CN111673050A - 一种熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯填充方法 - Google Patents

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董加胜
王尧
刘心刚
徐正国
楼琅洪
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
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    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening

Abstract

本发明公开了一种熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯填充方法，属于熔模精密铸造技术领域。该方法为：用封堵料Ⅰ将空心陶瓷型芯的内腔的一端封堵；取24#刚玉砂从空心陶瓷型芯内腔的另一端灌入，将满后，采用封堵料Ⅱ将空心陶瓷型芯内腔的另一端封堵；将一根木棒插入空心陶瓷型芯内腔；待空心陶瓷型芯两端的封堵料完全凝固且干燥后，将木棒露出部分去掉，两端外露面打磨光滑，无残余颗粒；最后对陶瓷型芯外表面进行清理，不能留有料浆细砂残余。本发明填充后的陶瓷型芯在熔模精密铸造试验中，外型始终保持完整，导热性好，降低局部热节，铸件疏松倾向显著降低，工艺稳定性极佳。

Description

一种熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯填充方法
技术领域
本发明涉及熔模精密铸造技术领域，具体涉及一种熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯填充方法，该方法适用于燃气轮机用大尺寸空心热端部件熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯的填充。
背景技术
随着工业水平的不断推进，社会对先进的燃气轮机需求不断上升。更加先进的燃气轮机意味着需要进一步提升燃气轮机燃烧室出口温度，这便对燃气轮机热端部件的承温能力提出了更高的要求。通常，采用提高合金材料自身承温能力、增加热端部件内部冷却结构设计，以及添加热端部件表面防护涂层三个有效手段来改善热端部件的综合承温能力。然而，伴随着热端部件尺寸的不断增大，其内部冷却结构型腔尺寸也不断增大，其工程制备难度也呈几何倍数的增加。
目前，工程上往往主要采用陶瓷型芯来保证热端部件内部冷却结构型腔在熔模精密铸造过程中的成形。但当热端部件内部冷却结构型腔尺寸(特别是截面面积)很大时，直接采用厚大实心陶瓷型芯在精密铸造过程中极易引入热节，从而在热端部件铸件毛坯中引入巨大的冶金缺陷风险。这样，空心大尺寸等壁厚陶瓷型芯逐渐成为了燃气轮机(超)大尺寸热端部件内部冷却结构型腔成形的主流选择。
空心陶瓷型芯压蜡前首先需要进行填充处理，所选填充材料一方面需要能够提高空心陶瓷型芯室温强度，以保障陶瓷型芯在压蜡过程中的完整性；一方面，要求填充材料外露面的致密度与高温强度(1550℃及以下)，以避免在精密铸造过程中填充物脱落进而使铸件引入夹杂缺陷；另一方面，要求填充物材料需要具有较高的导热能力与较低的膨胀系数，使铸件规避局部热节风险的同时保证高温浇注过程中陶瓷型芯的完整性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯填充方法，该填充方法能够满足燃气轮机用大尺寸空心热端部件精密铸造中空心陶瓷型芯的填充需求，填充好的陶瓷型芯在60～88℃压蜡条件下外型保持完整；在1550℃浇注条件下填充材料外露面无脱落情况出现；填充材料优异的导热能力降低了铸件热节的产生风险，从而使铸件疏松倾向明显降低；同时，填充材料较低的膨胀系数避免了在高温浇注过程中其在空心型芯中的过度膨胀导致的型芯破损。本发明方法结构设计合理，操作简单，工艺稳定性高，实用性强，十分适合于工业推广。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯填充方法，包括以下步骤：
(1)将待填充的空心陶瓷型芯表面处理清洁；
(2)用封堵料Ⅰ将空心陶瓷型芯的内腔的一端封堵；
(3)取24#刚玉砂从空心陶瓷型芯内腔的另一端灌入，将满后，采用封堵料Ⅱ将空心陶瓷型芯内腔的另一端封堵；
(4)将一根木棒插入空心陶瓷型芯内腔；
(5)待空心陶瓷型芯两端的封堵料完全凝固且干燥后，将木棒露出部分去掉，两端外露面打磨光滑，无残余颗粒；
(6)对陶瓷型芯外表面进行清理，不能留有料浆细砂残余。
步骤(2)和步骤(3)中，所述封堵料Ⅰ和封堵料Ⅱ均是由60#刚玉砂与硅溶胶均匀混合而成，其中60#刚玉砂与硅溶胶的比例为100g：(20-45)ml。
步骤(2)和步骤(3)中，封堵层的厚度为6-15mm。
