CN112317689A - 一种降低高温合金铸件显微缩松的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高温合金铸件熔模铸造领域，具体为一种降低高温合金铸件显微缩松的方法。该方法包括如下步骤：(1)制备蜡模；(2)采用胶带等将易形成缺陷的转角处保护上；(3)将蜡模放到刚玉的悬浊液中浸涂；(4)冷却干燥后将易形成缺陷的胶带去除；(5)将含细化剂的悬浊液涂覆在没有刚玉的部分，在含细化剂的悬浊液尚未干燥时，撒上碳化钨粉末或碳化铬粉末；(6)干燥并涂覆背层最终烧壳。本发明利用涂覆细化的方法，增加金属材料凝固过程中形核率，加快转角处的凝固，使转角部分的树枝晶变得细小，降低缩松的形成，从而降低疏松缺陷的形成，该方法操作简单，可降低传统方法采用冷铁或石墨等外加的方法所导致的效率低下的问题。

Description

一种降低高温合金铸件显微缩松的方法
技术领域
本发明涉及高温合金铸件熔模铸造领域，具体为一种降低高温合金铸件显微缩松的方法。
背景技术
目前，高性能的高温合金(如：镍基合金、哈氏合金、钴基合金等)铸件大都采用熔模铸造的方法制备。凝固缺陷及控制凝固缺陷是金属在冷却凝固过程中极易出现的一类缺陷，它们以不同的类型和形态存在于固态金属中，对金属的性能产生不同程度的影响。疏松的形成与零件的结构及尺寸密切相关，疏松的形成会显著降低合金的力学性能，导致零件在未达到设计寿命的时候就发生断裂，通过对疏松的控制提升高温合金铸件的安全性能具有重要意义。
目前，传统方法是加冒口、埋冷铁砂、加冷铁或石墨块等方法来让易形成疏松的地方先凝固，但这些方法操作比较复杂，在熔模铸造过程中使加冷铁或石墨块的方法又难以实现批量化生产。故需要一种方便的方法进行转角处疏松的形成方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低高温合金铸件显微缩松的方法，该方法工艺简单，特别适合于大尺寸的铸件、可解决高温合金铸件转角处凝固缺陷报废率高、成本高等问题，显著降低制备成本与操作难度。
本发明的技术方案是：
一种降低高温合金铸件显微缩松的方法，具体步骤如下：
(1)制备金属铸件的蜡模；
(2)采用胶带将易形成缺陷的转角处保护上；
(3)将蜡模放到含刚玉的悬浊液中；
(4)冷却干燥后将易形成缺陷的胶带去除；
(5)将含细化剂的悬浊液涂覆在转角处没有刚玉的部分；
(6)干燥并涂覆背层最终烧壳。
一种降低高温合金铸件显微缩松的方法，具体步骤如下：
(1)制备金属铸件的蜡模；
(2)将蜡模放到含刚玉的悬浊液中；
(3)待蜡模上含刚玉的悬浊液快要干燥时，用锐器将转角处刮开，去掉转角处的刚玉层；
(4)将含细化剂的悬浊液涂覆在转角处没有刚玉的部分；
(5)干燥并涂覆背层最终烧壳。
所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，制备蜡模时，将易于形成缺陷的部分高出相邻部分，高出部分的高度为0.2～1mm，高出部分与相邻部分采用圆角连接，圆角R0.5～2mm。
所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，高出相邻部分的形状为圆柱形或椭圆柱形。
所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，采用胶带将金属铸件上高出相邻部分进行保护，胶带表面积大于被保护部分的5％～10％，并且达到高出部分与相邻部分采用圆角连接处。
所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，采用胶带是双面胶带、绝缘胶带、高温胶带或透明胶带。
所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，含刚玉的悬浊液，刚玉的重量为70～75％，余量为硅溶胶；刚玉的粒度为30μm～50μm。
所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，含细化剂的悬浊液中，细化剂的重量为50～65％，余量为硅溶胶；其中，细化剂是铝酸钴或硅酸锆，细化剂的粒度为800μm～1000μm。
