CN105290324A - 大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺 - Google Patents
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Abstract
大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺,其特征在于：本发明的具体工艺如下：（1）、采用精密铸造工艺制备叶片模壳；（2）、采用具有良好抗高温蠕变性能的支撑柱对缘板模壳的边角处进行抗高温蠕变处理；（3）、对处理后的模壳进行铸造，铸造后随壳清除支撑柱。本发明通过提高缘板边角处的抗高温蠕变性能的方法来提高整体缘板的抗蠕变能力，使缘板的整体抗高温变形能力，进而提高铸件的合格率。
Description
技术领域
本发明属于高温合金技术领域，特别涉及精密铸造涡轮导向叶片制备技术。
背景技术
导向叶片是燃气轮机中受热冲击最大的热端零件，其结构比较复杂。涡轮导向叶片由叶身和上、下缘板构成，缘板具有空间曲面且尺寸大的特点，见图1。导向叶片通常采用精密铸造方法制备，由于无余量熔模精密铸造流程复杂，要通过制模、制壳、浇注、后处理等工序后才能得到最终的铸件，铸件外型尺寸很难保证，特别是上、下缘板在凝固和冷却过程中会产生较大的热应力，导致变形严重，叶片报废率高。
通常，涡轮导向叶片在铸造过程中的尺寸变化通过预先补偿或校正等方法以保证最终铸件的尺寸精度，如模具预先校正、蜡模反变形等措施。尽管这些措施在实际生产中起到了一定作用，但由于陶瓷模壳材料组成的复杂性及在高温下容易发生蠕变现象，仍然有相当数量的涡轮导向叶片在缘板处发生非规律性变形，特别是在缘板的边角处，影响叶片的合格率，使铸件的成本大大提高。
发明内容
发明目的：本发明提供一种大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺，其目的是解决以往所存在的问题，满足实际涡轮叶片生产需要。
技术方案：
大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺,其特征在于：本发明的具体工艺如下：（1）、采用精密铸造工艺制备叶片模壳；（2）、采用具有良好抗高温蠕变性能的支撑柱对缘板模壳的边角处进行抗高温蠕变处理；（3）、对处理后的模壳进行铸造，铸造后随壳清除支撑柱。
本发明工艺中，采用传统的精密铸造工艺制备叶片模壳，具体：面层涂料采用刚玉粉与硅溶胶溶液配制,粉液比(质量比)为3-3.9:1,第一层涂料后在室温（22℃-26℃）条件下进行干燥，干燥时间4-8小时;第二层涂料后撒砂,撒砂料为80目刚玉砂，干燥时间4-8小时;第三层涂料后撒砂材料为60目刚玉砂,干燥时间为4-8小时；第四层涂料后撒砂材料为32目刚玉砂,干燥时间为4-8小时；第五-第七层为涂料后撒砂材料为24目刚玉砂,干燥时间为4-8小时，最后封浆层采用面层涂料，干燥时间为2-8小时；
之后，采用蒸汽法脱除蜡模，蒸汽温度为150℃-170℃，时间为10-20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850-1200℃，保温时间为2-6小时，炉冷至室温并进行清洗；
在叶片上、下缘板模壳的对应边角处采用具有良好的抗高温蠕变性能的柱(棒)材料进行支撑，支撑处采用粘接剂进行粘接处理；
支撑柱与上、下缘板模壳每次粘接后需在室温下干燥4-10小时，再进行二次粘接并干燥，重复该过程4-8次即可；
铸造后支撑柱随壳清除。
叶片上、下缘板模壳之间的支撑点可选择四个角、四个边或四个角及四个边的其中之几，边的支柱位于边的中间位置。
叶片上、下缘板模壳之间的支撑柱为氧化铝柱或石英玻璃管柱，支撑柱的直径为2-10毫米，柱的长度小于上、下缘板间预支撑长度2-5毫米。
