5MPa，时间20小时脱除；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和；干燥后得到成品叶片。
实施例4：
陶瓷型芯采用三氧化二铝陶瓷型芯，各单元叶身（带陶瓷型芯）蜡模采用注射成型方式成型，注射温度为68℃，压力为0.3MPa,注射时间为10秒,保压时间为30秒；将各叶片单元叶身（带陶瓷型芯）蜡模放入多联蜡模模具内进行整体成型，制得多联蜡模摸具；将多联蜡模摸具进行涂料制壳，面层涂料采用刚玉粉(320目)与硅溶胶溶液，刚玉粉与硅溶胶溶液质量比为(3.0-3.5)：1；第一层撒砂料为80目刚玉砂，第二层为60目刚玉砂，第三层为32目刚玉砂，第四-第七层为24目刚玉砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为150℃，时间为20分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为960℃，保温时间为4小时，随炉冷却并进行清洗；铸造合金可采用K417G高温合金；铸造完毕后的陶瓷型芯采用20%质量浓度NaOH的水溶液在200℃，压力为0.4MPa，时间40小时脱除干净；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和；干燥后得到成品叶片。

Claims (9)

1.一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于：所述工艺包括：
（1）将多联叶片分解成多个叶片单元，制备各单元叶片的叶身蜡模，其中叶身带有陶瓷型芯；带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模采用注射成型方式成型，注射温度为63℃-68℃，压力为0.3-0.5MPa,注射时间为10-30秒,保压时间为10-30秒；
（2）将各带有陶瓷型芯的单元叶身蜡模放入多联模具中注蜡一次成型，制得多联空心叶片蜡模；
（3）多联空心叶片蜡模经涂料、脱蜡、烧结、浇注、清理、脱芯工序，最后得到高温合金多联空心涡轮叶片铸件。
2.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于：所述陶瓷型芯采用氧化铝基陶瓷型芯、二氧化硅基陶瓷型芯或锆英石基陶瓷型芯中的一种。
3.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于：所述涂料工序中的面层涂料采用320目的粉料与硅溶胶溶液,粉料与硅溶胶溶液的质量比为3.0-3.5:1；第一层撒砂料为80目砂；第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-第七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料。
4.根据权利要求3所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于：所述粉料采用刚玉粉、锆英粉、石英粉或上店粉中的一种。
5.根据权利要求3所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于：所述撒砂材料为刚玉砂、锆英砂、石英砂或上店砂中的一种。
6.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于：脱蜡工序中，蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为120℃-150℃，压力为3-6个大气压，时间为20-60分钟。
7.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于：模壳经脱蜡工序后，将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为980℃，保温时间为3小时，随炉冷却后进行清洗。
8.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于：高温合金采用K441、K417、K418、K417G、K452中的一种。
9.根据权利要求1所述一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，其特征在于：脱芯工序中采用熔融NaOH与KOH将陶瓷型芯脱除，NaOH与KOH的质量比为1：1-1：2；或者采用NaOH或KOH的水溶液在120℃-200℃，压力为0.3-0.5MPa，时间2-50小时脱除；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和；干燥后得到成品叶片。
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