所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，将含细化剂的悬浊液涂覆在转角处没有刚玉的部分后，在其尚未干燥时撒上碳化钨粉末或碳化铬粉末，碳化钨粉末或碳化铬粉末的粒度为30μm～100μm。
所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，高温合金为镍基合金、哈氏合金或钴基合金。
本发明的设计思想是：
现有大尺寸高温合金铸件制备过程中，采用加冒口、埋冷铁砂、加冷铁或石墨块等方法来让易形成疏松的地方先凝固，但这操作方法困难，并难以实现精确的控制。而脉冲或施加外场的方法主要是厚大部分的内部，对于转角处的效果不显著。本发明方法通过在型壳面层的需要控制疏松的部分，涂覆不同的刚玉及细化剂的复合面层，并通过碳化钨粉末或碳化铬粉末的添加调整细化剂浆料与刚玉浆料干燥过程中两者之间收缩率的差异，实现高质量的连接。增加凝固过程中带有细化剂的面层上的细化剂进入高温合金熔体中，提高形核率，降低枝晶间距，细化晶粒，从而降低疏松缺陷的形成，具有制备工艺简单，成本低廉等特点。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明利用涂覆细化的方法，增加金属材料凝固过程中形核率，加快转角处的凝固，使转角部分的树枝晶变得细小，降低缩松的形成，从而降低疏松缺陷的形成。本发明思想设计合理，具有操作工艺简单、成本低的优点。
2、本发明所用的带有细化剂与刚玉面层的复合面层结构操作简单，设计合理，可操作性强，可显著提高高温合金铸件的合格率，降低材料的浪费。
3、本发明制备蜡模时，将易于形成缺陷的部分高出相邻部分，高0.2～1mm，以明显的区别出所要制备的区域，方便操作者识别，高出部分与相邻部分采用圆角连接，圆角R0.5～2mm。高出相邻部分的形状为圆柱形或椭圆柱形，并且避免形成尖角，降低应力集中，防止后续干燥过程中蜡模开裂。
4、本发明采用胶带将金属铸件上高出相邻部分进行保护，其尺寸大于被保护部分的5％～10％，并且达到高出部分与相邻部分采用圆角连接处，采用圆角连接主要是为了防止刚玉面层与细化剂凝固时形成裂痕，导致最终型壳形成痂皮缺陷。
5、本发明含细化剂的悬浊液中铝酸钴或硅酸锆的重量为50～65％，涂覆到蜡模上后在其尚未干燥时撒上碳化钨粉末或碳化铬粉末，粒度为30μm～100μm，由于碳化钨粉末或碳化铬粉末的密度较大，很难在溶液中很容易下沉，采用撒干粉的方式进行涂覆，主要是降低含刚玉的涂覆层与含细化剂的面层的涂覆层在干燥过程中由于收缩系数不一致，而导致连接区域形成裂纹。
总之，本发明解决了大尺寸高温合金铸件真空铸造时，转角处疏松严重而导致高温合金铸件大量报废的问题，以及传统方法采用冷铁或石墨等外加的方法所导致的效率低下的问题。
附图说明
图1为交叉型金属铸件的转角结构示意图。
图2为平板型金属铸件的转角结构示意图。
图3为采用本发明方法的涂覆示意图。
图中，1交叉型金属铸件，2转角，3平板型金属铸件，4凸起，5转角，6碳化钨粉末或碳化铬粉末，7细化剂，8刚玉，9蜡模。
具体实施方式
如图1所示，交叉型金属铸件1的交叉处形成四个转角2。如图2所示，平板型金属铸件3与凸起4连接处形成转角5。
如图3所示，在具体实施过程中，本发明降低高温合金铸件显微缩松的方法步骤如下：
(1)按不同金属铸件制备蜡模9；
(2)根据需要采用胶带等将易形成缺陷的转角处保护上；
(3)将蜡模9放到刚玉8的悬浊液中浸涂；
(4)冷却干燥后将易形成缺陷的胶带去除；
(5)将含细化剂7的悬浊液涂覆在没有刚玉8的部分，在含细化剂7的悬浊液尚未干燥时，撒上碳化钨粉末或碳化铬粉末6；
(6)干燥并涂覆背层最终烧壳。
下面，通过实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1
本实施例中，采用镍基高温合金K444，合金成分如表1所示。
表1合金主要元素重量百分比
Cr Mo Al W Ti Co C Ni
15.8 2.0 3.0 5.5 4.5 11.0 0.05 余
