CN102407319A - 一种用k465合金熔铸空心涡轮工作叶片的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用K465合金熔铸空心涡轮工作叶片的方法，其具体熔铸叶片的步骤如下：准备阶段：装料、装砂箱、抽真空；熔化和高温精炼阶段：将合金加热至熔化，然后再保温精炼；降温浇注和脱壳阶段；其特征在于：所述的熔化和高温精炼阶段的具体过程为，在真空度为P≤6.67Pa时，将合金加热至1650℃～1660℃使其完全熔化，停止加热，然后继续抽真空，使真空度达到P≤1Pa时，等待合金温度降至1620℃～1630℃时，对合金进行保温处理5～7分钟，提高了叶片晶铸的合格率，将该项技术应用于大修机无余量高压涡轮工作叶片的批量生产上，叶片表面晶粒度合格率达到93％以上，同时叶片精铸合格率能够达到60％以上。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别提供了一种用K465合金熔铸空心涡轮工作叶片的方法。
背景技术
目前，我国生产的高压涡轮工作叶片不能满足某型发动机的要求，为了寻求质量高，性能好的高压涡轮工作叶片，人们尝试着使用K465合金进行熔铸。K465合金中C含量为0.13～0.20％，W、Mo、Nb高熔点强化元素的含量和为11.5～14.6％及γ’强化相含量为62～63％vol都较高，若熔铸工艺措施不当时，叶片易产生夹渣、疏松、晶粒粗大和晶间热裂纹等冶金缺陷。因此，采取合理的熔铸工艺对于K465合金的熔铸是尤为重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用K465合金熔铸空心涡轮工作叶片的方法，该方法解决了高压涡轮工作叶片铸造过程中存在的疏松、夹杂、表面晶粒粗大等冶金缺陷。
本发明提供一种用K465合金熔铸空心涡轮工作叶片的方法，其具体熔铸叶片的步骤如下：
——准备阶段：
①装料：将K465合金锭放入坩埚内；
②装砂箱：将型壳装入砂箱中，并将型砂填充到砂箱中，然后进行预热，预热温度为980℃～1100℃；在此过程中为了使得型砂受热均匀有利于叶片质量的提高，可以在型壳装箱之前，在砂箱的底部先铺上保温毡，然后再装入型砂，浇口杯高于型砂面30mm～40mm。为了防止砂箱预热时型砂受热蹦进型壳里，在型砂面的上面再铺上一层保温毡；
③抽真空：将坩埚和预热后的砂箱放入真空炉内后，开始抽真空，使炉体内的真空度达到P≤6.67Pa；
——合金熔化和高温精炼阶段：将合金加热至熔化，然后再保温精炼；
——降温、测温、浇注和脱壳阶段：将保温精炼后的合金进行降温，当温度为1450℃～1560℃，进行浇注，然后脱壳；
其特征在于：所述的熔化和高温精炼阶段的具体过程为，在真空度为P≤6.67Pa时，将合金加热至1650℃～1660℃使其完全熔化，停止加热，然后后继续抽真空，使真空度达到P≤1Pa时，等待合金温度降至1620℃～1630℃后，对合金进行保温处理5～7分钟。
在熔化和高温精炼阶段中，对合金采取高温熔体处理，目的在于消除大的碳化物(MC)团蔟，使合金熔体中的大团蔟的碳化物变成了细小的碳化物颗粒，减小了大块的碳化物对合金基体的割裂作用，同时使熔体结构更加均匀，降低了合金的成份偏析。MC型碳化物变得更加弥散化，γ’相更加细小，使合金的晶界、晶内强度整体提高，宏观上合金的室温拉伸强度、持久寿命及持久塑性有明显的提高，而且便于合金力学性能的提高，同时使叶片枝晶得到细化。
其中装箱时用的型砂为24#煤矸石，要求无粉尘，由于24#煤矸石的(粒度)直径为1mm～3mm，具有良好吸热作用，合金液浇注到型壳当中后，24#煤矸石瞬间能带走大量的结晶潜热，能够使叶片表面的晶粒得到细化，很好地提高了叶片的耐热疲劳性能，同时，由于合金浇注后快速散热，使叶片的力学性能、冶金质量都符合专用技术标准的要求。
在实际生产中如果用(粒度)直径为3mm～7mm的石英砂来代替24#煤矸石，由于石英砂的粒度粗大，蓄热量小，所浇注的叶片表面晶粒粗大，力学性能也出现了不合格的情况。
本发明中降温浇注和脱壳阶段的具体过程为，对高温精炼后的合金进行停电降温，当温度为1550±10℃时，进行浇注，浇注的时间为3s～5s，然后自然冷却8min～10min后，出炉脱壳，即可得到所需叶片。
