CN111618279B - 一种五联体定向柱晶叶片精密铸造方法 - Google Patents

一种五联体定向柱晶叶片精密铸造方法 Download PDF

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    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method

Abstract

本发明公开一种五联体定向柱晶叶片精密铸造方法，包括:叶片模组制备，包括压制五联体叶片蜡模，压制引晶段和浇注系统并组合成叶片模组，所述引晶段与叶身相同厚度和角度，另外在浇注系统的中柱管和叶片蜡模之间设置隔热挡板；壳型制备，包括利用叶片模组制备多层结构的壳型，其中对叶片下缘板以下部分的壳型和叶身以上部分的壳型的厚度进行差异化控制，使叶片下缘板以下部分的壳型层数大于叶身以上部分的壳型层数；(3)定向凝固。本发明通过使引晶段与叶身厚度和角度相同，增加隔热挡板，和对五联体叶片下缘板和叶身壳型采用差异化控制，可有效解决五联体定向柱晶叶片的晶粒度和缘板疏松问题，叶片合格率从0提高到50％。

Description

一种五联体定向柱晶叶片精密铸造方法
技术领域
本发明属于精密铸造技术领域，涉及一种五联体定向柱晶叶片精密铸造方法。
背景技术
通常情况下，定向柱晶叶片的制备方法，一般包括以下步骤：
(1)模组制备
采用专用模具压制叶片蜡模，采用专用工装对完成压制后的叶片蜡模进行矫形。采用专用模具压制横浇道、内浇道、引晶段、补缩块和底盘等各部分蜡模。将上述各部分蜡模进行组合粘接，形成叶片模组。
(2)壳型制备
在步骤(1)中制备好的叶片模组上涂挂耐火材料，经过干燥、烧结后得到壳型。壳型一般为多层结构，浆料为硅溶胶和白钢玉粉混合而成，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
将高温合金母合金重熔成液态金属后，浇入步骤(2)制备好的壳型中，利用结晶器运动进行慢速定向抽拉。合金液逐层凝固，形成定向柱晶结构。浇注完成后，对铸件进行清壳、切割、吹砂、腐蚀和抛光等处理，得到叶片铸件。
五联体定向柱晶叶片为整铸实心叶片，叶片高度220mm左右，叶片间距30mm左右，叶身弦宽超过40mm，叶片进气边扭度很大，上下缘板尺寸较大，该结构决定了铸造过程中晶体生长必须经过分支-汇合-分支-汇合的过程。在此过程中，要求晶体生长过程中凝固界面保持稳定推进，不同分支晶粒晶体取向保持一致，叶身不应出现宽晶、断晶等缺陷，同时由于叶片缘板属突变截面且偏薄偏大，受限于这种结构，在凝固过程经常出现冷却过快，来不及补缩而出现疏松等缺陷。
依据现有的技术路线，无法生产出合格的五联体叶片，主要问题有以下几个：
1)由于五联体叶片数量较多，浇注系统复杂，缘板和叶身之间结构变化多，部分叶身引晶失败，易形成宽晶和断晶，不满足定向柱晶晶粒度的要求。
2)由于缘板属突变截面且偏薄偏大，不易补缩，因此下缘板有明显的疏松。
3)由于叶身之间的间距太小，壳型制备后叶身部分壳型全部连接在一起，定向凝固过程中，壳型不利于散热，叶身易形成断晶和宽晶，不满足定向柱晶晶粒度的要求。
发明内容
鉴于现有技术的情况和遇到的实际问题，本发明的目的是提供一种五联体定向柱晶叶片精密铸造方法，有效解决五联体定向叶片的晶粒度和疏松问题。