如图2所示，平板型金属铸件3与凸起4连接处形成转角5。如图3所示，本实施例以舰船用高温合金结构件为例，制备蜡模时，将易于形成缺陷的部分设计高出相邻部分，高出部分的高度为0.2mm，高出部分(凸起4)与相邻部分(平板型金属铸件3)采用圆角连接，圆角R0.5mm，高出部分的形状为圆柱形。采用胶带将平板型金属铸件3上的高出部分凸起4进行保护，其表面积大于被保护部分的5％，并且达到高出部分与相邻部分采用圆角连接处，采用双面胶带进行保护。
配制含刚玉的悬浊液，其组成和含量如下：刚玉的重量为70％，余量为硅溶胶；刚玉的粒度为30μm。
配制含细化剂的悬浊液，其组成和含量如下：按重量百分比计，细化剂50％，余量为硅溶胶，其中，细化剂为铝酸钴，细化剂的粒度为800μm。
将蜡模9放入含刚玉8的悬浊液中浸涂30～45s取出，冷却干燥后去除胶带，并放入含细化剂7的悬浊液中，细化剂是铝酸钴。含细化剂7的悬浊液涂覆到蜡模9上后，在其尚未干燥时撒上碳化钨粉末，碳化钨粉末粒度为30μm，烧结成型壳并完成浇注。
实施例2
本实施例中，采用镍基高温合金K444，合金成分如表2所示。
表2合金主要元素重量百分比
Cr Mo Al W Ti Co C Ni
15.8 2.0 3.0 5.5 4.5 11.0 0.05 余
如图2所示，平板型金属铸件3与凸起4连接处形成转角5。如图3所示，本实施例以舰船用高温合金结构件为例，本实施例以舰船用高温合金结构件为例，制备蜡模时，将易于形成缺陷的部分设计高出相邻部分，高出部分的高度为1mm，高出部分(凸起4)与相邻部分(平板型金属铸件3)采用圆角连接，圆角R2mm。高出相邻部分的形状为椭圆柱形。采用胶带将金属铸件上高出相邻部分进行保护，其表面积大于被保护部分的10％，并且达到高出部分与相邻部分采用圆角连接处，采用胶带为透明胶带。
配制含刚玉的悬浊液，其组成和含量如下：刚玉的重量为75％，余量为硅溶胶；刚玉的粒度为50μm。
配制含细化剂的悬浊液，其组成和含量如下：按重量百分比计，细化剂65％，余量为硅溶胶；其中，细化剂为硅酸锆，细化剂的粒度为1000μm。
将蜡模9放入含刚玉8的悬浊液中浸涂45～50s取出，冷却干燥后去除胶带，并放入含细化剂7的悬浊液中，细化剂可以是硅酸锆。含细化剂7的悬浊液涂覆到蜡模9上后，在其尚未干燥时撒上碳化钨粉末，碳化钨粉末粒度为100μm，烧结成型壳并完成浇注。
实施例3
本实施例中，采用钴基高温合金，合金成分如表3所示。
表3合金主要元素重量百分比
Cr Ni Al W C Co
25 11.0 1.0 7.5 0.45 余
如图2所示，平板型金属铸件3与凸起4连接处形成转角5。如图3所示，本实施例以舰船用高温合金结构件为例，制备蜡模时，将易于形成缺陷的部分设计高出相邻部分，高出部分的高度为0.8mm，高出部分(凸起4)与相邻部分(平板型金属铸件3)采用圆角连接，圆角R1.5mm。高出相邻部分的形状为圆柱形。采用胶带将金属铸件上高出相邻部分进行保护，其表面积大于被保护部分的8％，并且达到高出部分与相邻部分采用圆角连接处，采用胶带为高温胶带(如：3M胶带)。
配制含刚玉的悬浊液，其组成和含量如下：刚玉的重量为73％，余量为硅溶胶；刚玉的粒度为45μm。
配制含细化剂的悬浊液，其组成和含量如下：按重量百分比计，细化剂50％，余量为硅溶胶；其中，细化剂为铝酸钴，细化剂的粒度为900μm。
将蜡模9放入含刚玉8的悬浊液中浸涂35～40s取出，冷却干燥后去除胶带，并放入含细化剂7的悬浊液中，细化剂可以是铝酸钴等。含细化剂7的悬浊液涂覆到蜡模9上后，在其尚未干燥时撒上碳化铬粉末，碳化铬粉末粒度为80μm，最后烧结成型壳并完成浇注。
实施例4
本实施例中，采用镍基高温合金K452，合金成分如表4所示。
表4合金主要元素重量百分比
Cr Mo Al W Ti Co C Ni
20.5 0.5 2.5 3.5 3.5 11.0 0.07 余
如图2所示，平板型金属铸件3与凸起4连接处形成转角5。如图3所示，本实施例以舰船用高温合金结构件为例，本实施例以舰船用高温合金结构件为例，制备蜡模时，将易于形成缺陷的部分设计高出相邻部分，高出部分的高度为0.8mm，高出部分(凸起4)与相邻部分(平板型金属铸件3)采用圆角连接，圆角R2mm。高出相邻部分的形状为椭圆形。采用绝缘胶带将金属铸件上高出相邻部分进行保护，其表面积大于被保护部分的9％，并且达到高出部分与相邻部分采用圆角连接处，采用胶带为绝缘胶带。
