CN106001553B - 一种高温合金单晶叶片精铸用合金模芯的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温合金单晶叶片精铸用合金模芯的制备工艺，所述合金模芯的原料包括金属粉末和非金属粉末，所述金属粉末主要由铸铁纤维、钨粉、镍粉、钼粉、硫化锰粉混合配置而成，所述非金属粉末主要由、石墨粉、亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、乙二撑二硬脂酸酰胺混合配置而成，所述合金模芯的制备工艺包括如下步骤：将所述金属粉末与非金属粉末按5:2混合；然后投入丙酮溶液中；加热去除丙酮溶剂；继续加热至130℃，送入模具中压制成型；接着，将加工好的模坯放入真空炉中脱脂，并通过热压烧结成型；最后置于数控电解机床内进行精密电解加工，获得合金模芯。采用上述方法获得的合金模芯，其成品合格率高，且产品耐高温。

Description

一种高温合金单晶叶片精铸用合金模芯的制备工艺
技术领域
本发明属于合金模芯的生产加工技术领域，具体的说,是关于一种高温合金单晶叶片精铸用合金模芯的制备工艺。
背景技术
在现有的高温合金空心涡轮叶片的精密铸造工艺中，普遍采用耐高温的陶瓷材料制造模芯。由于陶瓷的化学性质极不活泼，在精密铸造成型后，模芯的去除成了制约产品设计、制造工艺中的不可逾越的一道鸿沟。
同时，由于陶瓷是硬脆材料，且现有的空芯叶片内型腔的设计越来越薄，因此加工超薄的陶瓷模芯具有极大的挑战。在铸造成品时，合金模芯的脱模步骤的报废率高，使得其成品率低，使得空芯涡轮叶片的实际生产成本增加。因此有必要加以改进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高温合金单晶叶片精铸用合金模芯的制备工艺，所获得的合金模芯脱模方便，成品合格率高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高温合金单晶叶片精铸用合金模芯的制备工艺，所述合金模芯的原料包括金属粉末和非金属粉末，所述金属粉末主要由铸铁纤维、钨粉、镍粉、钼粉、硫化锰粉混合配置而成，所述非金属粉末主要由石墨粉、亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、乙二撑二硬脂酸酰胺混合配置而成，所述合金模芯的制备工艺包括如下步骤：
步骤1）将所述金属粉末与非金属粉末按5:2混合；
步骤2）湿混：将金属粉末和非金属粉末投入丙酮溶液中；
步骤3）加热去除丙酮溶剂；丙酮溶剂去除后，加热至原料温度为130℃；
步骤4）将步骤3）的原料送入带有加温装置的模具中压制成型；
步骤5）将工件从模具中取出放入CNC设备内切削加工；
步骤6）将加工好的模坯放入真空炉中脱脂，并通过热压烧结成型；
步骤7）将真空热压烧结后的工件置于数控电解磨床内进行精密电解加工，获得合金模芯。
根据本发明，所述钨粉、镍粉、钼粉、硫化锰粉按1：1.5:1:2的比例混合而成。
根据本发明，所述铸铁纤维、石墨粉、亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、乙二撑二硬脂酸酰胺按1:2:1:1：1：3的比例混合。
根据本发明，步骤1）的金属粉末与非金属粉末混合后，搅拌1小时，接着干燥3小时。
根据本发明，步骤2）的湿混时间为4小时。
根据本发明，步骤6）的真空炉的温度为1600℃，热压烧结时间为10min。
根据本发明，步骤7）的数控电解磨床内的电解液主要由钨粉、钼粉、球墨铸铁纤维、铜粉、水按3-5:2-3:3:2-3：10的比例混合配置而成。
本发明的高温合金单晶叶片精铸用合金模芯的制备工艺，其有益效果是：合金模芯脱模方便，脱模成功率高，成品合格率高，具体体现在：
1、采用真空热压烧结工艺，将模芯配料热压烧结成型，所获得的工件精度高，且采用该方法，其成型成本低；
2、模芯坯料采用精密电解加工及精密电火花加工成型，可做任意3D型腔、型面的成型加工，模芯成型精度高；
3、高温合金空心涡轮叶片无余量精铸后，采用电化学加工法快速无残留去除模芯料而不会影响内型腔尺寸精度；
4、该合金模芯可耐3450℃高温，由于合金的骨架结构，高温变形小，精铸时变形十分微小，可保证叶片内腔的尺寸精度；
5、由于合金模芯的韧性极好，可加工成针状结构镶件，将气膜孔依次精铸成型，可免去后续的气膜孔穿孔工艺带来的重熔层的应力问题，并可做出各种复杂的异型孔。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明的高温合金单晶叶片精铸用合金模芯的制备工艺作进一步详细说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
以下实施例中所使用的技术，包括搅拌设备的搅拌、真空炉的热压烧结等技术，除非特别说明，均为本领域内的技术人员已知的常规技术；所使用的仪器设备等，除非是本说明书特别注明，均为一般本领域的研究和技术人员可以通过公共途径获得的。
一种高温合金单晶叶片精铸用合金模芯的制备工艺，所述合金模芯的原料包括金属粉末和非金属粉末，所述金属粉末主要由铸铁纤维、钨粉、镍粉、钼粉、硫化锰粉混合配置而成，所述非金属粉末主要由石墨粉、亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、乙二撑二硬脂酸酰胺混合配置而成，所述合金模芯的制备工艺包括如下步骤：
步骤1）将所述金属粉末与非金属粉末按5:2合；
步骤2）湿混：将金属粉末和非金属粉末投入丙酮溶液中；
步骤3）加热去除丙酮溶剂；丙酮溶剂去除后，加热至原料温度为130℃；
步骤4）将步骤3）的原料送入带有加温装置的模具中压制成型；
步骤5）将工件从模具中取出，切削加工，接着，将模坯放入CNC设备内；
步骤6）将加工好的模坯放入真空炉中脱脂，并通过热压烧结成型；
步骤7）将真空热压烧结后的工件置于数控电解加工机床内进行精密电解加工，获得合金模芯。
所述钨粉、镍粉、钼粉、硫化锰粉按1：1.5:1:2的比例混合而成。
所述铸铁纤维、石墨粉、亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、乙二撑二硬脂酸酰胺按1:2:1:1：1：3的比例混合。
步骤1）的金属粉末与非金属粉末混合后，搅拌时间为1小时，干燥时间为3小时。
步骤2）的湿混时间为4小时。
步骤6）的真空炉的温度为1600℃，热压烧结时间为10min。
步骤7）的电解磨床内的电解液主要由钨粉、钼粉、球墨铸铁纤维、铜粉、水按3-5:2-3:3:2-3：10的比例混合配置而成。
实施例1-3 金属粉末与非金属粉末的配方 见表1
按上述配方，将金属粉末和非金属粉末置于干燥搅拌机中充分搅拌1小时，并置于干燥机内干燥3小时；
接着，将充分干燥及搅拌后的粉末投入丙酮溶液中，湿混4小时；
接着，将湿混后的原料置于烤箱内加热去除丙酮溶剂，丙酮溶剂去除后，将去除溶剂后的原料放置于料斗中，加热至原料温度为130℃；
接着，将有130℃的原料通过送料装置送入有加温装置的模具中；
接着，启动压力机，压制成型；
接着，将成型的工件从模具中取出，由于工件具有一定温度，可以进行切削加工，然后将模坯放入CNC设备内；
接着，将加工好的工件坯件放入真空炉中脱脂，并在100MPa进行热压烧结成型；
最后，将真空热压烧结后的工件置于数控电解磨床内进行精密电解磨削，获得合金模芯。
将实施例1-3所述的合金模芯与其它市售的陶瓷模芯的性能进行对比，见表2。
结论：采用本实施例的方法获得的合金模芯耐高温，且产品合格率高、韧性好。

