CN113458343B - 一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法，属于高温合金精密铸造领域。在陶瓷型芯表面上设置至少一处防再结晶部位，得到具有至少一处防再结晶凹穴的空心叶片蜡模；在所述防再结晶凹穴处设置防再结晶凸缘；将空心叶片壳型内部进行脱蜡后，采用单晶高温合金进行浇注、脱壳；对获得的单晶空心叶片毛坯件进行热处理和机械加工，获得完整且无再结晶缺陷的单晶空心叶片。本发明方法工艺简单可靠、成本低、操作容易，由于叶片在铸造阶段就可以有效消除单晶叶片铸件中的再结晶缺陷，因此叶片性能更优异，具有较大的应用和经济价值。

Description

一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法
技术领域
本发明属于高温合金精密铸造领域，特别是涉及一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法。
背景技术
随着涡轮前进口温度的不断提升，航空发动机单晶叶片经历了由实心到复杂空心结构的历程。随着单晶空心叶片的结构日益复杂，在凝固过程中，由于金属液、型芯、型壳之间的收缩不匹配等问题，会导致叶片内腔发生轻微的塑性变形，产生应力集中。在叶片热处理的过程中，会释放这部分应力并诱发新晶粒的形核及长大，导致叶片部分关键位置产生再结晶。再结晶作为一种缺陷，降低了单晶叶片的性能，已成为影响单晶叶片铸造的难题之一，针对单晶叶片再结晶控制的研究，具有十分重要的意义。目前很多研究中采用回复热处理、渗碳、表面腐蚀等方法控制单晶高温合金的再结晶，但回复热处理、渗碳、表面腐蚀等方法对叶片再结晶，尤其是叶片内腔再结晶的控制效果非常有限，且表面腐蚀方法会影响叶片其它非再结晶区域的表面质量，对单晶高温合金叶片造成不可恢复的损坏。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的蜡模制作方法，通过在空心叶片蜡模上设置至少一处防再结晶凸缘，集中周围叶片应力，并在叶片热处理过程中将防再结晶凸缘应力释放，从而防止叶片其他部位产生再结晶，以解决单晶空心叶片实际生产过程中内腔难以避免产生再结晶缺陷的问题。
一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法，包括：
S1，在陶瓷型芯表面上设置至少一处防再结晶部位，将所述陶瓷型芯放置在模具中，通过压蜡机注蜡、成型，得到具有至少一处防再结晶凹穴的空心叶片蜡模；
S2，在所述防再结晶凹穴处涂抹石蜡，构成防再结晶凸缘；
S3，将所述空心叶片蜡模安装于蜡模组合装置上，获得空心叶片浇注模组；
S4，将所述空心叶片浇注模组的外部涂覆壳型涂料，经干燥硬化后，获得空心叶片壳型；
S5，将所述空心叶片壳型内部进行脱蜡后，采用单晶高温合金对所述空心叶片壳型进行浇注；
S6，浇注后对所述空心叶片壳型进行脱壳，获得单晶空心叶片毛坯件；对所述毛坯件进行热处理；
S7，对所述毛坯件进行机械加工，获得完整且无再结晶缺陷的单晶空心叶片。
进一步地，所述空心叶片蜡模，包括：蜡模壳、陶瓷型芯和至少一处防再结晶凹穴；其中，所述蜡模壳为石蜡材料，包覆于所述陶瓷型芯表面，但不覆盖所述防再结晶部位；所述防再结晶部位不覆盖石蜡，在所述空心叶片蜡模上构成防再结晶凹穴。
进一步地，所述蜡模组合装置，为石蜡材料，用于支撑所述空心叶片蜡模。
进一步地，所述壳型涂料，包括：1层面层涂料及6层背层涂料。
进一步地，所述防再结晶凸缘：用于集中叶片应力，阻止周围部位产生再结晶；厚度为3～8mm。
进一步地，所述热处理，用于释放所述防再结晶凸缘处的叶片应力；所述热处理的方法，包括将所述毛坯件依次按照以下步骤进行热处理：
在1295～1335℃高温环境中4小时；
在空气中冷却至室温；
在1100～1140℃高温环境中4小时；
