CN105583366A - 一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法 - Google Patents

Abstract

一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法，首先对模壳进行处理再加热保温，再将合金加热熔化成合金液后浇注进模壳中，最后模壳移出保温炉后充入氮气提高冷却速率，完成对K4169高温合金浮动壁瓦片的铸造，本发明通过将模壳的保温温度提到固相线以上10～40℃提高合金熔体的充型能力，保证铸件的成形，并减小浇注系统尺寸、提高铸件成品率；将合金液以高于液相线温度10～32℃的温度浇注到模壳中，减小熔体凝固前沿的温度梯度，实现等轴晶形成，并减轻铸件变形。铸件充型完毕后移出保温炉进行冷却，同时充入保护性气氛促进传热，提高冷却效率，实现晶粒组织的细化，改善铸件性能。

Description

一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法

技术领域

本发明涉及高温合金铸造技术领域，具体是涉及一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法。

背景技术

浮动壁散热瓦片部件是一种具有复杂结构的薄壁高温合金铸件，其特点为结构复杂、超薄、精度要求非常高，在先进航空发动机中有广泛的应用。由于其结构特点：在壁厚约1mm、150mm×60mm的瓦片上分布有200余个1.0mm小凸台，而且高温合金本身结晶区间宽，因此这种高温合金铸件精密铸造极其困难。常规精密铸造方法中为了解决这类复杂薄壁的充型问题，通常采用更高的浇注温度、更大尺寸的浇道系统，但面临成形质量差、变形大、工艺不稳定、合格率和成品率低等问题。

美国专利号为US4724891公布了一种薄壁件的细晶铸造方法。该方法是在定向凝固炉中将模壳加热并保温，然后将合金液以高的温度浇注到模壳中，并对模壳进行抽拉。该方法利用温度梯度和抽拉速率的比值来获得细小的等轴晶，但由于该专利采用的浇注温度高于液相线温度100℃以上，其获得的晶粒组织比普通铸造的较大。同是此专利模壳温度为上区温度接近液相线温度、下区温度接近固相线温度,该工艺需确定的参数较多。

中国专利申请号为201110402941.4中涉及将模壳在定向凝固的加热器中加热到固液相线范围内并保温，将合金熔化并浇注到模壳中再以一定速度将模壳抽拉出加热器的方法减少高温合金或结构件的疏松缺陷。其模壳温度保持在合金的枝晶搭接点温度附近，因此铸件在保温炉凝固过程中能更好补缩，从而减少疏松，但该专利的目的是减少铸件中的疏松，且其浇注温度远高于液相线。

中国专利申请号为201310242092.x中涉及一种高温合金浮动壁瓦片调压铸造方法，通过在充型过程中加压及调节，提高液态金属熔体的充型能力，实现更好成形。但该专利技术需要特别的压力容器装备，而且压力对高温合金这种密度较大的材料充型的作用效果不如铝合金。

中国专利申请号为201418001643.9中涉及复杂薄壁高温合金通过低的浇注温度控制晶粒尺寸及高的模壳温度保证充型的技术。将模壳用定向凝固真空感应熔炼炉的模壳加热炉加热到1300～1350℃，将K4169高温合金熔化并以高于液相线温度0～51℃浇注到模壳中再以9～48mm/min的抽拉速度将模壳抽拉出加热区。但该专利针对尺寸较大铸件，模壳保温温度较高，铸件凝固冷却速率较慢。

发明内容

针对浮动壁瓦片的结构特点及现有技术中的缺陷，本发明提供一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法，能更好地实现铸件的精细成型和更好的组织细化。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法，包括以下步骤：

步骤1、模壳的制备：采用现有3D快速成形系统制备出浮动壁瓦片蜡型，添加浇注系统构成模组，并通过清洗、反复挂砂、脱蜡和烘焙，得到模壳；

步骤2、模壳的加热和保温：将K4169高温合金置于定向凝固真空感应炉的感应线圈的坩埚内；将得到的模壳置于定向凝固真空感应炉的模壳加热炉内；将定向凝固真空感应炉加热体的上加热区和下加热区均加热到1290～1310℃并保温40～100min，对模壳加热并使模壳温度均匀；

