CN103894547A - 带缘板叶片铸件的精密铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带缘板叶片铸件的精密铸造方法，该方法通过在成型叶片蜡模的叶片缘板部位的外沿底部设置具有起晶齿的起晶蜡模，通过该起晶蜡模在定向凝固工艺中，使叶片缘板部位的高温合金液沿着起晶齿由下而上凝固形成定向柱晶组织。本发明针对带缘板的叶片铸件而设计，其通过在陶瓷模壳叶片缘板部位的外沿底部设置齿形条的起晶结构，在进行定向凝固时，使叶片缘板部位的高温合金液能够沿着起晶齿由下而上凝固形成细小、均匀的定向柱晶组织。
Description
技术领域
本发明涉及叶片铸件的精密铸造方法，具体是一种带缘板叶片铸件（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的冷却室，晶粒由下向上定向生长，形成柱状晶粒组织。然而，对于带缘板的叶片铸件而言，例如燃气轮机导向叶片的叶身两端均具有叶片缘板，参见图1，由于设计的叶片缘板面积远大于叶身横截面积，那么按照定向凝固过程中凝固组织由下而上定向生长的顺序，当陶瓷模壳内的高温合金液凝固至陶瓷模壳的叶片缘板部位时，由于该部位的成型面积突然变大，该部位的高温合金液热量无法垂直向下散出，导致该部位容易生成若干个晶向混乱的、粗大的杂晶晶粒，使得叶片铸件的垂直定向的凝固组织遭到破坏，最终成型的叶片铸件的高温性能差，满足不了应用要求。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述带缘板叶片铸件的结构特殊性以及其在精密铸造过程中存在的问题，提供一种能够使带缘板叶片铸件的叶片缘板均获得细小、均匀的定向凝固组织的精密铸造方法。
本发明采用的技术方案是，一种带缘板叶片铸件的精密铸造方法，包括下列顺序步骤：
1）. 根据带缘板叶片铸件的设计形状制作叶片蜡模，在叶片蜡模上叶片缘板部位的外沿底部设置起晶蜡模，该起晶蜡模的下部具有若干个相互间隔且向下凸起的起晶齿；
2）. 在步骤1）的蜡模上组装浇注系统；在蜡模上制作陶瓷模壳；对陶瓷模壳进行脱蜡处理；将处理好的陶瓷模壳放置在真空定向凝固炉内，使陶瓷模壳的底部与真空定向凝固炉内的水冷盘表面紧密接触；
3）. 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，随着陶瓷模壳向真空定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，叶片缘板部位的高温合金液沿着起晶齿由下而上凝固形成定向柱晶组织；
4）. 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，取出成型的叶片铸件；
5）. 将步骤4）的叶片铸件进行精加工处理，包括切除叶片铸件上叶片缘板处的齿形条。
步骤1）中起晶蜡模的起晶齿下端设有导热体，两者之间用高温粘结剂粘接。
所述导热体在制作陶瓷模壳过程中，导热体的底面裸露并保持清洁。
所述导热体由石墨材料成型。
步骤1）中起晶蜡模上的起晶齿高度≥5mm。
步骤1）中起晶蜡模上的起晶齿端面呈矩形状。
本发明的有益效果是：上述方法针对带缘板的叶片铸件而设计，其通过在陶瓷模壳叶片缘板部位的外沿底部设置齿形条的起晶结构，在进行定向凝固时，使叶片缘板部位的高温合金液能够沿着起晶齿由下而上凝固形成细小、均匀的定向柱晶组织，改变了传统技术中叶片缘板处出现晶向混乱、粗大晶粒组织的现象；此外，通过在前述起晶结构的起晶齿下端设置导热体，能够加速起晶结构的垂直向下散热，提高温度梯度，有助于快速形成晶粒取向良好的定向柱晶组织。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是燃气轮机导向叶片的一种结构示意图。
