CN104999032B - 用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件及方法，所述熔模铸件采用超大变截面系数的台阶测试模型，该模型包括一个圆柱体，所述的圆柱体底部连接有四对厚度不同的薄板，圆柱体顶部中心连接在直浇道底部，直浇道顶部连接圆台形浇口。采用本发明后，不但发现了高温合金熔模铸件在常规铸造工艺条件下的热裂倾向性情况，指导了铸造工艺改进，而且能为铸件结构设计提供合理建议，以期从源头上减少高温合金熔模铸件热裂形成倾向，这些优点都是现有其它热裂评价方法无法比拟的。

Description

用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件及方法

技术领域

本发明涉及镍基高温合金熔模铸造领域，具体地，涉及的是一种用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件，以及将该铸件用于镍基高温合金热裂倾向性评价的方法。

背景技术

航空发动机和燃气轮机热端部件大量采用熔模铸造高温合金铸件，而新一代航空发动机对结构设计非常苛刻，其采用熔模铸件往往存在巨大壁厚差，熔模铸造过程中极易产生热裂现象，降低铸件出品率。

经对现有技术的文献检索发现：

申请号为201210265562.X的中国发明专利涉及到一种评价定向凝固柱晶高温合金热裂倾向性的方法。该专利针对定向凝固叶片薄壁特点，建立薄壁管状定向凝固试样装置，较好的评价了定向凝固柱晶高温合金的热裂倾向性，其不足之处在于未考虑实际铸件中存在大量变截面问题，也无法应用于等轴晶铸件热裂倾向评价。

申请号为201120417404.2的中国发明专利涉及到一种合金热裂倾向测定装置。该专利设计的热裂测定装置结构简单、操作方便，且具有广泛的材料适用性。但是该专利仅能评价材料本身的热裂倾向性能，未考虑实际铸件结构对铸造热裂倾向性的影响。

申请号为201310029899.5的中国发明专利涉及到精密铸钢件裂纹敏感性测试的方法及其测试模型，该专利采用网格型模型，网格过渡处采用不同的圆角尺寸，网格筋采用不同厚度，其优点是能有效预测不同材料和工艺参数在精密铸造过程中出现裂纹的趋势，但是该专利设计过于复杂，网格之间相互影响严重，降低了热裂倾向评价结果的准确性。

发明内容

本发明目的在于克服现有铸造热裂倾向性评价的不足，提供一种用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件及其评价方法，以期为铸造工艺设计提供指导，提高评价结果的准确性。

根据本发明的一个方面，提供一种用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件，所述熔模铸件采用超大变截面系数(变截面系数范围8:1～64:1)的台阶测试模型，该模型包括一个圆柱体，所述的圆柱体底部连接有四对厚度不同的薄板，圆柱体顶部中心连接在直浇道底部，直浇道顶部连接圆台形浇口。

优选地，所述圆柱体厚度为32mm，直径为100mm，圆柱体为薄板提供液态金属补缩。

优选地，所述四对不同厚度的薄板，以圆柱体的圆心为中心，呈“米”字型对称分布，且呈一条直线布置的薄板厚度相同，四对薄板的厚度分别为0.5mm、1mm、2mm、4mm，宽度为20mm，长度范围为75mm～200mm。这些薄板与圆柱体底面直接相连，共同组成了热裂评价的台阶结构。

优选地，所述直浇道直径范围25mm～50mm，高度为200mm。金属液通过直浇道流入薄板与圆柱体组成的台阶结构，直浇道设计为圆柱型结构既保证了与台阶结构相对应的对称性结构，又能保证熔体流动的稳定性。

优选地，所述圆台形浇口，浇口尺寸为上底直径范围25mm～50mm，下底直径范围80mm～150mm，高度100mm。浇包中金属液首先浇入圆台形浇口，通过圆台形浇口顺流而下进入直浇道，最后进入熔模铸件的台阶结构。

优选地，所述四对不同厚度的薄板，薄板长度范围75mm～200mm，直浇道直径范围25mm～50mm，圆台形浇口下底直径范围80mm～150mm。

根据发明的另一个方面，提供一种用于高温合金熔模铸件热裂倾向性评价的方法，该方法具体步骤为：

步骤一，铸件设计，分别压制用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件和该熔模铸件的浇注系统蜡模，并进行蜡模组装；浇注系统指的是直浇道和圆台形浇口两部分；金属液通过这两部分进入所述铸件；

