一種薄壁高溫合金浮動(dòng)壁瓦片的精密鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫合金鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種薄壁高溫合金浮動(dòng)壁瓦片的精密鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]浮動(dòng)壁散熱瓦片部件是一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的薄壁高溫合金鑄件，其特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜、超薄、精度要求非常高，在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中有廣泛的應(yīng)用。由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn):在壁厚約1mm、150mmX60mm的瓦片上分布有200余個(gè)1.0mm小凸臺(tái)，而且高溫合金本身結(jié)晶區(qū)間寬，因此這種高溫合金鑄件精密鑄造極其困難。常規(guī)精密鑄造方法中為了解決這類復(fù)雜薄壁的充型問(wèn)題，通常采用更高的澆注溫度、更大尺寸的澆道系統(tǒng)，但面臨成形質(zhì)量差、變形大、工藝不穩(wěn)定、合格率和成品率低等問(wèn)題。
[0003]美國(guó)專利號(hào)為US4724891公布了一種薄壁件的細(xì)晶鑄造方法。該方法是在定向凝固爐中將模殼加熱并保溫，然后將合金液以高的溫度澆注到模殼中，并對(duì)模殼進(jìn)行抽拉。該方法利用溫度梯度和抽拉速率的比值來(lái)獲得細(xì)小的等軸晶，但由于該專利采用的澆注溫度高于液相線溫度100°c以上，其獲得的晶粒組織比普通鑄造的較大。同是此專利模殼溫度為上區(qū)溫度接近液相線溫度、下區(qū)溫度接近固相線溫度，該工藝需確定的參數(shù)較多。
[0004]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110402941.4中涉及將模殼在定向凝固的加熱器中加熱到固液相線范圍內(nèi)并保溫，將合金熔化并澆注到模殼中再以一定速度將模殼抽拉出加熱器的方法減少高溫合金或結(jié)構(gòu)件的疏松缺陷。其模殼溫度保持在合金的枝晶搭接點(diǎn)溫度附近，因此鑄件在保溫爐凝固過(guò)程中能更好補(bǔ)縮，從而減少疏松，但該專利的目的是減少鑄件中的疏松，且其澆注溫度遠(yuǎn)高于液相線。
[0005]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310242092.x中涉及一種高溫合金浮動(dòng)壁瓦片調(diào)壓鑄造方法，通過(guò)在充型過(guò)程中加壓及調(diào)節(jié)，提高液態(tài)金屬熔體的充型能力，實(shí)現(xiàn)更好成形。但該專利技術(shù)需要特別的壓力容器裝備，而且壓力對(duì)高溫合金這種密度較大的材料充型的作用效果不如鋁合金。
[0006]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01418001643.9中涉及復(fù)雜薄壁高溫合金通過(guò)低的澆注溫度控制晶粒尺寸及高的模殼溫度保證充型的技術(shù)。將模殼用定向凝固真空感應(yīng)熔煉爐的模殼加熱爐加熱到1300?1350 °C，將K4169高溫合金熔化并以高于液相線溫度O?51°C澆注到模殼中再以9?48mm/min的抽拉速度將模殼抽拉出加熱區(qū)。但該專利針對(duì)尺寸較大鑄件，模殼保溫溫度較高，鑄件凝固冷卻速率較慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)浮動(dòng)壁瓦片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種薄壁高溫合金浮動(dòng)壁瓦片的精密鑄造方法，能更好地實(shí)現(xiàn)鑄件的精細(xì)成型和更好的組織細(xì)化。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009 ] 一種薄壁高溫合金浮動(dòng)壁瓦片的精密鑄造方法，包括以下步驟:
[0010]步驟1、模殼的制備:采用現(xiàn)有3D快速成形系統(tǒng)制備出浮動(dòng)壁瓦片蠟型，添加澆注系統(tǒng)構(gòu)成模組，并通過(guò)清洗、反復(fù)掛砂、脫蠟和烘焙，得到模殼；
