CN113664184A - 基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属合金铸造应用技术领域，具体公开了基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺，包括以下步骤，步骤a、将碳纤维经滚筒浸入蜡池；步骤b、利用步骤a中含有碳纤维的蜡块制作蜡模零件；步骤c、组装蜡模并浸入涂料池；步骤d、挂砂；步骤e、脱蜡；步骤f、模壳焙烧；步骤g、浇筑、加压凝固；步骤h、脱模清理；步骤i、切割浇冒口并进行表面清整。本发明的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺的有益效果在于：其通过高强度长纤维局部增强叶片，可明显提高叶片的高温性能，延长铸造叶片的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于金属合金铸造应用技术领域，具体涉及基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺。
背景技术
A390过共晶铝硅合晶坯料由于具有轻质、高强、高耐磨、高耐热性及较低的热膨胀性等优点，通常用来制造汽车发送机活塞、转子、斜盘等关键部件。
相比于常规铸件，不但比普通铸铁件轻，而且通过硅的球墨化消除了组织偏析，并通过固溶处理得到均匀的组织和细小的晶粒，能显著提高合金的力学性能和热工艺性能，被广泛应用于汽车行业，特别是汽车轻量化何新能源汽车的应用中。
因此，基于上述问题，本发明提供基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺，其通过高强度长纤维局部增强叶片，可明显提高叶片的高温性能，延长铸造叶片的使用寿命。
技术方案：本发明的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺，包括以下步骤，步骤a、将碳纤维经滚筒浸入蜡池；步骤b、利用步骤a中含有碳纤维的蜡块制作蜡模零件；步骤c、组装蜡模并浸入涂料池；步骤d、挂砂；步骤e、脱蜡；步骤f、模壳焙烧；步骤g、浇筑、加压凝固；步骤h、脱模清理；步骤i、切割浇冒口并进行表面清整。
本技术方案的，所述碳纤维包括但不限于铝基碳纤维。
本技术方案的，所述步骤c中的涂料池内涂料为320目刚玉粉/200目刚玉粉，粉液比为2-2.9:1。
本技术方案的，所述步骤d中的挂砂，首先将蜡模浸入浆桶内数秒，取出，用压缩空气轻轻吹拂，以除去气泡并使浆料涂挂均匀，再进行淋砂，挂浆后即进行淋砂，反复转动蜡模，使砂均匀分布，下次挂浆前，吹尽浮砂，重复以上操作，直到预定层数，最后封浆，将蜡模浸入浆桶内，充分浸润，取出、干燥，其中，挂砂层数为1-15层，砂子粒度为0.1-1mm，浆料粘度为5-25s，干燥温度为25±5℃，湿度为40-80％，干燥时间为4-10h，风速为≤9m·s-1。
本技术方案的，所述步骤e中的脱蜡后的干燥温度为25±5℃，湿度为≤50％，干燥时间为15-30h，风速为≤3-10m·s-1。
本技术方案的，所述碳纤维由Al合金材料、50％Al2O3长纤维复合制作。
与现有技术相比，本发明的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺的有益效果在于：其通过高强度长纤维局部增强叶片，可明显提高叶片的高温性能，延长铸造叶片的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺的流程示意图；
图2、图3是长纤维增强复合材料试样设计示意图；
图4是试验用陶瓷纤维局部增强预制块的制备结构示意图；
图5是试验用长纤维局部增强试验蜡模组装结构示意图；
图6和图7是纤维增强蜡模试样组树和制壳示意图；
图8是长纤维增强试验，全增强试样(a)、局部增强试验(b)、全增强抗拉强度试棒(c)示意图；
图9是长纤维增强试样断面金相的表面部分、试样中心部分示意图；
图10、图11是局部增强试样的内应力检测(小孔法)的应变片、试样检测准备示意图；
图12、图13是纤维长度和基体间的内应力分析示意图；
图14是长纤维局部增强复合材料中的宏观应力示意图；
图15是纤维长度方向、垂直于纤维长度方向示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1所示的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺，包括以下步骤，步骤a、将碳纤维经滚筒浸入蜡池；步骤b、利用步骤a中含有碳纤维的蜡块制作蜡模零件；步骤c、组装蜡模并浸入涂料池；步骤d、挂砂；步骤e、脱蜡；步骤f、模壳焙烧；步骤g、浇筑、加压凝固；步骤h、脱模清理；步骤i、切割浇冒口并进行表面清整。
本发明的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺优选的，所述碳纤维包括但不限于铝基碳纤维。
