專利名稱：帶冠超薄細(xì)長葉片的定向凝固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶冠超薄細(xì)長葉片的定向凝固方 法。
背景技術(shù)：
在航空發(fā)動機(jī)葉片的生產(chǎn)中應(yīng)用定向凝固方法能得到單方向生長的柱狀晶甚至 單晶，基本消除了垂直于主應(yīng)力軸的橫向晶界，并減少了葉片偏析、疏松和含有晶界碳 化物等缺陷。與普通鑄造方法獲得的鑄件相比，葉片的高溫強(qiáng)度、抗蠕變和持久性能、 熱疲勞性能得到大幅度提高，使葉片的沖擊韌性和熱強(qiáng)性得到顯著改善，較大地提高了 葉片的單向力學(xué)性能。由于高溫合金葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制模、制殼、熔注參數(shù)和澆注系統(tǒng)方案對葉片鑄 件的質(zhì)量影響很大，其中澆注系統(tǒng)是否合理是影響葉片的合格率的主要因素之一，與等 軸晶的澆注系統(tǒng)主要考慮的是怎樣補(bǔ)縮不同，定向凝固的澆注系統(tǒng)主要考慮的是如何引 晶以及引晶的速度。不帶冠定向葉片常將引晶段選擇在葉尖部位，并采用勻速引晶，如 帶冠超薄細(xì)長葉片的定向凝固也采用這種引晶工藝，葉片中的晶粒會出現(xiàn)斜晶、斷晶的 情況，導(dǎo)致葉片表面出現(xiàn)疏松和裂紋，葉片葉身也會出現(xiàn)扭曲變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種帶冠超薄細(xì)長葉片的定向 凝固方法，制備出表面質(zhì)量及性能更好的帶冠超薄細(xì)長葉片。本發(fā)明的技術(shù)方案按以下工藝步驟進(jìn)行
(1)蠟?zāi)５闹圃爝x取蠟料，在溫度為65 75°C，壓注壓力為1.5 2.5MPa，保 壓時間為30 40s的條件下壓制成葉片蠟?zāi)：螅鋮s1小時；
(2)蠟?zāi)Ｐ拚麢z查葉片蠟?zāi)１砻妫拚災(zāi)５牧鸭y、氣泡、缺肉和變形缺陷；
(3)澆注系統(tǒng)設(shè)計葉片蠟?zāi)ｉ绢^向下，均勻粘結(jié)在底盤同一圓周上，各葉片蠟?zāi)?排氣邊朝向中柱管，葉冠端的兩封嚴(yán)齒處粘結(jié)澆冒口，澆冒口通過澆道與上圓盤連接， 上圓盤與澆口杯連接，形成澆注系統(tǒng)蠟?zāi)＃?br> (4)澆注系統(tǒng)型殼制備清洗澆注系統(tǒng)蠟?zāi)：筮M(jìn)行涂料，然后將涂料后的澆注系統(tǒng) 蠟?zāi)７湃敫邏赫羝撓灨忻撓灒撓灉囟?00°C，脫蠟壓力0.6 0.7Mpa，保壓10 15min,脫蠟時間20 30min，脫蠟3小時后，形成澆注系統(tǒng)母型殼，再將母型殼裝入爐 內(nèi)，入爐溫度低于300°C，隨爐升至800士 15°C，保溫40min，然后升溫至900士 15°C，保 溫50min，最后升溫至930士 15°C，保溫30min后，隨爐降溫到450°C，打開爐門降溫至 100°C即可出爐，制成澆注系統(tǒng)型殼；
(5)澆注成型先用壓縮空氣清理澆注系統(tǒng)型殼內(nèi)腔和底面，將型殼置于結(jié)晶器表 面，型殼底面同結(jié)晶器表面接觸緊密、對準(zhǔn)中心、無縫隙后開始澆注，澆注溫度1500 1520°C,澆注5 20s，澆注后型殼靜置20 40s后，分段拉晶；定向凝固后型殼溫度降至1000°C后出爐；
所述的帶冠超薄細(xì)長葉片的長度為91 183mm，厚度為1.2 4mm ； 所述的涂料組成按重量百分比為90%敘永土，10%碳酸鈣配置，然后過270目篩后 在400 1500°C焙燒，再進(jìn)行46 48h球磨；
