CN104439097A - 一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法 - Google Patents

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屠晓林
冯文刚
张松胜
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Abstract

本发明提供一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法，属于高温合金大型薄壁件精密铸造领域。按照以下步骤进行：(1)型壳制造工艺：型壳共为九层，型壳制造采用粘结剂交替，并在热节处加入铁丸的方法,(2)装箱预热方法及浇注工艺：在模壳主浇道包裹一层保温毡，整个缠绕两层保温毡，对应两个后安装座处的保温毡挖去一层，型壳预热；浇注。本发明型壳制造采用交替法并在热节处加入铁丸的方法，制造溃散性好的型壳，满足高温合金液浇注的需求，调整铸件的装箱预热方案、调配浇注工艺参数，保证铸件的成型及有效的解决底面穿透性疏松冶金质量。

Description

一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法
技术领域
本发明属于高温合金大型薄壁件精密铸造领域，具体涉及一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法。
背景技术
收扩喷口由多个形状各异的薄壁件组合而成，随着设计技术的不断成熟，对精密铸件质量要求越来越高，使用寿命要求越来越长，结构也越来越复杂，出现了由传统的结构简单的薄壁件精密铸造向结构复杂的薄壁件铸造的发展趋势。零件尺寸一般在500mm左右，壁厚较薄，结构复杂，合金材料为高温合金。零件采用高温合金熔模铸造的工艺方法制造，研制时一直存在底面穿透疏松冶金缺陷，不能满足设计要求。现有的型壳制造方法采用硅溶胶或硅酸已酯为粘结剂，刚玉砂、刚玉粉为耐火粉料制成的型壳，由于模组各处型壳材料相同，因此各处模壳的热容量相同，浇注后冷却过程散热条件一致，不能具有铸件热节处快速散热的条件，通过优化型壳制造工艺，改进原来的装箱方法，解决了铸件底板中间加强肋及两对安装座热节处底板穿透疏松的冶金缺陷，生产出满足设计要求的扩张调节片底板。同时促进了企业精密铸造技术的发展提升。
发明内容
本发明提供一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法；通过优化型壳制造工艺方案及装箱方式，相辅相成的工艺方案，生产出符合设计要求的扩张调节片底板精铸件。
本发明一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法，按照以下步骤进行：
(1)型壳制造工艺
型壳共为九层，型壳制造采用粘结剂交替，并在热节处加入铁丸的方法,在制壳过程中每层的粘结剂为硅溶胶和硅酸乙酯交替使用,粉料为刚玉粉或铝矾土粉，涂挂刚玉砂之后风干；
(2)装箱预热方法及浇注工艺
在模壳主浇道包裹一层保温毡，整个缠绕两层保温毡，对应两个后安装座处的保温毡挖去一层，如图2所示，降低该处的保温效果，改善散热条件，防止产生疏松；型壳预热温度为1050℃～1100℃，保温时间不小于2h；
浇注时，首先将炉料装入坩埚中，开始抽气，真空度达到6.67Pa时开始送电化料，化清后精炼测温，精炼温度1570℃～1590℃，精炼2～3分钟；精炼后装入预热好的型壳，浇注温度为1475℃±10℃，浇注速度为5s～7s；制备出扩张调节片底板精铸件。
铸件真空熔注工艺曲线如图1所示。
所述型壳制造工艺过程：
第一层采用黏度为30s～35s的硅溶胶为粘结剂，在粉料电熔白刚玉粉中加入铝酸钴表面孕育剂，涂挂80#～100#刚玉砂之后自干3h～15h；铝酸钴和电熔白刚玉粉质量配比3:7；
第二层采用黏度为13s～20s的硅酸已酯水解液为粘结剂，粉料为刚玉粉或铝矾土粉，涂挂80#～100#刚玉砂之后风干0.5h～1h；
第三层采用黏度为15s～20s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉或铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干时间大于2h；
第四层采用黏度为15s～20s的硅酸已酯水解液为粘结剂，粉料为刚玉粉或铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干0.5h～1h；
