CN112453313A - 一种高温合金机匣熔模铸件型壳材料的配制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种型壳材料配制方法，适用于航空发动机用高温合金大型复杂薄壁机匣类熔模铸件的铸造。该配方介绍了型壳用粘结剂PH值、密度、粘度、SiO2含量，限定了型壳用面层、过渡层、背层耐火粉料、各层挂砂材料的化学组成和杂质含量、粒度范围等技术指标。还提供了型壳各层涂料的配制工艺和挂砂工艺：将符合配方限定的各层粉料和粘结剂按提供的比例混合并搅拌均匀使其达到规定的粘度，然后和配方限定的各层砂料一起涂挂型壳。使用本发明技术制备的型壳具有良好的退让性能，可有效防止铸件在浇注时出现裂纹，便于铸件浇注后清理型壳，并具有较好的高温与室温性能，保证良好的表面质量和尺寸精度，有效提高铸件合格率，降低制造成本。

Description

一种高温合金机匣熔模铸件型壳材料的配制方法
技术领域
本发明涉及高温合金机匣铸件型壳技术领域，特别涉及一种高温合金机匣熔模铸件型壳材料的配制方法。
背景技术
高温合金大型复杂机匣铸件是各类航空发动机的关键部件，但随着发动机的不断进步，其工作环境越来越恶劣，技术要求也越来越高；其中包括：一、不许存在任何微小的裂纹或线性疏松；二、区划出了不许补焊的部位。而因为铸造机匣的结构也越来越复杂，铸造技术难度也越来越大，恰恰在那些不许补焊的部位更容易出现线性疏松或裂纹，使生产成本很高的机匣因此报废。经过研究分析，这些缺陷主要是因为凝固收缩受阻产生的，而提高型壳的退让性是一种有效的解决方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高温合金机匣熔模铸件型壳材料配制方法，具体技术方案如下：
一种高温合金机匣熔模铸件型壳材料的配制方法，其特征在于，
型壳制备所用如下材料：
粘结剂、耐火粉料、耐火砂料，其中粘结剂与耐火粉料共同配制成涂挂型壳的浆料，一般分为面层，即第1层，过渡层，即第2层，背层，即第2层以后的层次；型壳制备所用材料技术要求如下：
(1)粘结剂
面层与背层粘结剂均采用硅溶胶，其技术要求为：
PH值：9～10
密度：1.15～1.20g/cm3
粘度：3×10-6～6×10-6m2/s
SiO2％＝24～28
(2)耐火粉料
①面层粉即第1层粉技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000021
颗粒大小：D90＝45-65μm D50＝12-24μm D10＝1-4μm
②过渡层及背层粉即第2层以后的各层，采用二种粉料混合使用，以下将这二种粉料分别称为背层粉1和背层粉2，其技术要求如下：
背层粉1：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000031
颗粒大小：D90＝85-95μm D50＝40-48μm D10＝3-8μm
③背层粉2技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000032
颗粒大小：D90＝55-65μm D50＝15-25μm D10＝3-5μm
(3)耐火砂料，耐火砂料分为第1层和以后各层，其中第一层也叫面层，其中面层的作用是主要保证铸件的表面质量，第2层及以后各层的作用是保证型壳的强度和溃散性，所以其化学成份和粒度要求各有不同，各层耐火砂料技术要求如下：
面层砂：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000041
砂料粒度：80～100目(按GB/T 2684筛分法检测，以下同)
⑤第2～5层砂技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000042
Figure BDA0002776573720000051
第2～3层砂：粒度：60～80目
第4～5层砂：粒度：30～60目
⑥第6～7层砂技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000052
粒度：30～50目
⑦第8～13层砂技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000053
粒度：16～25目。
所述的应用于一种高温合金机匣熔模铸件型壳的配制方法的配制工艺如下：
(1)面层涂料配制
①将面层粉料与CoO含量为35％～45％，粒度为320目的铝酸钴粉按质量比(10～20)：1的比例混合；
②根据所需面层涂料总量粉液比(4～5)：1分别计算所需硅溶胶和按步骤①配制的粉料的质量；
③按计算好的硅溶胶质量进行称重，然后加入到混料桶中,并开动搅拌机开始搅拌，此时转速控制在400r/min以下；
将计算好的按步骤①配制的粉料进行称重，然后分3～4次加入到混料桶中，加粉料的过程中可逐渐提高转速，最高转速不可超过1200r/min；
④将消泡剂和渗透剂分别加入桶中，进行搅拌，搅拌时间为100min～150min，目视没有细小的粉团出现，视为搅拌均匀，然后测其粘度达到50～60s即可，如有偏差，可添加粉料或硅溶胶进行调整粘度直到符合要求；搅拌好的浆料须停放16h～24h；涂料前再次搅拌均匀，并测量其粘度；
(粘度测量方法为：采用容量为100ml，流出孔为￠6±0.2mm的标准流杯；用手指堵住流杯底部小孔，将所需测定的涂料装入流杯内，液面与流杯上沿平齐后，将手指松开，从下端小孔流出涂料时用秒表计时，当漏斗中的涂料全部流出后，计时结束；上述时间就表示此涂料的粘度，以下同；)
(2)第2层涂料配制