所述的步驟(5)中的分段拉晶是當(dāng)葉片長度為91 123mm時，分兩段拉晶，第 一段拉晶高度為0 120mm，抽拉速度為5.0 5.5mm/min，第二段拉晶高度為120 280mm時，抽拉速度為6 mm/min ；當(dāng)葉片長度為124 157.1mm時，分三段拉晶，第一 段拉晶高度為0 50mm，抽拉速度為5.0mm/min，第二段拉晶高度為50 200mm，抽 拉速度為6 6.5 mm/min，第三段拉晶高度為200 380mm，抽拉速度為6.5 mm/min。與現(xiàn)用技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)及其有益效果是
本發(fā)明突破了常用的葉尖引晶方式及勻速拉晶方法，采用榫頭端引晶和變速拉晶， 生產(chǎn)的帶冠超薄細(xì)長葉片晶粒無斜晶、斷晶情況發(fā)生，葉片表面的疏松和裂紋明顯減 少，葉片質(zhì)量大幅度提高，葉片葉身不再出現(xiàn)扭曲變形，該方法進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用到其它 型號發(fā)動機(jī)及民品燃機(jī)的生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益更大。


圖1澆注系統(tǒng)主視圖2去除澆口杯澆注系統(tǒng)俯視圖； 圖3帶冠超薄細(xì)長葉片葉型示意其中1引晶段，2、3封嚴(yán)齒處澆冒口，4澆口杯，5Φ30ιηιη的中柱管，6Φ140ιηιη上 圓盤，7Φ250ιηιη底盤，8連接封嚴(yán)齒處澆冒口與上圓盤的澆道，9葉身最大厚度，10前 緣小圓半徑，11后緣小圓半徑。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述的實(shí) 施例
某機(jī)低壓渦輪一至四級工作葉片為帶冠超薄細(xì)長葉片，采用了本發(fā)明的定向凝固方 法成型，材料為DZ417G合金； 實(shí)施例1
低壓渦輪一級工作葉片的制備，低壓渦輪一級工作葉片全長91 97mm，葉身長度 范圍65 74mm，弦寬范圍16 20mm，葉身最大厚度范圍2.08 3.05mm，前緣小圓 半徑范圍0.3 0.6mm，后緣小圓半徑范圍0.3 0.5mm，具體工藝步驟為
(1)蠟?zāi)５闹圃炷Ａ喜捎妹绹a(chǎn)成品蠟料，牌號為F28-44B，蠟?zāi)Ｖ圃旃に噮?shù) 為模料溫度65°C，壓注壓力1.5MPa，保壓時間30s，蠟?zāi)褐坪蠓湃胩麓杀P中，冷卻1 小時；
(2)蠟?zāi)Ｐ拚麢z查蠟?zāi)１砻?，用修補(bǔ)蠟修正蠟?zāi)５牧鸭y、氣泡、缺肉、變形缺
陷；
(3)澆注系統(tǒng)設(shè)計葉片蠟?zāi)ｉ绢^向下，均勻粘結(jié)在底盤同一圓周上，各葉片蠟?zāi)?排氣邊朝向中柱管，葉冠端的兩封嚴(yán)齒處粘結(jié)澆冒口，澆冒口通過澆道與上圓盤連接，上圓盤與澆口杯連接，形成澆注系統(tǒng)蠟?zāi)＃?br> (4)型殼的制造清洗組合蠟?zāi)：筮M(jìn)行涂料，涂料的組成按重量百分比為90%敘永 土 10%碳酸鈣，過270目篩后在400°C焙燒，球磨時間46h ；
(5)脫蠟將型殼澆口杯朝下裝入脫蠟釜內(nèi)的格柵上，關(guān)閉釜門，扳動手柄，給前 腔送氣，并保證前腔壓力為0.5MPa，保壓lOmin，打開放蠟閥，使蠟注入接蠟盤中，脫 蠟時間為20min，脫蠟完畢后，放掉前腔蒸汽，取出模殼；
(6)型殼焙燒脫蠟3小時后，將型殼裝入爐內(nèi)，入爐溫度低于300°C，隨爐升至 785°C,保溫40min，然后升溫至885°C，保溫5Omin，最后升溫至915°C，保溫30min后 隨爐降溫到450°C，打開爐門降溫至100°C即可出爐；
(7)澆注成型先用壓縮空氣清理型殼內(nèi)腔和底面后，將型殼置于結(jié)晶器表面，型 殼底面應(yīng)同結(jié)晶器表面接觸緊密、對準(zhǔn)中心、無縫隙后開始澆注，澆注溫度1500°C，澆 注5s，澆注后型殼靜置20 40s后開始拉晶，拉晶高度為250mm，其中O IOOmm抽 拉速度為5.0mm/min，100 250mm抽拉速度為6.0mm/min，定向凝固后型殼溫度降至 1000°C后出爐。實(shí)施例2
