CN109093072B - 一种燃气轮机用涡轮叶片的铸造工艺 - Google Patents
一种燃气轮机用涡轮叶片的铸造工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种燃气轮机用涡轮叶片的铸造工艺，属于精密铸造技术领域。该工艺包括：涡轮叶片蜡模制备；模壳制备；模壳预烧：焙烧温度为1010‑1030℃，模壳入炉到温后保温时间不少于6小时；合金浇注：合金精炼温度1590‑1610℃，精炼时间不少于10分钟，之后将合金液浇注到预烧后的模壳中，浇注时间2～3秒，即获得燃气轮机用涡轮叶片铸件。本发明通过设置合理的蜡模、模壳制备工艺以及浇注工艺，使生产出的叶片在晶粒度、缺陷和尺寸控制各方面都达到了指标要求，达到了国外同种产品的先进水平。本发明燃气轮机涡轮叶片一组浇注4片叶片，叶片长度大于300mm，极大地提高了生产效率，实现了该种叶片的批产。
Description
技术领域
本发明涉及精密铸造技术领域，具体涉及一种燃气轮机用涡轮叶片的铸造工艺。
背景技术
燃气轮机属于重大核心装备，广泛应用于工业和舰船等领域。涡轮叶片是燃气轮机的关键热端部件，其尺寸较航空发动机涡轮叶片大很多，制备起来难度更大。燃气轮机涡轮叶片制造的核心技术一直被国外发达国家(美、英、日等)所垄断，国内长期依赖进口。在关键技术上受制于人，不利于我国燃气轮机产业的快速发展。因此，突破燃气轮机涡轮叶片制备的关键技术，形成涡轮叶片的批量生产，对于我国燃气轮机产业具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃气轮机用涡轮叶片的铸造工艺，该工艺能够解决燃气轮机涡轮叶片缺陷和尺寸控制难以达到标准的问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种燃气轮机用涡轮叶片的铸造工艺，该工艺包括如下步骤：
(1)涡轮叶片蜡模制备：选用中温蜡料，采用注射成形的方式压制叶片蜡件及浇注系统，再将叶片蜡件与浇注系统组合成蜡模；
(2)模壳制备：使用模壳材料对蜡模进行包裹，形成九层结构的模壳；其中：第一层为细化层，细化层所用涂料是由氧化钴粉、氧化锆粉与硅熔胶混合而成；第二层所用涂料为刚玉粉，撒砂为刚玉砂60#，第三层所用涂料为铝矾土粉，撒砂为上店砂36#，第四层到第八层所用涂料为铝矾土粉，撒砂为上店砂24#，第九层所用涂料为铝矾土粉，不挂砂；模壳风干后，进行脱蜡处理；
(3)模壳预烧：在模壳外包裹保温棉后放入沙箱，然后进行焙烧，焙烧温度为1010～1030℃，模壳入炉到温后保温时间不少于6小时；
(4)合金浇注：合金选用K435，对合金进行精炼，精炼温度1590～1610℃，精炼时间不少于10分钟，之后将合金液浇注到预烧后的模壳中，浇注时间2～3秒，即获得燃气轮机用涡轮叶片铸件。
上述步骤(1)中，叶片蜡件的压制工艺参数为：模料温度为63～67℃，注射温度为67～71℃，注射压力为3～4MPa，保压时间为150～160秒。
上述步骤(1)中，所述浇注系统采用顶注方式，叶片榫头朝上，一套蜡模中包含4件叶片。
上述步骤(2)中，细化层所用涂料中，氧化钴粉与氧化锆粉的重量比例为3：7，氧化钴粉与氧化锆粉的总重量与硅溶胶的比例为3：1。
上述步骤(4)中，浇注结束到铸件出炉时间间隔不超过5分钟，浇注后的铸件停放时间应大于4小时。
本发明的有益效果是：
本发明通过设置合理的蜡模、模壳制备工艺以及浇注工艺，使生产出的叶片在晶粒度、缺陷和尺寸控制各方面都达到了指标要求，达到了国外同种产品的先进水平。本发明燃气轮机涡轮叶片一组浇注4片叶片，叶片长度大于300mm，极大地提高了生产效率，实现了该种叶片的批产。
附图说明
