CN112296261A - 一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺，主要包括以下步骤：（1）零件模具设计制造：（2）蜡模模组制备；（3）型壳浆料的制备；（4）零件型壳的制备；（5）型壳的脱蜡；（6）型壳的预焙烧；（7）型壳的包裹；（8）零件的浇注：本发明的零件采用高效的内浇口搭配适当的模壳包裹方案，成功地解决了传统铸造工艺铸件薄壁上的缩松问题，同时提高了工艺出品率，后续无需对零件再进行热等静压处理，降低了生产成本。

Description

一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺
技术领域
本发明属于航空精密铸造技术领域，具体涉及一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺。
背景技术
随着航空发动机技术的快速发展，高温合金铸件的结构、性能的要求越来越高，制造难度不断加大。传统的重力铸造方法在浇注大面积薄壁铸件时，经常出现浇不足、疏松和冷隔缺陷。
目前行业内高温合金铸件的生产主要采用真空熔炼、浇铸，但对于薄壁铸件仍易在浇注时产生缩松缺陷，使零件无法通过射线检验要求。
高温合金大型铸件由于铸造环节影响因素多，铸造后组织内部可能存在诸多疏松、缩孔，必须通过热等静压、热处理等技术保证铸件质量。热等静压是利用高温和高压，靠金属蠕变和塑性变形让铸件内部疏松、热裂等缺陷愈合；结构致密化，组织均匀化，改善合金的微观组织。
对于普通缩松零件理论上可通过热等静压的方法消除缩松，但对于薄壁铸件来说这种方法不理想。
目前在实验室条件下有采用反重力浇注高温合金的相关文献记录，但浇注高温合金要求调压铸造装置具备真空环境，型壳及升液管都是外置烘箱中焙烧预热后送入调压装置中，会破除真空环境，产生更多的缺陷。
发明内容
本实用型的目的通过分析缩松位置、缩松类型及严重程度，运用各种技术方法消除零件的缩松缺陷，以满足该种薄壁壳体高质量航空高温合金铸件的要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）零件模具设计制造：
零件蜡模模具采用侧注式设计来保证蜡模整体充型，模具整体为箱体结构，设计得到模具；
（2）蜡模模组制备：零件表面涂覆铝酸钴；
（3）型壳浆料的制备：面层浆料以w1:w2:w3的重量比例将快干硅溶胶、锆英粉、铝酸钴粉混合，搅拌混合均匀；
背层浆料以W1:W2的比例将硅溶胶、莫来粉混合，并搅拌混合均匀；
（4）零件型壳的制备：
将步骤（2）制成的模组先后浸入步骤（3）所述背层浆料和面层浆料中，旋转5s后取出，获得均匀涂层，使用不同粒径的型砂均匀淋在蜡模上，面层制作两层，背层制作六层，获得零件型壳；
（5）型壳的脱蜡：
将型壳放入脱蜡釜，在温度T1和压力P1下将蜡模脱去；
（6）型壳的预焙烧：将型壳放入焙烧炉中焙烧，将残余蜡和型壳水分除掉，从而增加模壳高温强度；
（7）型壳的包裹：对对型壳的薄壁区域大面积包裹保温棉以增强金属液对薄壁区域的补缩能力，等待浇注；
（8）零件的浇注：将零件型壳预热至预热温度，保温后对合金进行精炼，精炼后将合金在温度T2下真空浇注得到带浇道零件，最后切割打磨，得到所需形状的工件。
进一步地，步骤（3）中其中，所述面层浆料的粘度为46s-1，pH值为9.5；背层浆料的粘度为18s-1，pH值为9.5。
进一步地，步骤（3）中，w1:w2:w3为2:10:1；W1:W2为1:1.5
进一步地，其中步骤（4）中面层型砂的粒径为120目，过渡层型砂的粒径为60~80目；第3层型砂的粒径为30~60目，其余5层型砂的粒径全部为16~30目砂。
进一步地，步骤（5）中，温度T1为175±1℃，压力P1为0.85±0.05Mpa。
进一步地，步骤（6）中焙烧炉的温度为1000±20℃，焙烧时间为1±0.1 h。
进一步地，步骤（8）的预热温度为1150±10℃，保温之间为5h±0.1h，其中温度T2为：1550±10℃。
有益效果：
由于高温合金壳体类铸件大面积的薄壁特点，本发明的零件采用高效的内浇口打配适当的模壳包裹方案，成功地解决了传统铸造工艺铸件薄壁上的缩松问题，同时提高了工艺出品率，后续无需对零件再进行热等静压处理，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例制备的壳体零件的俯视结构示意图。
图2是本发明实施例制备的壳体零件的左视结构示意图。
图3是本发明实施例零件模具的主视结构示意图。
图4是本发明实施例零件模具的俯视结构示意图。
图5是本发明实施例零件模具的左视结构示意图。
图6是本发明实施例零件模具的结构组成图。
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，下面将结合附图对本发明公共的实施方式作进一步详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1-6所示：
该发明适用于熔模铸造，需要采用三室真空炉对高温合金材料进行真空熔炼、浇注，合理选取内浇口的位置及大小以对零件进行充分补缩，使用石棉等保温材料对浇道包裹，实现顺序凝固。
这种工艺是通过开设适当高效的浇铸系统，对模壳包裹耐火棉以使其达到顺序凝固的效果来生产大面积薄壁的高温合金航空铸件。
