CN104972062A - 一种高温合金涡轮的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温合金涡轮的制备工艺，包括如下步骤：(1)将中温蜡放入静止桶中溶化，在95-98℃下静止，除去蜡中的气泡后在静止桶保温待用；(2)蜡模采用注射成型，注蜡温度为50-55℃，注蜡时间为40-50s，压力为48-55Kg／cm2；(3)将注塑好的蜡模与模头进行组树，组树形式为一组三件；(4)组树好的蜡模经涂料、粘沙、干燥以及脱蜡制得模壳；(5)将上述模壳进行高温焙烧，焙烧后加入母合金，抽真空后熔化、浇铸；(6)最后进行脱壳、清理、检验入库即得成品。本发明的组树形式采用的是一个模头与三个蜡模组树在一起，而传统的是采用一组一件的形式，可以大幅度提高材料利用率和提高生产效率，同时很大程度地提高产品的出品率。
Description
技术领域
本发明属于精密铸造领域，更具体地是属于一种高温合金涡轮的制备工艺。
背景技术：
汽车废气增压器涡轮是高温合金材料的重要应用领域。目前，国外的重型柴油机增压器配置率100％，中小型柴油机及汽油机也在不断地增大其配置比例，如英、美、法等国家已达80％左右。废气涡轮增压器具有减少有害排放、降低噪声污染、提高机械效率、提升功率等优点。涡轮是汽车增压器中的核心部件，其在高温下工作，故采用价格高昂的镍基高温合金。且其转速极高，故涡轮铸件的精度要求高，内部质量要求也很严格。高温合金涡轮多采用熔模精密铸造方法制备。目前，高温合金涡轮铸件的出品率较低，在50％左右，这就造成了昂贵的镍基材料的大量浪费和生产效率的低下。
目前关于高温涡轮的制备工艺，已有一些报道，中国专利200510047595.7公开了一种具有双晶组织结构的整体涡轮的制备工艺，该专利主要是在涡轮径向建立较大的温度梯度，从而制备出双晶组织结构的涡轮，该方法虽然简单可行，但对提高涡轮铸件的出品率没有特别明显的效果。中国专利201010551505.9公开了一种高温合金多联空心涡轮叶片的制备工艺，该专利是主要是通过先制备各单元叶身蜡模(带陶瓷型芯)，然后将制备好的各单元叶身(带陶瓷型芯)放入多联蜡模模具中进行再注蜡一次成型来提高制备蜡模的精度和 成功率，从而提高产品的出品率，但是该工艺的应用范围较为限制，主要针对空心涡轮有效。因此，需要改进现有生产工艺，开发出一种较为行之有效的方法以提高产品的出品率和生产效率。
发明内容：
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种生产效率高、出品率较高的高温合金涡轮的制备工艺。
本发明的技术方案是通过以下的技术方案来实现的。
一种高温合金涡轮的制备工艺，包括如下步骤：
(1)将中温蜡放入静止桶中溶化，在95-98℃下静止，除去蜡中的气泡后保温待用；
(2)蜡模采用注射成型方式成型，注蜡温度为50-55℃，注蜡时间为25-35s，压力为48-55Kg/cm2；
(3)将注塑好的蜡模与模头进行组树，组树形式为一个模头与三个蜡模组树在一起；
(4)组树好的蜡模经涂料制壳、粘浆挂沙、封浆干燥以及蒸汽脱蜡制得模壳；
(5)将上述模壳放于前后门隧道式焙烧炉进行焙烧，焙烧温度为950-1200℃，焙烧后，转入真空熔炼炉中加入母材合金，抽真空后浇铸；
(6)最后进行脱壳、清理、检验入库即得成品。
作为该技术方案的更进一步，所述涂料为粉料与硅胶溶液，粉料：硅胶溶液质量比为1∶3.5-3.7，涂料粘度为25-30s。
作为该技术方案的更进一步，所述封浆干燥时干燥室的温度为22-26℃，湿度为50-60％。严格控制温度的原因是为了防止蜡与型壳材料的热膨胀率不同而发生涨壳现象，而控制湿度是因为湿度太低、型壳干燥速度过快导致发生裂壳，湿度过大则型壳干燥速度过慢，影响生产进度。
作为该技术方案的更进一步，所述蒸汽脱蜡时脱腊釜中蒸汽的压力力须在6s中内升至0.45Mpa以上，这是为了防脱蜡过程中出现涨壳现象。
作为该技术方案的更进一步，所述前后门隧道式焙烧炉的隧道坑的有效长度为3.6m，焙烧时间为90min。
作为该技术方案的更进一步，所述焙烧温度为1020-1080℃。
作为该技术方案的更进一步，所述真空熔炼炉为快速真空熔炼浇铸炉，浇铸功率为95-110KW，浇铸时间为44-48s。
作为该技术方案的更进一步，母材合金棒料长度为88-92mm。
有益效果：本发明的组树形式采用的是一组三件的形式，而传统的是采用一组一件的形式，此形式可以大幅度提高产品的工艺出品率和提高生产效率，工艺出品率由原有的不足50％提高至70-75％。通过对各工序中各种参数的研究、设定和控制，使的产品的合格率达到95％以上。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但发明的保护范围不受实施例所限。
将进口中温蜡放入静止桶中溶化，在95-98℃下静止，除去蜡中的气泡后保温待用。采用进口卧式双工位全自动液压压蜡机进行蜡模注射成型，注蜡温度为52℃，注蜡时间为35s，压力为50Kg/cm2，制得蜡模；将品检好的蜡模与模头进行粘合组树。经过严格反复的计算和实验，组树的形式确定为一个模头与三个蜡模组树在一起，模头钢料的质量为350g，每个铸件的质量为330g，从而达到设定的74％的工艺出品率。在此过程中，严格控制车间的湿度，湿度控制在60％。
