一种高温合金涡轮的精密铸造工艺的制作方法

本发明属于航空精密铸造技术领域，具体涉及一种高温合金涡轮的精密铸造工艺。

背景技术：

随着民用航空业的逐步发展，航空发动机作为民用飞机上最为关键的部件要求也越来越高。镍基高温合金是航空发动机的主要材料，因其复杂严苛的使用环境，高温合金零件一般都有较为复杂的内腔结构。现有技术生产的零件在零件内腔极易产生缩松。

技术实现要素：

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，提供了一种高温合金涡轮的精密铸造工艺。本发明制备工艺所用陶瓷芯为一种氧化铝、氧化镁、铝酸钴复合材料，其能有效地降低零件内腔表面的缩松，模壳浆料采用硅溶胶、耐火粉、铝酸钴等混合浆料，有利于零件表面的快速冷却，保证零件表面平整度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高温合金涡轮的精密铸造工艺，包括以下步骤：

（1）零件模具设计制造：根据待加工的零件制作零件蜡模模具；

（2）陶瓷芯制备：根据待加工的零件制作陶瓷芯；

（3）型壳浆料的制备：面层浆料以(2~2.5):(10~10.5):(0.8~1)的重量比将快干硅溶胶、锆英粉、铝酸钴粉混合均匀；背层浆料以1:（1.4~1.5）的比例将硅溶胶、莫来粉混合均匀；

（4）零件型壳的制备：将陶瓷芯放入零件蜡模模具内，充入填充蜡，压制成零件蜡模，将零件蜡模浸入步骤（3）所述面层浆料和背层浆料旋转后取出，使零件蜡模获得均匀的涂层；使用不同粒径的型砂均匀淋在蜡模上，重复以上操作若干次，直至获得零件型壳；

（5）型壳的脱蜡：将零件型壳放入脱蜡釜，在170~180℃的温度和0.8~1.0mpa的压力下将蜡模脱去；

（6）型壳的预焙烧：将零件型壳放入焙烧炉，在950~1000℃焙烧，将残余蜡和零件型壳的水分除掉；

（7）零件的浇注：将零件型壳预热至1150±15℃，保温4~8h以上；对合金进行精炼，精炼后将合金在1540±15℃的温度下真空浇注零件型壳内，得到带浇道的零件，最后切割打磨，得到所需形状的工件。

步骤（3）中所述面层浆料的粘度为45~70s^-1，ph值为8.5~10；背层浆料的粘度为15~25s^-1，ph值为8.5~10。

步骤（2）所述陶瓷芯中氧化铝的质量分数满足99%≤w氧化铝<100%，同时陶瓷芯的孔隙率为50%以上。

步骤（4）所述蜡模面层砂的粒径为120目，第2~8层为背层，第2层的粒径为60~80目；第3层的粒径为30~60目，其余5层的粒径为16~30目。

所述陶瓷芯能够利用高压水枪去除，解决了传统铝基陶瓷芯难清理的难题。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

由于高温合金涡轮类铸件复杂的内腔结构，本发明的零件内腔采用陶瓷型芯填充，陶瓷芯为表面涂覆有铝酸钴的铝基陶瓷，铝酸钴涂覆在陶瓷芯表面能有效地减少零件内腔表面的缩松，成功地解决了传统铸造工艺铸件内腔存在的氧化和缩松问题，同时高孔隙率能够保证陶瓷芯浇注后可以用高压水枪除去。

本发明的型壳浆料采用硅溶胶、耐火粉、铝酸钴等混合浆料，有利于零件表面的快速冷却，保证零件表面平整度，本发明的制备工艺可以应用于其他高温合金零件的铸造。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的涡轮零件的俯视结构示意图。

图2是本发明实施例1制备的涡轮零件的左视结构示意图。

图3是本发明实施例1制备的涡轮零件的a-a视图。

图4是本发明实施例1零件模具的主视结构示意图。

图5是本发明实施例1零件模具的左视结构示意图。

图6是本发明实施例1零件模具的俯视结构示意图。

图7是本发明实施例1水溶芯模具的主视结构示意图。

图8是本发明实施例1水溶芯模具的左视结构示意图。

图9是本发明实施例1水溶芯模具的俯视结构示意图。

图10是本发明实施例1陶瓷芯模具的主视结构示意图。

图11是本发明实施例1陶瓷芯模具的左视结构示意图。

图12是本发明实施例1陶瓷芯模具的俯视结构示意图。

下面通过具体的实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

具体实施方式

实施例1

一种高温合金涡轮的精密铸造工艺，包括以下步骤：

（1）零件模具设计制造：零件蜡模模具采用底注式设计来保证蜡模整体充型，模具材料为锻铝6061，模具整体为箱体结构，由40个活块组合而成，制备得到图1~3所示模具；

（2）陶瓷芯制备：由于零件内腔的复杂结构，零件内腔采用陶瓷型芯填充，陶瓷芯为铝基陶瓷，表面涂覆铝酸钴以减少零件表面缩松，其中氧化铝的质量分数为99.5%，铝酸钴0.5%，制备得到图10~12所示模具；