图2是本发明的一种流程分解图。
图3是本发明的另一种流程分解图。
具体实施方式
实施例1
本发明为针对带缘板的叶片铸件的精密铸造方法，前述带缘板的叶片铸件较典型的例子为燃气轮机导向叶片，参见图1，该叶片铸件的叶身1两端分别具有叶片缘板2。参见图2，本发明根据这种或类似这种带缘板的叶片铸件提出下列主要顺序步骤的精密铸造方法：
1）. 根据带缘板叶片铸件的设计形状制作叶片蜡模，在叶片蜡模上叶片缘板部位的外沿底部设置起晶蜡模，该起晶蜡模的底面具有若干个相互间隔且向下凸起的起晶齿，每个起晶齿的端面呈矩形状；为了保证每个起晶齿内部形成不受临齿影响的独立晶粒，要求这些齿形条的高度≥5mm，例如6mm或9mm等等；前述起晶蜡模上各起晶齿之间的间隙距离，根据要求的定向柱晶晶粒数量而合理确定，各起晶齿之间距离越近，成型叶片铸件上叶片缘板的定向柱晶组织越细小，反之则越粗大，通常情况下，各起晶齿之间的距离为5～10 mm；前述起晶蜡模既可以在叶片蜡模成型时与其一体成型（这将增大叶片蜡模的成型难度），也可以单独制作成型，单独成型的起晶蜡模以粘接方式组合在对应的叶片缘板部位外沿的底面（本步骤如图2a所示，2为叶片缘板、3为起晶蜡模）；
2）. 在步骤1）的蜡模（包含叶片蜡模和起晶蜡模）上按常规工艺组装浇注系统；待浇注系统组装好后，在前述蜡模上通过粘桨淋砂等工序制作陶瓷模壳（本步骤如图2b所示，其所示的为脱蜡之前状态，2为叶片缘板、3为起晶蜡模、4为陶瓷模壳）；通过对陶瓷模壳进行脱蜡、烧残蜡处理，最终形成内空的陶瓷模壳；将处理好的陶瓷模壳放置在真空定向凝固炉内，使陶瓷模壳的底部与真空定向凝固炉内的水冷盘表面紧密接触；
3）. 将步骤2）的陶瓷模壳升入真空定向凝固炉的加热室内，关闭真空定向凝固炉的炉门、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，随着陶瓷模壳向真空定向凝固炉冷却室的下降，高温合金液由下而上凝固形定向凝固组织（即定向柱晶），叶片缘板部位的高温合金液沿着起晶齿由下而上凝固形成细小、均匀的定向凝固组织；
4）. 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，取出成型的叶片铸件；
5）. 将步骤4）的叶片铸件进行精加工处理，该精加工处理包括但不限于切除叶片铸件上叶片缘板处的齿形条。
实施例2
本发明为针对带缘板的叶片铸件的精密铸造方法，前述带缘板的叶片铸件较典型的例子为燃气轮机导向叶片，参见图1，该叶片铸件的叶身1两端分别具有叶片缘板2。参见图3，本发明根据这种或类似这种带缘板的叶片铸件提出下列主要顺序步骤的精密铸造方法：
1）. 根据带缘板叶片铸件的设计形状制作叶片蜡模，在叶片蜡模上叶片缘板部位的外沿底部设置起晶蜡模，该起晶蜡模的底面具有若干个相互间隔且向下凸起的起晶齿，每个起晶齿的端面呈矩形状；为了保证每个起晶齿内部形成不受临齿影响的独立晶粒，要求这些齿形条的高度≥5mm，例如6mm或9mm等等；前述起晶蜡模上各起晶齿之间的间隙距离，根据要求的定向柱晶晶粒数量而合理确定，各起晶齿之间距离越近，成型叶片铸件上叶片缘板的定向柱晶组织越细小，反之则越粗大，通常情况下，各起晶齿之间的距离为5～10 mm；前述起晶蜡模既可以在叶片蜡模成型时与其一体成型（这将增大叶片蜡模的成型难度），也可以单独制作成型，单独成型的起晶蜡模以粘接方式组合在对应的叶片缘板部位外沿的底面；为了能够使前述起晶结构（即起晶蜡模构成的）在后续步骤工艺中加速垂直向下的散热，在前述起晶蜡模底面的起晶齿底端设有导热体，该导热体由耐高温、导热性能优异的石墨材料成型，导热体通过高温粘接剂（例如硅酸乙酯、硅溶胶加刚玉粉等）以粘接方式设置在起晶蜡模的起晶齿底端（本步骤如图3a所示，2为叶片缘板、3为起晶蜡模、5为导热体）；