其中，采用的浇注设备优选M08型氧化铝坩埚，目的是为了防止K465合金高温熔体处理过程中与坩埚反应；且浇注的温度为1550±10℃，其中的真空炉优选ZG-0025型单室真空感应炉。
本发明提供的一种用K465合金熔铸叶片的方法，其优点在于：克服了高压涡轮工作叶片铸造过程中存在的疏松、夹杂、表面晶粒粗大等冶金缺陷，提高了叶片精铸的合格率，将该项技术应用于某发动机无余量高压涡轮工作叶片的批量生产上，叶片表面晶粒度合格率达到93％以上，同时叶片精铸合格率能够达到60％以上。
具体实施方式
实施例1
将K465合金锭放入M08型氧化铝坩埚内，然后将砂箱的底部铺上280×240×20mm的保温毡，其中砂箱的尺寸为310×260×300mm，然后装入型壳，再装入25mm的24号煤矸石，要求型壳前后左右吃砂量均匀，同时在型砂面的上面铺上一层厚度为10mm的保温毡，然后进行预热，预热温度为980℃；将坩埚和预热后的砂箱放入ZG-0025型单室真空感应炉内后，开始抽真空，当炉体内的真空度达到P≤6.67Pa时，送电加热合金至1650℃使合金完全熔化后，停止加热，然后继续抽真空，当真空度达到P≤1Pa时，测量合金温度，当合金温度降至1630℃时，开始通电进行低功率保温，时间为5分钟。然后停电降温，当合金温度降至1450℃时，进行浇注，浇注的时间为3～5s，然后冷却，冷却温度为1200℃以下(以合金凝固为准)，冷却时间为8～10min，出炉后8h脱壳，即可制得叶片A。
实施例2
将K465合金锭放入M08型氧化铝坩埚内，然后将砂箱的底部铺上280×240×20mm的保温毡，其中砂箱的尺寸为310×260×300mm，然后装入型壳，再装入20mm的24#煤矸石，要求型壳前后左右吃砂量均匀，同时在型砂面的上面铺上一层厚度为10mm的保温毡，然后进行预热，预热温度为1000℃；将坩埚和预热后的砂箱放入ZG-0025型单室真空感应炉内后，开始抽真空，当炉体内的真空度达到P≤6.67Pa时，送电加热合金1655℃使合金完全熔化后，停止加热，然后继续抽真空，当真空度达到P≤1Pa时，测量合金温度，当合金温度降至1625℃时，开始通电进行低功率保温，时间为5min。然后停电降温，当合金温度降至1550℃时，进行浇注，浇注的时间为3～5s，然后冷却，冷却温度为1200℃以下(以合金凝固为准)，冷却时间为8～10min，出炉后8h脱壳，即可制得叶片B。
实施例3
将K465合金锭放入M08型氧化铝坩埚内，然后将砂箱的底部铺上280×240×20mm的保温毡，其中砂箱的尺寸为310×260×300mm，然后装入型壳，再装入20mm的24#煤矸石，要求型壳前后左右吃砂量均匀，同时在型砂面的上面铺上一层厚度为10mm的保温毡，然后进行预热，预热温度为1100℃；将坩埚和预热后的砂箱放入ZG-0025型单室真空感应炉内后，开始抽真空，当炉体内的真空度达到P≤6.67Pa时，送电加热合金至1660℃使合金完全熔化后，停止加热，然后继续抽真空，当真空度达到P≤1Pa时，测量合金温度，当合金温度降至1620℃时，开始通电进行低功率保温，时间为6分钟。然后停电降温，当合金温度降至1550℃时，进行浇注，浇注的时间为4s，然后冷却，冷却温度为1200℃以下(以合金凝固为准)，冷却时间为10min，出炉后8h脱壳，即可制得叶片C。
实施例4
将K465合金锭放入M08型氧化铝坩埚内，然后将砂箱的底部铺上280×240×20mm的保温毡，其中砂箱的尺寸为310×260×300mm，然后装入型壳，再装入20mm的24#煤矸石，要求型壳前后左右吃砂量均匀，同时在型砂面的上面铺上一层厚度为10mm的保温毡，然后进行预热，预热温度为1100℃；将坩埚和预热后的砂箱放入ZG-0025型单室真空感应炉内后，开始抽真空，当炉体内的真空度达到P≤6.67Pa时，送电加热合金至1660℃使合金完全熔化后，停止加热，然后继续抽真空，当真空度达到P≤1Pa时，测量合金温度，当合金温度降至1630℃时，开始通电进行低功率保温，时间为7分钟。然后停电降温，当合金温度降至1560℃时，进行浇注，浇注的时间为5s，然后冷却，冷却温度为1200℃以下(以合金凝固为准)，冷却时间为10min，出炉后8h脱壳，即可制得叶片D。