步骤3、合金熔炼与浇注：采用真空感应熔炼方法对所述K4169高温合金进行加热；逐步增大功率，使该K4169高温合金熔化；待K4169高温合金熔液的温度达到1550℃时保温2～5min；保温结束后，调节所述感应线圈的功率，待K4169高温合金熔液的温度降至1350～1380℃时，将合金液浇注进模壳中；

步骤4、浇注后模壳的抽拉：浇注完成后，保温10～20s，以24～60mm/min的抽拉速度将浇注有K4169高温合金熔液的模壳抽拉出定向凝固真空感应炉的模壳加热炉；

步骤5、模壳移出保温炉后充入0.05MPa保护性气体—氮气提高冷却速率，完成对K4169高温合金浮动壁瓦片的铸造。

本发明通过将模壳加热到1290～1310℃并保温40～100min，温度保温到固相线以上10～40℃因此提高合金液的充型能力，从而保证铸件的成形；合金熔液的温度达到1550℃时保温2～5min，以高于液相线温度10～32℃的温度浇注到模壳中，减小了熔体凝固前的温度梯度，实现晶粒细化同时避免铸件变形。熔体与模壳温差小，充型过程中容易保持良好的流动性，从而浇注系统尺寸减小、提高铸件成品率。并且低的浇注温度可以减少模壳与合金液反应。铸件充型完毕后移出保温炉，并充入保护性气氛促进传热，提高冷却效率，从而实现晶粒组织的细化，改善铸件性能。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为实施例二获得K4169浮动壁瓦片铸件宏观形貌图，其中：图2a为铸件结构细节，图2b为铸件宏观晶粒组织。

具体实施方式

实施例一

本实施例是一种高温合金浮动壁瓦片精密铸造技术，所述铸件材料为K4169高温合金，其固相线温度为1270℃，液相线温度为1349℃。参照图1，本实施例的具体步骤如下：

步骤1、模壳的制备：模壳的制备技术为现有技术，采用现有3D快速成形系统制备出浮动壁瓦片蜡型，添加浇注系统构成模组，并通过清洗、反复挂砂、脱蜡和烘焙，得到模壳；

步骤2、参照图1模壳的加热和保温：将K4169高温合金置于定向凝固真空感应炉的感应线圈的坩埚内；将得到的模壳置于定向凝固真空感应炉的模壳加热炉内；将定向凝固真空感应炉加热体的上加热区和下加热区均加热到1290℃并保温100min，对模壳加热并使模壳温度均匀；

步骤3、合金熔炼与浇注：采用真空感应熔炼方法对所述K4169高温合金进行加热；逐步增大功率，使该K4169高温合金熔化；待K4169高温合金熔液的温度达到1550℃时保温5min；保温结束后，调节所述感应线圈的功率，待K4169高温合金熔液的温度降至1380℃时，将合金液浇注进模壳中；

步骤4、浇注后模壳的抽拉：浇注完成后，保温10s，以24mm/min的抽拉速度将浇注有K4169高温合金熔液的模壳抽拉出定向凝固真空感应炉的模壳加热炉；

步骤5、模壳移出保温炉后充入0.05MPa保护性气体—氮气提高冷却速率，完成对K4169高温合金浮动壁瓦片的铸造。

实施例二

本实施例的具体步骤如下：

步骤1、模壳的制备：模壳的制备技术为现有技术，采用现有3D快速成形系统制备出浮动壁瓦片蜡型，添加浇注系统构成模组，并通过清洗、反复挂砂、脱蜡和烘焙，得到模壳；

步骤2、模壳的加热和保温：将K4169高温合金置于定向凝固真空感应炉的感应线圈的坩埚内；将得到的模壳置于定向凝固真空感应炉的模壳加热炉内；将定向凝固真空感应炉加热体的上加热区和下加热区均加热到1300℃并保温80min，对模壳加热并使模壳温度均匀；

