CN103894546B - 端部凹凸复杂铸件的精密铸造方法 - Google Patents

Abstract

一种端部凹凸复杂铸件的精密铸造方法，包括：1）.根据设计的铸件制作蜡模，在蜡模凹凸端部设置与轮廓相匹配、底面为平面的导热体；2）.在蜡模上及导热体侧面制作陶瓷模壳，导热体嵌留在陶瓷模壳底部；3）.将陶瓷模壳放置在真空定向凝固炉内，导热体与水冷铜盘表面紧密接触；4）.启动真空定向凝固炉，预热、保温陶瓷模壳；将高温合金液浇入陶瓷模壳内，通过导热体向水冷铜盘均匀、有效地散热，随着陶瓷模壳向冷却室的下降，高温合金液由下而上凝固形成定向柱晶组织；5）.定向凝固结束后，取出陶瓷模壳；破壳取出铸件和导热体。它显著改善了凹凸端部的散热和凝固条件，使成型的端部凹凸复杂铸件获得细小、均匀的定向柱晶组织。

Description

端部凹凸复杂铸件的精密铸造方法

技术领域

本发明涉及铸件的精密铸造方法，具体是一种端部凹凸复杂铸件（例如燃气轮机导向叶片等）的精密铸造方法。

背景技术

为了提高铸件的高温性能，铸件在精密铸造过程中通常采用定向凝固技术进行铸造成型，即通过一定的方法使模壳内的液态金属由下而上进行定向凝固，从而使成型铸件获得垂直走向的柱晶组织。

基于铸件在精密铸造过程中定向凝固的成型原理，在真空定向凝固炉内，高温合金液浇入陶瓷模壳内之后，受到水冷铜盘的激冷，高温合金液热量向下传出，随着陶瓷模壳下降进入定向凝固炉冷室，晶粒由下向上定向生长，形成柱状晶组织。然而，对于端部为凹凸形状的复杂铸件而言（前述端部指成型起始端，即底部），例如燃气轮机导向叶片等，由于其端部凹凸不平，在定向凝固过程中，只有端部凸起的最高部分才能与真空定向凝固炉内的水冷铜盘接触，该端部的其它低位部分因无法与水冷铜盘接触而不能形成有效的定向散热，导致形成晶向混乱的粗大结晶组织，而不是所需要的垂直走向的细小柱状结晶组织，最终成型的铸件高温性能差，满足不了应用要求。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述端部凹凸的复杂形状铸件的结构特殊性以及其在精密铸造过程中存在的问题，提供一种能够使端部凹凸的复杂形状铸件在定向凝固时获得细小、均匀定向凝固组织的精密铸造方法。

本发明采用的技术方案是，一种端部凹凸复杂铸件的精密铸造方法，包括下列顺序步骤：

1）.根据设计的端部凹凸复杂铸件制作蜡模，在蜡模的凹凸端部设置导热体，该导热体的顶面和侧面轮廓形状匹配蜡模的凹凸端部且导热体的底面为平面；

2）.在蜡模上及导热体侧面制作陶瓷模壳；蜡模凹凸端部所连接的导热体嵌留在陶瓷模壳的底部；

3）.将陶瓷模壳放置在真空定向凝固炉内，陶瓷模壳底部的导热体底面与凝固炉内的水冷铜盘表面紧密接触；

4）.将真空定向凝固炉抽真空并开启加热，预热、保温陶瓷模壳；将熔化后的高温合金液浇入陶瓷模壳内，使高温合金液通过陶瓷模壳内随型的导热体向水冷铜盘均匀、有效地散热，随着陶瓷模壳向凝固炉冷却室的下降，高温合金液由下而上凝固形成定向柱晶组织；

5）.定向凝固结束后，将真空定向凝固炉的冷却室放真空、打开，取出陶瓷模壳；破除陶瓷模壳，取出陶瓷模壳内成型的铸件和导热体。

所述陶瓷模壳制作过程中，导热体的底面保持清洁。

所述导热体由石墨材料成型。

所述导热体的最薄处厚度≥10mm。

所述导热体以粘接方式设置在蜡模的凹凸端部。

本发明的有益效果是：上述方法针对端部凹凸的复杂形状铸件而设计，通过在制模过程中嵌入随型导热体，使陶瓷模壳内的高温合金液通过导热体向真空定向凝固炉的水冷铜盘均匀、有效地散热，从而使成型的端部凹凸复杂形状铸件获得细小、均匀的定向柱晶组织。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的流程分解图。

图中代号含义：1—蜡模；2—导热体；3—陶瓷模壳；4—高温合金液；5—水冷铜盘；6—定向柱晶组织。

具体实施方式

本发明为针对端部凹凸的复杂形状铸件（例如燃气轮机导向叶片等）的精密铸造方法，前述端部凹凸复杂形状铸件是指铸造成型时至少与真空定向凝固炉水冷铜盘接触的端部为凹凸结构。参见图1，本发明包括下列顺序步骤：

