CN106734922A - 用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具及方法，包括：第一金属型半模、第二金属型半模，两部分组合后形成中间为内腔的模具主体，该内腔内设有锲型、圆柱、大面积薄壁、直浇道和圆台型浇口。所述方法制备模具，然后熔化镍基合金，接着真空浇铸，待凝固后打开模具获得镍基合金铸件，测量大面积薄板欠浇面积以获得大面积薄壁欠浇百分比，测量锲型顶端距模具三角形顶端的距离以判断锲型充模能力，圆柱制作拉伸试样以获得力学性能数据。本发明为镍基合金金属型铸造工艺设计提供依据。

Description

用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具及方法

技术领域

本发明涉及金属型铸造领域，具体地，涉及一种用于评价镍基合金金属型铸造性能的模具，以及将该模具用于镍基合金铸造性能评价的方法。

背景技术

镍基合金具有优异的耐腐蚀、抗氧化和抗疲劳性能，广泛应用于制备航空、航天、核电、石油化工等领域的关键结构件。目前，大多数镍基合金铸件采用熔模铸造方法成型，其生产周期长、技术难度大。而金属型铸造成型的铸件具有尺寸精度高、表面粗糙度低、组织致密、力学性能高、成型技术容易掌握、应用前景广阔的优点。因此，设计一种专用金属型铸造性能评价模具，对镍基合金的金属型铸造成型的可铸性进行有效的评价，具重要的工程应用价值和经济效益。

经对现有技术的文献检索发现：

申请号为201310697821.0的中国发明专利涉及到一种用于镍基合金铸造性能评价的复杂薄壁熔模铸件及方法，该专利针对镍基合金铸件结构向复杂薄壁方向发展的趋势，设计了一种包括大面积薄板、台阶和厚度与长度可变的薄板等结构的铸件，其优点是可一次性获得镍基合金的大面积薄壁充型能力、热裂倾向和补缩距离等铸造性能，可较好的适用于熔模铸造、砂型铸造和石膏型铸造等；其不足之处在于该专利结构设计过于复杂，很难直接用于镍基合金金属型铸造性能评价。

申请号为201510349671.3的中国发明专利涉及到一种可用于铸造性能评价的压铸金属型模具，该专利针对新型铝镁合金的可铸性评价问题，设计了包括浇道、盒状和排气装置的模具，用于评价金属型压铸成型性能；其不足之处在于该专利无法评价合金大面积薄壁成型性能、锲型充模能力，很难充分评价镍基合金金属型铸造性能。

孔维兵等人在《铸造技术》(2016年，第37卷，第1期，第83-86页)上发表了“铝镁合金金属型拉伸试样铸造工艺的优化”，文中提出了采用“一模两腔”，同时制备矩形和圆形拉伸试样，以便研究金属型铸件的力学性能。具体方法为：根据GB228-2002设计拉伸试样，同时考虑铸件内部不能有缩孔缩松缺陷，且易于加工制备模具。其不足之处在于该方法仅能评价合金金属型成型铸件的力学性能，没有涉及到合金锲型充模能力和大面积薄壁充型能力评价，因此该方法无法全面的评价镍基合金金属型铸造性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具及方法，为镍基合金金属型铸造工艺设计提供依据。

根据本发明的一个方面，提供一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具，包括：第一金属型半模、第二金属型半模，所述第一金属型半模、第二金属型半模组合后形成模具主体，所述模具主体中间为内腔，该内腔内设有锲型、圆柱、大面积薄壁、直浇道和圆台型浇口，其中：

所述大面积薄壁、锲型和圆柱远离直浇道的部位设置排气孔；

所述圆台型浇口的一端连接所述直浇道上端，两者组成金属液流通通道，且共同组成浇冒系统为大面积薄壁、锲型和圆柱提供液态金属补缩；

所述大面积薄壁位于直流道的一侧，用于考察大面积薄壁充型能力；

所述锲型位于直流道的另一侧，用于考察锲型充模能力；

所述圆柱用于考察力学性能，圆柱的中部垂直连接所述直浇道的另一端，并与大面积薄壁和锲型平行。

优选地，所述大面积薄壁的高度为100～200mm、宽度为100～200mm、厚度的范围为1～5mm，面积范围为10000mm²～40000mm²。

优选地，所述锲型的长度为50～100mm、宽度为50～100mm，锲型的顶角夹角范围为10～45°。

优选地，所述圆柱的长度为100～150mm，圆柱的直径Φ范围为12～16mm。

优选地，所述排气孔的直径Φ为3～5mm。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的方法，所述方法包括如下步骤：