图1为本发明燃气轮机涡轮叶片蜡模结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述实施例。
实施例1：
本实施例为燃气轮机第三级涡轮动叶片的铸造工艺，具体步骤为：
(1)涡轮叶片蜡模制备：选用中温蜡料，采用注射成形的方式压制叶片蜡件及浇注系统。叶片蜡件的压制工艺参数为：模料温度为65℃±2℃，注射温度为69℃±2℃，注射压力为3～4MPa，保压时间为150秒。再将叶片蜡件与浇注系统按照图1所示方式组合成蜡模。浇注系统采用顶注方式，叶片榫头朝上，一套蜡模中包含4件叶片。
(2)模壳制备：使用模壳材料对蜡模进行包裹，形成九层结构的模壳；其中：第一层为细化层，细化层所用涂料是由氧化钴粉、氧化锆粉与硅熔胶混合而成，氧化钴粉与氧化锆粉的重量比例为3：7，氧化钴粉与氧化锆粉的总重量与硅溶胶的比例为3：1；第二层所用涂料为刚玉粉，撒砂为刚玉砂60#，第三层所用涂料为铝矾土粉，撒砂为上店砂36#，第四层到第八层所用涂料为铝矾土粉，撒砂为上店砂24#，第九层所用涂料为铝矾土粉，不挂砂；模壳风干后，进行脱蜡处理。
(3)模壳预烧：在模壳外包裹保温棉后放入沙箱，然后进行焙烧，焙烧温度为1020℃±10℃，模壳入炉到温后保温时间6小时。
(4)合金浇注：合金选用K435，对合金进行精炼，精炼温度1600℃±10℃，精炼时间10分钟，之后将合金液浇注到预烧后的模壳中，浇注时间4～6秒，浇注结束到铸件出炉时间间隔不超过5分钟，浇注后的铸件停放时间大于4小时。
采用本实施例制备的燃气轮机第三级涡轮动叶片满足铸件的各项指标要求，具体为：叶身排气边10％弦宽范围以及叶根过渡R区内最大晶粒度不超过4级，其余部位最大晶粒度不超过5级；X光检测叶片内部无疏松；荧光检测叶片表面无夹渣物疏松；叶片叶身尺寸公差满足±0.5mm。
Claims (3)
1.一种燃气轮机用涡轮叶片的铸造工艺，其特征在于：该工艺针对长度大于300mm的涡轮叶片，具体包括如下步骤：
（1）涡轮叶片蜡模制备：选用中温蜡料，采用注射成形的方式压制叶片蜡件及浇注系统，再将叶片蜡件与浇注系统组合成蜡模；叶片蜡件的压制工艺参数为：模料温度为63～67℃，注射温度为67～71℃，注射压力为3～4MPa，保压时间为150～160秒；
（2）模壳制备：使用模壳材料对蜡模进行包裹，形成九层结构的模壳；其中：第一层为细化层，细化层所用涂料是由氧化钴粉、氧化锆粉与硅溶 胶混合而成，其中：氧化钴粉与氧化锆粉的重量比例为3：7，氧化钴粉与氧化锆粉的总重量与硅溶胶的比例为3：1；第二层所用涂料为刚玉粉，撒砂为刚玉砂60#，第三层所用涂料为铝矾土粉，撒砂为上店砂36#，第四层到第八层所用涂料为铝矾土粉，撒砂为上店砂24#，第九层所用涂料为铝矾土粉，不挂砂；模壳风干后，进行脱蜡处理；
（3）模壳预烧：在模壳外包裹保温棉后放入沙箱，然后进行焙烧，焙烧温度为1010～1030℃，模壳入炉到温后保温时间不少于6小时；
（4）合金浇注：合金选用K435，对合金进行精炼，精炼温度1590～1610℃，精炼时间不少于10分钟，之后将合金液浇注到预烧后的模壳中，浇注时间2～3秒，即获得燃气轮机用涡轮叶片铸件。
2.按照权利要求1所述的燃气轮机用涡轮叶片的铸造工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述浇注系统采用顶注方式，叶片榫头朝上，一套蜡模中包含4件叶片。
3.按照权利要求1所述的燃气轮机用涡轮叶片的铸造工艺，其特征在于：步骤（4）中，浇注结束到铸件出炉时间间隔不超过5分钟，浇注后的铸件停放时间应大于4小时。
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