CN105215274A - 单晶叶片自由表面消除疏松的工艺方法 - Google Patents

单晶叶片自由表面消除疏松的工艺方法 Download PDF

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Abstract

单晶叶片自由表面消除疏松的工艺方法，其特征在于：首先制备涡轮叶片蜡模，缘板自由表面带补缩带，经涂料制壳、脱蜡、定向凝固、脱壳清理、脱芯、磨削掉补缩带，最后得到无表面疏松的单晶涡轮叶片。本发明通过与叶片自由表面随型的“井”式补缩带对叶片缘板自由表面进行充分补缩，见图1与图2，有效消除其表面的显微疏松，提高单晶叶片的合格率。

Description

单晶叶片自由表面消除疏松的工艺方法
技术领域
本发明属于高温合金技术领域，特别涉及单晶涡轮导向叶片制备工艺。
背景技术
先进航空发动机和燃气轮机叶片材料主要采用镍基高温合金。镍基高温合金也称超合金，成分异常复杂，通常含有十个以上的元素，如Ni、Al、Ti、Ta、W、Mo、Cr、Co、C、B等，在单晶高温合金中还加入了Re、Ru等，如第二代镍基单晶高温合金中含3wt%Re，第三代镍基单晶高温合金中含6wt%的Re。这样复杂的成分使其凝固温度范围更宽，凝固枝晶比较发达，发达的枝晶对枝晶间的补缩具有阻碍作用，特别在单晶叶片缘板处由于补缩困难容易形成表面疏松等缺陷，使单晶涡轮叶片成品率明显降低并提高了其成本。因此，如何制备高合格率的单晶叶片仍然是目前生产中遇到的难题之一。
发明内容
发明目的：本发明提供一种单晶叶片自由表面消除疏松的工艺方法，其目的是解决以往的方式所存在的不足，提高单晶涡轮导向叶片的合格率。
技术方案：
单晶叶片自由表面消除疏松的工艺方法，其特征在于：首先制备涡轮叶片蜡模，缘板自由表面带补缩带，经涂料制壳、脱蜡、定向凝固、脱壳清理、脱芯、磨削掉补缩带，最后得到无表面疏松的单晶涡轮叶片。
该方法的具体步骤如下：
首先制备涡轮叶片蜡模，蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为63℃-68℃，压力为0.3-0.5MPa,注射时间为10-30秒,保压时间为10-30秒；
缘板自由表面带补缩带，将补缩带设置为“井”交叉结构，补缩带高度1-2毫米，补缩带宽度1-2毫米，补缩带之间的距离为2-5毫米，补缩带长度随自由表面型长；
经涂料制壳，涂料采用粉300-400目，与硅溶胶溶液，粉液比3.0-3.5:1（质量比）；撒砂第一层为60-80目砂，第二层为32-60目砂，第三层为24-32目砂，第四-第七层为16-24目砂，最后封浆层采用面层涂料；
脱蜡，蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为150℃-170℃，压力3-7个大气压，时间为10-60分钟；
模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为850-980℃，保温时间为3-6小时，炉冷后对模壳进行清洗；
定向凝固，定向凝固抽拉速度为3-15毫米/分钟;
脱壳清理和脱芯，铸造完毕后的陶瓷型芯采用NaOH或KOH的水溶液脱除，碱浓度为25-40%（质量比），温度为120℃-280℃，压力为0.3-1MPa，脱除时间2-50小时；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和，盐酸溶液浓度为1-10%；
之后将缘板自由表面的补缩带采用磨削方式切除。
粉料采用刚玉粉或上店粉其中的一种，撒砂材料为刚玉砂或上店砂其中的一种。
优点及效果：本发明提供一种单晶叶片自由表面消除疏松的工艺方法，本发明通过与叶片自由表面随型的“井”式补缩带对叶片缘板自由表面进行充分补缩，见图1与图2，有效消除其表面的显微疏松，提高单晶叶片的合格率。
附图说明
图1为缘板自由表面带补缩带的示意图；
图2为补缩带的示意图；
图3为图2的A-A剖面结构图。
具体实施方式：
下面对本发明做进一步说明：
实施例1
首先制备涡轮叶片蜡模（缘板自由表面带补缩带，参见图1），蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为68℃，压力为0.3MPa,注射时间为10秒,保压时间为30秒；补缩带为“井”交叉结构，补缩带高度1毫米，补缩带宽度2毫米，补缩带之间的距离为5毫米，补缩带长度随自由表面型长；涂料为刚玉粉320目与硅溶胶溶液的混合物，粉液比3.5:1；撒砂第一层为80目刚玉砂，第二层为60目刚玉砂，第三层为32目刚玉砂，第四-第七层为24目刚玉砂，最后封浆层采用同样的面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为170℃，压力7个大气压，时间为10分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为980℃，保温时间为6小时，炉冷后对模壳进行清洗；铸造合金采用N5单晶高温合金；定向凝固抽拉速度为3毫米/分钟;铸造完毕后的陶瓷型芯采用KOH的水溶液脱除，碱浓度为30%（质量比），温度为180℃，压力为0.5MPa，脱除时间10小时；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和，盐酸溶液浓度为2%（质量比）；补缩带采用磨削方式切除。经表面荧光检测，叶片缘板自由表面无显微疏松。
实施例2
首先制备涡轮叶片蜡模（缘板自由表面带补缩带，参见图1），蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为65℃，压力为0.5MPa,注射时间为10秒,保压时间为10秒；补缩带为“井”交叉结构，补缩带高度1毫米，补缩带宽度2毫米，补缩带之间的距离为2毫米，补缩带长度随自由表面型长；涂料采用刚玉粉(320目)与硅溶胶溶液的混合物，粉液比3.5:1；撒砂第一层为80目刚玉砂，第二层为60目刚玉砂，第三层为32目刚玉砂，第四-第七层为16目刚玉砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为170℃，压力6个大气压，时间为15分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为850℃，保温时间为3小时，炉冷后对模壳进行清洗；铸造合金采用CMSX-4单晶高温合金；定向凝固抽拉速度为6毫米/分钟;铸造完毕后的陶瓷型芯采用KOH的水溶液脱除，碱浓度为35%（质量比），温度为200℃，压力为0.6MPa，脱除时间15小时；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和，盐酸溶液浓度为3%；补缩带采用磨削方式切除。经表面荧光检测，叶片缘板自由表面无显微疏松。