制備的葉片低壓渦輪二級工作葉片全長范圍116 124mm，葉身長度范圍97 105mm,弦寬范圍19 22mm，葉身最大厚度范圍1.2 3.5mm，前緣小圓半徑范圍 0.3 0.6mm，后緣小圓半徑范圍0.3 0.5mm，采用的其他工藝步驟及參數(shù)與實(shí)施例1 相同，不同的參數(shù)為定向凝固過程中，選擇澆注溫度為1515°C，澆注時間為15s，拉 晶高度為280mm，其中O 120mm抽拉速度為5.5mm/min，120 280mm抽拉速度為 6.0mm/min。實(shí)施例3
低壓渦輪三級工作葉片的制備，全長范圍153.1 157.1mm，葉身長度范圍129.5 137.8mm，弦寬范圍21 23.5mm，具體工藝步驟為
(1)蠟?zāi)５闹圃炷Ａ喜捎妹绹a(chǎn)成品蠟料，牌號為F28-44B，蠟?zāi)Ｖ圃旃に噮?shù) 為模料溫度75°C，壓注壓力2.5MPa，保壓時間40s，蠟?zāi)褐坪蠓湃胩麓杀P中，冷卻1 小時；
(2)蠟?zāi)Ｐ拚麢z查蠟?zāi)１砻?，用修補(bǔ)蠟修正蠟?zāi)５牧鸭y、氣泡、缺肉、變形缺
陷；
(3)澆注系統(tǒng)設(shè)計葉片蠟?zāi)ｉ绢^向下，均勻粘結(jié)在底盤同一圓周上，各葉片蠟?zāi)?排氣邊朝向中柱管，葉冠端的兩封嚴(yán)齒處粘結(jié)澆冒口，澆冒口通過澆道與上圓盤連接， 上圓盤與澆口杯連接，形成澆注系統(tǒng)蠟?zāi)＃?br> (4)型殼的制造清洗組合蠟?zāi)：筮M(jìn)行涂料，涂料的組成按重量百分比為90%敘永 土 10%碳酸鈣，過270目篩后在1500°C焙燒，球磨時間48h;
(5)脫蠟將型殼澆口杯朝下裝入脫蠟釜內(nèi)的格柵上，關(guān)閉釜門，扳動手柄，給前 腔送氣，并保證前腔壓力為0.6Mpa，保壓15min，打開放蠟閥，使蠟注入接蠟盤中，脫 蠟時間為30min，脫蠟完畢后，放掉前腔蒸汽，取出模殼；
(6)型殼焙燒脫蠟3小時后，將型殼裝入爐內(nèi)，入爐溫度低于300°C，隨爐升至 815°C,保溫40min，然后升溫至915°C，保溫5Omin，最后升溫至945°C，保溫3Omin后隨爐降溫到450°C，打開爐門降溫至100°C即可出爐；
(7)澆注成型先用壓縮空氣清理型殼內(nèi)腔和底面后，將型殼置于結(jié)晶器表面，型 殼底面應(yīng)同結(jié)晶器表面接觸緊密、對準(zhǔn)中心、無縫隙后開始澆注，澆注溫度1520°C，澆 注時間15s，澆注后型殼靜置40s后開始拉晶，拉晶高度為300mm，其中0 50mm抽 拉速度為5.0mm/min，50 200mm抽拉速度為6.0mm/min，200 300mm抽拉速度為 6.5mm/min,定向凝固后型殼溫度降至1000°C后出爐。
實(shí)施例4
制備的低壓渦輪四級工作葉片全長約183mm，葉身長度約163mm，弦寬范圍20 25mm,采用的其他工藝步驟和參數(shù)與實(shí)施例3相同，不同的是在定向凝固過程中，選擇澆 注溫度為1525°C，澆注時間為15 20s，拉晶高度為380mm，其中0 50mm抽拉速度為 5.0mm/min, 50 300mm 抽拉速度為 6.0mm/min，300 380mm 抽拉速度為 6.5mm/min。
權(quán)利要求