第一步、采用用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具，模具的内腔和外表面粉刷防氧化用的耐热涂料，模具的外表面采用石棉包裹，并放入砂箱中在400-900℃下预热，保温一段时间；

第二步、在真空条件下，镍基合金在氧化铝莫来石坩埚中加热熔化，过热至1580-1620℃保温精炼，然后降温至1480-1530℃；

第三步、真空浇铸，浇铸时镍基合金液的温度为1480-1530℃，浇注完毕后，破真空在大气环境下凝固成型，模具表面温度降至300℃或以下后，打开模具，获得镍基合金铸件；

第四步、通过测量第三步得到的镍基合金铸件大面积薄板欠浇面积，以获得大面积薄壁欠浇百分比；测量镍基合金铸件锲型顶端距模具三角形顶端的距离，该距离即为充模系数，充模系数越大则锲型充模能力越差；圆柱制作拉伸试样，以获得力学性能数据；从而完成镍基合金金属型铸造性能评价。

优选地，所述模具，采用退火态HT250型灰铸铁板材机械加工而成。

优选地，第一步中，所述精炼，时间为10-20min。

优选地，第二步中，所述保温，时间为2-4h。

优选地，第三步中，所述真空浇铸，浇注速度为20-25kg/s，充型时间为3-6s。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明采用重力浇注，金属型铸造，一次浇铸成型，本发明一次性获得镍基合金金属型铸造的大面积薄壁充型能力、锲型充模能力、力学性能等综合铸造性能，能为镍基合金金属型铸造提供依据；同时本发明一次性浇铸成型既降低了研究成本又缩短了研发时间。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的模具整体结构示意图，

图中：金属型半模1和5，排气孔2，锲型3，圆柱4，大面积薄壁6，直浇道7，圆台型浇口8；

图2为本发明一实施例的金属型模具的锲型部位示意图，

图中：充模系数9，铸件10。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具，包括：金属型半模1和5、排气孔2、锲型3、圆4柱、大面积薄壁6、直浇道7和圆台型浇口8，其中：

所述金属型半模1、5组合形成具有内腔的模具主体，所述锲型3、所述圆柱4、所述大面积薄壁6、所述直浇道7、所述圆台型浇口8均设置于所述内腔内；

所述排气孔2设置于所述内腔上且所述大面积薄壁6、所述锲型3和所述圆柱4远离所述直浇道7的部位；

所述圆台型浇口8的一端连接所述直浇道7上端，两者组成金属液流通通道，且共同组成浇冒系统为所述大面积薄壁6、所述锲型3和所述圆柱4提供液态金属补缩；

用于考察大面积薄壁充型能力的所述大面积薄壁6位于所述直流道7的一侧；

用于考察锲型充模能力的所述锲型3位于所述直流道7的另一侧；

用于考察力学性能的所述圆柱4的中部垂直连接所述直浇道7的下端，并与所述大面积薄壁6和所述锲型3平行。

作为优选的实施方式，所述大面积薄壁6的长度为100mm、高度为100mm、厚度为3mm。

作为优选的实施方式，所述锲型3的长度为100mm、宽度为100mm、顶角夹角为30°。

作为优选的实施方式，所述圆柱4的长度为100mm、直径为14mm。

如图2所示，模具的内腔和外表面粉刷防氧化用的耐热涂料，模具的外面采用石棉包裹；在真空条件下，镍基高温合金在氧化铝莫来石坩埚中加热熔化，过热至1580-1620℃保温精炼，然后降温至1480-1530；采用某A牌号镍基合金熔炼浇注，金属型模具预热温度为600℃，保温时间为2h，浇注温度为1530℃，充型时间为4s；打开金属型模具获得镍基合金铸件10。

结果发现，3mm厚大面积薄壁6充型完整，充模系数9(即镍基合金铸件锲型顶端距金属型模具三角形顶端的距离)为0.4mm，铸态抗拉强度为523MPa，说明所述模具可以较好评价镍基合金金属型铸造性能。

