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1、(10)申请公布号 CN 103506594 A (43)申请公布日 2014.01.15 CN 103506594 A (21)申请号 201310433622.9 (22)申请日 2013.09.22 B22D 13/10(2006.01) B22C 7/02(2006.01) (71)申请人 苏州华宇精密铸造有限公司 地址 215000 江苏省苏州市相城区黄桥工业 园 (72)发明人 王强 (74)专利代理机构 北京同恒源知识产权代理有 限公司 11275 代理人 刘宪池 (54) 发明名称 一种发动机叶片的精密铸造方法 (57) 摘要 本发明公开了一种发动机叶片的精密铸造方 法， 包括。
2、模具设计、 模具制造， 原料熔炼， 下料准 备， 离心铸造， 第一次冷却， 第二次成型， 第二次冷 却， 切边和喷砂， 热等静压步骤。通过上述工序保 证了发动机叶片表面和内部缺陷的良好的消除 率， 且内部微观组织更加均匀。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 (10)申请公布号 CN 103506594 A CN 103506594 A 1/1 页 2 1. 一种发动机叶片的精密铸造方法， 其特征在于， 包括模具设计、 模具制造， 原料熔炼， 下料准备， 离心铸造， 第一次冷却， 第。
3、二次成型， 第二次冷却， 切边和喷砂， 热等静压步骤 ； 所述模具设计的步骤为， 采用水溶性型芯， 采用现有 CAD 系统设计得到发动机叶片的 CAD 模型， 采用快速成型机， 采用现有激光烧结结束逐层烧结直径小于 0.2mm 的聚苯乙烯 粉， 再浸蜡后制得熔模， 然后对熔模进行表面与内部的清洗 ； 所述模具制造的步骤为， 将熔模浸入到面层涂料中沾浆 30 45s 后取出， 然后进行面 层的撒砂、 干燥， 得到模壳， 将模壳放入加热炉中， 在温度为 350 480中保温 2.5 3h， 然后继续升温为 800 850， 保温 2.5 3h， 继续升温为 1000 1100， 保温 2.5 3h。
4、， 然后随炉冷却到室温， 得到模具 ； 所述原料熔炼的步骤为， 将待熔炼的原材料放入坩埚中， 将坩埚置于真空感应炉的坩 埚熔炼室内， 先采用惰性气体对坩埚熔炼室进行48次的冲洗， 最终保持坩埚熔炼室的真 空度为 10-5 10-3mbar 进行熔炼， 熔炼完成后保温 10 15min， 使得原料中的各元素均匀 ； 所述下料准备的步骤为， 用石棉包裹模具制造步骤得到的模具， 进行预热后下料， 所述 预热的温度为 380 580 ； 所述离心铸造的步骤为， 离心转速为 195rpm 385rpm， 浇铸时间为 6 8s ； 所述第一次冷却的步骤为， 出炉空冷， 将型芯溶出后， 清洗零件并烘干 ； 。
5、所述第二次成型的步骤为， 将第一次冷却后得到的铸件放入预热到 900 980的模 具中， 然后在加热炉内加热到 1050 1150， 然后进行离心铸造， 离心转速为 195rpm 385rpm ； 所述第二次冷却的步骤为， 出炉空冷 ； 所述切边和喷砂的步骤为， 采用机械方法清除型壳， 将浇铸系统切除， 用高压水切掉工 艺边， 进行喷砂处理 ； 所述热等静压的步骤为， 热等静压的温度为为 950 990， 热等静压的压力为 100 180MPa， 保压时间为 3 6 小时。 2. 根据权利要求 1 所述的发动机叶片的精密铸造方法， 其特征在于， 所述坩埚为水冷 铜坩埚。 3. 根据权利要求 1。