本发明的上述目的是利用以下技术方案实现的：
一种五联体定向柱晶叶片精密铸造方法，包括以下步骤：
(1)叶片模组制备
压制五联体叶片蜡模，压制引晶段和浇注系统并组合成叶片模组，其中所述引晶段与叶身相同厚度和角度，另外在浇注系统的中柱管和叶片蜡模之间设置隔热挡板；
(2)壳型制备
利用叶片模组制备多层结构的壳型，其中对叶片下缘板以下部分的壳型和叶身以上部分的壳型的厚度进行差异化控制，使叶片下缘板以下部分的壳型层数大于叶身以上部分的壳型层数；
(3)定向凝固
经过熔化浇注、脱壳、切割完成五联体定向柱晶叶片铸件。
按照实施例，还包括对完成压制后的叶片蜡模进行矫形。
按照实施例，所述引晶段高度可以调节，这样可以进一步优化引晶效果，引晶段高度可以为6～12cm。
按照实施例，所述隔热挡板厚度为3cm，高度比叶片下缘板高2～3cm，长度与叶片下缘板相当。
按照实施例，制备壳型时的壳型浆料由硅溶胶和白钢玉粉组成，所述硅溶胶中二氧化硅含量为25～35％(重量百分比),白钢玉粉和硅溶胶的重量比为(2～3):1，撒砂材料为白钢玉粉。在这种体系下，所述叶片下缘板以下部分的壳型为8层，叶身以上部分的壳型为7层。
按照实施例，定向凝固时定向凝固炉熔化及精炼真空压强＜4Pa；上加热器温度为1480℃～1520℃；下加热器温度为1500℃～1520℃；壳型在1510℃～1530℃保温预定时间；高温合金在1530℃～1570℃精炼后从浇注系统的浇口杯浇入壳型中，抽拉速率为4～7mm/mins。
本发明通过使引晶段与叶身厚度和角度相同，即，使引晶段沿叶身随形延伸，且高度可以调节，可以保证引晶效果，更好的控制晶粒度，同时减少手工焊接操作的误差并有效的节省时间。
本发明通过增加隔热挡板，可以降低叶片缘板部位的凝固速度，有利于定向顺序凝固，结合补缩块进行补缩，解决了缘板疏松问题。
本发明通过对五联体叶片下缘板和叶身壳型采用差异化控制。下缘板以下部分厚度提高，可保证壳型强度，有利于降低缘板部位的凝固速度，同时保证叶片不漏钢。同时减少叶身以上部分壳型的厚度，有利于壳型散热，减少叶片之间的干扰，保证定向凝固的温度梯度，从而提高叶片晶粒度的合格率。
本发明的方法可以有效解决五联体定向柱晶叶片的晶粒度和缘板疏松问题，叶片合格率从0提高到50％，提高生产效率，经济效益显著。
附图说明
图1是本发明的五联体定向柱晶叶片模组的左视图。
图2是本发明的五联体定向柱晶叶片模组的右视图。
图3是本发明的五联体定向柱晶叶片模组的俯视图。
具体实施方式
为了更清楚地理解本发明的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
本实施例的五联体定向柱晶叶片精密铸造方法按照以下步骤进行：
(1)叶片模组制备
采用压蜡机压制五联体叶片蜡模，得到五联体叶片蜡模，采用工装对完成压制后的叶片蜡模进行矫形。利用引晶段模具压制引晶段，引晶段与叶身厚度和角度相同，即，使引晶段沿叶身随形延伸，这样可以保证引晶效果，更好的控制晶粒度，同时减少手工焊接操作的误差并有效的节省时间，在本实施例中，引晶段高度为6cm。
采用模具压制浇注系统的浇口杯、中柱管、横浇道、内浇道、补缩块和底盘等各部分的蜡模。
将五联体叶片蜡模、引晶段和上述各部分的蜡模进行组合粘接，形成叶片模组。
