一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼及其制備方法
【專利摘要】為了解決現(xiàn)有高溫合金大型薄壁復(fù)雜環(huán)型鑄件制殼工藝存在鑄件澆注漏鋼、表面質(zhì)量不好、鑄件清理困難、尺寸精度不高等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼及其制備方法，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】。該型殼使用了新的面層耐火粉料、背層耐火粉料、掛砂材料，還提供了型殼各層涂料的配方；此外還提供了一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼的制造方法，將蠟?zāi)Ｄ＝M表面進(jìn)行除油處理后，經(jīng)過(guò)配制涂料、掛砂干燥，型殼脫蠟型殼焙燒工序，特別是在掛砂過(guò)程中增加強(qiáng)化步驟，使型殼具有良好的高溫性能和低溫下的良好潰散性能，可承受澆鑄溫度高于1600℃的金屬熔液，能夠用于K4169，K438，K418，K4648等高溫合金的大型薄壁環(huán)形真空鑄件鑄造。
【專利說(shuō)明】一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼及其制備 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 熔模鑄造是一種近凈形成形的先進(jìn)工藝，獲得的產(chǎn)品精密、復(fù)雜，可不加工或很少 加工就直接使用，其應(yīng)用非常廣泛。熔模鑄件尺寸精度較高，一般可達(dá)CT4-6(砂型鑄造為 CT10?13,壓鑄為CT5?7)，表面光潔度也很高，可減少機(jī)械加工工作，只是在零件上要求 較高的部位留少許加工余量即可，甚至某些鑄件只留打磨、拋光余量，不必機(jī)械加工即可使 用。而且熔模鑄造方法可以鑄造各種合金的復(fù)雜的鑄件，特別可以鑄造高溫合金鑄件，如噴 氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，其流線型外廓與冷卻用內(nèi)腔，用機(jī)械加工工藝幾乎無(wú)法形成。用熔模鑄 造工藝生產(chǎn)不僅可以做到批量生產(chǎn)，保證了鑄件的一致性，而且避免了機(jī)械加工后殘留刀 紋的應(yīng)力集中。
[0003] 高溫合金大型薄壁復(fù)雜環(huán)型鑄件是航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃機(jī)等常用關(guān)鍵部件，由于尺寸 大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，冶金質(zhì)量和尺寸精度要求高，而且這些合金鑄件的澆鑄溫度一般在1400? 1600°C，因此對(duì)熔模鑄造過(guò)程中型殼質(zhì)量提出了很高要求。但是現(xiàn)有制殼工藝存在鑄件澆 注漏鋼、表面質(zhì)量不好、鑄件清理困難、尺寸精度不高等缺點(diǎn)。
[0004] 因此，有必要對(duì)高溫合金大型薄壁復(fù)雜環(huán)型鑄件的型殼進(jìn)行改進(jìn)，使其滿足航空 用鑄件的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有高溫合金大型薄壁復(fù)雜環(huán)型鑄件制殼工藝存在鑄 件澆注漏鋼、表面質(zhì)量不好、鑄件清理困難、尺寸精度不高等缺點(diǎn)，提供了一種薄壁環(huán)型熔 模鑄件型殼及其制備方法。該型殼利用限特定的材料并根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定了專用型 殼涂制和掛砂、干燥工藝，提高了鑄件表面質(zhì)量和尺寸精度，有效減少疏松、夾渣、裂紋等缺 陷，提高鑄件合格率。
[0006] -種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼，所述型殼的面層耐火粉料、背層耐火粉料、掛砂材料 的成分和規(guī)格如下：
[0007] 1 ?面層耐火粉料規(guī)格：
[0008] 化學(xué)成分：
