CN103949587B - 一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法 - Google Patents

一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法 Download PDF

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Abstract

一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，本发明涉及降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，属于高活性金属熔炼及成形领域。本发明要解决制约大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造残余应力高的问题。方法：一、将蜡型挂浆，撒砂粉料B，干燥，制得面层；二、挂浆，再将氧化锆纤维网裹覆在步骤一得到的面层表面，然后撒细背砂，干燥；三、重复步骤二；四、挂浆、撒背砂，得到背层；五、脱蜡、焙烧；六、装砂箱，硬化，烘干。本发明制备的铸型强度高，能适应高反重力成形压力，使高温合金充型能力大幅提高。本发明用于制备铸型。

Description

一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法
技术领域
本发明涉及降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，属于高活性金属熔炼及成形领域。
背景技术
大型壁厚突变类镍基高温合金铸件是航空航天领域中极为重要的一大类铸件，随着铸件结构日益复杂化，轻量化，铸件主体壁厚越来越薄，壁厚突变部位越来越多，目前所采用的铸造方法已经不能满足铸件成形需求，反重力铸造对解决大型壁厚突变类镍基高温合金铸件成形有独特的优势，但同时也对这类铸件成形时所使用的铸型提出了更高要求。由于铸件主体壁薄，如果型壳强度不够，在填砂埋壳时型腔薄壁部位可能变形而导致铸件欠铸。通常增加型壳强度的方法是增加型壳的壁厚，但是由于大型壁厚突变类镍基高温合金铸件结构限制，铸件突变部位多，型壳强度高会导致凝固过程型壳退让性差，铸件内部应力状态复杂，并且残余应力高，在后续整形、机械加工和热处理过程会产生裂纹、皱褶等缺陷，这极大制约了大型壁厚突变类镍基高温合金铸件推广应用。
发明内容
本发明要解决制约大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造残余应力高的问题，而提供一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法。
一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，具体步骤如下：
步骤一、将蜡型在涂料A中挂浆，撒砂粉料B，干燥，制得面层；
步骤二、将氧化锆纤维网在涂料A中浸泡，同时超声振动1h～2h，再将氧化锆纤维网裹覆在步骤一得到的面层表面，然后撒细背砂，干燥；
步骤三、重复步骤二1～4次，制得多层结构的缓冲层；
步骤四、将步骤三制得的缓冲层挂浆，撒275目刚玉粉背砂，干燥；然后挂浆，撒175目刚玉粉背砂，干燥；再挂浆，撒125目锆英砂，干燥；再次挂浆，撒80目锆英砂，干燥；最后挂浆，撒60目锆英砂，干燥，得到背层；
步骤五、脱蜡、焙烧，制得型壳；
步骤六、将步骤五制得的型壳装砂箱，用水玻璃砂填箱后刮平，吹CO2硬化，烘干，完成一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法。
本发明制备的铸型使用之前高温焙烧即可。
本发明的有益效果是：
(1)铸型中的缓冲层有较高的抗压强度，可以满足埋壳填箱时对于铸型抗压强度要求，合金凝固收缩时，缓冲层受拉应力，可以轻易变形以适应凝固收缩，显著降低铸件的残余应力；
(2)制备出的铸型强度高，可以适应更高的反重力成形压力，使高温合金充型能力大幅提高。
本发明用于制备降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，具体步骤如下：
步骤一、将蜡型在涂料A中挂浆，撒砂粉料B，干燥，制得面层；
步骤二、将氧化锆纤维网在涂料A中浸泡，同时超声振动1h～2h，再将氧化锆纤维网裹覆在步骤一得到的面层表面，然后撒细背砂，干燥；
步骤三、重复步骤二1～4次，制得多层结构的缓冲层；
步骤四、将步骤三制得的缓冲层挂浆，撒275目刚玉粉背砂，干燥；然后挂浆，撒175目刚玉粉背砂，干燥；再挂浆，撒125目锆英砂，干燥；再次挂浆，撒80目锆英砂，干燥；最后挂浆，撒60目锆英砂，干燥，得到背层；
步骤五、脱蜡、焙烧，制得型壳；
步骤六、将步骤五制得的型壳装砂箱，用水玻璃砂填箱后刮平，吹CO2硬化，烘干，完成一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述涂料A由砂粉料B和粘结剂按照质量比2.7:1混合而成，其中，所述砂粉料B为400目氧化锆和刚玉粉按照质量比1:1混合而成，粘结剂为非快干硅溶胶。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述细背砂粒径小于氧化锆纤维网单层厚度。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述细背砂为氧化锆、刚玉粉、锆英粉、铝矾土、莫来石或煤矸石，粒径为325目。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四中挂浆的浆料由砂粉料B和粘结剂按照质量比2.4:1混合而成，砂粉料B为400目氧化锆和刚玉粉按照质量比1:1混合而成，粘结剂为非快干硅溶胶。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤五中焙烧温度为980℃、焙烧时间为3h。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤六中烘干温度为220℃～270℃、烘干时间为5h～18h。其它与具体实施方式一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，具体步骤如下：
步骤一、将蜡型在涂料A中挂浆，撒砂粉料B，干燥，制得面层；
步骤二、将氧化锆纤维网在涂料A中浸泡，同时超声振动1h，再将氧化锆纤维网裹覆在步骤一得到的面层表面，然后撒细背砂，干燥；
所述涂料A由砂粉料B和粘结剂按照质量比2.7:1混合而成，其中，所述砂粉料B为400目氧化锆和刚玉粉按照质量比1:1混合而成，粘结剂为非快干硅溶胶；
步骤三、重复步骤二4次，制得5层结构的缓冲层；
所述细背砂为氧化锆，粒径为325目；
步骤四、将步骤三制得的缓冲层挂浆，撒275目刚玉粉背砂，干燥；然后挂浆，撒175目刚玉粉背砂，干燥；再挂浆，撒125目锆英砂，干燥；再次挂浆，撒80目锆英砂，干燥；最后挂浆，撒60目锆英砂，干燥，得到背层；
步骤五、脱蜡、焙烧，控制焙烧温度为980℃、焙烧时间为3h，制得型壳；
步骤六、将步骤四制得的型壳装砂箱，用水玻璃砂填箱后刮平，吹CO2硬化，烘干，烘干温度为220℃、烘干时间为18h，完成一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法。
本实施例制备的铸型使用之前高温焙烧即可。本实施例所得铸型反重力浇注K4169镍基高温合金壁厚突变铸件，最小壁厚可达0.5mm，壁厚突变差异率可以达到6，残余应力低。
实施例二：
本实施例一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，本实施例与实施例一不同的是步骤二中超声振动时间为2h。
本实施例制备的铸型使用之前高温焙烧即可。本实施例所得铸型反重力浇注K4169镍基高温合金壁厚突变铸件，最小壁厚可达1mm，壁厚突变差异率可以达到8，残余应力低，无裂纹。
实施例三：
本实施例一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，本实施例与实施例一不同的是步骤二中细背砂为刚玉粉，粒径为325目。
本实施例制备的铸型使用之前高温焙烧即可。本实施例所得铸型反重力浇注in718镍基高温合金壁厚突变铸件，最小壁厚可达1mm，壁厚突变差异率可以达到10，残余应力低，无裂纹。