步骤3、合金熔炼与浇注：采用真空感应熔炼方法对所述K4169高温合金进行加热；逐步增大功率，使该K4169高温合金熔化；待K4169高温合金熔液的温度达到1550℃时保温3min；保温结束后，调节所述感应线圈的功率，待K4169高温合金熔液的温度降至1350℃时，将合金液浇注进模壳中；

步骤4、浇注后模壳的抽拉：浇注完成后，保温10s，以24mm/min的抽拉速度将浇注有K4169高温合金熔液的模壳抽拉出定向凝固真空感应炉的模壳加热炉；

步骤5、模壳移出保温炉后充入0.05MPa保护性气体—氮气提高冷却速率，完成对K4169高温合金浮动壁瓦片的铸造。

参照图2，为实施例二获得K4169浮动壁瓦片铸件宏观形貌图，其中：图2a为铸件结构细节，图2b为铸件宏观晶粒组织。从图中可以看出晶粒组织细。

实施例三

本实施例是一种高温合金浮动壁瓦片精密铸造技术，所述铸件材料为K4169高温合金，其固相线温度为1270℃，液相线温度为1349℃。本实施例的具体步骤如下：

步骤1、模壳的制备：模壳的制备技术为现有技术，采用现有3D快速成形系统制备出浮动壁瓦片蜡型，添加浇注系统构成模组，并通过清洗、反复挂砂、脱蜡和烘焙，得到模壳；

步骤2、模壳的加热和保温：将K4169高温合金置于定向凝固真空感应炉的感应线圈的坩埚内；将得到的模壳置于定向凝固真空感应炉的模壳加热炉内；将定向凝固真空感应炉加热体的上加热区和下加热区均加热到1310℃并保温80min，对模壳加热并使模壳温度均匀；

步骤3、合金熔炼与浇注：采用真空感应熔炼方法对所述K4169高温合金进行加热；逐步增大功率，使该K4169高温合金熔化；待K4169高温合金熔液的温度达到1550℃时保温5min；保温结束后，调节所述感应线圈的功率，待K4169高温合金熔液的温度降至1360℃时，将合金液浇注进模壳中；

步骤4、浇注后模壳的抽拉：浇注完成后，保温20s，以48mm/min的抽拉速度将浇注有K4169高温合金熔液的模壳抽拉出定向凝固真空感应炉的模壳加热炉；

步骤5、模壳移出保温炉后充入0.05MPa保护性气体—氮气提高冷却速率，完成对K4169高温合金浮动壁瓦片的铸造。

实施例四

本实施例的具体步骤如下：

步骤1、模壳的制备：模壳的制备技术为现有技术，采用现有3D快速成形系统制备出浮动壁瓦片蜡型，添加浇注系统构成模组，并通过清洗、反复挂砂、脱蜡和烘焙，得到模壳；

步骤2、模壳的加热和保温：将K4169高温合金置于定向凝固真空感应炉的感应线圈的坩埚内；将得到的模壳置于定向凝固真空感应炉的模壳加热炉内；将定向凝固真空感应炉加热体的上加热区和下加热区均加热到1300℃并保温100min，对模壳加热并使模壳温度均匀；

步骤3、合金熔炼与浇注：采用真空感应熔炼方法对所述K4169高温合金进行加热；逐步增大功率，使该K4169高温合金熔化；待K4169高温合金熔液的温度达到1550℃时保温3min；保温结束后，调节所述感应线圈的功率，待K4169高温合金熔液的温度降至1350℃时，将合金液浇注进模壳中；

步骤4、浇注后模壳的抽拉：浇注完成后，保温20s，以36mm/min的抽拉速度将浇注有K4169高温合金熔液的模壳抽拉出定向凝固真空感应炉的模壳加热炉；

步骤5、模壳移出保温炉后充入0.05MPa保护性气体—氮气提高冷却速率，完成对K4169高温合金浮动壁瓦片的铸造。

Claims (3)