配制含刚玉的悬浊液，其组成和含量如下：刚玉的重量为74％，余量为硅溶胶；刚玉的粒度为40μm。
配制含细化剂的悬浊液，其组成和含量如下：按重量百分比计，细化剂55％，余量为硅溶胶；其中，细化剂为硅酸锆，细化剂的粒度为800μm。
将蜡模9放入含刚玉8的悬浊液中浸涂30～35s取出，冷却干燥后去除胶带，并放入含细化剂7的悬浊液中，细化剂可以是铝酸钴等。含细化剂7的悬浊液涂覆到蜡模9上后，在其尚未干燥时撒上碳化铬粉末，碳化铬粉末粒度为90μm，烧结成型壳并完成浇注。
实施例结果表明，本发明具有制备工艺简单，成本低廉等特点，借助模壳面层上的细化剂，将细化剂引入高温熔体中，细化枝晶组织，从而降低转角处疏松缺陷的形成，使本发明方法可显著提高大尺寸高温合金铸件的合格率。

Claims (10)

1.一种降低高温合金铸件显微缩松的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)制备金属铸件的蜡模；
(2)采用胶带将易形成缺陷的转角处保护上；
(3)将蜡模放到含刚玉的悬浊液中；
(4)冷却干燥后将易形成缺陷的胶带去除；
(5)将含细化剂的悬浊液涂覆在转角处没有刚玉的部分；
(6)干燥并涂覆背层最终烧壳。
2.一种降低高温合金铸件显微缩松的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)制备金属铸件的蜡模；
(2)将蜡模放到含刚玉的悬浊液中；
(3)待蜡模上含刚玉的悬浊液快要干燥时，用锐器将转角处刮开，去掉转角处的刚玉层；
(4)将含细化剂的悬浊液涂覆在转角处没有刚玉的部分；
(5)干燥并涂覆背层最终烧壳。
3.按照权利要求1或2所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，其特征在于，制备蜡模时，将易于形成缺陷的部分高出相邻部分，高出部分的高度为0.2～1mm，高出部分与相邻部分采用圆角连接，圆角R0.5～2mm。
4.按照权利要求3所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，其特征在于，高出相邻部分的形状为圆柱形或椭圆柱形。
5.按照权利要求3所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，其特征在于，采用胶带将金属铸件上高出相邻部分进行保护，胶带表面积大于被保护部分的5％～10％，并且达到高出部分与相邻部分采用圆角连接处。
6.按照权利要求1或5所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，其特征在于，采用胶带是双面胶带、绝缘胶带、高温胶带或透明胶带。
7.按照权利要求1或2所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，其特征在于，含刚玉的悬浊液，刚玉的重量为70～75％，余量为硅溶胶；刚玉的粒度为30μm～50μm。
8.按照权利要求1或2所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，其特征在于，含细化剂的悬浊液中，细化剂的重量为50～65％，余量为硅溶胶；其中，细化剂是铝酸钴或硅酸锆，细化剂的粒度为800μm～1000μm。
9.按照权利要求1或2所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，其特征在于，将含细化剂的悬浊液涂覆在转角处没有刚玉的部分后，在其尚未干燥时撒上碳化钨粉末或碳化铬粉末，碳化钨粉末或碳化铬粉末的粒度为30μm～100μm。
10.按照权利要求1或2所述的降低高温合金铸件显微缩松的方法，其特征在于，高温合金为镍基合金、哈氏合金或钴基合金。
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