[0009]

【權(quán)利要求】
1. 一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼，由多層涂料和掛砂材料間隔組成，其特征在于，所述型 殼的第1層涂料由面層耐火粉料、鋁酸鈷、面層硅溶膠、消泡劑和滲透劑組成；所述型殼的 第2、3層涂料由面層耐火粉料、面層硅溶膠、消泡劑和滲透劑組成；所述型殼的第4層及之 后各層的涂料由背層耐火粉料、背層硅溶膠、消泡劑和滲透劑組成； 其中，所述面層硅溶膠規(guī)格為： pH值：9?10 粘度：3 ?5X10_6m2/s Si02% :24 ?30 ; 所述背層硅溶膠規(guī)格為： PH 值：10 ?11 粘度：2 ?4X10_6m2/s Si02% :24 ?30。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼，其特征在于，所述第1層涂料 中，鋁酸鈷為鋁酸鈷和面層耐火粉料總重量的15%?35%，消泡劑加入量為面層硅溶膠重 量的0. 5%?1. 0%，滲透劑加入量為面層硅溶膠重量的0. 5%?1. 0%，并通過(guò)控制面層耐 火粉料和面層硅溶膠的加入量使涂料的粘度達(dá)到30-35s ; 所述第2、3層涂料中，消泡劑加入量為面層硅溶膠重量的0. 5%?1. 0%，滲透劑加入 量為面層硅溶膠重量的0. 5 %?I. 0 %，并通過(guò)控制面層耐火粉料和面層硅溶膠的加入量 使涂料的粘度達(dá)到25-30s ; 所述第4層及之后各層的涂料中，消泡劑加入量為背層硅溶膠重量的0. 5 %?I. 0 %， 滲透劑加入量為背層硅溶膠重量的〇. 5 %?I. 0 %，并通過(guò)控制背層耐火粉料和背層硅溶 膠的加入量使涂料的粘度達(dá)到15-20s。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼，其特征在于，型殼的面層耐火 粉料、背層耐火粉料的成分和規(guī)格如下： (1) 面層耐火粉料規(guī)格： 化學(xué)成分： Al2O3 85%?92% ZrO2 8%-15% SiO2 彡 0.03% Fc2O3 矣0,03% CaO+MgO 彡 0.03% Na2CHK2O sSO.l% 顆粒大?。篋95 = 45-65 μ m，D50 = 9-14 μ m，DlO = 1-2 μ m ; (2) 背層耐火粉料規(guī)格： 化學(xué)成分：
顆粒大小：D95 = 45-65 μ m，D50 = 10-18 μ m，DlO = 1-2. 5 μ m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼，其特征在于，所述鋁酸鈷為將 含量不小于98. 5%的Co2O3粉與Al2O3含量不小于98. 5%的電熔剛玉粉按1 :4?5混合， 經(jīng)1250?1300°C煅燒10?15h后得到的鋁酸鈷；消泡劑為正丁醇、正辛醇、聚二甲基硅氧 烷或乙二醇丁醚磷酸酯；滲透劑為硬脂酸、聚氧乙烯烷基醇或聚異丙二醇醚。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼，其特征在于，所述掛砂材料的 成分和規(guī)格如下： (1) 第1?4層砂規(guī)格： 化學(xué)成分： Al2O3 ^99.7% Fe2O3 ^ 0. 09% Na2O ^ 0. 21% 第1層砂粒度：90?120目， 第2層砂粒度：90?120目， 第3層砂粒度：70?90目， 第4層砂粒度：46?70目； (2) 第5?6層砂規(guī)格： 化學(xué)成分：
第5層砂粒度：50?60目， 第6層砂粒度：35?50目； (3) 第7?8層砂規(guī)格： 化學(xué)成分： Al2O3 ^99.7% Fe2O3 ^ 0. 09% Na2O ^ 0. 21% 第7?8層砂粒度：36?46目； (4)第9?13層砂規(guī)格： 化學(xué)成分：
第9?10層砂粒度：30-35目， 第11?15層砂粒度：20-30目。
