CN102672102B - 平面薄壁铸件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及熔模铸造技术，具体为一种平面薄壁铸件的制备方法。本发明选择陶瓷片作为蜡纸的支撑载体，首先将Al2O3陶瓷片和蜡纸裁剪成相同的尺寸，并把陶瓷片与蜡纸交替叠放，用粘结剂封住陶瓷片的上下边缘，得到陶瓷片-蜡纸组。然后将陶瓷片-蜡纸组与中温蜡板交替焊接成一个整体，按照传统蜡模模组的组装方式将多个这样的整体组装成模组。其次按照模壳的制作工艺制备陶瓷模壳。最后经熔炼→浇注→去应力→清壳，得到平面薄壁铸件。薄壁铸件的厚度可人为精确控制，薄片的厚度最小可精确控制到0.2mm。本发明解决了平面薄壁铸件模具设计困难，以及薄壁铸件表面不平整和尺寸偏小等不利于批量生产的工程化问题。
Description
技术领域：
本发明涉及熔模铸造技术，具体为一种平面薄壁铸件的制备方法。
背景技术：
众所周知，熔模铸造是制备高温合金铸件的常用技术。该技术生产的铸件几何形状多样化，其中用于航空发动机的涡轮叶片最为精密。生产复杂形状铸件的熔模铸造过程如下：首先设计与铸件形状完全一致的模具，用模具压制所需要的蜡模，再将蜡模与浇注系统粘结组装成蜡模模组。蜡模模组经涂料挂砂，干燥硬化，脱蜡和焙烧后变成陶瓷模壳。最后将熔炼后的合金浇注进陶瓷模壳，待模壳冷却后将其敲碎得到所需铸件。然而在熔模铸造过程中，薄片状的蜡纸极易变形，难以维持平面形状，并且大尺寸薄片状内腔的陶瓷型芯不易制造，因此不易生产平面薄壁铸件。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种平面薄壁铸件的制备方法，解决平面薄壁铸件难以生产等问题，采用熔模铸造方法，在不使用模具及陶瓷型芯的条件下可以制备大尺寸的超薄平面铸件。
本发明的技术方案是：
一种平面薄壁铸件的制备方法，在熔模铸造的蜡模模组组装过程中，采用耐高温且表面光滑平整的陶瓷片为载体，支撑易变形的蜡纸，保证蜡模模组中的蜡纸为平面状态；将陶瓷片与蜡纸交替叠放，用粘结剂将所有陶瓷片的上下边缘封住，然后与浇注系统组装成蜡模模组。
所述的平面薄壁铸件的制备方法，陶瓷片与蜡纸具有相同的长宽：长1～200mm，宽1～200mm；陶瓷片厚度1～10mm；蜡纸厚度0.2～10mm。
所述的平面薄壁铸件的制备方法，陶瓷片与蜡纸的长为30～100mm，宽20～50mm；陶瓷片厚度1.2mm；蜡纸厚度0.2～5mm。
所述的平面薄壁铸件的制备方法，具体步骤如下：
（1）在制备陶瓷片-蜡纸组时，选择陶瓷片和单面能粘结的蜡纸，将两者裁剪成相同尺寸，把陶瓷片与蜡纸交替叠放，叠放时将陶瓷片与蜡纸之间的气泡挤掉，用粘结剂将所有陶瓷片的上下边缘封住，得到陶瓷片-蜡纸组；
（2）按照蜡模模组的传统组装方式，将陶瓷片-蜡纸组与中温蜡块粘结成一个整体，再将这一整体与浇注系统组装成蜡模模组；
（3）经传统的制作陶瓷模壳的工艺将蜡模模组制备成陶瓷模壳，模壳在马弗炉中加热到900-1100℃，保温1-3小时后使用；
（4）采用真空感应炉重熔母合金，合金精炼后，注入模壳，浇注温度应在1500℃-1550℃，合金熔体在模壳中静止1-10min，将模壳匀速下拉，下拉速度为1-10mm/min；
（5）凝固结束后冷却的模壳在700-900℃的马弗炉中保温1-3小时去应力，随炉冷却至室温，方可清壳获得所需铸件。
所述的平面薄壁铸件的制备方法，陶瓷片为氧化铝、氮化硅、碳化硅、六方氮化硼、WC、TiC、TaC、NbC或VC，陶瓷含量在99wt%以上。
所述的平面薄壁铸件的制备方法，被浇注的材料为镍基高温合金。
本发明的有益效果是：
1.本发明在熔模铸造的蜡模模组组装过程中，采用耐高温且表面光滑平整的陶瓷片（如：Al2O3）为载体，支撑易变形的蜡纸，保证蜡模模组中的蜡纸为平面状态。将陶瓷片与蜡纸交替叠放，用粘结剂将所有陶瓷片的上下边缘封住，然后与浇注系统组装成蜡模模组。因而不需要设计模具与陶瓷型芯，只需使用市面销售的陶瓷片和蜡纸，节约成本，便于推广应用。