简单地，叶片模组的具体组合方式为：先将叶片蜡模和引晶段焊接在一起，同时在叶片上、下缘板边缘焊接补缩块，完成叶片蜡模的组合。随后将组合后的五联体叶片蜡模和浇注系统组合在一起，具体地，将底盘和中柱管垂直焊接，然后将2组叶片蜡模分别对称焊接在底盘两侧，并在中柱管和叶片蜡板之间焊接隔热挡板，叶片上缘板的幅板连接内浇道，内浇道连接横浇道，横浇道连接浇口杯。组合后的叶片模组如图1-图3示意所示。
隔热挡板的设置可以降低叶片缘板部位的凝固速度，有利于定向顺序凝固，结合补缩块进行补缩，解决了缘板疏松问题。隔热挡板厚度为3cm，高度比叶片下缘板高2～3cm，长度与叶片下缘板相当，具体地，本例中高度为35cm，长度为24cm。
(2)壳型制备
利用叶片模组制备壳型，制备的壳型为多层结构，制备时对下缘板以下部分和叶身以上部分的壳型厚度进行差异化控制，使叶片下缘板以下部分的壳型层数大于叶身以上部分的壳型层数，通过提高下缘板以下部分厚度，可保证壳型强度，有利于降低缘板部位的凝固速度，同时保证叶片不漏钢。减少叶身以上部分壳型的厚度有利于壳型散热，减少叶片之间的干扰，保证定向凝固的温度梯度，从而提高叶片晶粒度的合格率。
制备壳型时的壳型浆料由硅溶胶和白钢玉粉组成，所述硅溶胶中二氧化硅含量为25～35％(重量百分比),白钢玉粉和硅溶胶的重量比为(2～3):1，撒砂材料为白钢玉粉。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。下缘板以下部分的壳型厚度为8层，叶身以上部分的壳型厚度为7层。壳型经干燥硬化后，进行脱蜡，然后在950℃～980℃进行焙烧，本例中在980℃进行焙烧，得到五联体叶片壳型。
(3)定向凝固
定向凝固炉熔化及精炼真空压强＜4Pa；上加热器温度为1500℃；下加热器温度为1520℃；壳型在1520℃保温10min；将高温合金于1540℃精炼后，从浇口杯浇入五联体叶片壳型中，以5mm/mins速率进行抽拉，冷却后进行清壳、切割、吹砂、腐蚀和抛光，得到五联体叶片铸件。
实施例2
本实施例的五联体叶片精密铸造方法按照和实施例1相同的方式进行。
实施例2和实施例1的不同之处在于：步骤(1)中，引晶段高度为7cm，另外，隔热挡板的高度为25cm；步骤(2)中，焙烧温度为960℃；步骤(3)中，高温合金于精炼温度为1550℃，抽拉速率为6mm/mins。
实施例3
本实施例的五联体叶片精密铸造方法按照和实施例1相同的方式进行。
实施例3和实施例1的不同之处在于：步骤(1)中，引晶段高度为8cm，另外，隔热挡板的高度为30cm；步骤(2)中，焙烧温度为970℃；步骤(3)中，高温合金于精炼温度为1560℃，抽拉速率为7mm/mins。
本发明通过使引晶段与叶身厚度和角度相同，即，使引晶段沿叶身随形延伸，且高度可以调节，可以保证引晶效果，更好的控制晶粒度，同时减少手工焊接操作的误差并有效的节省时间。通过增加隔热挡板，可以降低叶片缘板部位的凝固速度，有利于定向顺序凝固，结合补缩块进行补缩，解决了缘板疏松问题。通过对五联体叶片下缘板和叶身壳型采用差异化控制，下缘板以下部分厚度提高，可保证壳型强度，有利于降低缘板部位的凝固速度，同时保证叶片不漏钢。同时减少叶身以上部分壳型的厚度，有利于壳型散热，减少叶片之间的干扰，保证定向凝固的温度梯度，从而提高叶片晶粒度的合格率。
通过上述措施，可以有效解决五联体定向柱晶叶片的晶粒度和缘板疏松问题，叶片合格率从0提高到50％。