第五层采用黏度为15s～20s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉或铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干时间大于2h；
第五层后进行强化，采用硅酸已酯强化剂，强化时间10s～15s自干0.5h～1h；
第六层采用黏度为15s～20s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉或铝矾土粉，涂挂16#～25#刚玉砂之后风干时间大于3h；在铸件散热不佳处，涂覆铁丸；如图3所示；
第七层到第九层采用黏度为15s～20s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉或铝矾土粉，涂挂16#～25#刚玉砂之后风干时间大于3h；
九层之后单独对主浇注系统进行强化，采用硅酸已酯强化剂，强化时间10s～15s自干1h～2h。最后涂挂硅酸已酯水解液或硅溶胶浆料。
所述型壳制造过程中每层中粘结剂、粉料及刚玉砂质量比为(0.4～0.6)：(0.6～0.8)：(0.7～0.9)。
在制壳工艺中，目前在国内熔模铸造中粘结剂应用比较广泛的是硅溶胶和硅酸乙酯，硅溶胶是一种用微量稳定的硅溶胶体溶液，硅溶胶不含有能降低型壳性能的不完全水解产物,使用方便，选用硅溶胶做粘结剂，涂料稳定性好，实践证明保证了型壳质量。硅酸乙酯则不同，使用前必须经过水解处理水解液中SiO 2含量与型壳强度密切相关。
耐火材料选用了不同粒度的电熔刚玉砂(粉)和不同粒度的煤干石制壳，这种型壳的表面在高温下具有较好的强度和抗变形能力，从而保证了铸件的尺寸精度。
具体制壳工艺参数如表1所示
表1制壳工艺参数
高温合金扩张调节片底板铸件最小壁厚为1.0mm，最大轮廓为472mm×108mm，两个承力主肋高为20.2mm，整体结构呈网格状分布，并带有6对安装座，结构复杂，铸件一次浇注成型、内部冶金质量控制等工艺难度大，本发明型壳制造采用交替法并在热节处加入铁丸的方法，制造溃散性好的型壳，满足高温合金液浇注的需求，调整铸件的装箱预热方案、调配浇注工艺参数，，保证铸件的成型及有效的解决底面穿透性疏松冶金质量。
通过上述技术方案的实施，得到了冶金质量较好的铸件，铸件尺寸满足了要求，按每年生产交付20台扩张调节片底板计算，可创造价值170万。目前该方法已用在多个型号的相似件精密铸造生产中。
附图说明
图1为铸件真空熔注工艺曲线；
图2为包裹保温毡时将图中方框位置的保温毡挖去一层示意图。
图3为加铁丸处示意图。
具体实施方式请在实施例中将九层的用量关系体现出来
本发明中GRJ型硅溶胶的技术要求：(HB5346—86)；牌号：GRJ—26化学成分：SiO2：24％～28％；Na2O≤0.3％；比重：1.15～1.19；PH：9～9.5。粘度：3×10-6～6×10-6m2/s；外观：乳白色或淡青色无外夹杂物；硅酸乙酯：(C2H5O)4Si；HB5345-86；SiO2：32％～34％；HCl：≤0.04％。
本发明中电熔白刚玉粉：HB5347-86牌号：W40混合粉；电熔刚玉砂：GB2479-83牌号：WA；粒度：20#、46#、60#、80#、100#；高铝矾土粉：GB/12215-90牌号：W40混合粉。
以下实施里中每层中粘结剂、粉料及刚玉砂质量比为(0.4～0.6)：(0.6～0.8)：(0.7～0.9)。
实施例1
一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法，按照以下步骤进行：
(1)型壳制造工艺:型壳共为九层，型壳制造采用粘结剂交替，并在热节处加入铁丸的方法,在制壳过程中粘结剂采用硅溶胶和硅酸乙酯每层交替使用,粉料为刚玉粉或铝矾土粉，涂挂刚玉砂之后风干。
第一层采用黏度为30s的硅溶胶为粘结剂，，在粉料电熔白刚玉粉中加入铝酸钴表面孕育剂，涂挂80#～100#刚玉砂之后自干3h；铝酸钴和电熔白刚玉粉质量配比3:7。
第二层采用黏度为14s的硅酸已酯水解液为粘结剂，粉料为刚玉粉，涂挂80#～100#刚玉砂之后风干0.5h。
第三层采用黏度为15s的硅溶胶为粘结剂，粉料为铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干时间3h。
第四层采用黏度为15s的硅酸已酯水解液为粘结剂，粉料为铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干0.5h
第五层采用黏度为15s的硅溶胶为粘结剂，粉料为铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干时间3.5h。
第五层后进行强化，采用硅酸已酯强化剂，强化时间10s,自干0.5h。