支撑柱离相应缘板的边界处最近距离为5-10毫米。
支撑柱与上、下缘板模壳的连接处采用的粘接剂为刚玉粉与硅溶胶的混合物，刚玉粉与硅溶胶的质量比例为3.5-5:1，刚玉粉的粒度为150-300目。
优点及效果：本发明提供一种大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺,本发明通过提高缘板边角处的抗高温蠕变性能的方法来提高整体缘板的抗蠕变能力，使缘板的整体抗高温变形能力，进而提高铸件的合格率。
附图说明
图1为涡轮导向叶片示意图；
图2为本发明显示支撑柱位置的示意图。
具体实施方式：
下面对本发明做进一步说明：
实施例1
采用传统的精密铸造工艺制备叶片模壳，面层涂料采用320目刚玉粉与硅溶胶溶液配制,粉液比为3.5:1,第一层涂料后在室温条件下进行干燥，干燥时间4小时;第二层涂料后撒砂,撒砂料为80目刚玉砂，干燥时间4小时;第三层涂料后撒砂材料为60目刚玉砂,干燥时间为4小时；第四层涂料后撒砂材料为32目刚玉砂,干燥时间为4小时；第五-第七层为涂料后撒砂材料为24目刚玉砂,干燥时间为4小时，最后封浆层采用面层涂料，干燥时间为2小时；采用蒸汽法脱除蜡模，蒸汽温度为170℃，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850℃，保温时间为2小时，炉冷至室温并进行清洗；对叶片上、下缘板模壳的对应边处采用氧化铝柱进行支撑，支撑点选择四个边，边的支柱位于边的中间位置，支撑柱的直径为2毫米，柱的长度小于上、下缘板间预支撑长度2毫米，柱离缘板最外边处5毫米；支撑柱与上、下缘板模壳的连接处采用的粘接剂为刚玉粉与硅溶胶的混合物，刚玉粉与硅溶胶的质量比例为3.5:1，刚玉粉的粒度为150目。支撑柱与上、下缘板模壳每次粘接后需在室温下干燥4小时，再进行二次粘接并干燥，重复该过程4次。对进行支撑后的模壳进行浇注，清除模壳及支撑柱，铸件合格率提高了18%。
实施例2
采用传统的精密铸造工艺制备叶片模壳，面层涂料采用320目刚玉粉与硅溶胶溶液配制,粉液比为3.5:1,第一层涂料后在室温条件下进行干燥，干燥时间4小时;第二层涂料后撒砂,撒砂料为80目刚玉砂，干燥时间4小时;第三层涂料后撒砂材料为60目刚玉砂,干燥时间为4小时；第四层涂料后撒砂材料为32目刚玉砂,干燥时间为4小时；第五-第七层为涂料后撒砂材料为24目刚玉砂,干燥时间为4小时，最后封浆层采用面层涂料，干燥时间为2小时；采用蒸汽法脱除蜡模，蒸汽温度为170℃，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1000℃，保温时间为6小时，炉冷至室温并进行清洗；对叶片上、下缘板模壳的对应边角处采用氧化铝棒进行支撑，支撑点选择四个角及四个边，边的支柱位于边的中间位置，支撑柱的直径为2毫米，柱的长度小于上、下缘板间预支撑长度2毫米，柱离缘板最外边处8毫米；支撑柱与上、下缘板模壳的连接处采用的粘接剂为刚玉粉与硅溶胶的混合物，刚玉粉与硅溶胶的质量比例为3.5:1，刚玉粉的粒度为150目。支撑柱与上、下缘板模壳每次粘接后需在室温下干燥4小时，再进行二次粘接并干燥，重复该过程4次即可。对进行支撑后的模壳进行浇注，清除模壳及支撑柱，铸件合格率提高了38%。
实施例3：
采用传统的精密铸造工艺制备叶片模壳，面层涂料采用320目刚玉粉与硅溶胶溶液配制,粉液比为3.9:1,第一层涂料后在室温条件下进行干燥，干燥时间5小时;第二层涂料后撒砂,撒砂料为80目刚玉砂，干燥时间5小时;第三层涂料后撒砂材料为60目刚玉砂,干燥时间为4小时；第四层涂料后撒砂材料为32目刚玉砂,干燥时间为4小时；第五-第七层为涂料后撒砂材料为24目刚玉砂,干燥时间为4小时，最后封浆层采用面层涂料，干燥时间为2小时；采用蒸汽法脱除蜡模，蒸汽温度为170℃，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1200℃，保温时间为2小时，炉冷至室温并进行清洗；对叶片上、下缘板模壳的对应边角处采用石英玻璃管进行支撑，支撑点选择四个角、四个边，边的支柱位于边的中间位置，支撑柱的直径为5毫米，柱的长度小于上、下缘板间预支撑长度2毫米，柱离缘板最外边处皆为5毫米；支撑柱与上、下缘板模壳的连接处采用的粘接剂为刚玉粉与硅溶胶的混合物，刚玉粉与硅溶胶的质量比例为4:1，刚玉粉的粒度为300目。