一种精细结构高温合金薄壁铸件的制备方法.pdf

本发明提供了一种精细结构高温合金薄壁铸件的制备方法，其特征在于：所述的精细结构高温合金薄壁铸件的工艺路线为：按照薄壁铸件的形状制备蜡模，蜡模制备时在蜡模上添加加强筋；将上述所制的蜡模在真空负压条件下涂料+常规涂料工艺制壳，待涂料制壳工序完毕后进行脱蜡，然后经烧结工序后制得模壳；将上述所制的模壳用保温棉包裹并预热到820℃～1200℃，采用真空感应炉熔炼合金，其中合金液过热度为50℃～300℃，然后快速浇注后随炉冷却制得铸件；将上述所制的铸件进行清理，然后对铸件进行喷砂处理，去掉加强筋，制得成品铸件。本发明提供制备方法具有工艺简单可行及铸件表面光洁度高和尺寸精度高的特点。

1.  一种精细结构高温合金薄壁铸件的制备方法，其特征在于：所述的精细结构高温合金薄壁铸件的工艺路线为：
——按照薄壁铸件的形状制备蜡模，蜡模制备时在蜡模上添加加强筋防止变形；
——将上述所制的蜡模首先进行真空负压涂料，然后使用常规工艺涂料制壳，其中涂料的成分为粉料(320目)与硅溶胶，粉料与硅溶胶的质量比例为3.0∶1～3.5∶1，其中粉料为刚玉粉、锆英粉、石英粉或上店粉中的一种，涂料粘度为标准杯流速24-30秒；待涂料制壳工序完毕后进行脱蜡，然后经烧结工序后制得模壳；
——将上述所制的模壳用保温棉包裹并预热到820℃～1200℃，采用真空感应炉熔炼合金，其中合金液过热度为50℃～300℃，然后快速浇注后随炉冷却制得铸件；
——将上述所制的铸件进行清理，然后对铸件进行喷砂处理，去掉加强筋，制得成品铸件。

2.  按照权利要求1所述一种精细结构高温合金薄壁铸件的制备方法，其特征在于：所述的真空负压涂料是指第一层和第二层的涂料在真空负压下完成，其中真空度为0.005-0.01MPa。