实施例3
首先制备涡轮叶片蜡模（缘板自由表面带补缩带，参见图1），蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为63℃，压力为0.3MPa,注射时间为30秒,保压时间为30秒；补缩带为“井”交叉结构，补缩带高度2毫米，补缩带宽度2毫米，补缩带之间的距离为5毫米，补缩带长度随自由表面型长；涂料采用刚玉粉(320目)与硅溶胶溶液的混合物，粉液比3.4:1；撒砂第一层为60目上店砂，第二层为60目上店砂，第三层为24目上店砂，第四-第七层为24目上店砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为160℃，压力6个大气压，时间为10分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为900℃，保温时间为6小时，炉冷后对模壳进行清洗；铸造合金采用DD6单晶高温合金；定向凝固抽拉速度为15毫米/分钟;铸造完毕后的陶瓷型芯采用NaOH的水溶液脱除，碱浓度为40%（质量比），温度为150℃，压力为0.8MPa，脱除时间12小时；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和，盐酸溶液浓度为1%；补缩带采用磨削方式切除。经表面荧光检测，叶片缘板自由表面无显微疏松。
实施例4
首先制备涡轮叶片蜡模（缘板自由表面带补缩带，参见图1），蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为68℃，压力为0.5MPa,注射时间为10秒,保压时间为10秒；补缩带为“井”交叉结构，补缩带高度2毫米，补缩带宽度1毫米，补缩带之间的距离为3毫米，补缩带长度随自由表面型长；涂料采用刚玉粉320目与硅溶胶溶液的混合物，粉液比3.5:1；撒砂第一层为60目刚玉砂，第二层为60目刚玉砂，第三层为32目上店砂，第四-第七层为24目上店砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为170℃，压力7个大气压，时间为16分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为980℃，保温时间为3小时，炉冷后对模壳进行清洗；铸造合金采用DD6单晶高温合金；定向凝固抽拉速度为12毫米/分钟;铸造完毕后的陶瓷型芯采用KOH的水溶液脱除，碱浓度为35%（质量比），温度为250℃，压力为0.5MPa，脱除时间18小时；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和，盐酸溶液浓度为2%；补缩带采用磨削方式切除。经表面荧光检测，叶片缘板自由表面无显微疏松。
实施例5
首先制备涡轮叶片蜡模（缘板自由表面带补缩带，参见图1），蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为65℃，压力为0.4MPa,注射时间为20秒,保压时间为10秒；补缩带为“井”交叉结构，补缩带高度1.5毫米，补缩带宽度1毫米，补缩带之间的距离为3毫米，补缩带长度随自由表面型长；涂料采用上店粉400目与硅溶胶溶液的混合物，粉液比3.0:1；撒砂第一层为80目刚玉砂，第二层为32目刚玉砂，第三层为32目上店砂，第四-第七层为16目上店砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为150℃，压力3个大气压，时间为60分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为980℃，保温时间为5小时，炉冷后对模壳进行清洗；铸造合金采用DD6单晶高温合金；定向凝固抽拉速度为12毫米/分钟;铸造完毕后的陶瓷型芯采用KOH的水溶液脱除，碱浓度为25%（质量比），温度为120℃，压力为1MPa，脱除时间2小时；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和，盐酸溶液浓度为10%；补缩带采用磨削方式切除。经表面荧光检测，叶片缘板自由表面无显微疏松。
实施例6
首先制备涡轮叶片蜡模（缘板自由表面带补缩带，参见图1），蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为65℃，压力为0.5MPa,注射时间为15秒,保压时间为15秒；补缩带为“井”交叉结构，补缩带高度2毫米，补缩带宽度1毫米，补缩带之间的距离为5毫米，补缩带长度随自由表面型长；涂料采用上店粉300目与硅溶胶溶液的混合物，粉液比3.2:1；撒砂第一层为60目刚玉砂，第二层为60目刚玉砂，第三层为32目上店砂，第四-第七层为24目上店砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为150℃，压力3个大气压，时间为50分钟；模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为880℃，保温时间为5小时，炉冷后对模壳进行清洗；铸造合金采用DD6单晶高温合金；定向凝固抽拉速度为10毫米/分钟;铸造完毕后的陶瓷型芯采用KOH的水溶液脱除，碱浓度为25%（质量比），温度为280℃，压力为0.3MPa，脱除时间50小时；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和，盐酸溶液浓度为10%；补缩带采用磨削方式切除。经表面荧光检测，叶片缘板自由表面无显微疏松。