6. -種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 將蠟?zāi)Ｄ＝M表面進(jìn)行除油處理后干燥； (2) 第1層涂料配制： (2. 1)鋁酸鈷配制：將含量不小于98. 5%的Co2O3與含量不小于98. 5%的電熔剛玉粉 按1 :4?5混合后，裝入爐內(nèi)煅燒，得到鋁酸鈷； (2. 2)將上述制得的鋁酸鈷和面層耐火粉料混合，鋁酸鈷加入量占二者總重量15%? 35%，再將面層硅溶膠與面層耐火粉料以重量比為I :3. 5的比例加入面層硅溶膠，混合均 勻； (2. 3)再將所需的消泡劑和滲透劑分別按硅溶膠重量的0. 5%?1. 0%加入混合物中 攪拌，攪拌至硅溶膠和粉料很好地結(jié)合在一起，再通過(guò)適量加入硅溶膠或耐火粉料使涂料 的粘度達(dá)到30-35s，再將涂料放置IOh?20h后使用； (3) 第2、3層涂料配制： (3. 1)將面層硅溶膠和面層耐火材料混合，再將面層硅溶膠與面層耐火粉料以重量比 為1 :3的比例加入面層硅溶膠，混合均勻； (3. 2)再將所需的消泡劑和滲透劑分別按硅溶膠重量的0. 5%?1. 0%加入混合物中 攪拌，攪拌至硅溶膠和粉料很好地結(jié)合在一起，再通過(guò)適量加入硅溶膠或耐火粉料使涂料 的粘度達(dá)到25-30s后，再將涂料放置IOh?20h后使用； (4) 第4-16層涂料配制： (4. 1)將背層硅溶膠和背層耐火材料混合，再將背層硅溶膠與背層耐火粉料以重量比 為1 :2的比例加入背層硅溶膠，混合均勻； (4. 2)再將所需的消泡劑和滲透劑分別按硅溶膠重量的0. 5%?1. 0%加入混合物中 攪拌，攪拌至硅溶膠和粉料很好地結(jié)合在一起，再通過(guò)適量加入硅溶膠或耐火粉料使涂料 的粘度達(dá)到15-20s后，再將涂料放置IOh?20h后使用； (5) 掛砂工藝 型殼掛砂可采用手工或機(jī)械手兩種方法進(jìn)行，控制涂料間溫度為20?25°C，濕度為 50?70% ;型殼每層制備方法為，將蠟?zāi)Ｄ＝M完全浸入各層對(duì)應(yīng)的涂料中，浸滿涂料后，取 出控漿，再用各層對(duì)應(yīng)的掛砂材料進(jìn)行掛砂，使型殼表面的砂均勻、全面覆蓋； 第1層掛砂采用自干，干燥時(shí)間為12?24h ;第2層起，可采用自干或采用風(fēng)干，干燥 時(shí)間分別為12?24h或4?8h ;共掛砂10?15層，然后再涂一層涂料，完成掛砂工序； 在上述掛砂過(guò)程中，對(duì)型殼用強(qiáng)化劑進(jìn)行3次強(qiáng)化，強(qiáng)化方法為：將型殼完全浸入強(qiáng)化 劑中至不產(chǎn)生氣泡為止，取出，自干24h后，再涂制下一層涂料； (6) 型殼脫錯(cuò)： 將制殼后的模組澆口杯朝下裝在脫蠟車上脫蠟，脫蠟釜壓力要求> 0. 6MPa ; (7) 型殼焙燒： 將脫蠟后的型殼澆口杯朝下放入焙燒爐中焙燒，得到所需型殼。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼的制備方法，其特征在于，步驟 (2. 1)中所述的氧化鈷粉粒度為270?400目；所述電熔剛玉粉粒度為MlO?M14 ;所述鋁 酸鈷煅燒方法為：加熱使?fàn)t溫升至1250?1300°C，升溫時(shí)間12?18h，并在1250?1300°C 下保溫10?15h，隨爐冷卻到600°C以下出爐。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼的制備方法，其特征在于，步驟 (5)中，所述的強(qiáng)化為每掛砂3?4層強(qiáng)化一次；所述的強(qiáng)化劑為硅酸乙酯水解液，規(guī)格為： SiO2 :24· 4%?27. 7%，HCl :0· 5 ?0· 6%，η :3· 6ΧΚΓ6 ?8Xl(T6m2/s。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種薄壁環(huán)型熔模鑄件型殼的制備方法，其特征在于，步驟 (7)所述的焙燒方法為：型殼入爐前爐內(nèi)溫度小于500°C，將爐溫加熱至900?950°C后，保 溫2?4h。
【文檔編號(hào)】B22C9/04GK104368757SQ201410624310
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】李波, 劉艷, 鄒建波, 李雪, 潘國(guó)志 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司