①将背层粉1与背层粉2按质量比(1～1.5)：(1～1.5)的比例进行混合,按粉液比(1.5～2.5)：1进行称重硅溶胶和已混合好的粉料；
②将称好的硅溶胶加入到混料桶中，开动搅拌机开始搅拌，此时转速控制在400r/min以下，将称重好的粉料分3～4次加入到混料桶中，加粉料的过程中可逐渐提高转速，最高转速不可超过1200r/min。搅拌时间为45min～75min，粘度为15～25s；
(3)3～13层配制
3～13层粉料同第2层，配制粉液比为(2～3)：1,配制方法同第2层，搅拌时间为30min～60min，粘度为25-35s；
(4)挂浆层(14层)涂料配制
挂浆层粉料同第2层，涂料配制粉液比为(1.5～2.5)：1,粘度为(15～25)s，搅拌时间为30min～45min。
所述的一种高温合金机匣熔模铸件型壳的配制方法，其优选方案为该方法的挂砂工艺是采用步骤一中规定的相对应的砂料和按步骤二配制的涂料进行型壳涂挂，型壳涂挂层数可根据铸件尺寸选择为9层～13层，尺寸较小的铸件可选择9层～11层，尺寸较大的铸件可选择11层～13层,然后进行挂浆，就是只涂料不挂砂，完全干燥后可进行型壳脱蜡及焙烧。
所述的一种高温合金机匣熔模铸件型壳的配制方法，其优选方案为型壳涂挂的中面层采用自干，过渡层可采用自干或风干；背层采用风干。
本发明的有益效果：本发明技术制备的型壳具有良好的退让性能，可有效防止铸件在浇注时出现裂纹，便于铸件浇注后清理型壳，并具有较好的高温与室温性能，保证良好的表面质量和尺寸精度，有效提高铸件合格率，降低制造成本。按年生产150件，合格率提高25％计算，可创造效益1500余万元。
具体实施方式
一种高温合金机匣熔模铸件型壳的配制方法，
包括如下步骤：
型壳材料：
(1)粘结剂-硅溶胶
技术指标：
PH值：9～10
密度：1.15～1.20g/cm3
粘度：3×10-6～6×10-6m2/s
SiO2％＝24～28
(2)耐火材料：
①面层粉技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000091
颗粒大小：D90＝45-65μ D50＝12-24μ D10＝1-4μ
②背层粉1技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000092
颗粒大小：D90＝85-95μ D50＝40-48μ D10＝3-8μ
③背层粉2技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000101
颗粒大小：D90＝55-65μ D50＝15-25μ D10＝3-5μ
④面层砂技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000102
粒度：80～100目
⑤第2～5层砂技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000103
Figure BDA0002776573720000111
第2～3层砂：粒度：60～80目
第4～5层砂：粒度：30～60目
⑥第6～7层砂技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000112
粒度：30～50目
⑦第8～13层砂技术要求：
化学成分：
Figure BDA0002776573720000113
粒度：16～25目；
配制工艺如下：
(1)面层涂料配制
①按常规技术将面层粉料与CoO含量为35％～45％的粒度为320目的铝酸钴粉按质量比(10～20)：1的比例与硅溶胶混合并搅拌，粘度为(50～60)s；
(2)过渡层(第2层)涂料配制
将背层粉1与背层粉2按质量比(1～1.5)：(1～1.5)的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,按常规技术配制，粘度为(15～25)s；
(3)背层涂料(3～13层)配制
将背层粉1与背层粉2按质量比(1～1.5)：(1～1.5)的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,按常规技术配制，粘度为25-35s；
(4)挂浆层(14层)涂料配制
将背层粉1与背层粉2按质量比(1～1.5)：(1～1.5)的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,按常规技术配制，粘度为(15～25)s；
(5)涂挂工艺
采用权利2配制的面层涂料涂挂蜡模后，再采用权利1中规定的面层砂料向涂挂的面层浆料上撒砂；采用权利2配制的第2层涂料涂挂后，再采用权利1中规定的第2层砂料向涂挂的浆料上撒砂；以后类推；但第14层涂挂的浆料后不再撒砂；
(6)干燥工艺型
面层采用自干，第2层可采用自干或风干；第2层以后各层采用风干。
实施例1配制工艺如下：
(1)面层涂料配制
①按常规技术将面层粉料与CoO含量为35％的粒度为320目的铝酸钴粉按质量比10：1的比例与硅溶胶混合并搅拌，粘度为50s；
(2)过渡层(第2层)涂料配制
将背层粉1与背层粉2按质量比1：1的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,按常规技术配制，粘度为15s；
(3)背层涂料(3～13层)配制
将背层粉1与背层粉2按质量比1：1的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,按常规技术配制，粘度为25s；
(4)挂浆层(14层)涂料配制
将背层粉1与背层粉2按质量比1：1的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,按常规技术配制，粘度为15s；