3.  按照权利要求1所述一种精细结构高温合金薄壁铸件的制备方法，其特征在于：所述的脱蜡为水蒸汽脱蜡，脱蜡温度为120℃～150℃，时间为20～60分钟。

一种精细结构高温合金薄壁铸件的制备方法
技术领域
本发明涉及高温合金技术领域，特别提供一种精细结构高温合金薄壁铸件的制备方法。
背景技术
高温合金在航空航天、舰船、能源、化工等工业领域有着广泛的应用，是衡量一个国家材料发展水平的重要标志之一。随着时间的发展，铸件的结构越来越复杂，其质量越来越轻。高复杂程度低质量化已经成为现代铸件的一个明显特征。高温合金铸件通常采用精密铸造工艺制备，但对于薄壁铸件来说则存在许多困难，如蜡模非常容易变形、蜡模涂料时很难保证每一个细节处都能涂满、铸件成型性差且在浇注过程中易变形，因此，如何采用合理的铸造工艺制备高温合金超薄复杂结构铸件是急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于开发出一种合理可行的铸造工艺，满足高复杂程度超薄铸件的制备需求。
本发明中提供了一种精细结构高温合金薄壁铸件的制备方法，其特征在于：所述的精细结构高温合金薄壁铸件的工艺路线为：
——按照薄壁铸件的形状制备蜡模，蜡模制备时在蜡模上添加加强筋以防止蜡模变形；
——将上述所制的蜡模进行整体涂料，其中第一层和第二层的涂料在真空负压环境中完成，涂料的成分为粉料(320目)与硅溶胶，粉料与硅溶胶的质量比例为3.0∶1～3.5∶1，其中粉料为刚玉粉、锆英粉、石英粉或上店粉中的一种；涂料的粘度为标准杯流速24-30秒，真空负压范围为0.005-0.01MPa，这可保证蜡模所有细节涂的饱满；第三层及以后各层涂料制壳采用常规工艺进行，待涂料工序完毕后采用水蒸汽进行脱蜡，蒸汽温度为120℃～150℃，脱蜡时间为20～60分钟。然后经焙烧工序后制得模壳，焙烧温度为980℃，保温时间为3小时；
——将上述所制的模壳用保温棉包裹并预热到820℃～1200℃，采用真空感应炉熔炼合金，其中合金液过热度为50℃～300℃，然后快速浇注后随炉冷却制得铸件；
——将上述所制的铸件进行清理，然后对铸件进行喷砂处理，去掉加强筋，制得成品铸件。
本发明提供的精细结构高温合金薄壁铸件的制备方法，可以用来解决以往高温合金铸造工艺中无法制备的精细结构及薄壁的合金铸件，其中使用本发明所提供的制备方法，可以制得厚度小于1毫米，孔径最小0.2毫米和柱高度小于1毫米的薄壁铸件。
本发明提供的精细结构高温合金薄壁铸件的制备方法具有工艺简单可行及铸件表面光洁度高和尺寸精度高的特点。
附图说明
图一：为铸件的蜡模；
图二：为铸件的俯视图；
图三：为铸件的侧视图；
图四：为普通铸造方法铸造的薄壁铸件1；
图五：为普通铸造方法铸造的薄壁铸件2；
具体实施方式
实施例1
采用注射成型方式制备蜡模，蜡模厚度为0.6毫米，见图一。蜡模组合好浇注系统后将其放入真空室内抽真空，待真空室的压力为0.005MPa时进行第一层涂料，第一层涂料选用320目刚玉粉，粘结剂为硅溶胶，刚玉粉与硅溶胶质量比为3.5∶1，涂料完毕后取出蜡模进行干燥，干燥4小时后再将其放入真空室内抽真空，待真空度为0.01MPa时进行第二层涂料，第二层涂料为320目刚玉涂料，粘结剂为硅溶胶，刚玉粉与硅溶胶质量比为3.5∶1，浸完涂料后取出蜡模进行撒砂，撒砂材料为80目刚玉砂，干燥8小时后进行常规涂料过程；具体：第三层涂料为刚玉涂料，撒砂材料为60目刚玉砂，干燥8小时后，进行第四层至第六层涂料，各层涂料均为刚玉涂料，撒砂材料均为36目刚玉砂，干燥时间各为8小时；第七层至第九层涂料为刚玉涂料，撒砂材料为24目刚玉砂，各层干燥时间皆为8小时，最后进行封浆处理；模壳进行脱蜡处理，脱蜡处理采用水蒸汽，温度为150℃，时间0.5小时；对脱蜡后的模壳进行焙烧，焙烧温度为850℃，时间3小时；模壳制备完毕。将模壳用石棉包裹起来，装入砂箱，将模壳预热到1000℃，保温时间为3小时后将其放置到真空炉浇注室内进行浇注；选用K441合金，浇注温度为1600℃，快速浇注，待铸件冷却到室温时，清理铸件；最后对铸件进行抛光处理即可，得到的铸件见图二与图三。
实施例2
采用注射成型方式制备薄片状蜡模，蜡模厚度为0.5毫米。蜡模组合好浇注系统后将其放入真空室内抽真空，待真空室的压力为0.01MPa时进行第一层涂料，第一层涂料选用320目锆英粉，粘结剂为硅溶胶，锆英粉与硅溶胶质量比为3.5∶1，涂料完毕后取出蜡模进行干燥，干燥4小时后再将其放入真空室内抽真空，待真空度为0.01MPa时进行第二层涂料，第二层涂料为320目锆英粉，粘结剂为硅溶胶，锆英粉与硅溶胶质量比为3.5∶1，浸完涂料后取出蜡模进行撒砂，撒砂材料为80目锆英砂，干燥8小时后进行常规涂料过程；具体：第三层涂料为锆英粉涂料，撒砂材料为60目锆英砂，干燥8小时后，进行第四层至第六层涂料，各层涂料均为锆英粉涂料，撒砂材料均为36目锆英砂，干燥时间各为8小时；第七层至第九层涂料为锆英粉涂料，撒砂材料为24目锆英砂，各层干燥时间皆为8小时，最后进行封浆处理；对模壳进行脱蜡处理，脱蜡处理采用水蒸汽，温度为150℃，时间0.5小时；对脱蜡后的模壳进行焙烧，焙烧温度为900℃，时间3小时；模壳制备完毕。将模壳用石棉包裹起来，装入砂箱，将模壳预热到1020℃，保温时间为3小时后将其放置到真空炉浇注室内进行浇注铸件；选用K418合金，浇注温度为1500℃，快速浇注，待铸件冷却到室温时，清理铸件；最后对铸件进行抛光处理即可，得到的铸件见图二与图三。
