CN111496187B - 一种单晶双联体空心导向叶片的熔模精密铸造方法 - Google Patents

一种单晶双联体空心导向叶片的熔模精密铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于熔模精密铸造领域，具有涉及一种单晶双联体空心导向叶片的熔模精密铸造方法。目前单晶双联整铸导向叶片存在晶体生长难度大、易出现晶体缺陷，叶片易变形、尺寸控制难度大。本发明采用根据叶片造型制造的专用模具和预先制备的陶瓷型芯，压制双联体空心导向叶片蜡模，叶片蜡模在模组中的放置方向为叶片排气边朝向模组上方，进气边朝向模组下方。浇道连接横浇道和叶片排气边方向的两侧缘板形成叶片的金属液浇注通道。引晶段连接螺旋选晶器和叶片进气边方向的两侧缘板。将螺旋选晶器粘接于蜡模底盘上。叶片材料为第二代单晶合金。精炼后降温浇注和定向抽拉。得到叶片铸件。可有效控制叶片的晶体缺陷发生几率。

Description

一种单晶双联体空心导向叶片的熔模精密铸造方法
技术领域
本发明属于熔模精密铸造领域，具有涉及一种单晶双联体空心导向叶片的熔模精密铸造方法。
背景技术
单晶合金具有优异的高温强度和综合性能，世界先进航空发动机已普遍选用其作为涡轮工作和导向叶片材料。对于导向叶片而言，为减少热过程对叶片寿命及安全性的影响，提高导向叶片工作效率和结构精度，双联乃至多联结构较单体叶片具有更大的优势，也是未来的发展方向之一。
目前在铸造技术方面，单晶双联整铸导向叶片存在晶体生长难度大、易出现晶体缺陷，叶片易变形、尺寸控制难度大等技术问题，这在很大程度是限制了单晶双联体导向叶片的应用。
发明内容
为了实现单晶双联体空心导向叶片的铸造成型，解决铸造过程中的晶体缺陷控制，尺寸控制等问题，本发明提供了一种单晶双联体空心导向叶片的熔模精密铸造方法，采用的技术方案如下：
一种单晶双联体空心导向叶片的熔模精密铸造方法，包括以下步骤：
(1)模组制备
采用根据叶片造型制造的专用模具和预先制备的陶瓷型芯，压制双联体空心导向叶片蜡模，采用专用模具压制浇道蜡模、螺旋选晶器蜡模和引晶段蜡模等蜡模组件。采用专用工装对完成压制后的叶片蜡模进行矫形，并将上述各部分蜡模组件进行组合粘接，形成叶片模组。
其中叶片蜡模制备所采用的压制工艺参数为：压力：2.5bar～8bar、温度：50℃～70℃、流量80ml/s～150ml/s、保压时间：30s～60s。
叶片模组的组合方式为：叶片蜡模在模组中的放置方向为叶片排气边朝向模组上方，进气边朝向模组下方。内浇道蜡模连接横浇道和叶片排气边方向的两侧缘板形成叶片的金属液浇注通道。引晶段蜡模连接螺旋选晶器蜡模和叶片进气边方向的两侧缘板。将螺旋选晶器蜡模粘接于底盘蜡模上。每个模组叶片数为2-3件。
(2)壳型制备
使用八层结构的壳型。壳型浆料为硅溶胶和白钢玉粉混合而成。撒砂第一层使用80目砂，第二层使用60目砂，第三层使用32目砂，第四至七层使用24目砂，第八层为封浆层。撒砂材料为白钢玉粉。壳型涂挂完成后进行脱蜡、烧结等处理。
(3)定向凝固
叶片材料为第二代单晶合金。精炼温度为1550℃-1580℃，精炼时间为3min-8min。降温至1500℃-1540℃进行浇注，随后利用结晶器运动进行慢速定向抽拉。合金液逐层凝固，形成单晶体结构。浇注完成后，对铸件进行脱芯、线切割等处理，得到叶片铸件。
结晶器定向抽拉所采用的速度为3mm/min。
本发明提供的工艺可实现空心单晶双联体导向叶片的铸造成型，并可有效控制叶片的晶体缺陷发生几率。采用本发明提供的工艺方法成功研制出某型号高压涡轮二级导向叶片，实现了国产单晶双联体导向叶片的首次应用，填补了国内空白。
附图说明
图1为空心单晶双联体导向叶片的示意图；
图2为本发明空心单晶双联体导向叶片蜡模结构示意图；
图3为采用本发明工艺制备的某型号高压涡轮二级导向叶片。
1-横浇道蜡模、2-内浇道蜡模、3-叶片蜡模、4-引晶段蜡模、5-螺旋选晶器蜡模、6-底盘蜡模、7-排气边、8-第一缘板、9-进气边、10-第二缘板、11-第三缘板、12-第四缘板
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：
本实施例为某型号单晶双联体高压涡轮二级导向叶片铸造方法，具体步骤为：
(1)蜡模制备
采用专用模具和陶瓷型芯压制某型号高压涡轮二级导向叶片蜡模3。压制参数为：采用专用模具压制浇道蜡模(包括横浇道蜡模1和内浇道蜡模2)、螺旋选晶器蜡模5和引晶段蜡模4。
采用专用工装对完成压制后的叶片蜡模3进行矫形。按图1中的方式进行各部分蜡模组合焊接。每模组叶片数量为2件。叶片排气边7朝向模组上方，进气边9朝向模组下方。采用内浇道蜡模2连接上部的横浇道蜡模1和叶片排气边方向的两侧缘板(第一缘板8和第三缘板11)，形成叶片的金属液浇注通道。采用引晶段蜡模4连接螺旋选晶器蜡模5和叶片进气边方向的两侧缘板(第二缘板10和第四缘板12)。将螺旋选晶器蜡模5粘接于底盘蜡模6上。
(2)制备壳型
壳型浆料为硅溶胶和白钢玉粉混合而成。撒砂第一层使用80目砂，第二层使用60目砂，第三层使用32目砂，第四至七层使用24目砂，第八层为封浆层。撒砂材料为白钢玉粉。壳型涂挂完成后进行脱蜡、烧结等处理。
(3)定向凝固
采用第二代单晶合金作为叶片材料。对金属液熔体进行精炼处理，精炼温度为1550℃-1580℃，精炼时间为3min-8min。降温至1500℃-1540℃进行浇注，随后利用结晶器运动进行慢速定向抽拉。抽拉速率为3mm/min。合金液逐层凝固，形成单晶体结构。浇注完成后，对铸件进行脱芯、线切割等处理，得到叶片铸件。
所制备的高压涡轮二级导向叶片在晶体缺陷、表面及内部缺陷、尺寸等多种特性方面均可满足质量要求。通过零部件试验和试车考核表明，研制的叶片可满足发动机使用需求。