6、 所述的发动机叶片的精密铸造方法， 其特征在于， 所述的惰性气体 对坩埚熔炼室进行 4 8 次的冲洗为， 先将坩埚熔炼室抽真空至 10-5 10-3mbar， 然后充入 氩气至 10 14mbar， 然后再抽真空至 10-5 10-3mbar， 如此反复共 4 8 次。 4. 根据权利要求 1 所述的发动机叶片的精密铸造方法， 其特征在于， 所述面层涂料为 氧化锆、 二醋酸锆、 脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇通过搅拌、 静置而得到的。 5. 根据权利要求 4 所述的发动机叶片的精密铸造方法， 其特征在于， 所述面层涂料中 氧化锆、 二醋酸锆、 脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇的重量份比例为 3.8 4.2 。
7、： 1 ： 0.0004 0.001 ： 0.0006 0.0012。 6. 根据权利要求 1 所述的发动机叶片的精密铸造方法， 其特征在于， 所述发动机叶片 的材质为钛铝合金， 所述钛铝合金的组成按重量百分比为 38 42% 的铝、 3 4.8% 的铌、 0.2 0.8% 的碳， 余量为钛和不可避免的杂质。 7. 根据权利要求 6 所述的发动机叶片的精密铸造方法， 其特征在于， 所述待熔炼的原 材料为纯铝、 铌化铝、 纯碳和海绵钛。 权 利 要 求 书 CN 103506594 A 2 1/3 页 3 一种发动机叶片的精密铸造方法 技术领域 0001 本发明涉及精密铸造技术领域， 具体涉及发。
8、动机叶片的精密铸造方法。 背景技术 0002 钛合金密度小， 比强度高， 耐腐蚀， 由于该一系列优异的特性， 被广泛地应用于航 空航天工业、 能源工业、 海上运输工业等方面。欧洲航天局也曾启动了航空研究计划， 就是 旨在掌握钛铝基合金航空发动机叶片和燃气轮机叶片。 飞机发动机推重比是评价现代飞机 发动机的主要指标之一， 它对飞机性能有着决定性的作用。 当前应用于发动机叶片的时候， 较为常见的成型方法为精密铸造方法。采用熔模精密铸造工艺制备 TiAl 基合金构件， 特别 是形状复杂的构件， 可得到无余量或近无余量的精密复杂构件， 大幅度减少金属损耗， 提高 材料的利用率， 减少大量机加工工时， 。
9、大幅度降低生产成本。 0003 目前使用较多的钛合金精密铸造用型壳， 大致可分为 ： 石墨型壳、 钨面层陶瓷型 壳、 氧化物陶瓷型壳等。 但是由于模具形成方式的不足以及铸造过程的参数设计不合理， 导 致成型后的零件表面和内部缺陷均比较多。 发明内容 0004 本发明的目的在于提出一种发动机叶片的精密铸造方法 ； 0005 为达此目的， 本发明采用以下技术方案 ： 0006 一种发动机叶片的精密铸造方法， 包括模具设计、 模具制造， 原料熔炼， 下料准备， 离心铸造， 第一次冷却， 第二次成型， 第二次冷却， 切边和喷砂， 热等静压步骤 ； 0007 其中， 所述模具设计的步骤为， 采用水溶性型。
10、芯， 采用现有 CAD 系统设计得到发动 机叶片的CAD模型， 采用快速成型机， 采用现有激光烧结结束逐层烧结直径小于0.2mm的聚 苯乙烯粉， 再浸蜡后制得熔模， 然后对熔模进行表面与内部的清洗 ； 0008 其中， 所述模具制造的步骤为， 将熔模浸入到面层涂料中沾浆 30 45s 后取出， 然后进行面层的撒砂、 干燥， 得到模壳， 将模壳放入加热炉中， 在温度为 350 480中保温 2.5 3h， 然后继续升温为 800 850， 保温 2.5 3h， 继续升温为 1000 1100， 保温 2.5 3h， 然后随炉冷却到室温， 得到模具 ； 0009 其中， 所述原料熔炼的步骤为， 将。