本发明的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺优选的，所述步骤c中的涂料池内涂料为320目刚玉粉/200目刚玉粉，粉液比为2-2.9:1。
本发明的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺优选的，所述步骤d中的挂砂，首先将蜡模浸入浆桶内数秒，取出，用压缩空气轻轻吹拂，以除去气泡并使浆料涂挂均匀，再进行淋砂，挂浆后即进行淋砂，反复转动蜡模，使砂均匀分布，下次挂浆前，吹尽浮砂，重复以上操作，直到预定层数，最后封浆，将蜡模浸入浆桶内，充分浸润，取出、干燥，其中，挂砂层数为1-15层，砂子粒度为0.1-1mm，浆料粘度为5-25s，干燥温度为25±5℃，湿度为40-80％，干燥时间为4-10h，风速为≤9m·s-1。
本发明的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺优选的，所述步骤e中的脱蜡后的干燥温度为25±5℃，湿度为≤50％，干燥时间为15-30h，风速为≤3-10m·s-1。
本发明的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺优选的，所述碳纤维由Al合金材料(AlZn6Mg1，T6)、50％Al2O3长纤维复合制作(常温性能测定)。
实施例
长纤维增强复合材料试样设计：全增强试样(图2)、局部增强试样(图3)。
试验步骤1：试验用陶瓷纤维局部增强预制块的制备(图4)。
试验步骤2：试验用长纤维局部增强试验蜡模组装(图5)。
试验步骤3：纤维增强蜡模试样组树和制壳(图6、图7)。
图8是长纤维增强试验：全增强试样(a)、局部增强试验(b)、全增强抗拉强度试棒(c)。
图9是长纤维增强试样断面金相的表面部分、试样中心部分。
图10、图11是局部增强试样的内应力检测(小孔法)的应变片、试样检测准备。
图12、图13是纤维长度和基体间的内应力分析，垂直于纤维长度方向、纤维长度方向(XRD分析和数值模拟分析)，(1)由于热膨胀系数的具体差异，在陶瓷纤维和基体金属间存在内应力，(2)室温下金属基体内应力为拉应力、纤维内应力为压应力，(3)金属基体内的局部拉内应力，可能会达到很高的程度。
图14长纤维局部增强复合材料中的宏观应力(增强区和非增强区之间)，图15纤维长度方向、垂直于纤维长度方向，(小孔法、数值模拟)，通过上述可知，(1)纤维长度方向：增强区受压应力、非增强区受拉应力，(2)垂直于纤维长度方向：内应力很小，(3)宏观应力总体来说不是很大，(4)增强区和非增强区界面，可能出现较大拉应力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺，其特征在于：包括以下步骤，
步骤a、将碳纤维经滚筒浸入蜡池；
步骤b、利用步骤a中含有碳纤维的蜡块制作蜡模零件；
步骤c、组装蜡模并浸入涂料池；
步骤d、挂砂；
步骤e、脱蜡；
步骤f、模壳焙烧；
步骤g、浇筑、加压凝固；
步骤h、脱模清理；
步骤i、切割浇冒口并进行表面清整。
2.根据权利要求1所述的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺，其特征在于：所述碳纤维包括但不限于铝基碳纤维。
3.根据权利要求1所述的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺，其特征在于：所述步骤c中的涂料池内涂料为320目刚玉粉/200目刚玉粉，粉液比为2-2.9:1。
4.根据权利要求1所述的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺，其特征在于：所述步骤d中的挂砂，首先将蜡模浸入浆桶内数秒，取出，用压缩空气轻轻吹拂，以除去气泡并使浆料涂挂均匀，再进行淋砂，挂浆后即进行淋砂，反复转动蜡模，使砂均匀分布，下次挂浆前，吹尽浮砂，重复以上操作，直到预定层数，最后封浆，将蜡模浸入浆桶内，充分浸润，取出、干燥，其中，挂砂层数为1-15层，砂子粒度为0.1-1mm，浆料粘度为5-25s，干燥温度为25±5℃，湿度为40-80％，干燥时间为4-10h，风速为≤9m·s-1。
5.根据权利要求1所述的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺，其特征在于：所述步骤e中的脱蜡后的干燥温度为25±5℃，湿度为≤50％，干燥时间为15-30h，风速为≤3-10m·s-1。
6.根据权利要求2所述的基于高强度复合碳纤维单晶叶片的铸造工艺，其特征在于：所述碳纤维由Al合金材料、50％Al2O3长纤维复合制作。
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