支撑柱与上、下缘板模壳每次粘接后需在室温下干燥4小时，再进行二次粘接并干燥，重复该过程5次即可。对进行支撑后的模壳进行浇注，清除模壳及支撑柱，铸件合格率提高了44%。
实施例4
采用传统的精密铸造工艺制备叶片模壳，面层涂料采用320目刚玉粉与硅溶胶溶液配制,粉液比为3.5:1,第一层涂料后在室温条件下进行干燥，干燥时间4小时;第二层涂料后撒砂,撒砂料为80目刚玉砂，干燥时间4小时;第三层涂料后撒砂材料为60目刚玉砂,干燥时间为4小时；第四层涂料后撒砂材料为32目刚玉砂,干燥时间为4小时；第五-第七层为涂料后撒砂材料为24目刚玉砂,干燥时间为4小时，最后封浆层采用面层涂料，干燥时间为2小时；采用蒸汽法脱除蜡模，蒸汽温度为170℃，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，炉冷至室温并进行清洗；对叶片上、下缘板模壳的对应角处采用石英玻璃管进行支撑，支撑点选择四个角，支撑柱的直径为5毫米，柱的长度小于上、下缘板间预支撑长度5毫米，柱离缘板最外边处7毫米；支撑柱与上、下缘板模壳的连接处采用的粘接剂为刚玉粉与硅溶胶的混合物，刚玉粉与硅溶胶的质量比例为5:1，刚玉粉的粒度为200目。支撑柱与上、下缘板模壳每次粘接后需在室温下干燥5小时，再进行二次粘接并干燥，重复该过程5次即可。对进行支撑后的模壳进行浇注，清除模壳及支撑柱，铸件合格率提高了23%。
实施例5：
采用传统的精密铸造工艺制备叶片模壳，面层涂料采用320目刚玉粉与硅溶胶溶液配制,粉液比为3:1,第一层涂料后在室温条件下进行干燥，干燥时间8小时;第二层涂料后撒砂,撒砂料为80目刚玉砂，干燥时间8小时;第三层涂料后撒砂材料为60目刚玉砂,干燥时间为6小时；第四层涂料后撒砂材料为32目刚玉砂,干燥时间为8小时；第五-第七层为涂料后撒砂材料为24目刚玉砂,干燥时间为7小时，最后封浆层采用面层涂料，干燥时间为8小时；采用蒸汽法脱除蜡模，蒸汽温度为150℃，时间为20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1100℃，保温时间为5小时，炉冷至室温并进行清洗；对叶片上、下缘板模壳的对应角处采用氧化铝柱进行支撑，支撑点选择四个边，支撑柱的直径为10毫米，柱的长度小于上、下缘板间预支撑长度3毫米，柱离缘板最外边处10毫米；支撑柱与上、下缘板模壳的连接处采用的粘接剂为刚玉粉与硅溶胶的混合物，刚玉粉与硅溶胶的质量比例为5:1，刚玉粉的粒度为200目。支撑柱与上、下缘板模壳每次粘接后需在室温下干燥10小时，再进行二次粘接并干燥，重复该过程7次即可。对进行支撑后的模壳进行浇注，清除模壳及支撑柱，铸件合格率提高了31%。
实施例6：
采用传统的精密铸造工艺制备叶片模壳，面层涂料采用320目刚玉粉与硅溶胶溶液配制,粉液比为3:1,第一层涂料后在室温条件下进行干燥，干燥时间6小时;第二层涂料后撒砂,撒砂料为80目刚玉砂，干燥时间5小时;第三层涂料后撒砂材料为60目刚玉砂,干燥时间为8小时；第四层涂料后撒砂材料为32目刚玉砂,干燥时间为5小时；第五-第七层为涂料后撒砂材料为24目刚玉砂,干燥时间为8小时，最后封浆层采用面层涂料，干燥时间为6小时；采用蒸汽法脱除蜡模，蒸汽温度为160℃，时间为13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5小时，炉冷至室温并进行清洗；对叶片上、下缘板模壳的对应角处采用氧化铝柱进行支撑，支撑点选择四个边，支撑柱的直径为10毫米，柱的长度小于上、下缘板间预支撑长度3毫米，柱离缘板最外边处7毫米；支撑柱与上、下缘板模壳的连接处采用的粘接剂为刚玉粉与硅溶胶的混合物，刚玉粉与硅溶胶的质量比例为5:1，刚玉粉的粒度为260目。支撑柱与上、下缘板模壳每次粘接后需在室温下干燥6小时，再进行二次粘接并干燥，重复该过程8次即可。对进行支撑后的模壳进行浇注，清除模壳及支撑柱，铸件合格率提高了36%。