1.一種帶冠超薄細(xì)長葉片的定向凝固方法，按以下步驟進(jìn)行(1)蠟?zāi)５闹圃爝x取蠟料，在溫度為65 75°C，壓注壓力為1.5 2.5MPa，保 壓時間為30 40s的條件下壓制成葉片蠟?zāi)：?，冷卻1小時；(2)蠟?zāi)Ｐ拚麢z查葉片蠟?zāi)１砻?，修正蠟?zāi)５牧鸭y、氣泡、缺肉和變形缺陷；(3)澆注系統(tǒng)設(shè)計葉片蠟?zāi)ｉ绢^向下，均勻粘結(jié)在底盤同一圓周上，各葉片蠟?zāi)?排氣邊朝向中柱管，葉冠端的兩封嚴(yán)齒處粘結(jié)澆冒口，澆冒口通過澆道與上圓盤連接， 上圓盤與澆口杯連接，形成澆注系統(tǒng)蠟?zāi)＃?4)澆注系統(tǒng)型殼制備清洗澆注系統(tǒng)蠟?zāi)：筮M(jìn)行涂料，然后將涂料后的澆注系統(tǒng) 蠟?zāi)７湃敫邏赫羝撓灨忻撓灒撓灉囟?00°C，脫蠟壓力0.6 0.7Mpa，保壓10 15min,脫蠟時間20 30min，脫蠟3小時后，形成澆注系統(tǒng)母型殼，再將母型殼裝入爐 內(nèi)，入爐溫度低于300°C，隨爐升至800士 15°C，保溫40min，然后升溫至900士 15°C，保 溫50min，最后升溫至930士 15°C，保溫30min后，隨爐降溫到450°C，打開爐門降溫至 100°C即可出爐，制成澆注系統(tǒng)型殼；(5)澆注成型先用壓縮空氣清理澆注系統(tǒng)型殼內(nèi)腔和底面，將型殼置于結(jié)晶器表 面，型殼底面同結(jié)晶器表面接觸緊密、對準(zhǔn)中心、無縫隙后開始澆注，澆注溫度1500 1520°C,澆注5 20s，澆注后型殼靜置20 40s后，分段拉晶；定向凝固后型殼溫度降 至1000°C后出爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶冠超薄細(xì)長葉片的定向凝固方法，其特征在于所述的 帶冠超薄細(xì)長葉片的長度為91 183mm，厚度為1.2 4mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶冠超薄細(xì)長葉片的定向凝固方法，其特征在于涂料組 成按重量百分比為90%敘永土，10%碳酸鈣配置，然后過270目篩后在400 1500°C焙 燒，再進(jìn)行46 48h球磨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶冠超薄細(xì)長葉片的定向凝固方法，其特征在于所述的 步驟(5)中的分段拉晶是當(dāng)葉片長度為91 123mm時，分兩段拉晶，第一段拉晶高度 為0 120mm，抽拉速度為5.0 5.5mm/min，第二段拉晶高度為120 280mm時，抽 拉速度為emm/min;當(dāng)葉片長度為124 157.1mm時，分三段拉晶，第一段拉晶高度為 0 50mm，抽拉速度為5.0mm/min，第二段拉晶高度為50 200mm，抽拉速度為6 6.5 mm/min,第三段拉晶高度為200 380mm，抽拉速度為6.5 mm/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及精密鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶冠超薄細(xì)長葉片的定向凝固方法。技術(shù)方案是首先是蠟?zāi)５闹圃旒靶拚?，然后將蠟?zāi)＝M成澆注后進(jìn)行涂料，然后將涂料后的澆注系統(tǒng)蠟?zāi)７湃敫邏赫羝撓灨忻撓?，脫?小時后，形成澆注系統(tǒng)母型殼，再將母型殼裝入爐內(nèi)，制成澆注系統(tǒng)型殼；最后將型殼置于結(jié)晶器表面，型殼底面同結(jié)晶器表面接觸緊密、對準(zhǔn)中心、無縫隙后開始澆注，再分段拉晶；定向凝固后型殼溫度降至1000℃后出爐。本發(fā)明突破了常用的葉尖引晶方式及勻速拉晶方法，采用榫頭端引晶和變速拉晶，生產(chǎn)的帶冠超薄細(xì)長葉片晶粒無斜晶、斷晶情況發(fā)生，葉片表面的疏松和裂紋明顯減少，葉片質(zhì)量大幅度提高，葉片葉身不再出現(xiàn)扭曲變形。
文檔編號B22C9/04GK102019354SQ20101060633
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者崔樹森, 彭志江, 王永明, 王鐵軍, 韓大平 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司