1.一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、模壳的制备：采用现有3D快速成形系统制备出浮动壁瓦片蜡型，添加浇注系统构成模组，并通过清洗、反复挂砂、脱蜡和烘焙，得到模壳；

步骤2、模壳的加热和保温：将K4169高温合金置于定向凝固真空感应炉的感应线圈的坩埚内；将得到的模壳置于定向凝固真空感应炉的模壳加热炉内；将定向凝固真空感应炉加热体的上加热区和下加热区均加热到1290～1310℃并保温40～100min，对模壳加热并使模壳温度均匀；

步骤3、合金熔炼与浇注：采用真空感应熔炼方法对所述K4169高温合金进行加热；逐步增大功率，使该K4169高温合金熔化；待K4169高温合金熔液的温度达到1550℃时保温2～5min；保温结束后，调节所述感应线圈的功率，待K4169高温合金熔液的温度降至1350～1380℃时，将合金液浇注进模壳中；

步骤4、浇注后模壳的抽拉：浇注完成后，保温10～20s，以24～60mm/min的抽拉速度将浇注有K4169高温合金熔液的模壳抽拉出定向凝固真空感应炉的模壳加热炉；

步骤5、模壳移出保温炉后充入0.05MPa保护性气体—氮气提高冷却速率，完成对K4169高温合金浮动壁瓦片的铸造。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、模壳的制备：采用现有3D快速成形系统制备出浮动壁瓦片蜡型，添加浇注系统构成模组，并通过清洗、反复挂砂、脱蜡和烘焙，得到模壳；

步骤2、模壳的加热和保温：将K4169高温合金置于定向凝固真空感应炉的感应线圈的坩埚内；将得到的模壳置于定向凝固真空感应炉的模壳加热炉内；将定向凝固真空感应炉加热体的上加热区和下加热区均加热到1290℃并保温100min，对模壳加热并使模壳温度均匀；

步骤3、合金熔炼与浇注：采用真空感应熔炼方法对所述K4169高温合金进行加热；逐步增大功率，使该K4169高温合金熔化；待K4169高温合金熔液的温度达到1550℃时保温5min；保温结束后，调节所述感应线圈的功率，待K4169高温合金熔液的温度降至1380℃时，将合金液浇注进模壳中；

步骤4、浇注后模壳的抽拉：浇注完成后，保温10s，以24mm/min的抽拉速度将浇注有K4169高温合金熔液的模壳抽拉出定向凝固真空感应炉的模壳加热炉；

步骤5、模壳移出保温炉后充入0.05MPa保护性气体—氮气提高冷却速率，完成对K4169高温合金浮动壁瓦片的铸造。

3.根据权利要求1所述的一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、模壳的制备：模壳的制备技术为现有技术，采用现有3D快速成形系统制备出浮动壁瓦片蜡型，添加浇注系统构成模组，并通过清洗、反复挂砂、脱蜡和烘焙，得到模壳；

步骤2、模壳的加热和保温：将K4169高温合金置于定向凝固真空感应炉的感应线圈的坩埚内；将得到的模壳置于定向凝固真空感应炉的模壳加热炉内；将定向凝固真空感应炉加热体的上加热区和下加热区均加热到1300℃并保温80min，对模壳加热并使模壳温度均匀；

步骤3、合金熔炼与浇注：采用真空感应熔炼方法对所述K4169高温合金进行加热；逐步增大功率，使该K4169高温合金熔化；待K4169高温合金熔液的温度达到1550℃时保温3min；保温结束后，调节所述感应线圈的功率，待K4169高温合金熔液的温度降至1350℃时，将合金液浇注进模壳中；

步骤4、浇注后模壳的抽拉：浇注完成后，保温10s，以24mm/min的抽拉速度将浇注有K4169高温合金熔液的模壳抽拉出定向凝固真空感应炉的模壳加热炉；

步骤5、模壳移出保温炉后充入0.05MPa保护性气体—氮气提高冷却速率，完成对K4169高温合金浮动壁瓦片的铸造。