实施例3
采用注射成型方式制备薄片状蜡模，蜡模厚度为0.8毫米。蜡模组合好浇注系统后将其放入真空室内抽真空，待真空室的压力为0.01MPa时进行第一层涂料，第一层涂料选用320目上店粉，粘结剂为硅溶胶，上店粉与硅溶胶质量比为3.5∶1，涂料完毕后取出蜡模进行干燥，干燥4小时后再将其放入真空室内抽真空，待真空度为0.01MPa时进行第二层涂料，第二层涂料为320目上店粉，粘结剂为硅溶胶，上店粉与硅溶胶质量比为3.5∶1，浸完涂料后取出蜡模进行撒砂，撒砂材料为80目上店砂，干燥8小时后进行常规涂料过程；具体：第三层涂料为上店粉涂料，撒砂材料为60目上店砂，干燥8小时后，进行第四层至第六层涂料，各层涂料均为上店粉涂料，撒砂材料均为36目上店砂，干燥时间各为8小时；第七层至第九层涂料为上店粉涂料，撒砂材料为24目上店砂，各层干燥时间皆为8小时，最后进行封浆处理；对模壳进行脱蜡处理，脱蜡处理采用水蒸汽，温度为150℃，时间0.5小时；对脱蜡后的模壳进行焙烧，焙烧温度为900℃，时间3小时；模壳制备完毕。将模壳用石棉包裹起来，装入砂箱，将模壳预热到1020℃，保温时间为3小时后将其放置到真空炉浇注室内进行浇注铸件；选用K418合金，浇注温度为1500℃，快速浇注，待铸件冷却到室温时，清理铸件；最后对铸件进行抛光处理即可，得到的铸件见图二与图三。
实施例4
采用注射成型方式制备空间薄片状蜡模，蜡模厚度为0.3毫米。蜡模组合好浇注系统后将其放入真空室内抽真空，待真空室的压力为0.01MPa时进行第一层涂料，第一层涂料选用320目锆英粉，粘结剂为硅溶胶，锆英粉与硅溶胶质量比为3.5∶1，涂料完毕后取出蜡模进行干燥，干燥4小时后再将其放入真空室内抽真空，待真空度为0.005MPa时进行第二层涂料，第二层涂料为320目锆英粉，粘结剂为硅溶胶，锆英粉与硅溶胶质量比为3.0∶1，浸完涂料后取出蜡模进行撒砂，撒砂材料为80目锆英砂，干燥6小时后进行常规涂料过程；具体：第三层涂料为锆英粉涂料，撒砂材料为60目锆英砂，干燥6小时后，进行第四层至第六层涂料，各层涂料均为锆英粉涂料，撒砂材料均为36目锆英砂，干燥时间各为6小时；第七层至第九层涂料为锆英粉涂料，撒砂材料为24目锆英砂，各层干燥时间皆为6小时，最后进行封浆处理；对模壳进行脱蜡处理，脱蜡处理采用水蒸汽，温度为150℃，时间0.5小时；对脱蜡后的模壳进行焙烧，焙烧温度为980℃，时间3小时；模壳制备完毕。将模壳用石棉包裹起来，装入砂箱，将模壳预热到1020℃，保温时间为3小时后将其放置到真空炉浇注室内进行浇注铸件；选用K452合金，浇注温度为1520℃，快速浇注，待铸件冷却到室温时，清理铸件；最后对铸件进行抛光处理即可，得到的铸件见图二与图三。
对比例1
采用注射成型方式制备平薄板蜡模，铸件蜡模厚度为5毫米，蜡模组合好浇注系统后进行第一层涂料，涂料选用320目刚玉粉，粘结剂为硅溶胶，刚玉粉与硅溶胶质量比为3.5∶1，涂料完毕后进行干燥，第二层涂料为刚玉涂料，撒砂材料为80目刚玉砂，干燥8小时后进行第三层涂料，涂料为刚玉涂料，撒砂材料为60目刚玉砂，干燥8小时后，进行第四层至第六层涂料，各层涂料均为刚玉涂料，撒砂材料均为36目刚玉砂，干燥时间各为8小时；第七层至第九层涂料为刚玉涂料，撒砂材料为24目刚玉砂，各层干燥时间皆为8小时，最后进行封浆处理；干燥后模壳进行脱蜡处理，脱蜡处理采用水蒸汽，温度为150℃，时间0.5小时；对脱蜡后的模壳进行焙烧，焙烧温度为850℃，时间3小时；模壳制备完毕。将模壳用石棉包裹起来，装入砂箱，将模壳预热到1000℃，保温时间为3小时后将其放置到真空炉浇注室内进行浇注；选用K441合金，浇注温度为1600℃，快速浇注，待铸件冷却到室温时，清理铸件，铸件见图四。
对比例2
采用注射成型方式制备平薄板蜡模，铸件蜡模厚度为2毫米，蜡模组合好浇注系统后进行第一层涂料，涂料选用320目刚玉粉，粘结剂为硅溶胶，刚玉粉与硅溶胶质量比为3.5∶1，涂料完毕后进行干燥，第二层涂料为刚玉涂料，撒砂材料为80目刚玉砂，干燥8小时后进行第三层涂料，涂料为刚玉涂料，撒砂材料为60目刚玉砂，干燥8小时后，进行第四层至第六层涂料，各层涂料均为刚玉涂料，撒砂材料均为36目刚玉砂，干燥时间各为8小时；第七层至第九层涂料为刚玉涂料，撒砂材料为24目刚玉砂，各层干燥时间皆为8小时，最后进行封浆处理；干燥后，模壳进行脱蜡处理，脱蜡处理采用水蒸汽，温度为150℃，时间0.5小时；对脱蜡后的模壳进行焙烧，焙烧温度为850℃，时间3小时；模壳制备完毕。将模壳用石棉包裹起来，装入砂箱，将模壳预热到1000℃，保温时间为3小时后将其放置到真空炉浇注室内进行浇注；选用K441合金，浇注温度为1600℃，快速浇注，待铸件冷却到室温时，清理铸件，铸件已变形，见图五。