CN105483440B - 一种汽车发动机叶片的环保型制备方法 - Google Patents

一种汽车发动机叶片的环保型制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车发动机叶片的环保型制备方法，包括制备模壳，合金配料，熔炼浇注，冷却，后处理等步骤，本发明采用TiAl基的钛铝化合物作为叶片材料，可在高温下长时间连续工作，提高了性能和使用寿命，采用细木屑、农作物秸秆纤维作为制壳材料，降低了耐火材料的使用量，既有利于环保，并采用合理的配比，在保证型壳强度的前提下增加了透气性，并采用多孔材料凹凸棒土，有利于排气，降低了叶片气孔缺陷，增加了成品率，同时使模壳降低了重量。

Description

一种汽车发动机叶片的环保型制备方法
技术领域
本发明属于金属熔模精密铸造技术领域，尤其是涉及一种汽车发动机叶片的环保型制备方法。
背景技术
模精密铸造是一种先进的铸造成形工艺，多用于实现复杂、薄壁、精密叶片成形，在精密首饰、航空发动机以及其他精密成型件方面具有巨大的优势，传统的熔模精密铸造工艺是用易熔的材料(如蜡料)制成可熔性模型(简称熔模)，在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体模组，再从模组中熔失熔模从而获得中空的模壳，然后将模壳进行高温烧结，最后在其中浇注熔融的金属而得到的叶片的方法。目前在熔模精密铸造的生产过程中多用陶瓷砂，铸造结束后打碎的模壳存在着型砂回收困难，对环境污染大的问题，因此，寻找一种高性能、环保的模壳制备方法非常有必要。
全球汽车产量仍在持续增长，由于降低油耗和改善城市空气质量的要求，对低能耗高性能发动机需求量也在日益增大，涡轮增压器能显著提高发动机功率、改善排放、降低油耗，因而采用带涡轮增压器的小型发动机来替代自然吸气的发动机是现代汽车工业的一个基本趋势，由于涡轮叶片承受的是发动机高温高压的废气，乘用车柴油机排放废气温度最高大约为850℃，而汽油机则可达1050℃，增压器叶轮和涡轮尺寸不大，一般直径不超过100mm，但转速很高，最高达250000r/min，在恶劣的工作环境下连续高速工作，所以对材料和性能的要求非常高。
发明内容
基于以上技术问题，本发明公开了一种环保精铸模壳的制备方法，可以高效的得到铸造模壳，并且采用环保材料，保护了环境与资源。
本发明完整的技术方案包括：
一种汽车发动机叶片的环保型制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备模壳，包括：a.根据所要得到叶片的形状制备相应的蜡模、浇注系统、冒口，并粘结成蜡模组；b.采用合适配比的锆英粉，硅溶胶，细木屑，正辛醇，铝酸钴混合搅拌制得面层涂料，涂覆蜡模组后挂面砂，面砂组分为氧化铝砂和细木屑，c.采用合适配比的凹凸棒土粉、莫来石粉、农作物秸秆纤维、硅酸乙酯水解液混合搅拌制得背层涂料，涂覆蜡模组后挂背砂，重复挂背砂数次后封浆干燥，d.脱蜡焙烧得到模壳；
(2)合金配料，所述的合金按原子百分比的化学成分包含：Al：44.0～47.0at％、V：0.5～1.2at％、Cr：0.4～1.6at％、Nb：2～7at％，B：0.2～0.8at％，C：1.0～1.3at％，N：0.3～0.5％，其余为Ti；
(3)熔炼浇注，将步骤(2)中所述的合金组分加入感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到10-4Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW,加热20-25min后温度到达1600-1800℃，合金材料完全融化后保温10分钟，随后翻转坩埚，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至步骤(1)所得模壳中；
(4)冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到叶片；
(5)对叶片进行热处理，表面喷砂清理等工序后得到成品。
本发明相对现有技术，采用细木屑、农作物秸秆纤维作为制壳材料，降低了耐火材料的使用量，既有利于环保，并采用合理的配比，在保证型壳强度的前提下增加了透气性，背层涂料中的凹凸棒土为多孔材料，有利于排气，降低了叶片气孔缺陷，增加了成品率，同时使模壳降低了重量，并且原料易得。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种汽车发动机叶片的环保型制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备模壳，包括：a.根据所要得到叶片的形状制备相应的蜡模、浇注系统、冒口，并粘结成蜡模组；b.采用合适配比的锆英粉，硅溶胶，细木屑，正辛醇，铝酸钴混合搅拌制得面层涂料，涂覆蜡模组后挂面砂，面砂组分为氧化铝砂和细木屑，c.采用合适配比的凹凸棒土粉、莫来石粉、农作物秸秆纤维、硅酸乙酯水解液混合搅拌制得背层涂料，涂覆蜡模组后挂背砂，重复挂背砂数次后封浆干燥，d.脱蜡焙烧得到模壳；
(2)合金配料，所述的合金按原子百分比的化学成分包含：Al：44.0～47.0at％、V：0.5～1.2at％、Cr：0.4～1.6at％、Nb：2～7at％，B：0.2～0.8at％，C：1.0～1.3at％，N：0.3～0.5％，其余为Ti；
(3)熔炼浇注，将步骤(2)中所述的合金组分加入感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到10-4Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW,加热20-25min后温度到达1600-1800℃，合金材料完全融化后保温10分钟，随后翻转坩埚，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至步骤(1)所得模壳中；
(4)冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到叶片；
(5)对叶片进行热处理，表面喷砂清理等工序后得到成品。
另外，具体的，所述的模壳的具体制备工艺为：
(1)制备蜡模，根据所要得到叶片的形状制备相应的蜡模、浇注系统、冒口，并粘结成蜡模组；
(2)面层涂料制备，将锆英粉、硅溶胶、细木屑、正辛醇、铝酸钴混合搅拌制得面层涂料，所述的锆英粉粒度为300目，细木屑粒度为240目，上述涂料组分的重量配比为：锆英粉：硅溶胶：细木屑：正辛醇：铝酸钴＝(1800-2000)：(140-160)：(100-200)：(1-2)：(2-5)；
(3)挂面砂：将所述蜡模组浸入面层涂料池中，随后取出，在旋转条件下向其表面吹风使其涂覆均匀，所述的吹风时间为30s-60s，优选为40s；随后在旋转条件下向其表面洒面砂，所述的面砂为面砂组分为氧化铝砂和细木屑，重量配比为氧化铝砂：细木屑＝(10-15)：1，氧化铝砂的粒度为80-100目，细木屑粒度为160-200目；将涂挂好面砂的蜡模组干燥12-18h，优选为15h；
(4)背层涂料制备，将凹凸棒土粉、莫来石粉、农作物秸秆纤维、硅酸乙酯水解液混合搅拌制得背层涂料，所述的凹凸棒土粉粒度为240目，莫来石粒度为240目，农作物秸秆纤维直径为2-3mm，硅酸乙酯水解液二氧化硅含量为20％，上述涂料组分的重量配比为：凹凸棒土粉：莫来石粉：农作物秸秆纤维：硅酸乙酯水解液＝(350-500)：(1800-2000)：(50-120)：(2-4)；
(5)挂背砂，将步骤(3)中干燥后的蜡模组浸入背层涂料池中，随后取出，在旋转条件下向其表面吹风使其涂覆均匀，所述的吹风时间为40s-80s，优选为60s；随后在旋转条件下向其表面洒背砂，所述的背砂组分为莫来石粗粉和农作物秸秆纤维，重量配比为莫来石粗粉：农作物秸秆纤维＝(10-15)：1，莫来石粗粉的粒度为40-60目，农作物秸秆纤维直径为4-6mm；将涂挂好背砂的蜡模组干燥12-18h，优选为15h；
(6)重复步骤(4)和步骤(5)2-4次，直到模壳厚度达到6-10mm，优选为8mm，封浆后干燥；
(7)将步骤(6)封浆干燥后的模壳进行蒸汽脱蜡，脱蜡压力为0.4MPa～0.8MPa，脱蜡时间为6min～8min，送入高温电阻炉中，以2-4℃/min的升温速率升温至300-450℃，保温1.5h，随后以6-10℃/min的升温速率升温至750-800℃，保温1.5h，随后以2-4℃/min的升温速率升温至1100-1250℃，保温4h，随炉冷却，得到环保精铸模壳。