步骤二，按照传统的浆料配方制作面层浆料和背层浆料，通过手工沾浆淋砂工艺制作陶瓷模壳，陶瓷模壳在脱蜡釜中脱蜡，高温焙烧后保温等待浇注；

步骤三，在真空条件下，高温合金原料在氧化铝坩埚中加热熔化，保温精炼后，降温至浇注温度，平稳快速的浇注到预热的陶瓷模壳中，在空气中冷却，型壳清理后得到用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件；

步骤四，观察不同厚度薄板与圆柱体连接处是否存在热裂纹以及热裂纹长度，用不出现热裂纹的最大变截面系数(圆柱体厚度/出现热裂最大薄板厚度)和热裂纹长度来判定熔模铸件热裂倾向性大小。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

采用本发明后，不但发现了高温合金熔模铸件在常规铸造工艺条件下的热裂倾向性情况，指导了铸造工艺改进，而且能为铸件结构设计提供合理建议，以期从源头上减少高温合金熔模铸件热裂形成倾向，这些优点都是现有其它热裂评价方法无法比拟的。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中铸件结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明一实施例的用于镍基高温合金熔模铸造过程热裂倾向性评价的熔模铸件结构图，该熔模铸件采用超大变截面系数的台阶测试模型，该模型包括一个圆柱体3和四对厚度不同的薄板4,5,6,7。圆柱体3厚度为32mm，直径为100mm；圆柱体3底部连接着四对不同厚度的薄板4,5,6,7，呈“米”字型分布，且呈一条直线的薄板厚度相同，其厚度分别为0.5,1,2,4mm，宽度为20mm，长度范围为75mm～200mm。圆柱体中部连接直浇道2，直浇道2直径范围25mm～50mm，高度为200mm；直浇道顶部连接圆台形浇口1，浇口尺寸为上底直径范围25mm～50mm，下底直径范围80mm～150mm，高度100mm。

根据上述熔模铸件的各部分结构，分别压制圆台形浇口1、直浇道2、圆柱体3和不同厚度的薄板4,5,6,7蜡模，并进行蜡模组装，组装后的蜡模进行面层和背层沾浆淋砂，脱蜡后获得型壳，熔炼金属液浇入预热的型壳，冷却清理后，即可获得熔模铸件，通过观察薄板4,5,6,7与圆柱体3交界位置是否存在热裂以及热裂的长度，判断热裂倾向性大小。

上述实施例中，圆台形浇口1作用为引导金属液顺畅平稳的流入直浇道2，直浇道2的作用为引导金属液流入台阶型熔模铸件并为台阶型熔模铸件提供一定静压头以利于薄板充型；实际熔模铸件常常存在厚壁与薄壁相交部位，因厚壁与薄壁凝固收缩不协调，极易产生热裂纹，圆柱体3与不同厚度的薄板4,5,6,7的作用为构成台阶结构来模拟真实铸件厚壁与薄壁相交部位，找到不出现热裂纹的最大变截面系数(厚壁厚度/薄壁厚度)，在以后熔模铸件结构设计时，使熔模铸件所有部位的变截面系数均小于这个不出现热裂纹的最大变截面系数，即可保证获得不出现热裂纹熔模铸件。

在本发明一具体的应用实施例中：选取薄板4,5,6,7长度为100mm，直浇道2直径为38mm，圆台形浇口1下底直径为100mm，按照传统蜡模压制工艺压制蜡模，组装模组，采用常规熔模铸造工艺沾浆淋砂，脱蜡焙烧，焙烧温度1000℃，进行K4169高温合金熔炼浇注，浇注温度1500℃，清理模壳后检验铸件不同厚壁薄板与圆柱体连接部位热裂情况，发现0.5mm,1mm,2mm薄板根部出现热裂纹，而4mm薄板根部未出现热裂纹，即不出现热裂纹的最大变截面系数为8:1，热裂纹长度为3mm，说明本发明设计的铸件能够有效的评价铸件因截面突变引起的热裂情况。