将蜡模组进行涂料制壳，先按照粉料：硅溶胶质量比为1∶3.5制备涂料，涂料粘度为25s。面层制壳采用专用机械臂制作，减少了人为造成的不稳定因素，从而保证了产品表面质量的一致性。并且使用专用机械臂可较大幅度减轻劳动力，提高了生产效率。根据实际工艺对机械臂动作进行编程，确保涂挂均匀不产生浆料堆积；模壳沾浆挂砂后放于干燥室进行干燥，温度和湿度均需严格控制，温度控制在25℃，湿度为50％。严格控制温度是为了防止蜡与型壳材料的热膨胀率不同而发生涨壳现象，而控制湿度是因为湿度太低、型壳干燥速度过快导致发生裂壳，湿度过大则型壳干燥速度过慢，影响生产进度。沾浆挂砂后必须充分干燥后才可进行下一遍沾浆挂砂，否则影响型壳的强度。封浆干燥后进行脱腊。脱蜡采用蒸汽法脱蜡，脱蜡时需严格控制时间、压力。脱蜡温度为150℃，时间为40min，脱腊釜中蒸汽的压力力必须在6秒中内升至0.45Mpa以上，这是为了防脱蜡过程中出现涨壳现象。所以脱蜡釜采用PLC控制，防止对时间、温度出现人为判断误差。脱腊完毕后型壳经检验及格后转序。
将脱蜡后的模壳通过专用前后门隧道式焙烧炉进行焙烧，焙烧温度为1020℃--1080℃，以增强型壳的强度及透气性，焙烧时间为90分钟。这样正好既能烧透，又不过烧，既能保证模壳焙烧质量，又不浪费能源。因为浇铸操作的节拍为每2分钟一串，一个托架装3串模壳，故设定焙烧炉内腔装16排48组模壳，由此计算出隧道炉内腔设计有效长度为3.6m，这样模壳从进入隧道炉到出炉所需时间正好为90分钟左右。隧道炉内腔设计设置6个烧嘴，通过6个烧嘴反复转换燃烧，从而保证了隧道炉内腔里温度均匀，使模壳温度达到工艺设定值，防止涡轮出现浇不足现象。
为了防止出现模壳降温，设定模壳出炉转移到超音频真空炉的时间为10s；
涡轮浇铸使用超音频快速真空熔炼炉。该设备熔化极限功率为200KW，真空度为8*10-2.。根据模组重量经计算确定母材合金棒料长度为Φ50*90±2mm，从而确定设备浇铸功率为105KW，浇铸时间设定为48s。将上述各种参数输入设备进行编程，设备可自动抽真空后熔化浇铸，操作简便，产品质量能保证，且产品的一致性好。
待模组冷却后转序。
将工件在振壳机上将型壳振落，将工件从模组上切落分离，送磨件间将浇口磨至所需的程度后转序。使用喷砂机将涡轮表面残留模壳去除，最后经荧光探伤检验合格后入成品库。
Claims (8)
1.一种高温合金涡轮的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将中温蜡放入静止桶中溶化，在95-98℃下静止，除去蜡中的气泡后保温待用；
(2)蜡模采用注射成型方式成型，注蜡温度为50-55℃，注蜡时间为25-35s，压力为48-55Kg／cm2；
(3)将注塑好的蜡模与模头进行组树，组树形式为一个模头与三个蜡模组树在一起；
(4)组树好的蜡模经涂料制壳、粘浆挂沙、封浆干燥以及蒸汽脱蜡制得模壳；
(5)将上述模壳放于前后门隧道式焙烧炉进行焙烧，焙烧温度为950-1200℃，焙烧后，转入真空熔炼炉中加入母材合金，抽真空后浇铸；
(6)最后进行脱壳、清理、检验入库即得成品。
2.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮的制备工艺，其特征在于，所述涂料为粉料与硅胶溶液，粉料∶硅胶溶液质量比为1∶3.5-3.7，涂料粘度为25-30s。
3.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮涡轮的制备工艺，其特征在于，所述封浆干燥时干燥室的温度为22-26℃，湿度为50-60％。
4.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮的制备工艺，其特征在于，所述蒸汽脱蜡时脱腊釜中蒸汽的压力力须在6s中内升至0.45Mpa以上。
5.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮的制备工艺，其特征在于，所述前后门隧道式焙烧炉的隧道坑的有效长度为3.6m，焙烧时间为90min。
6.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮涡轮的制备工艺，其特征在于，所述焙烧温度为1020-1080℃。
7.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮的制备工艺，其特征在于，所述真空熔炼炉为快速真空熔炼浇铸炉，浇铸功率为95-110KW，浇铸时间为44-48s。
8.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮涡轮的制备工艺，其特征在于，母材合金棒料长度为88-92mm。
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