CN112359193A - 一种定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装及其制备工艺 - Google Patents

一种定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装及其制备工艺，属于高温合金铸件热处理技术领域。该工装为能够放置若干个定向/单晶高温合金叶片榫头的底座，制备工艺为：(1)根据叶片榫头外轮廓几何尺寸，设计相应尺寸的蜡模；(2)采用精密铸造工艺制备模壳，模壳为氧化铝材质；(3)对模壳进行烧结强化，烧结后即制成叶片真空热处理用工装。该工装能够满足叶片固定及放置的需要，防止叶片在真空热处理过程中因相互搭接、磕碰而产生粘接或再结晶等，进而保证高温合金叶片热处理质量。

Description

一种定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装及其制备 工艺
技术领域
本发明涉及高温合金铸件热处理技术领域，具体涉及一种定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装及其制备工艺。
背景技术
高温合金叶片是航空发动机及燃气轮机关键的热端部件。近年来，随着航空、舰船及工业发电等领域的不断发展，单晶、定向等高温合金叶片已经广泛应用于航空发动机及燃气轮机领域。通常情况下，单晶、定向合金叶片都需要进行高温长时真空热处理。在真空热处理过程中，叶片易产生磕碰、搭接等情况，真空热处理后叶片之间容易发生粘接或在表面形成再结晶。因此，必须采用特殊工装将叶片之间进行互相隔离，以保证叶片之间不接触或不发生磕碰，同时，还必须保证工装具有一定的强度，耐冷热冲击、抗高温蠕变及良好的化学稳定性等。若用金属钼制作工装来放置叶片，容易使叶片和工装产生扩散反应，破坏叶片表面。另外，钼工装使用时间过久可能会导致叶片和炉体发生导通，使加热体短路。所以，急需发明一种可耐高温、耐冷热冲击、高温下不与叶片产生反应及具有绝缘特性的叶片热处理工装。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装及其制备工艺，该工装设计了装载叶片榫头的底座工装，能够满足叶片固定及放置的需要，防止叶片在真空热处理过程中因相互搭接、磕碰而产生粘接或再结晶等，进而保证高温合金叶片热处理质量。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装，该工装为能够放置若干个定向/单晶高温合金叶片榫头的底座，该底座具有条形凹槽，沿凹槽长度方向排布若干个矩形凸起，各矩形凸起之间用于放置定向/单晶高温合金叶片榫头；各矩形凸起的长度方向与条形凹槽的宽度方向相同。
所述条形凹槽的宽度为50-130mm，所述条形凹槽的长度根据叶片装载量进行设计。
各矩形凸起之间的间隔为15-40mm，各矩形凸起的高度为20-50mm；各矩形凸起的两端不与所述条形凹槽的内侧面接触。
所述定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装的制备工艺，包括如下步骤：
(1)根据叶片榫头外轮廓几何尺寸，设计相应尺寸的蜡模，蜡模尺寸应大于榫头外轮廓尺寸，根据叶片装载量，设计底座长度；
(2)采用精密铸造工艺制备模壳，模壳为氧化铝材质，涂料制壳完毕后将模壳预装载叶片一端磨掉，形成开口结构；
(3)对模壳进行烧结强化，烧结后即制成叶片真空热处理用工装。
步骤(1)中，底座蜡模的形状与叶片榫头相似且大于叶片榫头外轮廓5-10mm。
步骤(1)中，蜡模采用注射成型方式制备，蜡模注射压力0.3-0.8MPa,注射时间10-60s,保压时间20-60s。
步骤(2)中，制壳工序所用涂料选用氧化铝粉与硅溶胶混合物，氧化铝粉粒度为300-400目，氧化铝粉与硅溶胶质量比为(3.0-3.5):1，混合物PH值为8-11，砂料选用Al2O3颗粒，砂料粒度为24-80目，干燥时间为8-24h，型壳厚度为5-10mm；模壳制备完毕后进行封浆处理，封浆处理材料为封浆处理材料为氧化铝粉和硅溶胶按照1：(2.5～3)的重量比例均匀混合形成的涂料。