在本发明另一具体的应用实施例中：选取薄板4,5,6,7长度为100mm，直浇道2直径为38mm，圆台形浇口1下底直径为100mm，按照实施例1方法制作模壳，但降低K4169高温合金浇注温度，浇注温度1470℃，发现0.5mm,1mm薄板根部出现热裂纹，而2mm,4mm薄板根部未出现热裂纹，即不出现热裂纹的最大变截面系数为16:1，热裂纹长度为2mm，说明本发明设计的铸件不但能够有效的评价铸件因截面突变引起的热裂情况，而且适用于浇注工艺参数变化引起的热裂倾向性测试。

在本发明另一具体的应用实施例中：选取薄板4,5,6,7长度为100mm，直浇道2直径为38mm，圆台形浇口1下底直径为100mm，按照实施例1方法制作模壳，最后进行K423高温合金熔炼浇注，浇注温度1500℃，清理模壳后检验铸件不同厚壁薄板与圆柱体连接部位热裂情况，发现0.5mm薄板部位出现热裂纹，而1mm,2mm,4mm薄板未出现热裂纹，即不出现热裂纹的最大变截面系数为32:1，热裂纹长度为4mm，说明本发明设计也能有效比较合金材料本身的热裂倾向。在本实施例中，在相同的熔模铸造工艺条件下，相比K4169高温合金，K423高温合金具有更加优异的抗热裂性能。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件，其特征在于，所述铸件采用变截面系数为8:1～64:1的台阶测试模型，所述模型包括一个圆柱体(3)，所述的圆柱体(3)底部连接有四对厚度不同的薄板(4,5,6,7)，所述四对不同厚度的薄板(4,5,6,7)，以圆柱体(3)的圆心为中心，呈“米”字型对称分布，圆柱体顶部中心连接在直浇道(2)底部，直浇道顶部连接圆台形浇口(1)。

2.根据权利要求1所述的用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件，其特征在于，所述圆柱体(3)厚度为32mm，直径为100mm。

3.根据权利要求1所述的用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件，其特征在于，“米”字型对称分布的所述四对不同厚度的薄板(4,5,6,7)，呈一条直线布置的薄板厚度相同，四对薄板的厚度分别为0.5mm、1mm、2mm、4mm，宽度均为20mm，长度范围为75mm～200mm。

4.根据权利要求1所述的用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件，其特征在于，所述直浇道(2)的直径范围为25mm～50mm，高度为200mm。

5.根据权利要求1所述的用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件，其特征在于，所述圆台形浇口(1)，浇口尺寸为上底直径范围为25mm～50mm，下底直径范围为80mm～150mm，高度100mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件，其特征在于，所述四对不同厚度的薄板(4,5,6,7)长度范围为75mm～200mm，直浇道(2)的直径范围为25mm～50mm，圆台形浇口(1)的下底直径范围为80mm～150mm。

7.一种采用权利要求1-6任一项所述铸件的高温合金熔模铸件热裂倾向性评价的方法，其特征在于，该方法具体步骤为：

步骤一，铸件设计，分别压制用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件蜡模和该铸件的浇注系统蜡模，并进行蜡模组装；浇注系统指的是直浇道和圆台形浇口两部分；金属液通过这两部分进入铸件；

步骤二，按照传统的浆料配方制作面层浆料和背层浆料，通过手工沾浆淋砂工艺制作陶瓷模壳，陶瓷模壳在脱蜡釜中脱蜡，高温焙烧后保温等待浇注；

步骤三，在真空条件下，高温合金原料在氧化铝坩埚中加热熔化，保温精炼后，降温至浇注温度，平稳快速的浇注到预热的陶瓷模壳中，在空气中冷却，型壳清理后得到用于评价高温合金熔模铸造过程热裂倾向性的铸件；

步骤四，观察不同厚度薄板与圆柱体连接处是否存在热裂纹以及热裂纹长度，用不出现热裂纹的最大变截面系数和热裂纹长度来判定熔模铸件热裂倾向性大小，其不出现热裂纹的最大变截面系数越大，热裂纹长度越短，熔模铸件热裂倾向性越小。