11、待熔炼的原材料放入坩埚中， 将坩埚置于真空感 应炉的坩埚熔炼室内， 先采用惰性气体对坩埚熔炼室进行48次的冲洗， 最终保持坩埚熔 炼室的真空度为 10-5 10-3mbar 进行熔炼， 熔炼完成后保温 10 15min， 使得原料中的各 元素均匀 ； 0010 其中， 所述下料准备的步骤为， 用石棉包裹模具制造步骤得到的模具， 进行预热后 下料， 所述预热的温度为 380 580 ； 0011 其中， 所述离心铸造的步骤为， 离心转速为 195rpm 385rpm， 浇铸时间为 6 8s ； 0012 其中， 所述第一次冷却的步骤为， 出炉空冷， 将型芯溶出后， 清洗零件并烘干 ； 0013 。
12、其中， 所述第二次成型的步骤为， 将第一次冷却后得到的铸件放入预热到 900 说 明 书 CN 103506594 A 3 2/3 页 4 980的模具中， 然后在加热炉内加热到 1050 1150， 然后进行离心铸造， 离心转速为 195rpm 385rpm ； 0014 其中， 所述第二次冷却的步骤为， 出炉空冷 ； 0015 其中， 所述切边和喷砂的步骤为， 采用机械方法清除型壳， 将浇铸系统切除， 用高 压水切掉工艺边， 进行喷砂处理 ； 0016 其中， 所述热等静压的步骤为， 热等静压的温度为为 950 990， 热等静压的压 力为 100 180MPa， 保压时间为 3 6 小时。
13、。 0017 作为优选， 所述坩埚为水冷铜坩埚。 0018 作为优选， 所述的惰性气体对坩埚熔炼室进行48次的冲洗为， 先将坩埚熔炼室 抽真空至 10-5 10-3mbar， 然后充入氩气至 10 14mbar， 然后再抽真空至 10-5 10-3mbar， 如此反复共 4 8 次。 0019 作为优选， 所述面层涂料为氧化锆、 二醋酸锆、 脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇通过搅 拌、 静置而得到的。 0020 作为优选， 所述面层涂料中氧化锆、 二醋酸锆、 脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇的重量 份比例为 3.8 4.2 ： 1 ： 0.0004 0.001 ： 0.0006 0.0012。 0021 作为。
14、优选， 所述发动机叶片的材质为钛铝合金， 所述钛铝合金的组成按重量百分 比为 38 42% 的铝、 3 4.8% 的铌、 0.2 0.8% 的碳， 余量为钛和不可避免的杂质。 0022 作为优选， 所述待熔炼的原材料为纯铝、 铌化铝、 纯碳和海绵钛。 0023 本发明的效果在于 ： 通过特定的模具制造和设计过程， 使得模具符合发动机叶片 的特定需求 ； 通过离心铸造参数的设定， 使得内部缺陷得到很好的消除 ； 通过二次成型和 二次冷却， 使得内部组织均匀稳定且使得内部缺陷得到非常好的消除， 并且保证了表面缺 陷的良好的消除率 ； 热等静压参数的设定使得内部微观组织更加均匀。 具体实施方式 00。
15、24 实施例 1 0025 包括模具设计、 模具制造， 原料熔炼， 下料准备， 离心铸造， 第一次冷却， 第二次成 型， 第二次冷却， 切边和喷砂， 热等静压步骤 ； 0026 所述模具设计的步骤为， 采用水溶性型芯， 采用现有 CAD 系统设计得到发动机叶 片的CAD模型， 采用快速成型机， 采用现有激光烧结结束逐层烧结直径小于0.2mm的聚苯乙 烯粉， 再浸蜡后制得熔模， 然后对熔模进行表面与内部的清洗 ； 0027 所述模具制造的步骤为， 将熔模浸入到面层涂料中沾浆 35s 后取出， 然后进行面 层的撒砂、 干燥， 得到模壳， 将模壳放入加热炉中， 在温度为 380中保温 2.8h， 然。
16、后继续升 温为 830， 保温 2.8h， 继续升温为 1050， 保温 2.9h， 然后随炉冷却到室温， 得到模具 ； 0028 所述原料熔炼的步骤为， 将待熔炼的原材料放入坩埚中， 将坩埚置于真空感应炉 的坩埚熔炼室内， 先采用惰性气体对坩埚熔炼室进行 6 次的冲洗， 最终保持坩埚熔炼室的 真空度为 10-4mbar 进行熔炼， 熔炼完成后保温 12min， 使得原料中的各元素均匀 ； 0029 所述下料准备的步骤为， 用石棉包裹模具制造步骤得到的模具， 进行预热后下料， 所述预热的温度为 480 ； 0030 所述离心铸造的步骤为， 离心转速为 300rpm， 浇铸时间为 7s ； 说 。