Claims (3)

1.单晶叶片自由表面消除疏松的工艺方法，其特征在于：首先制备涡轮叶片蜡模，缘板自由表面带补缩带，经涂料制壳、脱蜡、定向凝固、脱壳清理、脱芯、磨削掉补缩带，最后得到无表面疏松的单晶涡轮叶片。
2.根据权利要求1所述的单晶叶片自由表面消除疏松的工艺方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
首先制备涡轮叶片蜡模，蜡模采用注射成形方式成形，注射温度为63℃-68℃，压力为0.3-0.5MPa,注射时间为10-30秒,保压时间为10-30秒；
缘板自由表面带补缩带，将补缩带设置为“井”交叉结构，补缩带高度1-2毫米，补缩带宽度1-2毫米，补缩带之间的距离为2-5毫米，补缩带长度随自由表面型长；
经涂料制壳，涂料采用粉300-400目，与硅溶胶溶液，粉液比3.0-3.5:1（质量比）；撒砂第一层为60-80目砂，第二层为32-60目砂，第三层为24-32目砂，第四-第七层为16-24目砂，最后封浆层采用面层涂料；
脱蜡，蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为150℃-170℃，压力3-7个大气压，时间为10-60分钟；
模壳脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为850-980℃，保温时间为3-6小时，炉冷后对模壳进行清洗；
定向凝固，定向凝固抽拉速度为3-15毫米/分钟;
脱壳清理和脱芯，铸造完毕后的陶瓷型芯采用NaOH或KOH的水溶液脱除，碱浓度为25-40%（质量比），温度为120℃-280℃，压力为0.3-1MPa，脱除时间2-50小时；叶片上残余碱液采用盐酸水溶液进行中和，盐酸溶液浓度为1-10%；
之后将缘板自由表面的补缩带采用磨削方式切除。
3.根据权利要求2所述的单晶叶片自由表面消除疏松的工艺方法，其特征在于：粉料采用刚玉粉或上店粉其中的一种，撒砂材料为刚玉砂或上店砂其中的一种。
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