(5)涂挂工艺
采用权利2配制的面层涂料涂挂蜡模后，再采用权利1中规定的面层砂料向涂挂的面层浆料上撒砂；采用权利2配制的第2层涂料涂挂后，再采用权利1中规定的第2层砂料向涂挂的浆料上撒砂；以后类推；但第14层涂挂的浆料后不再撒砂；
(6)干燥工艺型
面层采用自干，第2层采用自干；第2层以后各层采用风干。
实施例2配制工艺如下：
(1)面层涂料配制
①按常规技术将面层粉料与CoO含量为45％的粒度为320目的铝酸钴粉按质量比20)：1的比例与硅溶胶混合并搅拌，粘度为60s；
(2)过渡层(第2层)涂料配制
将背层粉1与背层粉2按质量比1.5：1.5的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,按常规技术配制，粘度为25s；
(3)背层涂料(3～13层)配制
将背层粉1与背层粉2按质量比1.5：1.5的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,按常规技术配制，粘度为35s；
(4)挂浆层(14层)涂料配制
将背层粉1与背层粉2按质量比1.5：1.5的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,按常规技术配制，粘度为25s；
(5)涂挂工艺
采用权利2配制的面层涂料涂挂蜡模后，再采用权利1中规定的面层砂料向涂挂的面层浆料上撒砂；采用权利2配制的第2层涂料涂挂后，再采用权利1中规定的第2层砂料向涂挂的浆料上撒砂；以后类推；但第14层涂挂的浆料后不再撒砂；
(6)干燥工艺型
面层采用自干，第2层采用风干；第2层以后各层采用风干。

Claims (4)

1.一种高温合金机匣熔模铸件型壳材料的配制方法，其特征在于，
型壳制备所用如下材料：
粘结剂、耐火粉料、耐火砂料，其中粘结剂与耐火粉料共同配制成涂挂型壳的浆料，一般分为面层，即第1层，过渡层，即第2层，背层，即第2层以后的层次；型壳制备所用材料技术要求如下：
(1)粘结剂
面层与背层粘结剂均采用硅溶胶，其技术要求为：
PH值：9～10
密度：1.15～1.20g/cm3
粘度：3×10-6～6×10-6m2/s
SiO2％＝24～28
(2)耐火粉料
①面层粉即第1层粉技术要求：
化学成分：
Figure FDA0002776573710000011
Figure FDA0002776573710000021
颗粒大小：D90＝45-65μm D50＝12-24μm D10＝1-4μm
②过渡层及背层粉即第2层以后的各层，采用二种粉料混合使用，以下将这二种粉料分别称为背层粉1和背层粉2，其技术要求如下：
背层粉1：
化学成分：
Figure FDA0002776573710000022
颗粒大小：D90＝85-95μm D50＝40-48μm D10＝3-8μm
③背层粉2技术要求：
化学成分：
Figure FDA0002776573710000031
颗粒大小：D90＝55-65μm D50＝15-25μm D10＝3-5μm
(3)耐火砂料，耐火砂料分为第1层和以后各层，其中第一层也叫面层，其中面层的作用是主要保证铸件的表面质量，第2层及以后各层的作用是保证型壳的强度和溃散性，所以其化学成份和粒度要求各有不同，各层耐火砂料技术要求如下：
面层砂：
化学成分：
Figure FDA0002776573710000032
砂料粒度：80～100目(按GB/T 2684筛分法检测，以下同)
⑤第2～5层砂技术要求：
化学成分：
Figure FDA0002776573710000041
第2～3层砂：粒度：60～80目
第4～5层砂：粒度：30～60目
⑥第6～7层砂技术要求：
化学成分：
Figure FDA0002776573710000042
粒度：30～50目
⑦第8～13层砂技术要求：
化学成分：
Figure FDA0002776573710000051
粒度：16～25目。
2.根据权利要求1所述的一种高温合金机匣熔模铸件型壳材料的配制方法的配制工艺，其特征在于：
(1)面层涂料配制
①按常规技术将面层粉料与CoO含量为35％～45％的粒度为320目的铝酸钴粉按质量比(10～20)：1的比例与硅溶胶混合并搅拌，涂料粘度为50～60s；
(2)第2层涂料配制
将背层粉1与背层粉2按质量比(1～1.5)：(1～1.5)的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,涂料粘度为15～25s；
(3)第3～13层配制
将背层粉1与背层粉2按质量比(1～1.5)：(1～1.5)的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,涂料粘度为25-35s；
(4)第14层涂料配制
将背层粉1与背层粉2按质量比(1～1.5)：(1～1.5)的比例加入已放有硅溶胶的不锈钢桶中,涂料粘度为15～25s。
3.根据权利要求1所述的一种高温合金机匣熔模铸件型壳材料的配制方法，其特征在于：采用权利2配制的面层涂料涂挂蜡模后，再采用权利1中规定的面层砂料向涂挂的面层浆料上撒砂；采用权利2配制的第2层涂料涂挂后，再采用权利1中规定的第2层砂料向涂挂的浆料上撒砂；以后类推；但第14层涂挂的浆料后不再撒砂。
4.根据权利要求3所述的一种高温合金机匣熔模铸件型壳材料的配制方法，其特征在于，型壳涂挂的中面层采用自干，第2层可采用自干或风干；第2层以后各层采用风干。
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