17、明 书 CN 103506594 A 4 3/3 页 5 0031 所述第一次冷却的步骤为， 出炉空冷， 将型芯溶出后， 清洗零件并烘干 ； 0032 所述第二次成型的步骤为， 将第一次冷却后得到的铸件放入预热到 920的模具 中， 然后在加热炉内加热到 1080， 然后进行离心铸造， 离心转速为 310rpm ； 0033 所述第二次冷却的步骤为， 出炉空冷 ； 0034 所述切边和喷砂的步骤为， 采用机械方法清除型壳， 将浇铸系统切除， 用高压水切 掉工艺边， 进行喷砂处理 ； 0035 所述热等静压的步骤为， 热等静压的温度为为 980， 热等静压的压力为 130MPa， 保压时间为 4。
18、 小时。 0036 实施例 2 ： 0037 包括模具设计、 模具制造， 原料熔炼， 下料准备， 离心铸造， 第一次冷却， 第二次成 型， 第二次冷却， 切边和喷砂， 热等静压步骤 ； 0038 所述模具设计的步骤为， 采用水溶性型芯， 采用现有 CAD 系统设计得到发动机叶 片的CAD模型， 采用快速成型机， 采用现有激光烧结结束逐层烧结直径小于0.2mm的聚苯乙 烯粉， 再浸蜡后制得熔模， 然后对熔模进行表面与内部的清洗 ； 0039 所述模具制造的步骤为， 将熔模浸入到面层涂料中沾浆 30 45s 后取出， 然后进 行面层的撒砂、 干燥， 得到模壳， 将模壳放入加热炉中， 在温度为 35。
19、0 480中保温 2.5 3h， 然后继续升温为 800 850， 保温 2.5 3h， 继续升温为 1000 1100， 保温 2.5 3h， 然后随炉冷却到室温， 得到模具 ； 所述面层涂料中氧化锆、 二醋酸锆、 脂肪醇聚氧乙烯醚 和正丁醇的重量份比例为 3.9 ： 1 ： 0.0006 ： 0.0008。 0040 所述原料熔炼的步骤为， 将待熔炼的原材料放入水冷铜坩埚中， 所述待熔炼的原 材料为纯铝、 铌化铝、 纯碳和海绵钛。将坩埚置于真空感应炉的坩埚熔炼室内， 先采用惰性 气体对坩埚熔炼室进行 4 8 次的冲洗， 先将坩埚熔炼室抽真空至 10-5 10-3mbar， 然后充 入氩气至。
20、 10 14mbar， 然后再抽真空至 10-5 10-3mbar， 如此反复共 4 8 次。最终保持 坩埚熔炼室的真空度为10-510-3mbar进行熔炼， 熔炼完成后保温1015min， 使得原料中 的各元素均匀 ； 发动机叶片的材质为钛铝合金， 所述钛铝合金的组成按重量百分比为 39% 的铝、 3.8% 的铌、 0.6% 的碳， 余量为钛和不可避免的杂质。 0041 所述下料准备的步骤为， 用石棉包裹模具制造步骤得到的模具， 进行预热后下料， 所述预热的温度为 380 580 ； 0042 所述离心铸造的步骤为， 离心转速为 195rpm 385rpm， 浇铸时间为 6 8s ； 004。
21、3 所述第一次冷却的步骤为， 出炉空冷， 将型芯溶出后， 清洗零件并烘干 ； 0044 所述第二次成型的步骤为， 将第一次冷却后得到的铸件放入预热到 900 980的模具中， 然后在加热炉内加热到 1050 1150， 然后进行离心铸造， 离心转速为 195rpm 385rpm ； 0045 所述第二次冷却的步骤为， 出炉空冷 ； 0046 所述切边和喷砂的步骤为， 采用机械方法清除型壳， 将浇铸系统切除， 用高压水切 掉工艺边， 进行喷砂处理 ； 0047 所述热等静压的步骤为， 热等静压的温度为为 950 990， 热等静压的压力为 100 180MPa， 保压时间为 3 6 小时。 说 明 书 CN 103506594 A 5 。