CN111451445A - 一种高温合金铸件的熔模铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温合金铸件的熔模铸造方法，属于高温合金铸造领域。依次包括以下步骤：S1：将铸件原料输送到熔炼室中进行熔炼，并对陶瓷型壳进行预热；S2：熔炼结束后将铸件熔浆浇注到已预热的陶瓷型壳内，并等待铸件熔浆凝固；S3：在熔炼炉的铸型室外侧设置控温装置，铸件熔浆凝固完成后通过控温装置加快铸型室内铸件熔浆的冷却速度；S4：铸造完成后破除陶瓷型壳取出铸件。本发明通过控制铸件的冷却速度从而达到了调整析出的γ＇相粒子尺寸的目的，使高温合金铸造完成后的γ＇相立方效果更优，对发展我国航空发动机事业起到了重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金铸造领域，具体涉及一种高温合金铸件的熔模铸造方法。
背景技术
在航空技术领域，航空发动机各部件的工作环境对使用材料提出了苛刻的要求。从发动机压气机到尾喷管，各零部件均在较高温度下和高频的振动下工作，有些零部件，尤其是涡轮、导向器叶片，要长期在800℃以上的条件和高温高压的气流下工作。同时由于燃气中存在大量的氧、水气，及存在 SO2、H2S等腐蚀性气体，都会对高温零件起到氧化和腐蚀作用，这对材料微观组织提出了很高的要求。随着科学的发展，航空发动机推重比日益提高，发动机工作环境温度也越来越高，对航空发动机零部件性能要求更加苛刻。有研究表明，γ＇相粒子尺寸影响蠕变性能，γ＇粒子的均匀、弥散细小，合金蠕变持久寿命提高。然后而现有铸造领域中并没有一种工艺能够调整铸造过程中高温合金析出的γ＇相粒子尺寸。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种高温合金铸件的熔模铸造方法，具体技术方案如下：
一种高温合金铸件的熔模铸造方法，依次包括以下步骤：
S1：将铸件原料输送到熔炼室中进行熔炼，并对铸型室进行预热；
S2：熔炼结束后将铸件熔浆浇注到已预热的陶瓷型壳内，并等待铸件熔浆凝固；
S3：在熔炼炉的铸型室外侧设置控温装置，铸件熔浆凝固完成后通过控温装置加快铸型室内铸件熔浆的冷却速度；
S4：铸造完成后从铸型室内取出陶瓷型壳。
作为优选，步骤S3中熔炼炉为三室真空感应熔炼炉，控温装置为设置在铸型室外侧且内壁为双层中空结构的冷却炉。
作为优选，步骤S3中铸件熔浆凝固完成后，向冷却炉的内壁中空空腔内充入冷却液，并向铸型室和冷却炉内腔之间充入惰性气体。
作为优选，步骤S3中熔炼炉为单室真空感应熔炼炉，控温装置为设置在陶瓷型壳外侧并用于对陶瓷型壳进行保温的保温包裹物。
作为优选，步骤S3中铸件熔浆凝固完成后，将陶瓷型壳与保温包裹物分离，使陶瓷型壳内的铸件快速冷却。
作为优选，保温包裹物为保温毯或保温砂箱。
本发明通过采用保温毯或保温砂箱作为保温包裹物，便于工作人员在后续过程中对保温包裹物进行拔除处理，提高了本发明的便捷性以及实用性。
作为优选，保温毯采用的材料为陶瓷纤维。
作为优选，步骤S1中铸型室的内侧设有陶瓷型壳且铸型室的预热温度为800℃～1300℃。
本发明将将陶瓷型壳预热到800℃～1300℃，防止高温金属液在浇注到陶瓷型壳内与陶瓷型壳内壁形成巨大热冲击。
作为优选，步骤S1和S2中铸件的熔炼和浇注需在真空环境下进行。
本发明具有以下有益效果：
本发明对高温合金铸件进行熔模铸造过程中，为防止高温金属液在浇注到铸型室内与陶瓷型壳内壁形成巨大热冲击，先对陶瓷型壳进行预热预热。高温合金熔炼结束后，将铸件熔浆浇注到预热好的陶瓷型壳中，凝固完成后，在铸型室外侧设置控温装置控制铸型室内的冷却速度，从而控制陶瓷型壳的冷却速度，达到控制铸件冷却速度的目的。由于铸件冷却速度与析出的γ＇相粒子尺寸成反比，因此本发明通过控制铸件的冷却速度从而达到了调整析出的γ＇相粒子尺寸的目的，使高温合金铸造完成后的γ＇相立方效果更优，对发展我国航空发动机事业起到了重要作用。
附图说明
图1为本发明实施例1中冷却炉的结构示意图；
图2为本发明实施例2中保温包裹物为保温毯的结构示意图；
图3为本发明实施例3中保温包裹物为保温砂箱的结构示意图；