1）.根据设计的端部凹凸的复杂形状铸件制作蜡模，在蜡模的凹凸端部设置导热体，该导热体由耐高温、导热性能优异的石墨材料成型，导热体的顶面具有匹配蜡模凹凸端部的凹凸结构，导热体与蜡模凹凸端部形成间隙配合，以便于二者嵌合、分离，即二者以间隙组合装配；导热体的侧面对应匹配蜡模凹凸端部的外侧轮廓，导热体的底面为平面。导热体采用高温粘接剂（例如硅酸乙酯、硅溶胶加刚玉粉等）粘接在蜡模的凹凸端部，为了保证导热体的结构强度，要求导热体的最薄处厚度≥10mm，例如11mm、12mm等等（本步骤如图1a和b所示，1为蜡模、2为导热体）；

2）.在前述蜡模上及导热体侧面通过粘浆淋砂等工序制作陶瓷模壳，要求在陶瓷模壳的制作过程中，导热体的底平面保持清洁和裸露（本步骤如图1c所示，其所示的为脱蜡之前状态，1为蜡模、2为导热体、3为陶瓷模壳），通过脱蜡等工序最终形成内空的陶瓷模壳，蜡模凹凸端部所粘接的导热体嵌留在内空陶瓷模壳的底部，并将陶瓷模壳的底部封堵，杜绝了浇注时高温合金液流出（即跑火）的危险；

3）.将步骤2）成型的陶瓷模壳放置在真空定向凝固炉内，使陶瓷模壳底部的导热体底部与真空定向凝固炉内的水冷铜盘表面紧密接触；由于导热体将陶瓷模壳的底部封堵，保护了真空定向凝固炉的重要部件-水冷铜盘在浇注时不受高温合金液的直接冲击，也就不会发生传统工艺中产生变形、烧蚀、甚至熔化等现象；

4）.将步骤3）的陶瓷模壳升入真空定向凝固炉的加热室内，关闭凝固炉的炉门、抽真空并开启加热，预热、保温陶瓷模壳（预热、保温温度按常规工艺选择）；将熔化后的高温合金液浇入陶瓷模壳内，使高温合金液通过陶瓷模壳底部的随型导热体向水冷铜盘均匀、快速散热，形成细小、均匀的定向凝固组织，随着陶瓷模壳向冷却室的下降，定向柱晶组织（即定向凝固组织）向上生长至整个铸件。（本步骤如图1d所示，2为导热体、3为陶瓷模壳、4为高温合金液、5为水冷铜盘、6为定向柱晶组织）；

5）.定向凝固结束后，将真空定向凝固炉的冷却室放真空、打开，取出陶瓷模壳；破除陶瓷模壳，取出铸件和导热体。铸件进入后续工序，导热体清理后可用于同种铸件的下次浇注。

Claims (5)

1.一种端部凹凸复杂铸件的精密铸造方法，包括下列顺序步骤：

1）.根据设计的端部凹凸复杂铸件制作蜡模，在蜡模的凹凸端部设置导热体，该导热体的顶面和侧面轮廓形状匹配蜡模的凹凸端部且导热体的底面为平面；

2）.在蜡模上及导热体侧面制作陶瓷模壳；蜡模凹凸端部所连接的导热体嵌留在陶瓷模壳的底部；

3）.将陶瓷模壳放置在真空定向凝固炉内，陶瓷模壳底部的导热体底面与凝固炉内的水冷铜盘表面紧密接触；

4）.将真空定向凝固炉抽真空并开启加热，预热、保温陶瓷模壳；将熔化后的高温合金液浇入陶瓷模壳内，使高温合金液通过陶瓷模壳内随型的导热体向水冷铜盘均匀、有效地散热，随着陶瓷模壳向凝固炉冷却室的下降，高温合金液由下而上凝固形成定向柱晶组织；

5）.定向凝固结束后，将真空定向凝固炉的冷却室放真空、打开，取出陶瓷模壳；破除陶瓷模壳，取出陶瓷模壳内成型的铸件和导热体。

2.根据权利要求1所述端部凹凸复杂铸件的精密铸造方法，其特征在于：所述陶瓷模壳制作过程中，导热体的底面保持清洁。

3.根据权利要求1或2所述端部凹凸复杂铸件的精密铸造方法，其特征在于：所述导热体由石墨材料成型。

4.根据权利要求1或2所述端部凹凸复杂铸件的精密铸造方法，其特征在于：所述导热体的最薄处厚度≥10mm。

5.根据权利要求1所述端部凹凸复杂铸件的精密铸造方法，其特征在于：所述导热体以粘接方式设置在蜡模的凹凸端部。