（3）型壳浆料的制备：面层浆料以2:10:1的重量比将快干硅溶胶、锆英粉、铝酸钴粉混合，并搅拌24h直至浆料混合均匀；背层浆料以1:1.5的重量比将硅溶胶、莫来粉混合，并搅拌8小时；其中，面层浆料的粘度为46s^-1，ph值为9.5；背层浆料的粘度为18s^-1，ph值为9.5；

（4）零件型壳的制备：将陶瓷芯放入零件蜡模模具，充入填充蜡压制成型零件蜡模，将零件蜡模先后浸入步骤（3）所述背层浆料和面层浆料中，旋转5s后取出，获得均匀涂层，使用不同粒径的型砂均匀淋在蜡模上，面层制作两层，背层制作六层，获得零件型壳；面层砂为120目，过渡层（第2层）60目；第3层30目，其余5层全部是30目砂；

（5）型壳的脱蜡：将型壳放入脱蜡釜，在175℃和0.85mpa的条件下将蜡模脱去；

（6）型壳的预焙烧：将型壳放入焙烧炉，在1000℃焙烧1h，将残余蜡烧净，同时将型壳水分烧去，增加模壳高温强度；

（7）零件的浇注：将零件型壳预热至1150℃，保温5h，对合金进行精炼，精炼后将合金在1540℃温度下真空浇注得到带浇道零件，最后切割打磨，得到如附图1所示涡轮，零件整体壁厚为1.4mm。

实施例2

一种高温合金涡轮的精密铸造工艺，包括以下步骤：

（1）零件模具设计制造：零件蜡模模具采用底注式设计来保证蜡模整体充型，模具材料为锻铝6061，模具整体为箱体结构，由40个活块组合而成；

（2）陶瓷芯制备：由于零件内腔的复杂结构，零件内腔采用陶瓷型芯填充，陶瓷芯为铝基陶瓷，表面涂覆铝酸钴以减少零件表面缩松，其中氧化铝的质量分数为99%，铝酸钴1%，制备得到模具；

（3）型壳浆料的制备：面层浆料以2.5:10.5:0.8的重量比将快干硅溶胶、锆英粉、铝酸钴粉混合，并搅拌24h直至浆料混合均匀；背层浆料以1:1.4的重量比将硅溶胶、莫来粉混合，并搅拌8小时；其中，面层浆料的粘度为70s^-1，ph值为8.5；背层浆料的粘度为25s^-1，ph值为8.5；

（4）零件型壳的制备：将陶瓷芯放入零件蜡模模具，充入填充蜡压制成型零件蜡模，将零件蜡模先后浸入步骤（3）所述背层浆料和面层浆料中，旋转5s后取出，获得均匀涂层，使用不同粒径的型砂均匀淋在蜡模上，面层制作两层，背层制作六层，获得零件型壳；面层砂为120目，过渡层（第2层）80目；第3层60目，其余5层全部是16目砂；

（5）型壳的脱蜡：将型壳放入脱蜡釜，在180℃和1.0mpa的条件下将蜡模脱去；

（6）型壳的预焙烧：将型壳放入焙烧炉，在950℃焙烧1h，将残余蜡烧净，同时将型壳水分烧去，增加模壳高温强度；

（7）零件的浇注：将零件型壳预热至1165℃，保温4h，对合金进行精炼，精炼后将合金在1555℃温度下真空浇注得到带浇道零件，最后切割打磨，得到涡轮，零件整体壁厚为1.4mm。

实施例3

一种高温合金涡轮的精密铸造工艺，包括以下步骤：

（1）零件模具设计制造：零件蜡模模具采用底注式设计来保证蜡模整体充型，模具材料为锻铝6061，模具整体为箱体结构，由40个活块组合而成；

（2）陶瓷芯制备：由于零件内腔的复杂结构，零件内腔采用陶瓷型芯填充，陶瓷芯为铝基陶瓷，表面涂覆铝酸钴以减少零件表面缩松，其中氧化铝的质量分数为99%，铝酸钴1%，制备得到模具；

（3）型壳浆料的制备：面层浆料以2.5:10:1的重量比将快干硅溶胶、锆英粉、铝酸钴粉混合，并搅拌24h直至浆料混合均匀；背层浆料以1:1.5的重量比将硅溶胶、莫来粉混合，并搅拌8小时；其中，面层浆料的粘度为60s^-1，ph值为10；背层浆料的粘度为20s^-1，ph值为10；

（4）零件型壳的制备：将陶瓷芯放入零件蜡模模具，充入填充蜡压制成型零件蜡模，将零件蜡模先后浸入步骤（3）所述背层浆料和面层浆料中，旋转5s后取出，获得均匀涂层，使用不同粒径的型砂均匀淋在蜡模上，面层制作两层，背层制作六层，获得零件型壳；面层砂为120目，过渡层（第2层）70目；第3层45目，其余5层全部是25目砂；

（5）型壳的脱蜡：将型壳放入脱蜡釜，在180℃和0.8mpa的条件下将蜡模脱去；

（6）型壳的预焙烧：将型壳放入焙烧炉，在975℃焙烧1h，将残余蜡烧净，同时将型壳水分烧去，增加模壳高温强度；

（7）零件的浇注：将零件型壳预热至1135℃，保温8h，对合金进行精炼，精炼后将合金在1525℃温度下真空浇注得到带浇道零件，最后切割打磨，得到涡轮，零件整体壁厚为1.4mm。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。