在850～890℃高温环境中32小时；
在空气中冷却至室温。
进一步地，所述对所述毛坯件进行机械加工，包括：通过线切割及打磨，去除掉所述毛坯件表面上位于所述防再结晶凸缘处多余的金属。
本发明有益效果如下：
现有技术，空心叶片蜡模压制完成后，叶片浇注后在凝固的过程中，由于金属液、型芯、型壳之间的收缩不匹配等问题，会导致空心叶片内腔发生轻微的塑性变形，发生应力集中，从而产生再结晶，影响叶片物理和机械性能。本发明所述方法，在单晶叶片型芯上确定至少一处防再结晶部位，在叶片蜡模上构成防再结晶凹穴，继而加工出防再结晶凸缘，将周围叶片的应力进行集中处理，叶片热处理过程中应力将在防再结晶凸缘处释放，从而预防叶片产生再结晶，热处理后将多余的防再结晶凸缘切除，即可得到无再结晶缺陷的单晶空心叶片。本发明提供的方法工艺简单可靠、成本低、操作容易；由于叶片在铸造阶段就可以有效消除单晶叶片铸件中的再结晶缺陷，因此叶片性能更优异，具有较大的应用和经济价值。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的未设置防再结晶凸缘的空心叶片壳型示意图；
图2是本发明实施例提供的设置防再结晶凸缘的空心叶片壳型示意图；
图3是现有方法生产出来的具有内腔再结晶缺陷的叶片实物图；
图4是采用本发明所述方法生产出来的不具有内腔再结晶缺陷的叶片实物图。
附图标记：
1：未设置防再结晶凸缘的部位；2：防再结晶凸缘；3：内腔再结晶缺陷。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应该理解，这些描述只是示例性的，并非用于限定本发明的范围。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明公开的概念。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的方法和系统的例子。
实施例1
本发明的一个具体实施例，公开了一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法，包括七个步骤，具体如下：
S1，在陶瓷型芯表面上设置至少一处防再结晶部位，将所述陶瓷型芯放置在模具中，通过压蜡机注蜡、成型，得到具有至少一处防再结晶凹穴的空心叶片蜡模；
S2，在所述防再结晶凹穴处涂抹石蜡，构成防再结晶凸缘；
S3，将所述空心叶片蜡模安装于蜡模组合装置上，获得空心叶片浇注模具；
S4，将所述空心叶片浇注模组的外部涂覆壳型涂料，经干燥硬化后，获得空心叶片壳型；
S5，将所述空心叶片壳型内部进行脱蜡后，采用单晶高温合金对所述空心叶片壳型进行浇注；
S6，浇注后对所述空心叶片壳型进行脱壳，获得单晶空心叶片毛坯件；对所述毛坯件进行热处理；
S7，对所述毛坯件进行机械加工，获得完整且无再结晶缺陷的单晶空心叶片。
上述步骤中，所述空心叶片蜡模，包括：蜡模壳、陶瓷型芯和至少一处防再结晶凹穴；其中，所述蜡模壳为石蜡材料，包覆于所述陶瓷型芯表面，但不覆盖所述防再结晶部位；所述防再结晶部位不覆盖石蜡，在所述空心叶片蜡模上构成防再结晶凹穴。
蜡模组合装置，为石蜡材料，用于支撑所述空心叶片蜡模。
壳型涂料，包括：1层面层涂料及6层背层涂料。
防再结晶凸缘：用于集中叶片应力，阻止周围部位产生再结晶；厚度为3～8mm。
进一步地，所述热处理，用于释放所述防再结晶凸缘处的叶片应力；所述热处理的方法，包括将所述毛坯件依次按照以下步骤进行热处理：
在1295～1335℃高温环境中4小时；
在空气中冷却至室温；
在1100～1140℃高温环境中4小时；
在850～890℃高温环境中32小时；
在空气中冷却至室温。
示例性地，将所述毛坯件在1315℃高温环境中放置4小时后在空气中冷却至室温；在1120℃高温环境中放置4小时后，在870℃高温环境中放置32小时，最后在空气中冷却至室温。
