CN104368801A - 一种航空发动机涡轮空心叶片陶瓷型芯脱芯方法 - Google Patents

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Abstract

一种航空发动机涡轮空心叶片陶瓷型芯脱芯方法，包括一次脱芯、二次脱芯、三次脱芯和超声波清洗四个步骤。三次脱芯使用的KOH碱液浓度依次为40％、30％、40％；每次脱芯碱液的温度为160—200℃，碱液压力在0.4—0.5MPa间波动，每隔6小时加一次水，浸泡48小时。该方法采取降低碱液浓度和每六小时补充一次水分，保证反应产生的盐类充分溶解；48小时更换一次碱液，并使碱液浓度成阶梯式变化，可保证化学反应有效进行；使碱液压力脉冲式波动，可促进型芯开裂，增加碱液与型芯的反应界面，提高反应量。该方法可使陶瓷型芯脱芯周期由二十几天缩短到六天；脱芯一次合格率高达90％以上。

Description

一种航空发动机涡轮空心叶片陶瓷型芯脱芯方法
技术领域
本发明涉及精密铸造，特别是一种航空发动机涡轮空心叶片陶瓷型芯脱芯方法。
背景技术
航空发动机涡轮叶片是目前国内结构最为复杂的空心叶片，其精密铸造中陶瓷型芯的脱芯难度极大，是制约叶片批量生产的瓶颈之一。
根据化学反应SiO2+2KOH→K2SiO3+H2O，陶瓷型芯普遍使用苛性钾碱液进行脱芯。
基于化学反应的速度与碱液的浓度、温度和压力相关，传动的脱芯工艺在一定的温度和压力下只注重通过提高碱液的浓度来加快反应速度。如最早使用熔融状态的碱进行脱芯就是基于这一原理，因熔融态的碱对叶片损害严重，且存在安全性低、不易操作等缺点现已被淘汰。后续脱芯改用质量分数为70％的高浓度碱液，其对结构简单的铸件效果较好，但对型腔结构复杂的叶片，实验发现碱液浓度过高并不利于反应的进行。究其原因是：高浓度碱液不能快速溶解反应生成的盐类，导其在型腔内形成黏胶状物质；这些黏胶状物质受到复杂型腔的制约，无法从型腔内快速流出，最终覆盖在陶瓷型芯与碱液的反应界面上，进而阻碍了陶瓷型芯与碱液化学反应的继续进行。由此导致脱芯周期长达二十几天，且脱芯质量差，易存残芯，脱芯一次合格率不到50％，不但造成资源的浪费和成本的提高，而且影响到发动机的研制与生产。
发明内容
基于以上发现，本发明的目的是克服上述传统陶瓷型芯脱芯存在的技术偏见，为航空发动机空心叶片提供一种脱芯周期短、脱芯质量高的陶瓷型芯脱芯方法。
本发明提供的航空发动机涡轮空心叶片陶瓷型芯脱芯方法，包括以下步骤
(1)一次脱芯
将空心叶片先置于浓度为40％的KOH碱液中；碱液温度为160—200℃；碱液压力在0.4—0.5MPa间波动，波动周期为15min；每隔6小时按碱液总重量的30％～40％加一次水；反应至48小时后将叶片取出，置于预先通入硬气(100℃高温蒸汽)的干净清水中进行清洗、保温；
(2)二次脱芯
更换碱液，将经步骤(1)一次脱芯的空心叶片置于浓度为30％的碱液中；按与步骤(1)相同的方法进行二次脱芯；
(3)三次脱芯
更换碱液，将经步骤(2)二次脱芯的空心叶片重新置于浓度为40％的苛性钾碱液中；按与步骤(1)相同的方法进行三次脱芯；
(4)超声波清洗
将经步骤(3)三次碱液脱芯后的空心叶片置于超声清洗槽中，采用70℃清水进行超声波清洗。
本发明克服了传统陶瓷型芯脱芯速度取决于碱液浓度的技术偏见，采取降低碱液浓度、每六小时加水补充由于碱液沸腾而蒸发的水分，保证反应产生的盐类物质能够充分溶解；每48小时更换一次碱液，并使碱液浓度成高—低—高梯度式变化，使苛性钾反应到一定程度时得到及时更新，保证化学反应的有效进行；使碱液的压力在0.4—0.5MPa间保持脉冲式波动，基于不同压力下碱液沸点的变化，在压力由0.5MPa降到0.4MPa的过程中，碱液剧烈沸腾，对型腔内部进行有效冲刷，在压力由0.4MPa急速降到0.4MPa的过程中，型芯内外部形成巨大压力差，产生由内向外的推力，促进型芯开裂，增大碱液与型芯的反应界面，提高反应量；最后将经三次碱液脱芯后的空心叶片进行超声波清洗，确保型腔内无残留。
实践证明，航空发动机涡轮空心叶片采用本发明方法进行陶瓷型芯脱芯，脱芯周期大大缩短，由原来的二十几天缩短到六天；脱芯质量一次合格率高达90％以上。这一脱芯方法对减少资源浪费、节约生产成本、保证叶片研制和生产的顺利起到重大作用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
本实施例为采用本发明脱芯方法对某型航空发动机涡轮空心叶片进行脱芯。其步骤是：
(1)一次脱芯
将装有叶片的料筐置于盛有浓度40％苛性钾碱液的脱芯釜中；压力设定为0.50.5MPa，内胆温度设定为200℃，外胆温度设定为480℃；保压状态压力变化为0.4—0.5MPa，排气周期稳定在15min；每隔6小时按碱液总重量的30％一次水；反应至48小时后将叶片取出，将装有叶片的料筐置于预先通入硬气的干净清水中，进行清洗、保温；
(2)二次脱芯
将脱芯釜中的碱液更换为浓度30％的碱液，将经一次脱芯后的空心叶片连同料筐置于其中，按与一次脱芯相同的方法进行二次脱芯；
(3)三次脱芯
将脱芯釜中的碱液重新更换为浓度40％的碱液，将经步骤(2)二次脱芯的空心叶片连同料筐置于其中，按与步骤(1)相同的方法进行三次脱芯；
(4)超声波清洗
将经上述三次碱液脱芯后的空心叶片连同料筐置于超声清洗槽中，采用70℃清水进行超声波清洗30分钟。
经超声波清洗后的叶片采用X射线透视，型腔内无残余型芯，一次脱芯合格。

Claims (1)

1.一种航空发动机涡轮空心叶片陶瓷型芯脱芯方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)一次脱芯
将空心叶片先置于浓度为40％的KOH碱液中；碱液温度为160—200℃；碱液压力在0.4—0.5MPa间波动，波动周期为15min；每隔6小时按碱液总重量的30％～40％加一次水；反应至48小时后将叶片取出，置于预先通入硬气的干净清水中进行清洗、保温；
(2)二次脱芯
更换碱液，将经步骤(1)一次脱芯的空心叶片置于浓度为30％的碱液中；按与步骤(1)相同的方法进行二次脱芯；
(3)三次脱芯
更换碱液，将经步骤(2)二次脱芯的空心叶片重新置于浓度为40％的苛性钾碱液中；按与步骤(1)相同的方法进行三次脱芯；
(4)超声波清洗
将经步骤(3)三次碱液脱芯后的空心叶片置于超声清洗槽中，采用70℃清水进行超声波清洗。
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