CN114289692A - 一种大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法，其具体步骤如下：（1）准备托板，在托板上加工若干均匀分布的通孔，将托板置于固定框架底部；（2）将模管依次嵌入所述通孔后固定；（3）将保温冒口安装在模管上端，将模组起吊悬空，使用除尘装置从所述保温冒口上端自上而下吹扫3~5min，吹扫后静置30~60min；（4）将纤维毯和分流盘依次平放在模组上部后固定，使用除尘装置通过分流盘的分流孔自上而下吹扫3~5min，吹扫后静置30~60min；（5）在模管下端安装石墨底垫后完成组模。本发明的组模方法可大幅降低高温合金母合金中非金属夹杂物含量，夹杂物含量可控制到0.5级以下，尤其适用于对夹杂物含量要求较高的高温合金母合金的工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于合金熔炼技术领域，具体涉及一种大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法。
背景技术
高温合金具有优异的高温力学性能和抗氧化腐蚀性能，主要用于航空发动机和燃气轮机热端部件的制造。高温合金母合金熔炼完成后需要将合金液浇注到模组中，模组中的合金液凝固冷却后形成母合金锭。模组通常包括模管、保温冒口、底垫和外部框架。模管用来容纳合金液，合金液在模管中进行冷却凝固；保温冒口用于补缩，减少凝固缺陷；底垫用来密封模管底部，防止合金液外漏；外部框架用来固定模管。目前常规的模组在进行组模安装时，先将石墨底垫嵌入模管下端，再进行模管位置固定，最后将保温冒口嵌入模管上端完成组模。由于保温冒口在嵌入模管时不可避免的会与模管产生摩擦和剪切作用，致使冒口表面的耐火纤维脱落进入模管，在母合金浇注时进入合金熔体中形成非金属夹杂物。高温合金中的非金属夹杂物在合金中往往是裂纹产生和扩展的通道，会大幅降低高温合金铸件的疲劳和持久性能。
近年来随着高温合金3D打印和粉末冶金行业快速发展，对高温合金母合金的纯净度要求越来越高，尤其对高温合金母合金中夹杂物含量控制要求更为严格。因此，开发一种能够降低非金属夹杂物带入风险，大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法，对提升高温合金母合金的纯净度具有非常重要的工程化意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种大幅降低高温合金母合金中夹杂物的组模方法。本发明首先准备带有均匀分布通孔的钢质托板，将模管依次嵌入托板通孔后固定；其次将保温冒口安装在模管上端，然后将模组吊起悬空，使用除尘装置从保温冒口上端自上而下吹扫并静置，去除模管内壁残留的耐火材料；再将纤维毯和分流盘依次平放于模组上部，并从分流盘的分流孔自上而下吹扫并静置，去除纤维毯和分流盘残余在模管中的耐火材料；最后将石墨底垫安装于模管下端，采用上述组模方式可大幅降低高温合金母合金锭的夹杂物含量，熔炼制备的高温合金母合金中夹杂物含量控制到0.5级，适用于对夹杂物含量要求较高的高温合金母合金的工业化生产。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法，具体步骤如下：
步骤S1、准备厚度为25～35mm的托板，在所述托板上加工若干均匀分布的通孔，将所述托板置于固定框架的底部；
步骤S2、将模管依次嵌入所述托板的通孔中并固定；
步骤S3、将保温冒口安装在所述模管的上端，并将模组整体起吊悬空，使用除尘装置从所述保温冒口上端自上而下吹扫3～5min，吹扫后静置30～60min；
步骤S4、将纤维毯和分流盘依次平放在所述保温冒口上并固定，将模组整体起吊悬空，使用除尘装置从所述分流盘上端自上而下吹扫3～5min，吹扫后静置30～60min；
步骤S5、在所述模管下端安装石墨底垫，完成组模。