步骤(4)中，所述木棒的直径为1mm。
本发明提供的空心陶瓷型芯填充方法原理为：
刚玉砂自身具有导热性好、膨胀系数低的特点。利用60#刚玉细砂与硅溶胶混合物封堵空心陶瓷型芯两端，能够保证填充材料外露面光滑、不掉砂；选用24#刚玉粗砂填充型芯内腔，砂粒尺寸适中，能够兼顾腔内填充料的导热性与高温膨胀；最后，插入的1mm木棒在后期型壳保温的过程中将烧尽，留下排气口以达到防止型壳保温过程中空气(或腔内湿度较大)膨胀导致的型芯损坏的目的。
本发明填充后的陶瓷型芯在熔模精密铸造试验中，外型始终保持完整，导热性好，降低局部热节，铸件疏松倾向显著降低，工艺稳定性极佳。
本发明的优点和有益效果为：
本发明提供了一种燃气轮机用大尺寸空心热端部件熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯填充处理方法。利用刚玉砂导热性好、膨胀系数低的特点，对大尺寸空心陶瓷型芯进行填充，提高了空心陶瓷型芯的支撑强度，优良的导热性减少了熔模精密铸造过程中的铸件的局部热节，从而降低了铸件疏松缺陷倾向。
附图说明
图1为大尺寸空心等壁厚陶瓷型芯实物图；其中(a)和(b)为不同视角。
图2为本发明大尺寸空心等壁厚陶瓷型芯填充过程示意图。
图3为本发明大尺寸空心等壁厚陶瓷型芯填充后实物图；其中(a)和(b)为不同视角。
图4为采用实心陶瓷型芯和实施例1填充后的陶瓷型芯进行熔模精密铸造后所得铸件检测结果；其中：(a)实心陶瓷型芯；(b)实施例1。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例1：
本实施例是对熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯进行内腔填充，该空心陶瓷型芯如图1所示。填充过程如图2，具体包括如下步骤：
步骤S1：将空心陶瓷型芯表面清理干净，垂直放置于一固定平面上备用；
步骤S2：按照100g 60#刚玉砂与35ml硅溶胶的比例进行混合，充分搅拌后，填充至型芯内腔一端，进行封堵，封堵层厚度约10mm，静置10min；
步骤S3：将干燥的24#刚玉砂灌入型芯内腔，在灌入过程中不断用木棍适度夯实，直至填充距离型芯另一端开口10mm处。用搅拌好的60#刚玉砂与硅溶胶混合物(混合比例与步骤S2相同)对型芯另一端开口进行封堵，封堵层厚度约为10mm。然后将直径为1mm的木棒从上端封堵层中间位置插入，深度约靠近下端封堵层即可，静置12h；
步骤S4：待型芯两端封堵层完全凝固且干燥后，将木棒裸露部分去除，先后使用400#和1000#砂纸对两端封堵层外表面进行打磨，确保型芯两端封堵层无外露残余刚玉砂颗粒；
步骤S5：对陶瓷型芯外表面进行清理，不能留有刚玉砂与硅溶胶混合物及细小刚玉砂。至此，空心陶瓷型芯填充完毕(图3)，备用。
采用本实施例填充后的陶瓷型芯以及采用实心陶瓷型芯作为对比，在同样的铸造工艺下进行熔模精密铸造，所得铸件进行检测，结果如图4。可以看出，使用实心陶瓷型芯，铸件变截面处产生明显热节最终造成严重疏松缺陷；则使用本发明方法填充的空心陶瓷型芯，变截面处热节降低，铸件疏松消除。

Claims (4)

1.一种熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯填充方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)将待填充的空心陶瓷型芯表面处理清洁；
(2)用封堵料Ⅰ将空心陶瓷型芯的内腔的一端封堵；
(3)取24#刚玉砂从空心陶瓷型芯内腔的另一端灌入，将满后，采用封堵料Ⅱ将空心陶瓷型芯内腔的另一端封堵；
(4)将一根木棒插入空心陶瓷型芯内腔；
(5)待空心陶瓷型芯两端的封堵料完全凝固且干燥后，将木棒露出部分去掉，两端外露面打磨光滑，无残余颗粒；
(6)对陶瓷型芯外表面进行清理，不能留有料浆细砂残余。
2.根据权利要求1所述的熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯填充方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(3)中，所述封堵料Ⅰ和封堵料Ⅱ均是由60#刚玉砂与硅溶胶均匀混合而成，其中60#刚玉砂与硅溶胶的比例为100g：(20-45)ml。
3.根据权利要求1所述的熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯填充方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(3)中，封堵层的厚度为6-15mm。
4.根据权利要求1所述的熔模精密铸造使用的空心陶瓷型芯填充方法，其特征在于：步骤(4)中，所述木棒的直径为1mm。
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