Claims (1)

1.一种汽车发动机叶片的环保型制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备模壳，包括：a.根据所要得到叶片的形状制备相应的蜡模、浇注系统、冒口，并粘结成蜡模组；b.采用合适配比的锆英粉，硅溶胶，细木屑，正辛醇，铝酸钴混合搅拌制得面层涂料，涂覆蜡模组后挂面砂，面砂组分为氧化铝砂和细木屑，c.采用合适配比的凹凸棒土粉、莫来石粉、农作物秸秆纤维、硅酸乙酯水解液混合搅拌制得背层涂料，涂覆蜡模组后挂背砂，重复挂背砂数次后封浆干燥，d.脱蜡焙烧得到模壳；
(2)合金配料，所述的合金按原子百分比的化学成分包含：Al：44.0～47.0at％、V：0.5～1.2at％、Cr：0.4～1.6at％、Nb：2～7at％，B：0.2～0.8at％，C：1.0～1.3at％，N：0.3～0.5％，其余为Ti；
(3)熔炼浇注，将步骤(2)中所述的合金组分加入感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到10- 4Pa，吹入氩气保护，加载功率至350-400KW,加热20-25min后温度到达1600-1800℃，合金材料完全融化后保温10分钟，随后翻转坩埚，在真空感应熔炼炉中翻转坩埚，将合金液浇注至步骤(1)所得模壳中；
(4)冷却至室温后破真空，将模壳打破，得到叶片；
(5)对叶片进行热处理，表面喷砂清理等工序后得到成品。
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