2）. 在步骤1）的蜡模（包含叶片蜡模和起晶蜡模）上按常规工艺组装浇注系统；待浇注系统组装好后，在前述蜡模上通过粘桨淋砂等工序制作陶瓷模壳，要求在陶瓷模壳的制作过程中，导热体的底面完全裸露并使导热体的底面保持清洁（本步骤如图3b所示，其所示的为脱蜡之前状态，2为叶片缘板、3为起晶蜡模、4为陶瓷模壳、5为导热体）；通过对陶瓷模壳进行脱蜡、烧残蜡处理，最终形成内空的陶瓷模壳；将处理好的陶瓷模壳放置在真空定向凝固炉内，使陶瓷模壳的底部与真空定向凝固炉内的水冷盘表面紧密接触；
3）. 将步骤2）的陶瓷模壳升入真空定向凝固炉的加热室内，关闭真空定向凝固炉的炉门、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，随着陶瓷模壳向真空定向凝固炉冷却室的下降，高温合金液由下而上凝固形定向凝固组织（即定向柱晶），叶片缘板部位的高温合金液沿着起晶齿由下而上凝固形成细小、均匀的定向凝固组织；
4）. 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叶片铸件；
5）. 将步骤4）的叶片铸件进行精加工处理，该精加工处理包括但不限于切除叶片铸件上叶片缘板处的齿形条。
Claims (6)
1.一种带缘板叶片铸件的精密铸造方法，包括下列顺序步骤：
1）. 根据带缘板叶片铸件的设计形状制作叶片蜡模，在叶片蜡模上叶片缘板部位的外沿底部设置起晶蜡模，该起晶蜡模的下部具有若干个相互间隔且向下凸起的起晶齿；
2）. 在步骤1）的蜡模上组装浇注系统；在蜡模上制作陶瓷模壳；对陶瓷模壳进行脱蜡处理；将处理好的陶瓷模壳放置在真空定向凝固炉内，使陶瓷模壳的底部与真空定向凝固炉内的水冷盘表面紧密接触；
3）. 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，随着陶瓷模壳向真空定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，叶片缘板部位的高温合金液沿着起晶齿由下而上凝固形成定向柱晶组织；
4）. 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，取出成型的叶片铸件；
5）. 将步骤4）的叶片铸件进行精加工处理，包括切除叶片铸件上叶片缘板处的齿形条。
2.根据权利要求1所述带缘板叶片铸件的精密铸造方法，其特征在于：步骤1）中起晶蜡模的起晶齿下端设有导热体，两者之间用高温粘结剂粘接。
3.根据权利要求2所述带缘板叶片铸件的精密铸造方法，其特征在于：所述导热体在制作陶瓷模壳过程中，导热体的底面裸露并保持清洁。
4.根据权利要求2所述带缘板叶片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。
5.根据权利要求1或2所述带缘板叶片铸件的精密铸造方法，其特征在于：步骤1）中起晶蜡模上的起晶齿高度≥5mm。
6.根据权利要求1或2所述带缘板叶片铸件的精密铸造方法，其特征在于：步骤1）中起晶蜡模上的起晶齿端面呈矩形状。
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