CN105710301B - 一种熔模精铸高温合金铸件的气体保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铸造领域，涉及一种熔模铸造浇注过程中熔模精铸高温合金铸件的气体保护方法。采用在浇注和凝固过程中进行气体保护的技术，其保护气体选用一氧化碳，一氧化碳含量为在10‑3～10‑1Pa真空度下充入3L～400L的气体，在真空熔炼室和浇注室内一氧化碳气体的压力控制在102～8×104Pa之间。该方法是可以使铸造过程中界面反应产物对金属污染减小的有效方法，采用该方法使熔模铸造过程中面层耐火材料与金属液反应减少，使模壳对金属铸件污染的问题得到彻底解决，提高铸件的表面质量。
Description
技术领域
本发明属于铸造领域，涉及一种熔模铸造浇注过程中熔模精铸高温合金铸件的气体保护方法。
背景技术
随着熔模铸造技术的发展及其优越性的充分体现，人们对该工艺应用于高温合金铸件生产中的需求越来越迫切。因为高温合金中含有铝、钛和碳等还原性物质，在浇注过程中又处于高温活性状态，使得型壳面层的氧化铝和氧化硅容易被还原。
熔模铸造生产表面光洁的高温合金定向/单晶铸件，其主要的工艺难点在于：高温高真空条件下浇注时，高温金属液体与型壳的接触时间长达30～60分钟，在此过程中容易发生界面反应，导致铸件的粘砂严重并伴随着大量的皮下气孔缺陷，严重降低铸件的质量。
为解决这一难题，人们通常从以下方面入手：
1.提高型壳面层的稳定性；
2.优化铸件制备工艺。
为此采用的具体工艺方法有：
1.选用惰性更高的耐火材料制备型壳面层，提高型壳面层的稳定性；
2.优化型壳的焙烧工艺，降低型壳的杂质含量，提高型壳面层的稳定性；
3.降低铸件浇注温度，减少铸件制备时间。
上述方法的应用都一定程度上减少了型壳对金属铸件的污染，提高了铸件质量，但是目前为止真正解决该问题还需要更进一步的工作，主要原因在于在真空条件下合金液中含有的活性元素极其容易与氧化物面层材料发生化合、置换等反应，其产物可能包括：低熔点的玻璃相、气体等。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可以使熔模铸造过程中面层耐火材料与金属液反应减少的熔模精铸高温合金铸件的气体保护方法，提高了铸件的表面质量。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种熔模精铸高温合金铸件的气体保护方法，在浇注过程中采用一氧化碳进行气体保护。
所述的熔模精铸高温合金铸件的气体保护方法，在真空熔炼室和浇注室内一氧化碳气体的压力控制在102～8×104Pa之间。
所述的熔模精铸高温合金铸件的气体保护方法，优选的，在真空熔炼室和浇注室内一氧化碳气体的压力控制在5×102～5×104Pa之间。
所述的熔模精铸高温合金铸件的气体保护方法，在充入保护气体前铸型室的真空度为10-3～10-1Pa。
所述的熔模精铸高温合金铸件的气体保护方法，定向凝固高温合金铸件采用如下步骤：
(1)加热型壳，并对铸型室和熔炼室抽真空
将型壳加热到1500～1600℃，保持铸型室和熔炼室的真空度10-3～10-1Pa；
(2)向铸型室和熔炼室内充入气体
将一氧化碳气体注入铸型室和熔炼室内，时间为6秒以上，气体流量为30L/min；
(3)合金熔化和浇注
在熔炼室内将合金熔化，静置后，将合金液注入型壳中；
(4)拉制晶体
以2～10mm/min的速度向下移动铸型室直到完成拉晶；
(5)除气和破真空
启动真空泵，抽去铸型室的一氧化碳气体；打开阀门，向铸型室注入空气。
本发明的优点及有益效果是：
采用了在浇注和凝固过程中进行气体保护的技术，其保护气体选用一氧化碳，一氧化碳含量为在10-3～10-1Pa真空度下充入3L～400L的气体。采用该方法后，模壳对金属铸件污染的问题得到了彻底解决。
附图说明
图1为采用非气体保护或气体保护的金相分析图。其中，(a)图为非气体保护下的铸件；(b)图为本发明实施例1气体保护下的铸件。
图2为本发明实施例1铸件的表面图。
具体实施方式
本发明采用了在熔模铸造浇注过程中进行气体保护的技术，其保护气体选用一氧化碳，其设计思想和原理是：
通过预先在型壳内表面形成一氧化碳的气氛，来抑制合金中的活性元素碳对型壳中的氧化硅和氧化铝等耐火材料的真空碳热还原反应。与氩气、氮气等其他保护气体不同，本发明所选择的一氧化碳恰恰是合金熔体与型壳反应的重要产物。因此，如果从外部充入一氧化碳的分压足够高，就可以抑制界面反应的进行。
下面结合具体实例说明定向凝固高温合金铸件保护浇注的具体实施方式，但定向凝固高温合金铸件保护浇注的具体实施方式不局限于下述的实施例。
实施例
本实施例中，定向凝固高温合金铸件保护浇注的方法采用下述依次的步骤：
(1)加热型壳，并对铸型室和熔炼室抽真空
将型壳加热到1530℃，保持铸型室和熔炼室的真空度在10-1以下(本实施例为10- 2Pa)；
(2)向铸型室和熔炼室内充入气体
将一氧化碳气体注入铸型室和熔炼室内，时间为6秒以上(本实施例为30秒)即可，气体流量为30L/min；
(3)合金熔化和浇注
在熔炼室内将合金熔化，温度为1530℃；静置两分钟后，将合金液注入型壳中；
(4)拉制晶体
以5mm/min的速度向下移动铸型室直到完成拉晶；
(5)除气和破真空
启动真空泵，抽去铸型室的一氧化碳气体；打开阀门，向铸型室注入空气。
试验结果表明，采用一氧化碳气体保护方法浇注的铸件，粘砂明显减少(图2)。如图1(a)所示，金相分析表明，非气体保护下的铸件近表面存在约200微米厚的反应层，在反应层内气孔数量超过铸件技术条件的要求，导致铸件的报废；如图1(b)所示，一氧化碳气体保护下的铸件近表面无明显的反应层，皮下气孔的数量显著减少，符合铸件技术条件的要求。
Claims (2)
1.一种熔模精铸高温合金铸件的气体保护方法，其特征是，在浇注过程中采用一氧化碳进行气体保护，在真空熔炼室和浇注室内一氧化碳气体的压强控制在102～8×104Pa之间；
高温合金铸件采用定向凝固，步骤如下：
(1)加热型壳，并对铸型室和熔炼室抽真空
将型壳加热到1500～1600℃，保持铸型室和熔炼室的真空度10-3～10-1Pa；
(2)向铸型室和熔炼室内充入气体
将一氧化碳气体注入铸型室和熔炼室内，时间为6秒以上，气体流量为30L/min；
(3)合金熔化和浇注
在熔炼室内将合金熔化，静置后，将合金液注入型壳中；
(4)拉制晶体
以2～10mm/min的速度向下移动铸型室直到完成拉晶；
(5)除气和破真空
启动真空泵，抽去铸型室的一氧化碳气体；打开阀门，向铸型室注入空气。
2.根据权利要求1所述的熔模精铸高温合金铸件的气体保护方法，其特征是，在真空熔炼室和浇注室内一氧化碳气体的压强控制在5×102～5×104Pa之间。
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