2.本发明根据蜡纸尺寸控制平面薄壁铸件的尺寸，易于精确控制平面薄壁铸件的厚度和长宽。
3.本发明通过陶瓷片-蜡纸组中的蜡纸层数调节薄壁铸件的数量，因此平面薄壁铸件的数量易于控制。
附图说明：
图1（a）-（b）为本发明蜡模模组组装方式示意图。其中，图1(a)为主视图；图1(b)为左视图。图中，1:蜡板；2:陶瓷片-蜡纸组；3:水冷盘；4:蜡纸；5:陶瓷片。
图2为0.2mm厚薄壁铸件的陶瓷片-蜡纸组及其薄壁铸件的宏观形貌。其中，图2(a)为1.2mm厚陶瓷片和0.2mm厚蜡纸交替叠放组成的陶瓷片-蜡纸组（可根据实际需要改变蜡纸层数，厚度以及长宽）的左视图；图2(b)为三层0.2mm厚平面薄片铸件和两层1.2mm厚陶瓷片的左视图；图2c为0.2mm厚平面薄片铸件的正视图。
图3为定向薄壁铸件宏观形貌。
图4为三晶薄壁铸件宏观形貌。
图5为单晶薄壁铸件宏观形貌。
具体实施方式：
如图1所示，本发明蜡模模组主要包括：蜡板1、陶瓷片-蜡纸组2、水冷盘3、蜡纸4、陶瓷片5以及浇注系统等，其组装方式如下：陶瓷片-蜡纸组2是由陶瓷片5和蜡纸4交替叠放组成的，将蜡板1与陶瓷片-蜡纸组2交替粘结组装成一体，在底部设置水冷盘3。
本发明中，平面薄壁铸件制备的具体过程如下：
在制备陶瓷片-蜡纸组时，选择含量为99wt%以上的陶瓷片和单面能粘结的蜡纸，将两者裁剪成相同尺寸，把陶瓷片与蜡纸交替叠放，叠放时将陶瓷片与蜡纸之间的气泡挤掉，用粘结剂（松香：石蜡=1:1）将所有陶瓷片的上下边缘封住，得到陶瓷片-蜡纸组。按照蜡模模组的传统组装方式，将陶瓷片-蜡纸组与中温蜡块粘结成一个整体，再将这一整体与浇注系统组装成蜡模模组。经传统的制作陶瓷模壳的工艺将蜡模模组制备成陶瓷模壳，模壳在马弗炉中加热到1000℃，保温2小时后使用。采用真空感应炉重熔母合金，合金精炼后，注入模壳，浇注温度应在1500℃-1550℃，合金熔体在模壳中静止5min，将模壳匀速下拉，下拉速度为1-10mm/min，凝固方向为向下而上。凝固结束后冷却的模壳在800℃的马弗炉中保温2小时去应力，随炉冷却至室温，方可清壳获得所需铸件。
实施例1
选择Al2O3含量为99wt%的陶瓷片，根据图1所示的蜡模模组组装方式，将陶瓷片-蜡纸组组装成蜡模模组，制成陶瓷模壳。采用真空感应炉重熔DZ125母合金(合金成分如表1所示)，合金精炼后，注入型壳，浇注温度应在1520℃，合金熔体在模壳中静止5min，然后将模壳匀速下拉，下拉速度为6mm/min。凝固结束后冷却的模壳在800℃的马弗炉中保温2小时去应力，随炉冷却至室温，方可清壳获得所需铸件。
0.2mm厚的薄壁铸件的陶瓷片-蜡纸组和宏观形貌如图2所示，图2a为1.2mm厚陶瓷片和0.2mm厚蜡纸交替叠放组成的陶瓷片-蜡纸组（可根据实际需要改变蜡纸层数，厚度以及长宽）；图2b为三层0.2mm厚平面薄片铸件和两层1.2mm厚陶瓷片的侧视图；图2c为0.2mm厚平面薄片铸件的正视图。0.5mm厚定向薄壁铸件的宏观腐蚀形貌如图3所示。由图3可以看出，柱状晶组织的薄壁铸件表面光滑平整，厚度精确。
实施例2
选择Al2O3含量为99wt%以上的陶瓷片，根据图1所示的蜡模模组组装方式，将陶瓷片-蜡纸组与水冷盘之间的蜡板1换成所需取向的三个籽晶，制成预埋籽晶的模壳。采用真空感应炉重熔SRR99母合金(合金成分如表1所示)，合金精炼后，注入型壳，浇注温度应在1550℃，合金熔体在模壳中静止5min，然后将模壳匀速下拉，下拉速度为6mm/min。凝固结束后冷却的模壳在800℃的马弗炉中保温2小时去应力，随炉冷却至室温，方可清壳获得所需铸件。
0.5mm厚的三晶薄壁铸件宏观腐蚀后的形貌如图4所示，图中A处为择优取向的晶粒，B处为非择优取向的晶粒，C处为择优取向的晶粒。由图4可以看出，三晶组织的薄壁铸件表面光滑平整，厚度精确。
实施例3
选择Al2O3含量为99wt%以上的陶瓷片，根据图1所示的蜡模模组组装方式，将陶瓷片-蜡纸组与水冷盘之间的中温蜡块换成所需取向的单个籽晶或选晶器，制成模壳。采用真空感应炉重熔DD5母合金(合金成分如表1所示)，合金精炼后，注入模壳，浇注温度应在1550℃，合金熔体在模壳中静止5min，然后将模壳匀速下拉，下拉速度为6mm/min。凝固结束后冷却的模壳在800℃的马弗炉中保温2小时去应力，随炉冷却至室温，方可清壳获得所需铸件。