Claims (6)

1.一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一、将蜡型在涂料A中挂浆，撒砂粉料B，干燥，制得面层；
步骤二、将氧化锆纤维网在涂料A中浸泡，同时超声振动1h～2h，再将氧化锆纤维网裹覆在步骤一得到的面层表面，然后撒细背砂，干燥；
步骤三、重复步骤二1～4次，制得多层结构的缓冲层；
步骤四、将步骤三制得的缓冲层挂浆，撒275目刚玉粉背砂，干燥；然后挂浆，撒175目刚玉粉背砂，干燥；再挂浆，撒125目锆英砂，干燥；再次挂浆，撒80目锆英砂，干燥；最后挂浆，撒60目锆英砂，干燥，得到背层；
步骤五、脱蜡、焙烧，制得型壳；
步骤六、将步骤五制得的型壳装砂箱，用水玻璃砂填箱后刮平，吹CO2硬化，烘干，完成一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法；
步骤一中所述涂料A由砂粉料B和粘结剂按照质量比2.7:1混合而成，其中，所述砂粉料B为400目氧化锆和刚玉粉按照质量比1:1混合而成，粘结剂为非快干硅溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，其特征在于步骤二中所述细背砂粒径小于氧化锆纤维网单层厚度。
3.根据权利要求1所述的一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，其特征在于步骤二中所述细背砂为氧化锆、刚玉粉、锆英粉、铝矾土、莫来石或煤矸石，粒径为325目。
4.根据权利要求1所述的一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，其特征在于步骤四中挂浆的浆料由砂粉料B和粘结剂按照质量比2.4:1混合而成，砂粉料B为400目氧化锆和刚玉粉按照质量比1:1混合而成，粘结剂为非快干硅溶胶。
5.根据权利要求1所述的一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，其特征在于步骤五中焙烧温度为980℃、焙烧时间为3h。
6.根据权利要求1所述的一种降低反重力铸造大型壁厚突变类镍基高温合金铸件铸造应力的铸型制备方法，其特征在于步骤六中烘干温度为220℃～270℃、烘干时间为5h～18h。
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