进一步地，所述通孔的上部内径比下部内径大7～8mm，所述下部内径大于模管的内径且小于模管外径，所述上部内径比所述模管的外径大0.2～0.5mm。
进一步地，所述托板焊接固定在所述固定框架的底部，嵌入托板的模管通过槽钢焊接固定在所述固定框架上。
进一步地，所述模管的材质为45#钢，内径为50～120mm，壁厚为10～20mm。
进一步地，所述纤维毯上设置有圆孔，所述圆孔的数量与所述模管的数量相同，孔径与所述保温冒口的内径相同。
进一步地，所述模管的中心与所述纤维毯的每个圆孔中心、分流盘的每个分流孔中心保持同心。
进一步地，所述固定框架的底部设置有活动挡板，安装石墨底垫时，先将所述石墨底垫嵌入到所述模管的下端内部后，再插入活动挡板。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明的托板中设置有均匀分布的通孔，通孔下部内径大于模管内径且小于模管外径，在模管嵌入托板通孔并固定后，可实现模组的整体起吊悬空；模管底部尚未安装石墨底垫，在安装完冒口后，可采用除尘装置从冒口自上而下进行吹扫并静置，去除冒口与模管配合过程中残留在模管中的耐火材料；在安装完纤维毯和分流盘后，可采用除尘装置从分流盘的分流孔自上而下进行吹扫并静置，去除纤维毯和分流盘在组模过程中残留在模管中的耐火材料；可实现吹扫后再进行石墨底垫安装封闭模管下部开口，完成组模。本发明可大幅降低高温合金锭的夹杂物含量，熔炼制备的高温合金母合金中夹杂物含量控制到0.5级以下，尤其适用于对夹杂物含量要求较高的高温合金母合金的工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例中托板设置在固定框架上的结构示意图。
图2是本发明实施例中模组的结构示意图。
图3是本发明实施例中模管与托板组装的结构示意图。
附图标记说明：1-托板；2-分流盘；3-保温冒口；4-模管；5-石墨底垫；6-固定框架；7-纤维毯；8-通孔。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行具体说明。
实施例1
一种大幅降低高温合金母合金中夹杂物的组模方法，包括以下步骤：
步骤S1、准备厚度为30mm的钢质托板1，在托板1中加工若干均匀分布的通孔8，将托板1焊接固定在固定框架6的底部，如图1所示；其中通孔8的上部内径比下部内径大7mm，通孔8的下部内径大于模管4的内径且小于模管4的外径，通孔上部内径比模管外径大0.5mm，如图3所示；
步骤S2、准备64根模管4，模管4的材质为45#钢，壁厚15mm，模管4的内径为75mm，将模管4依次嵌入托板1的通孔8中，嵌入托板的模管4通过槽钢焊接固定在所述固定框架6上；
步骤S3、将Φ75mm的保温冒口3安装在模管4的上端形成模组，将模组整体起吊悬空，使用除尘装置从所述保温冒口3的上端自上而下吹扫4min，吹扫后并静置45min；
步骤S4、在纤维毯7上开设圆孔，圆孔数量与模管4数量相同，孔径与保温冒口3的内径相同；
步骤S5、将纤维毯7和分流盘2依次平放在模组上部保温冒口3上后固定，每个模管4中心与纤维毯7的圆孔中心及分流盘2的分流孔中心保持同心，将模组整体起吊悬空，使用除尘装置从分流盘孔上端自上而下吹扫4min，吹扫后静置45min；
步骤S6、固定框架6的底部设置有活动挡板，将Φ75mm石墨底垫5嵌入模管4下端内部后，插入活动挡板进行固定，完成组模，如图2所示；
步骤S7、组模完成后对模组进行烘烤，烘烤温度500±150℃，烘烤时间不低于2小时，然后降温送入真空熔炼炉进行浇注。
本实施例的高温合金为K4169单炉熔炼1700kg合金；模管内径75mm，外径90mm，长1200mm；分流盘为每行4孔、一共4行的16孔分流盘，孔径8mm，每炉批准备4组模组，每个模组包含16根模管。
对比例1
传统组模方法主要包括以下步骤：
(1)准备64根模管，模管的材质为45#钢，壁厚15mm，内径为75mm，将Φ75mm石墨底垫放置于模管底部；