0.5mm厚的单晶薄壁铸件宏观腐蚀后的形貌如图5所示。由图5可以看出，单晶组织的薄壁铸件表面光滑平整，厚度精确。
表1实验合金的名义化学成分
| 合金 | Cr | Co | Mo | Re | W | Al | Ti | Ta | Hf | C | B | Ni |
| DZ125 | 8.9 | 10 | 2 | - | 7 | 5.2 | 0.9 | 3.8 | 1.5 | 0.1 | 0.015 | 余 |
| SRR99 | 8.5 | 5.0 | - | - | 9.5 | 5.5 | 2.2 | 2.8 | - | 0.015 | - | 余 |
| DD5 | 7.15 | 7.8 | 1.5 | 3 | 5.05 | 6.3 | - | 6.6 | 0.15 | 0.072 | 0.0048 | 余 |
由于薄片状的蜡纸在室温下易变形，不能维持其平面状态，因此采用熔模铸造技术难以生产平面薄壁铸件。实施例结果表明，本发明选择陶瓷片作为蜡纸的支撑载体，设计了一种制备平面薄壁铸件的方案。首先，将陶瓷片和蜡纸裁剪成相同的尺寸，并把陶瓷片与蜡纸交替叠放，用粘结剂封住陶瓷片的上下边缘，得到陶瓷片-蜡纸组。然后，将陶瓷片-蜡纸组与中温蜡板交替焊接成一个整体，按照传统蜡模模组的组装方式将多个这样的整体组装成模组。其次，按照模壳的制作工艺制备陶瓷模壳。最后，熔炼→浇注→去应力→清壳，得到平面薄壁铸件。薄壁铸件的厚度可人为精确控制，薄片的厚度最小可精确控制到0.2mm。本发明解决了平面薄壁铸件模具设计困难，以及薄壁铸件表面不平整和尺寸偏小等不利于批量生产的工程化问题。
Claims (6)
1.一种平面薄壁铸件的制备方法，其特征在于：在熔模铸造的蜡模模组组装过程中，采用耐高温且表面光滑平整的陶瓷片为载体，支撑易变形的蜡纸，保证蜡模模组中的蜡纸为平面状态；将陶瓷片与蜡纸交替叠放，用粘结剂将所有陶瓷片的上下边缘封住，然后与浇注系统组装成蜡模模组。
2.按照权利要求1所述的平面薄壁铸件的制备方法，其特征在于：陶瓷片与蜡纸具有相同的长宽：长1～200mm，宽1～200mm；陶瓷片厚度1～10mm；蜡纸厚度0.2～10mm。
3.按照权利要求1所述的平面薄壁铸件的制备方法，其特征在于：陶瓷片与蜡纸的长为30～100mm，宽20～50mm；陶瓷片厚度1.2mm；蜡纸厚度0.2～5mm。
4.按照权利要求1所述的平面薄壁铸件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）在制备陶瓷片-蜡纸组时，选择陶瓷片和单面能粘结的蜡纸，将两者裁剪成相同尺寸，把陶瓷片与蜡纸交替叠放，叠放时将陶瓷片与蜡纸之间的气泡挤掉，用粘结剂将所有陶瓷片的上下边缘封住，得到陶瓷片-蜡纸组；
（2）按照蜡模模组的传统组装方式，将陶瓷片-蜡纸组与中温蜡块粘结成一个整体，再将这一整体与浇注系统组装成蜡模模组；
（3）经传统的制作陶瓷模壳的工艺将蜡模模组制备成陶瓷模壳，模壳在马弗炉中加热到900-1100℃，保温1-3小时后使用；
（4）采用真空感应炉重熔母合金，合金精炼后，注入模壳，浇注温度应在1500℃-1550℃，合金熔体在模壳中静止1-10min，将模壳匀速下拉，下拉速度为1-10mm/min；
（5）凝固结束后冷却的模壳在700-900℃的马弗炉中保温1-3小时去应力，随炉冷却至室温，方可清壳获得所需铸件。
5.按照权利要求1或4所述的平面薄壁铸件的制备方法，其特征在于，陶瓷片为氧化铝、氮化硅、碳化硅、六方氮化硼、WC、TiC、TaC、NbC或VC，陶瓷含量在99wt%以上。
6.按照权利要求1或4所述的平面薄壁铸件的制备方法，其特征在于：被浇注的材料为镍基高温合金。
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