对比例1
将K465合金锭放入M08型氧化铝坩埚内，其中砂箱的尺寸为310×260×300mm，装入型壳，再装入20mm的24#煤矸石，要求型壳前后左右吃砂量均匀，然后进行预热，预热温度为1000℃；将坩埚和预热后的砂箱放入ZG-0025型单室真空感应炉内后，开始抽真空，当炉体内的真空度达到P≤6.67Pa时，送电加热合金至1655℃使合金完全熔化后，停止加热，然后继续抽真空，当真空度达到P≤1Pa时，测量合金温度，当合金温度降至1625℃时，开始通电进行低功率保温，时间为1分钟。然后停电降温，当合金温度降至1550℃时，进行浇注，浇注的时间为4s，然后冷却，冷却温度为1200℃以下(以合金凝固为准)，冷却时间为10min，出炉后8h脱壳，即可制得叶片E。
对比例2
将K465合金锭放入M08型氧化铝坩埚内，其中砂箱的尺寸为310×260×300mm，装入型壳，再装入20mm的24#煤矸石，要求型壳前后左右吃砂量均匀，然后进行预热，预热温度为1100℃；将坩埚和预热后的砂箱放入ZG-0025型单室真空感应炉内后，开始抽真空，当炉体内的真空度达到P≤6.67Pa时，送电加热合金至1660℃使合金完全熔化后，停止加热，然后继续抽真空，当真空度达到P≤1Pa时，测量合金温度，当合金温度降至1630℃时，开始通电进行低功率保温，时间为1分钟。然后停电降温，当合金温度降至1560℃时，进行浇注，浇注的时间为5s，然后冷却，冷却温度为1200℃以下(以合金凝固为准)，冷却时间为10min，出炉后8h脱壳，即可制得叶片F。
对比例3
将K465合金锭放入M08型氧化铝坩埚内，其中砂箱的尺寸为310×260×300mm，装入型壳，再装入直径为3mm～7mm的石英砂代替24#煤矸石，要求型壳前后左右吃砂量均匀，然后进行预热，预热温度为980℃～1100℃；将坩埚和预热后的砂箱放入ZG-0025型单室真空感应炉内后，开始抽真空，当炉体内的真空度达到P≤6.67Pa时，送电加热合金至1650℃～1660℃使合金完全熔化后，停止加热，然后继续抽真空，当真空度达到P≤1Pa时，测量合金温度，当合金温度降至1620℃～1630℃时，开始通电进行低功率保温，时间为5～7分钟。然后停电降温，当合金温度降至1550±10℃时，进行浇注，浇注的时间为3～5s，然后冷却，冷却温度为1200℃以下(以合金凝固为准)，冷却时间为8～10min，出炉后8h脱壳，即可制得叶片G。
将上述制得的叶片A～G在分别经过熔体处理、未经过熔体处理及不同的填砂方式，进行各种性能测试，具体数据如下表：
Claims (4)
1.一种用K465合金熔铸空心涡轮工作叶片的方法，其具体熔铸叶片的步骤如下：
——准备阶段：
①装料：将K465合金锭放入坩埚内；
②装砂箱：将型壳装入砂箱中，并将型砂填充到砂箱中，然后进行预热，预热温度为980℃～1100℃；
③抽真空：将坩埚和预热后的砂箱放入真空炉内后，开始抽真空，使炉体内的真空度达到P≤6.67Pa；
——合金熔化和高温精炼阶段：将合金加热至熔化，然后再保温精炼；
——降温、测温、浇注和脱壳阶段：将保温精炼后的合金进行降温，当温度为1450℃～1560℃，进行浇注，然后脱壳；
其特征在于：所述的熔化和高温精炼阶段的具体过程为，在真空度为P≤6.67Pa时，将合金加热至1650℃～1660℃使其完全熔化，停止加热，然后继续抽真空，使真空度达到P≤1Pa时，等待合金温度降至1620℃～1630℃时，对合金进行保温处理5～7分钟。
2.按照权利要求1所述用K465合金熔铸空心涡轮工作叶片的方法，其特征在于：所述型砂为24#煤矸石。
3.按照权利要求1所述用K465合金熔铸空心涡轮工作叶片的方法，其特征在于：在型壳装箱之前，在砂箱的底部铺上保温毡，同时在型砂的上面再铺上一层保温毡。
4.按照权利要求1所述用K465合金熔铸空心涡轮工作叶片的方法，其特征在于：所述降温浇注的温度为1550℃±10℃。
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