(2)固定框架底部设置厚度为30mm的实心底板，将安装好石墨底垫的64根模管依次放入固定框架并固定，使用吸尘器清扫模管内部4min；
(3)将Φ75mm保温冒口安装在模管上端；
(4)在纤维毯上开设圆孔，圆孔数量与模管数量相同，孔径与冒口内径相同；
(5)将纤维毯和分流盘依次平放在模组上部固定，模管中心与纤维毯的每个圆孔中心及分流盘的每个分流孔中心保持同心；
(6)组模完成后对模组进行烘烤，烘烤温度500±150℃，烘烤时间不低于2小时，然后降温送入真空熔炼炉进行浇注。
本对比例高温合金为K4169，单炉熔炼1700kg合金；模管内径75mm，外径90mm，长1200mm；分流盘为每行4孔、一共4行的16孔分流盘，孔径8mm，每炉批准备4组模组，每个模组包含16根模管。
对实施例1和对比例1得到的高温合金母合金铸锭进行夹杂物含量检测，检测结果如表1所示：
表1实施例1和对比例1制备的高温合金母合金铸锭夹杂物等级的比较
| 对比项目 | 实施例1 | 对比例1 |
| 夹杂物等级 | 0.5级 | 1.5级 |
从表1可知，通过本发明实施例的组模方法浇注制备的高温合金母合金中，夹杂物含量明显低于传统组模方法，表明本发明实施例的组模方法能够有效降低高温合金中夹杂物的含量，提高合金纯净度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤S1、准备厚度为25~35mm的托板（1），在所述托板（1）上加工若干均匀分布的通孔（8），将所述托板（1）置于固定框架（6）的底部；
步骤S2、将模管（4）依次嵌入所述托板（1）的通孔中并固定；
步骤S3、将保温冒口（3）安装在所述模管（4）的上端，并将模组整体起吊悬空，使用除尘装置从所述保温冒口（3）上端自上而下吹扫3~5min，吹扫后静置30~60min；
步骤S4、将纤维毯（7）和分流盘（2）依次平放在所述保温冒口（3）上并固定，将模组整体起吊悬空，使用除尘装置从所述分流盘（2）上端自上而下吹扫3~5min，吹扫后静置30~60min；
步骤S5、在所述模管（4）下端安装石墨底垫（5），完成组模。
2.根据权利要求1所述的大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法，其特征在于，所述通孔（8）的上部内径比下部内径大7~8mm，所述下部内径大于模管（4）的内径且小于模管（4）外径，所述上部内径比所述模管（4）的外径大0.2~0.5mm。
3.根据权利要求1所述的大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法，其特征在于，所述托板（1）焊接固定在所述固定框架（6）的底部，嵌入托板的模管（4）通过槽钢焊接固定在所述固定框架（6）上。
4.根据权利要求1所述的大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法，其特征在于，所述模管（4）的材质为45#钢，内径为50~120mm，壁厚为10~20mm。
5.根据权利要求1所述的大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法，其特征在于，所述纤维毯（7）上设置有圆孔，所述圆孔的数量与所述模管（4）的数量相同，孔径与所述保温冒口（3）的内径相同。
6.根据权利要求5所述的大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法，其特征在于，所述模管（4）的中心与所述纤维毯（7）的每个圆孔中心、分流盘（2）的每个分流孔中心保持同心。
7.根据权利要求1所述的大幅降低高温合金母合金中夹杂物含量的组模方法，其特征在于，所述固定框架（6）的底部设置有活动挡板，安装石墨底垫（5）时，先将所述石墨底垫（5）嵌入到所述模管（4）的下端内部后，再插入活动挡板。
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