步骤(2)中，待模壳彻底干燥后，将模壳预装载叶片一端磨掉后，进行脱蜡；脱蜡采用蒸汽脱蜡，温度150-180℃，压力5-8个大气压，时间5-20s。
步骤(3)中，模壳烧结温度850-1050℃，时间3-6小时。
本发明设计的高温合金叶片真空热处理工装的优点在于：
1、底座蜡模结构可控，边缘与内槽长宽高可调，可以装载多种不同尺寸和结构的叶片
2、底座采用精密铸造型壳常用的Al2O3材质，耐高温、抗冷热冲击及抗高温蠕变，不和叶片产生化学反应，同时，还具有绝缘特性。。
附图说明
图1为各实施例中蜡模结构设计；a:100-180mm，b:30-60mm，c:250-400mm，m:50-130mm，n:20-50mm，k:15-40mm。
图2为实施例1制备的制作的工装底座。
图3为实施例2制备的制作的工装底座。
图4为实施例3制备的制作的工装底座。
图5为装载叶片的工装底座。
具体实施方式
本发明提供了一种定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装及其制备工艺，根据叶片榫头外轮廓几何尺寸，设计相应尺寸的蜡模，蜡模尺寸应大于榫头外轮廓尺寸，根据叶片装载量，可采用多联结构，见图1；采用精密铸造工艺制备模壳，模壳为氧化铝材质，涂料制壳完毕后将模壳预装载叶片一端磨掉，形成开口结构，然后进行烧结强化，烧结后即制成叶片真空热处理底座工装。
实施例1
根据叶片榫头外轮廓尺寸，设计底座蜡模的形状与叶片榫头相似且大于其外轮廓5mm；制作工装蜡模，尺寸为：a＝100mm,b＝30mm,c＝250mm,m＝50mm,n＝20mm,k＝15mm。蜡模采用注射成型方式制备，蜡模注射压力0.8MPa,注射时间30s,保压时间40s，蜡模制备完毕后采用精密铸造工艺制备模壳。制壳工序所用涂料选用氧化铝粉与硅溶胶混合物，粉料粒度为300-400目，粉液质量比为(3.0-3.5):1,PH值为8-11，砂料选用Al2O3颗粒，砂料粒度为24-80目，干燥时间为24h，型壳厚度为7mm。模壳制备完毕后进行封浆处理，封浆处理材料为氧化铝粉和硅溶胶按照1：2.8的重量比例均匀混合形成的涂料。待模壳彻底干燥后，将模壳预装载叶片一端磨掉，准备脱蜡；脱蜡采用蒸汽脱蜡，温度180℃，压力5个大气压，时间20s。模壳烧结温度900℃，时间6小时；模壳烧结后进行清洗，然后可用于叶片热处理过程，制作的工装底座见图2
实施例2
制作工装蜡模，尺寸为：a＝120mm,b＝30mm,c＝250mm,m＝50mm,n＝20mm,k＝30mm,蜡模采用注射成型方式制备，蜡模注射压力0.8MPa,注射时间40s,保压时间50s，蜡模制备完毕后采用精密铸造工艺制备模壳。制壳工序所用涂料选用氧化铝粉与硅溶胶混合物，粉料粒度为300-400目，粉液质量比为(3.0-3.5):1,PH值为8-11，砂料选用Al2O3颗粒，砂料粒度为24-80目，干燥时间为24h，型壳厚度为6mm。模壳制备完毕后进行封浆处理，封浆处理材料为氧化铝粉和硅溶胶按照1：2.8的重量比例均匀混合形成的涂料。待模壳彻底干燥后，将模壳预装载叶片一端磨掉，准备脱蜡；脱蜡采用蒸汽脱蜡，温度180℃，压力5个大气压，时间20s。模壳烧结温度850℃，时间8小时；模壳烧结后进行清洗，然后可用于叶片热处理过程，制作的工装底座见图3
实施例3
制作工装蜡模，尺寸为：a＝200mm,b＝30mm,c＝250mm,m＝50mm,n＝30mm,k＝30mm,蜡模采用注射成型方式制备，蜡模注射压力0.8MPa,注射时间50s,保压时间60s，蜡模制备完毕后采用精密铸造工艺制备模壳。制壳工序所用涂料选用氧化铝粉与硅溶胶混合物，粉料粒度为300-400目，粉液质量比为(3.0-3.5):1,PH值为8-11，砂料选用Al2O3颗粒，砂料粒度为24-80目，干燥时间为24h，型壳厚度为9mm。模壳制备完毕后进行封浆处理，封浆处理材料为氧化铝粉和硅溶胶按照1：2.8的重量比例均匀混合形成的涂料。待模壳彻底干燥后，将模壳预装载叶片一端磨掉，准备脱蜡；脱蜡采用蒸汽脱蜡，温度180℃，压力5个大气压，时间20s。模壳烧结温度1000℃，时间6小时；模壳烧结后进行清洗，然后可用于叶片热处理过程，制作的工装底座见图4，工装实际装载叶片如图5。

Claims (9)