图4为本发明实施例2和实施例3中未拔除保温包裹物的γ＇相粒子尺寸和立方效果图；
图5为本发明实施例2和实施例3中拔除保温包裹物的γ＇相粒子尺寸和立方效果图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连通'、”相连”、“连接“应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
参见图1，本实施例中熔炼炉的类型为三室真空感应熔炼炉，高温合金为DZ4合金。本发明中的一种高温合金铸件的熔模铸造方法，依次包括以下步骤：
S1：将DZ4合金的铸件原料输送到三室真空感应熔炼炉的熔炼室1中，并在真空环境下对铸件原料进行熔炼，同时通过加热器将在铸型室2内的陶瓷型壳4预热到1300℃，防止高温金属液在浇注到陶瓷型壳4内与陶瓷型壳 4内壁形成巨大热冲击。
S2：铸件原料熔炼结束后将铸件熔浆温度控制在1450℃～1600℃，接着在真空环境下将铸件熔浆浇注到已预热完成的陶瓷型壳4内，然后等待陶瓷型壳4内内的铸件熔浆完成凝固。
S3：在熔炼炉的铸型室2外侧设置控温装置3，控温装置3包括设置在铸型室2外侧且内壁为双层中空结构的冷却炉31。铸件熔浆凝固完成后，向冷却炉31的内壁中空空腔内充入冷却液，同时向陶瓷型壳4和冷却炉31之间充入惰性气体，使陶瓷型壳4内的铸件快速冷却。DZ4合金在1220℃～ 1050℃之间冷却，冷却速度控制为90℃/min时，析出γ＇相粒子尺寸约为 200nm；冷却速度控制为70℃/min时，析出γ＇相粒子尺寸约为400nm；冷却速度控制为40℃/min时，析出γ＇相粒子尺寸约为600nm；冷却速度控制为5℃/min时，析出γ＇相粒子尺寸约为1100nm。
S4：铸型室2内的陶瓷型壳4冷却到常温后从铸型室2内取出，破除陶瓷型壳4后取出铸件。
实施例2
参见图2、图4和图5，本实施例中熔炼炉的类型为单室真空感应熔炼炉，高温合金为K403合金。本发明中的一种高温合金铸件的熔模铸造方法，依次包括以下步骤：
S1：由于单室真空炉熔炼炉的铸型室和熔炼室为一体，因此在K403合金加热熔炼前就对陶瓷型壳4预热到1050℃，并将预热好的陶瓷型壳4放入单室真空炉熔炼炉的炉膛内，由此才能保证K403在真空状态下熔炼浇注并防止高温金属液在浇注到陶瓷型壳4内与陶瓷型壳4内壁形成巨大热冲击；
然后将K403合金的铸件原料输送到单室真空感应熔炼炉的熔炼室1中，并在真空环境下对铸件原料进行熔炼，
S2：铸件原料熔炼结束后在真空环境下将铸件熔浆浇注到已预热完成的陶瓷型壳4内，然后等待陶瓷型壳4内的铸件熔浆完成凝固。
S3：由于K403合金熔炼浇注需要一定时间，而在这个时间内，事先预热好的陶瓷型壳4在炉膛内温度会下降，通过在铸型室2的陶瓷型壳4外围包裹保温毯321的方式来防止陶瓷型壳4温度下降过快，K403合金熔炼浇注和凝固后，将装满K403合金的陶瓷型壳4转移到单室真空感应熔炼炉的炉膛外，通过将包裹在陶瓷型壳4外围的陶瓷纤维保温毯321拔除的方式，使陶瓷型壳4内的K403合金快速冷却，达到降低γ＇相粒子尺寸的目的。
熔炼浇注K403合金时，陶瓷型壳4外围包裹20mm厚陶瓷纤维毯，在浇注金属液凝固后，将陶瓷纤维毯拔除空冷。枝晶干γ＇相粒子尺寸由不拔除保温毯321空冷方式下的1400nm下降至375nm，枝晶间γ＇相粒子尺寸由不拔除陶瓷纤维毯空冷方式下的2400nm下降至487nm，并且拔除保温毯321 空冷方式γ＇相立方效果相较于不拔除保温毯321空冷方式更优。
S4：陶瓷型壳4内的铸件冷却到常温后破除陶瓷型壳4取出铸件。
实施例3
参见图3、图4和图5，本实施例中熔炼炉的类型为单室真空感应熔炼炉，高温合金为K403合金。本发明中的一种高温合金铸件的熔模铸造方法，依次包括以下步骤：
S1：由于单室真空炉熔炼炉的铸型室和熔炼室为一体，因此在K403合金加热熔炼前就对陶瓷型壳4预热到1050℃，并将预热好的陶瓷型壳4放入单室真空炉熔炼炉的炉膛内，由此才能保证K403在真空状态下熔炼浇注并防止高温金属液在浇注到陶瓷型壳4内与陶瓷型壳4内壁形成巨大热冲击；