Claims (5)

1.一种五联体定向柱晶叶片精密铸造方法，包括以下步骤：
(1)叶片模组制备
压制五联体叶片蜡模，压制引晶段和浇注系统并组合成叶片模组，其中所述引晶段与叶身相同厚度和角度，另外在浇注系统的中柱管和叶片蜡模之间设置隔热挡板，所述引晶段的高度可调，所述引晶段的高度为6～12cm，其中所述隔热挡板高度比叶片下缘板高2～3cm，长度与叶片下缘板相当；
(2)壳型制备
利用叶片模组制备多层结构的壳型，其中对叶片下缘板以下部分的壳型和叶身以上部分的壳型的厚度进行差异化控制，使叶片下缘板以下部分的壳型层数大于叶身以上部分的壳型层数，其中制备壳型时的壳型浆料由硅溶胶和白钢玉粉组成，所述硅溶胶中二氧化硅的重量百分含量为25～35%,白钢玉粉和硅溶胶的重量比为2～3:1，撒砂材料为白钢玉粉；
(3)定向凝固
经过熔化浇注、脱壳、切割完成五联体定向柱晶叶片铸件。
2.按照权利要求1所述的方法，还包括对完成压制后的叶片蜡模进行矫形。
3.按照权利要求1所述的方法，其中所述隔热挡板厚度为3cm。
4.按照权利要求1所述的方法，其中所述叶片下缘板以下部分的壳型为8层，叶身以上部分的壳型为7层。
5.按照权利要求1所述的方法，其中定向凝固时定向凝固炉熔化及精炼真空压强＜4Pa；上加热器温度为1480℃～1520℃；下加热器温度为1500℃～1520℃；壳型在1510℃～1530℃保温预定时间；高温合金在1530℃～1570℃精炼后从浇注系统的浇口杯浇入壳型中，抽拉速率为4～7mm/mins。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111940679B (zh) * 2020-09-17 2021-10-22 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种双联定向空心叶片浇注系统的设计方法
CN114799047A (zh) * 2022-05-16 2022-07-29 西北工业大学 一种多层模组叠加蜡模结构及其高效制备单晶叶片的方法
CN116906126B (zh) * 2023-09-14 2023-12-08 中国航发北京航空材料研究院 陶瓷基复合材料与单晶高温合金的多联体导叶及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10033688A1 (de) * 2000-07-11 2002-01-24 Alstom Power Nv Verfahren zur Herstellung von gerichtet erstarrten Gussteilen
CN102019354A (zh) * 2010-12-27 2011-04-20 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 带冠超薄细长叶片的定向凝固方法
CN105290380A (zh) * 2015-11-12 2016-02-03 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种定向凝固叶片浇注系统用内置挡板的设计方法
CN105290337A (zh) * 2015-11-16 2016-02-03 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种多联体叶片精密铸造方法
CN107745093A (zh) * 2017-12-06 2018-03-02 安徽应流航源动力科技有限公司 一种精铸模组及利用其制备可精控晶体取向的镍基单晶导叶的铸造方法
CN110076292A (zh) * 2019-05-27 2019-08-02 中国航发北京航空材料研究院 一种双联整铸定向凝固涡轮导向叶片的熔模铸造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10033688A1 (de) * 2000-07-11 2002-01-24 Alstom Power Nv Verfahren zur Herstellung von gerichtet erstarrten Gussteilen
CN102019354A (zh) * 2010-12-27 2011-04-20 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 带冠超薄细长叶片的定向凝固方法
CN105290380A (zh) * 2015-11-12 2016-02-03 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种定向凝固叶片浇注系统用内置挡板的设计方法
CN105290337A (zh) * 2015-11-16 2016-02-03 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种多联体叶片精密铸造方法
CN107745093A (zh) * 2017-12-06 2018-03-02 安徽应流航源动力科技有限公司 一种精铸模组及利用其制备可精控晶体取向的镍基单晶导叶的铸造方法
CN110076292A (zh) * 2019-05-27 2019-08-02 中国航发北京航空材料研究院 一种双联整铸定向凝固涡轮导向叶片的熔模铸造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
双联整铸定向空心涡轮导向叶片铸造工艺研究;王祯等;《特种铸造及有色合金》;20190620;第640-643页 *

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