1.一种定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装，其特征在于：该工装为能够放置若干个定向/单晶高温合金叶片榫头的底座，该底座具有条形凹槽，沿凹槽长度方向排布若干个矩形凸起，各矩形凸起之间用于放置定向/单晶高温合金叶片榫头；各矩形凸起的长度方向与条形凹槽的宽度方向相同。
2.根据权利要求1所述的定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装，其特征在于：所述条形凹槽的宽度为50-130mm，所述条形凹槽的长度根据叶片装载量进行设计。
3.根据权利要求2所述的定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装，其特征在于：各矩形凸起之间的间隔为15-40mm，各矩形凸起的高度为20-50mm；各矩形凸起的两端不与所述条形凹槽的内侧面接触。
4.根据权利要求1-3任一所述的定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装的制备工艺，其特征在于：该制备工艺包括如下步骤：
(1)根据叶片榫头外轮廓几何尺寸，设计相应尺寸的蜡模，蜡模尺寸应大于榫头外轮廓尺寸，根据叶片装载量，设计底座长度；
(2)采用精密铸造工艺制备模壳，模壳为氧化铝材质，涂料制壳完毕后将模壳预装载叶片一端磨掉，形成开口结构；
(3)对模壳进行烧结强化，烧结后即制成叶片真空热处理用工装。
5.根据权利要求4所述的定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装的制备工艺，其特征在于：步骤(1)中，底座蜡模的形状与叶片榫头相似且大于叶片榫头外轮廓5-10mm。
6.根据权利要求4所述的定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装的制备工艺，其特征在于：步骤(1)中，蜡模采用注射成型方式制备，蜡模注射压力0.3-0.8MPa,注射时间10-60s,保压时间20-60s。
7.根据权利要求4所述的定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装的制备工艺，其特征在于：步骤(2)中，制壳工序所用涂料选用氧化铝粉与硅溶胶混合物，氧化铝粉粒度为300-400目，氧化铝粉与硅溶胶质量比为(3.0-3.5):1，混合物PH值为8-11，砂料选用Al2O3颗粒，砂料粒度为24-80目，干燥时间为8-24h，型壳厚度为5-10mm；模壳制备完毕后进行封浆处理，封浆处理材料为氧化铝粉和硅溶胶按照1：(2.5～3)的重量比例均匀混合形成的涂料。
8.根据权利要求7所述的定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装的制备工艺，其特征在于：步骤(2)中，待模壳彻底干燥后，将模壳预装载叶片一端磨掉后，进行脱蜡；脱蜡采用蒸汽脱蜡，温度150-180℃，压力5-8个大气压，时间5-20s。
9.根据权利要求4所述的定向/单晶高温合金叶片真空热处理用工装的制备工艺，其特征在于：步骤(3)中，模壳烧结温度850-1050℃，时间3-6小时。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113996748A (zh) * 2021-10-29 2022-02-01 华中科技大学 用于消失模壳型铸造铝锂合金的型壳面层、型壳制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102061372A (zh) * 2010-11-04 2011-05-18 西安航空动力股份有限公司 一种石英陶瓷热工装夹具及其制作方法
CN105290324A (zh) * 2015-10-16 2016-02-03 沈阳工业大学 大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺
CN106311980A (zh) * 2015-07-07 2017-01-11 中国科学院金属研究所 一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法
US20170183749A1 (en) * 2015-12-08 2017-06-29 Michael G. Polo Support fixture for heat treating sheets having complex shapes
CN208087680U (zh) * 2018-01-31 2018-11-13 中国航发动力股份有限公司 一种用于带有涂层复杂型腔涡轮叶片的热处理工装

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102061372A (zh) * 2010-11-04 2011-05-18 西安航空动力股份有限公司 一种石英陶瓷热工装夹具及其制作方法
CN106311980A (zh) * 2015-07-07 2017-01-11 中国科学院金属研究所 一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法
CN105290324A (zh) * 2015-10-16 2016-02-03 沈阳工业大学 大尺寸涡轮导向叶片防变形制备工艺
US20170183749A1 (en) * 2015-12-08 2017-06-29 Michael G. Polo Support fixture for heat treating sheets having complex shapes
CN208087680U (zh) * 2018-01-31 2018-11-13 中国航发动力股份有限公司 一种用于带有涂层复杂型腔涡轮叶片的热处理工装

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113996748A (zh) * 2021-10-29 2022-02-01 华中科技大学 用于消失模壳型铸造铝锂合金的型壳面层、型壳制备方法
CN113996748B (zh) * 2021-10-29 2022-12-02 华中科技大学 用于消失模壳型铸造铝锂合金的型壳面层、型壳制备方法

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