Claims (8)

1.一种单晶双联体空心导向叶片的熔模精密铸造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)模组制备
压制双联体空心导向叶片蜡模(3)并矫形，压制浇道蜡模、螺旋选晶器蜡模(5)和引晶段蜡模(4)的蜡模组件，组合粘接后形成叶片模组，每个模组叶片数为2-3件，其中叶片蜡模在模组中的放置方向为叶片排气边(7)朝向模组上方，进气边(9)朝向模组下方；内浇道蜡模(2)连接横浇道蜡模(1)和叶片排气边方向的两侧缘板形成叶片的金属液浇注通道；引晶段蜡模(4)连接螺旋选晶器蜡模(5)和叶片进气边方向的两侧缘板；所述叶片蜡模制备所采用的压制工艺参数为：压力2.5bar～8bar、温度50℃～70℃、流量80ml/s～150ml/s、保压时间：30s～60s；
(2)壳型制备
(3)定向凝固
精炼温度为1550℃-1580℃，精炼时间为3min-8min，降温至1500℃-1540℃进行浇注，随后利用结晶器运动进行慢速定向抽拉，合金液逐层凝固，形成单晶体结构，浇注完成后，对铸件进行脱芯、线切割处理，得到叶片铸件。
2.根据权利要求1所述的熔模精密铸造方法，其特征在于：采用根据叶片造型制造的专用模具和预先制备的陶瓷型芯，压制双联体空心导向叶片蜡模。
3.根据权利要求1所述的熔模精密铸造方法，其特征在于：螺旋选晶器蜡模粘接于底盘蜡模上。
4.根据权利要求1所述的熔模精密铸造方法，其特征在于：采用专用模具压制浇道蜡模、螺旋选晶器蜡模和引晶段蜡模的蜡模组件。
5.根据权利要求1所述的熔模精密铸造方法，其特征在于：使用八层结构的壳型。
6.根据权利要求1或5所述的熔模精密铸造方法，其特征在于：壳型浆料为硅溶胶和白钢玉粉混合而成，撒砂第一层使用80目砂，第二层使用60目砂，第三层使用32目砂，第四至七层使用24目砂，第八层为封浆层；撒砂材料为白钢玉粉；壳型涂挂完成后进行脱蜡、烧结处理。
7.根据权利要求1所述的熔模精密铸造方法，其特征在于：结晶器定向抽拉所采用的速度为3mm/min。
8.根据权利要求1所述的熔模精密铸造方法，其特征在于：叶片材料为第二代单晶合金。
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