以上所述的合格率是按批次（至少100件）统计的结果。
叶片上、下缘板模壳之间的支撑点可选择四个角、四个边或四个角及四个边的其中之几，边的支柱位于边的中间位置。具体见图2.图中a、b、c所示的距离均为5—10mm。
上述的室温为22℃-26℃。
Claims (6)
1.大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺,其特征在于：本发明的具体工艺如下：（1）、采用精密铸造工艺制备叶片模壳；（2）、采用具有良好抗高温蠕变性能的支撑柱对缘板模壳的边角处进行抗高温蠕变处理；（3）、对处理后的模壳进行铸造，铸造后随壳清除支撑柱。
2.根据权利要求1所述的大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺,其特征在于：本发明工艺中，采用传统的精密铸造工艺制备叶片模壳，具体：面层涂料采用刚玉粉与硅溶胶溶液配制,粉液比(质量比)为3-3.9:1,第一层涂料后在室温（22℃-26℃）条件下进行干燥，干燥时间4-8小时;第二层涂料后撒砂,撒砂料为80目刚玉砂，干燥时间4-8小时;第三层涂料后撒砂材料为60目刚玉砂,干燥时间为4-8小时；第四层涂料后撒砂材料为32目刚玉砂,干燥时间为4-8小时；第五-第七层为涂料后撒砂材料为24目刚玉砂,干燥时间为4-8小时，最后封浆层采用面层涂料，干燥时间为2-8小时；
之后，采用蒸汽法脱除蜡模，蒸汽温度为150℃-170℃，时间为10-20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850-1200℃，保温时间为2-6小时，炉冷至室温并进行清洗；
在叶片上、下缘板模壳的对应边角处采用具有良好的抗高温蠕变性能的柱(棒)材料进行支撑，支撑处采用粘接剂进行粘接处理；
支撑柱与上、下缘板模壳每次粘接后需在室温下干燥4-10小时，再进行二次粘接并干燥，重复该过程4-8次即可；
铸造后支撑柱随壳清除。
3.根据权利要求1所述的大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺,其特征在于：叶片上、下缘板模壳之间的支撑点可选择四个角、四个边或四个角及四个边的其中之几，边的支柱位于边的中间位置。
4.根据权利要求2或3所述的大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺,其特征在于：叶片上、下缘板模壳之间的支撑柱为氧化铝柱或石英玻璃管柱，支撑柱的直径为2-10毫米，柱的长度小于上、下缘板间预支撑长度2-5毫米。
5.根据权利要求4所述的大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺,其特征在于：支撑柱离相应缘板的边界处最近距离为5-10毫米。
6.根据权利要求1所述的大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺,其特征在于：支撑柱与上、下缘板模壳的连接处采用的粘接剂为刚玉粉与硅溶胶的混合物，刚玉粉与硅溶胶的质量比例为3.5-5:1，刚玉粉的粒度为150-300目。
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