然后将K403合金的铸件原料输送到单室真空感应熔炼炉的熔炼室1中，并在真空环境下对铸件原料进行熔炼，
S2：铸件原料熔炼结束后在真空环境下将铸件熔浆浇注到已预热完成的陶瓷型壳4内，然后等待陶瓷型壳4内的铸件熔浆完成凝固。
S3：由于K403合金熔炼浇注需要一定时间，而在这个时间内，事先预热好的陶瓷型壳4在炉膛内温度会下降，通过将铸型室2的陶瓷型壳4放置在保温砂箱322内的方式来防止陶瓷型壳4温度下降过快，在K403合金熔炼浇注和凝固后，将装满K403合金的陶瓷型壳4转移到单室真空感应熔炼炉的炉膛外，通过将陶瓷型壳4从保温砂箱322中拔出的方式，使陶瓷型壳 4内的K403合金快速冷却，达到降低γ＇相粒子尺寸的目的。
熔炼浇注K403合金时，将铸型室2的陶瓷型壳4放置在保温砂箱322 内，在浇注金属液凝固后，将陶瓷型壳4从保温砂箱322中拔出空冷。枝晶干γ＇相粒子尺寸由不从保温砂箱322中拔出空冷方式下的1200nm左右下降至390nm左右，枝晶间γ＇相粒子尺寸由不从保温砂箱322中拔出空冷方式下的1800nm左右下降至500nm左右，并且从保温砂箱322中拔出空冷方式γ＇相立方效果相较于从保温砂箱322中拔出空冷方式更优。
S4：陶瓷型壳4内的铸件冷却到常温后破除陶瓷型壳4取出铸件。
本发明对高温合金铸件进行熔模铸造过程中，为防止高温金属液在浇注到陶瓷型壳4内与陶瓷型壳4内壁形成巨大热冲击，先对陶瓷型壳4进行预热预热。高温合金熔炼结束后，将铸件熔浆浇注到预热好的陶瓷型壳4中，凝固完成后，在铸型室2外侧设置控温装置3控制陶瓷型壳4内的冷却速度，从而控制铸件的冷却速度。由于铸件冷却速度与析出的γ＇相粒子尺寸成反比，因此本发明通过控制铸件的冷却速度从而达到了调整析出的γ＇相粒子尺寸的目的，使高温合金铸造完成后的γ＇相立方效果更优，对发展我国航空发动机事业起到了重要作用。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高温合金铸件的熔模铸造方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
S1：将铸件原料输送到熔炼室(1)中进行熔炼，并对铸型室(2)内的陶瓷型壳(4)进行预热；
S2：熔炼结束后将铸件熔浆浇注到已预热的陶瓷型壳(4)等待铸件熔浆凝固；
S3：在熔炼炉的铸型室(2)外侧设置控温装置(3)，铸件熔浆凝固完成后通过控温装置(3)加快铸型室(2)内铸件熔浆的冷却速度；
S4：铸造完成后从铸型室(2)内取出浇注后的陶瓷型壳(4)。
2.根据权利要求1所述的高温合金铸件的熔模铸造方法，其特征在于，所述步骤S3中熔炼炉为三室真空感应熔炼炉，所述控温装置(3)为设置在铸型室(2)外侧且内壁为双层中空结构的冷却炉(31)。
3.根据权利要求2所述的高温合金铸件的熔模铸造方法，其特征在于，所述步骤S3中铸件熔浆凝固完成后，向冷却炉(31)的内壁中空空腔内充入冷却液，并向铸型室(2)和冷却炉(31)内腔之间充入惰性气体。
4.根据权利要求1所述的高温合金铸件的熔模铸造方法，其特征在于，所述步骤S3中当熔炼炉为单室真空感应熔炼炉，所述控温装置(3)为设置在陶瓷型壳(4)外侧并用于对陶瓷型壳(4)进行保温的保温包裹物(32)。
5.根据权利要求4所述的高温合金铸件的熔模铸造方法，其特征在于，所述步骤S3中铸件熔浆凝固完成后，将陶瓷型壳(4)与保温包裹物(32)分离，陶瓷型壳(4)内的铸件快速冷却。
6.根据权利要求4所述的高温合金铸件的熔模铸造方法，其特征在于，所述保温包裹物(32)为保温毯(321)或保温砂箱(322)。
7.根据权利要求6所述的高温合金铸件的熔模铸造方法，其特征在于，所述保温毯(321)采用的材料为陶瓷纤维。
8.根据权利要求1所述的高温合金铸件的熔模铸造方法，其特征在于，所述步骤S1中铸型室(2)的内侧设有陶瓷型壳(4)且铸型室(2)的预热温度为800℃～1300℃。
9.根据权利要求1所述的高温合金铸件的熔模铸造方法，其特征在于，所述步骤S1和S2中铸件的熔炼和浇注需在真空环境下进行。
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