Claims (5)

1.一种高温合金单晶叶片精铸用合金模芯的制备工艺，其特征在于，所述合金模芯的原料包括金属粉末和非金属粉末，所述金属粉末主要由铸铁纤维、钨粉、镍粉、钼粉、硫化锰粉混合配置而成，所述非金属粉末主要由石墨粉、亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、乙二撑二硬脂酸酰胺混合配置而成，所述合金模芯的制备工艺包括如下步骤：
步骤1）将所述金属粉末与非金属粉末按5:2混合；
步骤2）湿混：将金属粉末和非金属粉末投入丙酮溶液中；
步骤3）加热去除丙酮溶剂；丙酮溶剂去除后，加热至原料温度为130℃；
步骤4）将步骤3）的原料送入带有加温装置的模具中压制成型；
步骤5）将工件从模具中取出，将工件放入CNC设备内切削加工；
步骤6）将加工好的模坯放入真空炉中脱脂，并通过热压烧结成型；
步骤7）将真空热压烧结后的工件置于数控电解磨床内进行精密电解磨削，获得合金模芯，
其中，所述钨粉、镍粉、钼粉、硫化锰粉按1:1.5:1:2的比例混合而成，
所述铸铁纤维、石墨粉、亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、乙二撑二硬脂酸酰胺按1:2:1:1：1：3的比例混合。
2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤1）的金属粉末与非金属粉末混合后，搅拌时间为1小时，干燥时间为3小时。
3.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤2）的湿混时间为4小时。
4.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤6）的真空炉的温度为1600℃，热压烧结时间为10min。
5.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤7）的数控电解磨床内的电解液主要由钨粉、钼粉、球墨铸铁纤维、铜粉、水按3-5:2-3:3:2-3：10的比例混合配置而成。
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