对所述毛坯件进行机械加工，包括：通过线切割及打磨，去除掉所述毛坯件表面上位于所述防再结晶凸缘处多余的金属。
示例性地，如图1所示，为未设置防再结晶凸缘的空心叶片壳型示意图。在空心叶片蜡模缘板外侧，见图1未设置防再结晶凸缘的部位1，设置防再结晶凹穴，单独涂抹石蜡，构成防再结晶凸缘，如图2所示防再结晶凸缘2，其厚度为3mm。蜡模采用壳型制备工艺涂壳，获得单晶叶片壳型，采用单晶高温合金进行浇注。单晶叶片铸件浇注后进行热处理，热处理后将防再结晶凸缘处的多余金属切除，便可得到完整且无再结晶缺陷的单晶叶片，如图4所示。
其中，采用图1所述的未设置防再结晶凸缘的空心叶片壳型的现有方法生产出来的叶片，见图3实物图所示，难以避免产生内腔再结晶缺陷3。
实施例2
实施例2工艺与实施例1相同，不同之处在于防再结晶凸缘厚度为5mm。
实施例3
实施例3工艺与实施例1相同，不同之处在于防再结晶凸缘厚度为8mm。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在实际应用中，可以根据需要而将上述步骤进行再分解或者组合，以完成以上描述的全部或者部分功能；对于本发明实施例中涉及的步骤的名称，仅仅是为了区分各个步骤，不视为对本发明的不当限定；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法，其特征在于，包括：
S1，在陶瓷型芯表面上设置至少一处防再结晶部位，将所述陶瓷型芯放置在模具中，通过压蜡机注蜡、成型，得到具有至少一处防再结晶凹穴的空心叶片蜡模；
S2，在所述防再结晶凹穴处涂抹石蜡，构成防再结晶凸缘；
S3，将所述空心叶片蜡模安装于蜡模组合装置上，获得空心叶片浇注模组；
S4，将所述空心叶片浇注模组的外部涂覆壳型涂料，经干燥硬化后，获得空心叶片壳型；
S5，将所述空心叶片壳型内部进行脱蜡后，采用单晶高温合金对所述空心叶片壳型进行浇注；
S6，浇注后对所述空心叶片壳型进行脱壳，获得单晶空心叶片毛坯件；对所述毛坯件进行热处理；
S7，对所述毛坯件进行机械加工，获得完整且无再结晶缺陷的单晶空心叶片；
其中，所述防再结晶凸缘：用于集中叶片应力，阻止周围部位产生再结晶；厚度为3～8mm。
2.据权利要求1所述的一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法，其特征在于，所述空心叶片蜡模，包括：蜡模壳、陶瓷型芯和至少一处防再结晶凹穴；其中，所述蜡模壳为石蜡材料，包覆于所述陶瓷型芯表面，但不覆盖所述防再结晶部位；所述防再结晶部位不覆盖石蜡，在所述空心叶片蜡模上构成防再结晶凹穴。
3.据权利要求1所述的一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法，其特征在于：所述蜡模组合装置，为石蜡材料，用于支撑所述空心叶片蜡模。
4.据权利要求1所述的一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法，其特征在于，所述壳型涂料，包括：1层面层涂料及6层背层涂料。
5.根据权利要求1所述的一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法，其特征在于：所述热处理，用于释放所述防再结晶凸缘处的叶片应力；所述热处理的方法，包括将所述毛坯件依次按照以下步骤进行热处理：
在1295～1335℃高温环境中4小时；
在空气中冷却至室温；
在1100～1140℃高温环境中4小时；
在850～890℃高温环境中32小时；
在空气中冷却至室温。
6.根据权利要求5所述的一种避免单晶空心叶片内腔再结晶的方法，其特征在于，所述对所述毛坯件进行机械加工，包括：通过线切割及打磨，去除掉所述毛坯件表面上位于所述防再结晶凸缘处多余的金属。
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