CN111992695B - 一种用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高温合金熔模精密铸造技术领域，具体为一种用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法。该方法首先将带壳的单晶高温合金叶片摆放在料架上，接着把料架置于盛装碱液的釜体内，最后关闭釜体后加热加压。釜体加压压力为：0.2～1.5MPa，脱壳时间为：3～48h，釜体的加热温度在低温和高温之间循环，低温温度范围：100～140℃，保温时间1～30min，高温温度范围200～370℃，高温保温时间5～60min。冷却降温后，取出叶片进行清洗即完成脱壳。本发明全过程不会引入应力，可以避免由于清壳的外力作用所致的再结晶，使叶片的合格率大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金熔模精密铸造技术领域，具体为一种用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法。
背景技术
随着航空发动机及燃气轮机技术的不断发展，对叶片的性能要求逐渐提高，单晶高温合金叶片成为发动机热端部件的首选。单晶高温合金叶片采用熔模铸造进行制造，为了充分发挥合金的性能，制造过程中需要进行热处理。但单晶高温合金叶片热处理前如采用吹砂等清壳方式将引入应力或变形，在后续热处理的过程中易导致发生再结晶报废，而且这些再结晶缺陷分布的位置随机分散，且尺寸大小各异，容易造成漏检而引发发动机安全事故。因此，单晶高温合金叶片需要尽量避免引入变形。
单晶高温合金叶片铸造的型壳主要采用以氧化铝为基体硅溶胶为粘结剂制备而成的氧化铝基型壳。除了机械的方法清除型壳，也可以采用化学的方法清除型壳。经专利文件检索，已有化学方法去除单晶叶片型壳的报道。中国发明专利：一种单晶叶片陶瓷型壳去除方法(公开号CN104325120A)公开了一种采用氢氧化钾水溶液加热至400～600℃的条件下加压去除陶瓷型壳的方法，该方法可在6～24h完成型壳去除，但由于加热的温度较高，叶片基体易与碱液发生反应，导致叶片尺寸难以控制。中国发明专利：一种航空发动机联体叶片熔模铸造后的脱壳方法(公开号CN104399889A)公开了一种采用水力清壳加上氢氟酸溶液浸泡的方法去除型壳，由于氢氟酸的特殊腐蚀性，不适合于大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法，主要采用化学的方法去除单晶高温合金叶片的陶瓷型壳，避免由于机械去除等外力所引入的变形，进而达到避免单晶高温合金叶片在后续热处理过程中的再结晶缺陷。
本发明的技术方案是：
一种用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法，首先将带壳的单晶高温合金叶片摆放在料架上，接着把料架置于盛装碱液的釜体内，最后关闭釜体后加热加压处理，冷却降温后取出叶片进行清洗即完成脱壳。
所述的用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法，加热加压处理为：先将釜体内碱液加热至低温温度范围：100～140℃，在釜体内通入高压气体，至釜体内气体压力为：0.2～1.5MPa，再将釜体内碱液的加热温度在低温和高温之间循环，直至脱壳完成后，冷却降至室温。
所述的用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法，釜体的加热温度在低温和高温之间循环时，低温温度范围：100～140℃，低温保温时间1～30min，高温温度范围200～370℃，高温保温时间1～60min。
所述的用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法，高压气体为压缩空气。
所述的用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法，脱壳时间为：3～48h。
所述的用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法，所用碱液为氢氧化钠水溶液，氢氧化钠的重量浓度为30～65％。
本发明的设计思想是：氧化铝基型壳主要由氧化铝颗粒和氧化硅颗粒混合而成，采用氢氧化钠强碱可直接与氧化硅发生反应，使氧化硅发生分解，氧化铝颗粒缺少了氧化硅颗粒周围将形成较大的孔洞，再利用温度的升降使氢氧化钠水溶液沸腾流动带动氧化铝颗粒的脱落，进而达到脱除氧化铝基型壳的目的。其中，低温温度范围在100～140℃保温的作用机理是：使氧化硅与氢氧化钠水溶液发生反应，高温温度范围200～370℃保温的作用机理是：通过温度的增加带动压力的变化和碱液的流动，一方面可去除低温下的反应产物，另一方面可促进氧化硅与氢氧化钠水溶液进一步发生反应。另外，通过高压气体对釜体加压的作用机理是：增加碱液接触型芯内部的推动力。由于整个过程中零件均不受外力的作用，可实现完全避免由型壳去除应力所引发的单晶高温合金叶片再结晶缺陷，进而大幅度提高单晶高温合金叶片的铸造合格率。
本发明具有如下优点及有益效果：
1、本发明适用于单晶高温合金叶片，也适用于需要进行高温热处理的定向凝固工艺制备的高温合金铸件。
2、本发明易操作控制，适用于批量生产。
3、本发明处理的单晶高温合金叶片，可完全避免型壳去除引发的再结晶缺陷。
4、本发明处理的单晶高温合金叶片铸件表面粗糙度与其它方法处理的叶片铸件相当。
附图说明