实施例2

利用实施例1的模具，模具的内腔和外表面粉刷防氧化用的耐热涂料，模具的外面采用石棉包裹；

在真空条件下，镍基高温合金在氧化铝莫来石坩埚中加热熔化，过热至1580-1620℃保温精炼，然后降温至1480-1530℃；

采用某A牌号镍基合金熔炼浇注，但降低金属型模具预热温度为400℃，保温时间为4h，浇注温度为1490℃，充型时间为3s；打开金属型模具获得镍基合金铸件。

结果发现，3mm厚大面积薄壁6出现欠浇现象；充模系数为0.9mm，铸态抗拉强度为546MPa，说明所述金属型模具也适用于浇注工艺参数变化引起的铸造性能测试。

实施例3

利用实施例1的模具，采用某B牌号镍基合金熔炼浇注，模具的内腔和外表面粉刷防氧化用的耐热涂料，模具的外面采用石棉包裹，金属型模具预热温度为600℃，保温时间为3h，浇注温度为1500℃，充型时间为3s；打开金属型模具获得镍基合金铸件。

结果发现，3mm厚大面积薄壁6出现轻微欠浇现象；充模系数为0.7mm，铸态抗拉强度为584MPa。

在实施例3中，在相同的金属型铸造工艺条件下，相比实施例2的的A牌号镍基合金，实施例3中的B牌号镍基合金金属型成型能力略差。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具，其特征在于，包括：第一金属型半模、第二金属型半模，所述第一金属型半模、第二金属型半模组合后形成模具主体，所述模具主体中间为内腔，该内腔内设有锲型、圆柱、大面积薄壁、直浇道和圆台型浇口，其中：

所述大面积薄壁、锲型和圆柱远离直浇道的部位设置排气孔；

所述圆台型浇口的一端连接所述直浇道上端，两者组成金属液流通通道，且共同组成浇冒系统为大面积薄壁、锲型和圆柱提供液态金属补缩；

所述大面积薄壁位于直流道的一侧，用于考察大面积薄壁充型能力；

所述锲型位于直流道的另一侧，用于考察锲型充模能力；

所述圆柱用于考察力学性能，圆柱的中部垂直连接所述直浇道的另一端，并与大面积薄壁和锲型平行。

2.根据权利要求1所述的一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具，其特征在于，所述大面积薄壁的高度为100～200mm、宽度为100～200mm、厚度的范围为1～5mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具，其特征在于，所述锲型的长度为50～100mm、宽度为50～100mm，锲型的顶角夹角范围为10～45°。

4.根据权利要求1所述的一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具，其特征在于，所述圆柱的长度为100～150mm，圆柱的直径Φ范围为12～16mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具，其特征在于，所述排气孔的直径Φ为3～5mm。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述模具的用于镍基合金金属型铸造性能评价的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

第一步、采用用于镍基合金金属型铸造性能评价的模具，模具的内腔和外表面粉刷防氧化用的耐热涂料，模具的外面采用石棉包裹，并放入砂箱中在400-900℃下预热，保温一段时间；

第二步、在真空条件下，镍基合金在氧化铝莫来石坩埚中加热熔化，过热至1580-1620℃保温精炼，然后降温至1480-1530℃；

第三步、真空浇铸，浇铸时镍基合金液的温度为1480-1530℃，浇注完毕后，破真空在大气环境下凝固成型，模具表面温度降至300℃或以下后，打开模具，获得镍基合金铸件；

第四步、通过测量第三步得到的镍基合金铸件大面积薄板欠浇面积，以获得大面积薄壁欠浇百分比；测量镍基合金铸件锲型顶端距模具三角形顶端的距离，该距离即为充模系数，充模系数越大则锲型充模能力越差；圆柱制作拉伸试样，以获得力学性能数据；从而完成镍基合金金属型铸造性能评价。

7.根据权利要求6所述的一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的方法，其特征在于，所述模具，采用退火态HT250型灰铸铁板材机械加工而成。

8.根据权利要求6所述的一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的方法，其特征在于，第一步中，所述精炼，时间为10-20min。

9.根据权利要求6所述的一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的方法，其特征在于，第二步中，所述保温，时间为2-4h。

10.根据权利要求6所述的一种用于镍基合金金属型铸造性能评价的方法，其特征在于，第三步中，所述真空浇铸，浇注速度为20-25kg/s，充型时间为3-6s。