第六层到第九层采用黏度为15s的硅溶胶为粘结剂，粉料为或铝矾土粉，涂挂16#刚玉砂之后风干时间4h。
第六层后在铸件散热不佳处，涂覆铁丸。铁丸配比：硅溶胶：铝矾土：铁丸质量比例2：3：1
九层之后单独对主浇注系统进行强化，采用硅酸已酯强化剂，强化时间10s自干1h。最后涂挂硅酸已酯水解液浆料。
每层中粘结剂、粉料及刚玉砂质量比为(0.4～0.6)：(0.6～0.8)：(0.7～0.9)。
(2)装箱预热方法及浇注工艺
在模壳主浇道包裹一层保温毡，整个缠绕两层保温毡，对应两个后安装座处的保温毡挖去一层，降低该处的保温效果，改善散热条件，防止产生疏松。型壳预热温度为1050℃，保温时间3h；
浇注时，首先将炉料装入坩埚中，开始抽气，真空度达到6.67Pa时开始送电化料，化清后精炼测温，精炼温度1570℃～1590℃，精炼2分钟。精炼后装入预热好的型壳，浇注温度为1475℃±10℃，浇注速度为7s。
通过上述技术方案的实施，得到了冶金质量较好的铸件，铸件尺寸满足了要求。
实施例2
一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法，按照以下步骤进行：
(1)型壳制造工艺:型壳共为九层，型壳制造采用粘结剂交替，并在热节处加入铁丸的方法,在制壳过程中粘结剂采用硅溶胶和硅酸乙酯每层交替使用,粉料为刚玉粉或铝矾土粉，涂挂刚玉砂之后风干。
第一层采用黏度为30s～35s的硅溶胶为粘结剂，在粉料电熔白刚玉粉中加入铝酸钴表面孕育剂，铝酸钴和电熔白刚玉粉质量配比3:7；涂挂80#～100#刚玉砂之后自干8h。
第二层采用黏度为16s的硅酸已酯水解液为粘结剂，粉料为刚玉粉，涂挂80#～100#刚玉砂之后风干45min。
第三层采用黏度为18s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干时间大于2h。
第四层采用黏度为17s的硅酸已酯水解液为粘结剂，粉料为刚玉粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干45min。
第五层采用黏度为18s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干时间2.5h。
第五层后进行强化，采用硅酸已酯强化剂，强化时间12s自干45min。
第六层到第九层采用黏度为18s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉，涂挂16#～25#刚玉砂之后风干时间3.5h。
第六层后在铸件散热不佳处，涂覆铁丸。铁丸配比：硅溶胶：铝矾土：铁丸质量比例2：1：1
九层之后单独对主浇注系统进行强化，采用硅酸已酯强化剂，强化时间13s自干1.5h。最后涂挂硅酸已酯水解液浆料。
每层中粘结剂、粉料及刚玉砂质量比为(0.4～0.6)：(0.6～0.8)：(0.7～0.9)。
(2)装箱预热方法及浇注工艺
在模壳主浇道包裹一层保温毡，整个缠绕两层保温毡，对应两个后安装座处的保温毡挖去一层，降低该处的保温效果，改善散热条件，防止产生疏松。型壳预热温度为1100℃，保温时间2h；
浇注时，首先将炉料装入坩埚中，开始抽气，真空度达到6.67Pa时开始送电化料，化清后精炼测温，精炼温度1570℃～1590℃，精炼3分钟。精炼后装入预热好的型壳，浇注温度为1475℃±10℃，浇注速度为6s。
通过上述技术方案的实施，得到了冶金质量较好的铸件，铸件尺寸满足了要求，
实施例3
一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法，按照以下步骤进行：
(1)型壳制造工艺:型壳共为九层，型壳制造采用粘结剂交替，并在热节处加入铁丸的方法,在制壳过程中粘结剂采用硅溶胶和硅酸乙酯每层交替使用,粉料为刚玉粉或铝矾土粉，涂挂刚玉砂之后风干。
第一层采用黏度为335s的硅溶胶为粘结剂，，在粉料电熔白刚玉粉中加入铝酸钴表面孕育剂；铝酸钴和电熔白刚玉粉质量配比3:7；涂挂80#～100#刚玉砂之后自干15h。
第二层采用黏度为20s的硅酸已酯水解液为粘结剂，粉料为铝矾土粉，涂挂80#～100#刚玉砂之后风干1h。
第三层采用黏度为20s的硅溶胶为粘结剂，粉料为铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干时间大于2h。
第四层采用黏度为20s的硅酸已酯水解液为粘结剂，粉料为铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干1h。
第五层采用黏度为20s的硅溶胶为粘结剂，粉料为铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干时间3h。