图1为实施例1中单晶高温合金叶片的组织形貌图。
图2为实施例2中单晶高温合金叶片的组织形貌图。
图3为实施例3中单晶高温合金叶片的组织形貌图。
具体实施方式
下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法如下：
按重量称取氢氧化钠200kg、水400kg，依次放至釜体内配成碱液。首先将60件DD499单晶高温合金定向凝固单晶叶片从模组上切割下来，带壳摆放在料架上。接着把料架置于盛装碱液的釜体内，最后关闭釜体后加热加压。先将釜体内碱液加热至低温130℃后，在釜体内通入高压气体(如：压缩空气)，至釜体内气体压力为：0.2MPa，然后将釜体内碱液的加热温度在低温和高温之间循环，低温温度：130℃，保温时间3min，高温温度300℃，高温保温时间3min。直至脱壳6h后冷却降至室温取出叶片进行清洗，无目视可见的陶瓷型壳。如图1所示，脱壳后的叶片再按该合金的热处理制度进行热处理后，采用盐酸双氧水腐蚀剂对所有叶片进行宏观腐蚀，均未观察到再结晶缺陷。
本实施例中，对陶瓷型壳去除后的叶片进行表面粗糙度检测，粗糙度为1.8，对同批DD499单晶高温合金定向凝固柱晶叶片直接采用敲击的方法去除型壳，其表面粗糙度为2.0，该方法对铸件的表面粗糙度没有影响，适用于单晶高温合金叶片的批量生产。
实施例2
本实施例中，用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法如下：
按重量称取氢氧化钠300kg、水400kg，依次放至釜体内配成碱液。首先将20件DD5单晶高温合金定向凝固柱晶叶片从模组上切割下来，带壳摆放在料架上。接着把料架置于盛装碱液的釜体内，最后关闭釜体后加热加压。先将釜体内碱液加热至低温100℃后，在釜体内通入高压气体(如：压缩空气)，至釜体内气体压力为：1.5MPa，然后将釜体内碱液的加热温度在低温和高温之间循环，低温温度：100℃，保温时间1min，高温温度240℃，高温保温时间5min。直至脱壳6h后冷却降至室温取出叶片进行清洗，无目视可见的陶瓷型壳。如图2所示，脱壳后的叶片再按该合金的热处理制度进行热处理后，采用盐酸双氧水腐蚀剂对所有叶片进行宏观腐蚀，均未观察到再结晶缺陷。
本实施例中，对陶瓷型壳去除后的叶片进行表面粗糙度检测，粗糙度为1.8，对同批DD5单晶高温合金定向凝固柱晶叶片直接采用敲击的方法去除型壳，其表面粗糙度为1.8，该方法对铸件的表面粗糙度没有影响，适用于单晶高温合金叶片的批量生产。
实施例3
本实施例中，用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法如下：
按重量称取氢氧化钠400kg、水400kg，依次放至釜体内配成碱液。首先将80件DZ417G单晶高温合金定向凝固柱晶叶片从模组上切割下来，带壳摆放在料架上。接着把料架置于盛装碱液的釜体内，最后关闭釜体后加热加压。先将釜体内碱液加热至低温110℃后，在釜体内通入高压气体(如：压缩空气)，至釜体内气体压力为：0.9MPa，然后将釜体内碱液的加热温度在低温和高温之间循环，低温温度：110℃，保温时间1min，高温温度280℃，高温保温时间5min。直至脱壳6h后冷却降至室温取出叶片进行清洗，无目视可见的陶瓷型壳。如图3所示，脱壳后的叶片再按该合金的热处理制度进行热处理后，采用盐酸双氧水腐蚀剂对所有叶片进行宏观腐蚀，均未观察到再结晶缺陷。
本实施例中，对陶瓷型壳去除后的叶片进行表面粗糙度检测，粗糙度为3.0，对同批DZ417G单晶高温合金定向凝固柱晶叶片直接采用敲击的方法去除型壳，其表面粗糙度为3.0，该方法对铸件的表面粗糙度没有影响，适用于单晶高温合金叶片的批量生产。
实施例结果表明，本发明的脱壳方法主要用于单晶高温合金叶片的型壳脱除，也可以用于定向柱晶叶片的型壳脱除，适用于批量生产。由于采用了化学的脱壳方法，避免了应力的引入，可以解决由于机械脱壳所致在后续热处理中产生的叶片再结晶问题，能够明显提高叶片的合格率。
Claims (4)
1.一种用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法，其特征在于，首先将带壳的单晶高温合金叶片摆放在料架上，接着把料架置于盛装碱液的釜体内，最后关闭釜体后加热加压处理，冷却降温后取出叶片进行清洗即完成脱壳；
加热加压处理为：先将釜体内碱液加热至低温温度范围：100～140℃，在釜体内通入高压气体，至釜体内气体压力为：0.2～1.5MPa，再将釜体内碱液的加热温度在低温和高温之间循环，直至脱壳完成后，冷却降至室温；
釜体的加热温度在低温和高温之间循环时，低温温度范围：100～140℃，低温保温时间1～30min，高温温度范围200～370℃，高温保温时间1～60min。
2.按照权利要求1所述的用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法，其特征在于，高压气体为压缩空气。
3.按照权利要求1所述的用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法，其特征在于，脱壳时间为：3～48h。
4.按照权利要求1所述的用于单晶高温合金叶片陶瓷型壳的去除方法，其特征在于，所用碱液为氢氧化钠水溶液，氢氧化钠的重量浓度为30～65％。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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