一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺，主要包括以下步骤：
（1）零件模具设计制造：
零件蜡模模具采用侧注式设计来保证蜡模整体充型，模具整体为箱体结构，由5大结构构成：1.上模模腔；2.下模模腔；3.左侧抽芯；4.右侧抽块；5.抽块导轨五大部分组成，见附图的图6，压制出的蜡模6，其中模具材料为锻铝6061，制备得到图3~5所示模具；
（2）蜡模模组制备：将步骤（1）制成的模具充入填充蜡压制成型零件蜡模，蜡模高度控制在190.88±0.52mm，底边长度253.52±0.76mm，宽度230.02±0.76mm，零件表面涂覆铝酸钴，以减少表面缩松；
（3）型壳浆料的制备：面层浆料以w1:w2:w3的重量比例将快干硅溶胶、锆英粉、铝酸钴粉混合，搅拌混合均匀；
背层浆料以W1:W2的比例将硅溶胶、莫来粉混合，并搅拌混合均匀；
w1:w2:w3为2:10:1；W1:W2为1:1.5；
所述面层浆料的粘度为46s-1，pH值为9.5；背层浆料的粘度为18s-1，pH值为9.5。
（4）零件型壳的制备：
将步骤（2）制成的模组先后浸入步骤（3）所述背层浆料和面层浆料中，旋转5s后取出，获得均匀涂层，使用不同粒径的型砂均匀淋在蜡模上，面层制作两层，背层制作六层，获得零件型壳；其中面层型砂的粒径为120目，过渡层（第二层）型砂的粒径为60~80目；第3层型砂的粒径为30~60目，其余5层型砂的粒径全部为16~30目砂。
（5）型壳的脱蜡：
将型壳放入脱蜡釜，在温度T1：175±1℃和压力P1：0.85±0.05Mpa。下将蜡模脱去；
（6）型壳的预焙烧：将型壳放入焙烧炉中焙烧，将残余蜡和型壳水分除掉，从而增加模壳高温强度；焙烧炉的温度为1000±20℃，焙烧时间为1±0.1 h。
（7）型壳的包裹：对型壳的薄壁区域大面积包裹保温棉（将零件的四个角空出），以增强金属液对薄壁区域的补缩能力；根据此步骤包裹耐火棉，等待浇注。
（8）零件的浇注：将零件型壳预热至预热温度，保温后对合金进行精炼，精炼后将合金在温度T2下真空浇注得到带浇道零件，最后切割打磨，得到所需形状的工件。预热温度为1150±10℃，保温之间为5h±0.1h，其中温度T2为：1550±10℃。得到如附图1所示壳体，零件整体壁厚仅为2.1mm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺，其特征在于，主要包括以下步骤：
（1）零件模具设计制造：
零件蜡模模具采用侧注式设计来保证蜡模整体充型，模具整体为箱体结构，设计得到模具；
（2）蜡模模组制备：零件表面涂覆铝酸钴；
（3）型壳浆料的制备：面层浆料以w1:w2:w3的重量比例将快干硅溶胶、锆英粉、铝酸钴粉混合，搅拌混合均匀；
背层浆料以W1:W2的比例将硅溶胶、莫来粉混合，并搅拌混合均匀；
（4）零件型壳的制备：
将步骤（2）制成的模组先后浸入步骤（3）所述背层浆料和面层浆料中，旋转5s后取出，获得均匀涂层，使用不同粒径的型砂均匀淋在蜡模上，面层制作两层，背层制作六层，获得零件型壳；
（5）型壳的脱蜡：
将型壳放入脱蜡釜，在温度T1和压力P1下将蜡模脱去；
（6）型壳的预焙烧：将型壳放入焙烧炉中焙烧，将残余蜡和型壳水分除掉，从而增加模壳高温强度；
（7）型壳的包裹：对型壳的薄壁区域大面积包裹保温棉以增强金属液对薄壁区域的补缩能力，等待浇注；
（8）零件的浇注：将零件型壳预热至预热温度，保温后对合金进行精炼，精炼后将合金在温度T2下真空浇注得到带浇道零件，最后切割打磨，得到所需形状的工件。
2.根据权利要求1所述的一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺，其特征在于，步骤（3）中其中，所述面层浆料的粘度为46s-1，pH值为9.5；背层浆料的粘度为18s-1，pH值为9.5。
3.根据权利要求1所述的一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺，其特征在于，步骤（3）中，w1:w2:w3为2:10:1；W1:W2为1:1.5。
4.根据权利要求1所述的一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺，其特征在于，其中步骤（4）中面层型砂的粒径为120目，过渡层型砂的粒径为60~80目；第3层型砂的粒径为30~60目，其余5层型砂的粒径全部为16~30目砂。
5.根据权利要求1所述的一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺，其特征在于，步骤（5）中，温度T1为175±1℃，压力P1为0.85±0.05Mpa。
6.根据权利要求1所述的一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺，其特征在于，步骤（6）中焙烧炉的温度为1000±20℃，焙烧时间为1±0.1 h。
7.根据权利要求1所述的一种大型薄壁高温合金壳体铸件的精密铸造工艺，其特征在于，步骤（8）的预热温度为1150±10℃，保温之间为5h±0.1h，其中温度T2为：1550±10℃。
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