第五层后进行强化，采用硅酸已酯强化剂，强化时间15s自干1h。
第六层到第九层采用黏度为20s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉或铝矾土粉，涂挂16#～25#刚玉砂之后风干时间3.5h。
第六层后在铸件散热不佳处，涂覆铁丸。铁丸配比：硅溶胶：铝矾土：铁丸质量比例1：1：1。
九层之后单独对主浇注系统进行强化，采用硅酸已酯强化剂，强化时间15s自干2h。最后涂挂硅溶胶浆料。
每层中粘结剂、粉料及刚玉砂质量比为(0.4～0.6)：(0.6～0.8)：(0.7～0.9)。
(2)装箱预热方法及浇注工艺
在模壳主浇道包裹一层保温毡，整个缠绕两层保温毡，对应两个后安装座处的保温毡挖去一层，降低该处的保温效果，改善散热条件，防止产生疏松。型壳预热温度为1050℃～1100℃，保温时间不小于2h；
浇注时，首先将炉料装入坩埚中，开始抽气，真空度达到6.67Pa时开始送电化料，化清后精炼测温，精炼温度1570℃～1590℃，精炼2～3分钟。精炼后装入预热好的型壳，浇注温度为1475℃±10℃，浇注速度为5s。
通过上述技术方案的实施，得到了冶金质量较好的铸件，铸件尺寸满足了要求。

Claims (4)

1.一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)型壳制造工艺
型壳共为九层，型壳制造采用粘结剂交替，并在热节处加入铁丸的方法,在制壳过程中每层的粘结剂为硅溶胶和硅酸乙酯交替使用,粉料为刚玉粉或铝矾土粉，涂挂刚玉砂之后风干；
(2)装箱预热方法及浇注工艺
在模壳主浇道包裹一层保温毡，整个缠绕两层保温毡，对应两个后安装座处的保温毡挖去一层，降低该处的保温效果，改善散热条件，防止产生疏松；型壳预热温度为1050℃～1100℃，保温时间不小于2h；
浇注时，首先将炉料装入坩埚中，开始抽气，真空度达到6.67Pa时开始送电化料，化清后精炼测温，精炼温度1570℃～1590℃，精炼2～3分钟；精炼后装入预热好的型壳，浇注温度为1475℃±10℃，浇注速度为5s～7s；制备出扩张调节片底板精铸件。
2.根据权利要求1所述的一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法，其特征在于所述型壳制造工艺具体过程为：
第一层采用黏度为30s～35s的硅溶胶为粘结剂，在粉料电熔白刚玉粉中加入铝酸钴表面孕育剂，涂挂80#～100#刚玉砂之后自干3h～15h；铝酸钴和电熔白刚玉粉质量配比3:7；
第二层采用黏度为13s～20s的硅酸已酯水解液为粘结剂，粉料为刚玉粉或铝矾土粉，涂挂80#～100#刚玉砂之后风干0.5h～1h；
第三层采用黏度为15s～20s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉或铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干时间大于2h；
第四层采用黏度为15s～20s的硅酸已酯水解液为粘结剂，粉料为刚玉粉或铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干0.5h～1h；
第五层采用黏度为15s～20s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉或铝矾土粉，涂挂46#～60#刚玉砂之后风干时间大于2h；
第五层后进行强化，采用硅酸已酯强化剂，强化时间10s～15s自干0.5h～1h；
第六层采用黏度为15s～20s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉或铝矾土粉，涂挂16#～25#刚玉砂之后风干时间大于3h；在铸件散热不佳处，涂覆铁丸；
第七层到第九层采用黏度为15s～20s的硅溶胶为粘结剂，粉料为电熔白刚玉粉或铝矾土粉，涂挂16#～25#刚玉砂之后风干时间大于3h；
九层之后单独对主浇注系统进行强化，采用硅酸已酯强化剂，强化时间10s～15s自干1h～2h。最后涂挂硅酸已酯水解液或硅溶胶浆料。
3.根据权利要求1所述的一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法，其特征在于所述型壳制造过程中每层中粘结剂、粉料及刚玉砂质量比为0.4～0.6：0.6～0.8：0.7～0.9。
4.根据权利要求2所述的一种解决高温合金扩张调节片底板穿透疏松缺陷的方法，其特征在于第六层中所述硅溶胶、粉料、铁丸质量比为1～2：1～3：1。
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