[0011]步驟2、模殼的加熱和保溫:將K4169高溫合金置于定向凝固真空感應(yīng)爐的感應(yīng)線圈的坩禍內(nèi)；將得到的模殼置于定向凝固真空感應(yīng)爐的模殼加熱爐內(nèi)；將定向凝固真空感應(yīng)爐加熱體的上加熱區(qū)和下加熱區(qū)均加熱到1290?1310 °C并保溫40?I OOmi η，對(duì)模殼加熱并使模殼溫度均勻；
[0012]步驟3、合金熔煉與澆注:采用真空感應(yīng)熔煉方法對(duì)所述Κ4169高溫合金進(jìn)行加熱；逐步增大功率，使該Κ4169高溫合金熔化;待Κ4169高溫合金熔液的溫度達(dá)到1550 V時(shí)保溫2?5min;保溫結(jié)束后，調(diào)節(jié)所述感應(yīng)線圈的功率，待Κ4169高溫合金熔液的溫度降至1350?1380 0C時(shí)，將合金液澆注進(jìn)模殼中；
[0013]步驟4、饒注后模殼的抽拉:饒注完成后，保溫10?20s，以24?60mm/min的抽拉速度將澆注有K4169高溫合金熔液的模殼抽拉出定向凝固真空感應(yīng)爐的模殼加熱爐；
[0014]步驟5、模殼移出保溫爐后充入0.05MPa保護(hù)性氣體一氮?dú)馓岣呃鋮s速率，完成對(duì)K4169高溫合金浮動(dòng)壁瓦片的鑄造。
[0015]本發(fā)明通過(guò)將模殼加熱到1290?1310°C并保溫40?lOOmin，溫度保溫到固相線以上10?40°C因此提高合金液的充型能力，從而保證鑄件的成形;合金熔液的溫度達(dá)到1550°C時(shí)保溫2?5min，以高于液相線溫度10?32°C的溫度澆注到模殼中，減小了熔體凝固前的溫度梯度，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化同時(shí)避免鑄件變形。熔體與模殼溫差小，充型過(guò)程中容易保持良好的流動(dòng)性，從而澆注系統(tǒng)尺寸減小、提高鑄件成品率。并且低的澆注溫度可以減少模殼與合金液反應(yīng)。鑄件充型完畢后移出保溫爐，并充入保護(hù)性氣氛促進(jìn)傳熱，提高冷卻效率，從而實(shí)現(xiàn)晶粒組織的細(xì)化，改善鑄件性能。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0017]圖2為實(shí)施例二獲得K4169浮動(dòng)壁瓦片鑄件宏觀形貌圖，其中:圖2a為鑄件結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，圖2b為鑄件宏觀晶粒組織。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例一
[0019]本實(shí)施例是一種高溫合金浮動(dòng)壁瓦片精密鑄造技術(shù)，所述鑄件材料為K4169高溫合金，其固相線溫度為1270°C，液相線溫度為1349°C。參照?qǐng)D1，本實(shí)施例的具體步驟如下:
[0020]步驟1、模殼的制備:模殼的制備技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，采用現(xiàn)有3D快速成形系統(tǒng)制備出浮動(dòng)壁瓦片蠟型，添加澆注系統(tǒng)構(gòu)成模組，并通過(guò)清洗、反復(fù)掛砂、脫蠟和烘焙，得到模殼；
[0021]步驟2、參照?qǐng)D1模殼的加熱和保溫:將K4169高溫合金置于定向凝固真空感應(yīng)爐的感應(yīng)線圈的坩禍內(nèi)；將得到的模殼置于定向凝固真空感應(yīng)爐的模殼加熱爐內(nèi)；將定向凝固真空感應(yīng)爐加熱體的上加熱區(qū)和下加熱區(qū)均加熱到1290 °C并保溫lOOmin，對(duì)模殼加熱并使模殼溫度均勻；
[0022]步驟3、合金熔煉與澆注:采用真空感應(yīng)熔煉方法對(duì)所述K4169高溫合金進(jìn)行加熱；逐步增大功率，使該K4169高溫合金熔化;待K4169高溫合金熔液的溫度達(dá)到1550 °C時(shí)保溫5min；保溫結(jié)束后，調(diào)節(jié)所述感應(yīng)線圈的功率，待K4169高溫合金熔液的溫度降至1380 °C時(shí)，將合金液澆注進(jìn)模殼中；
[0023]步驟4、澆注后模殼的抽拉:澆注完成后，保溫10s，以24mm/min的抽拉速度將澆注有K4169高溫合金熔液的模殼抽拉出定向凝固真空感應(yīng)爐的模殼加熱爐；
[0024]步驟5、模殼移出保溫爐后充入0.05MPa保護(hù)性氣體一氮?dú)馓岣呃鋮s速率，完成對(duì)K4169高溫合金浮動(dòng)壁瓦片的鑄造。
[0025]實(shí)施例二
[0026]本實(shí)施例的具體步驟如下:
[0027]步驟1、模殼的制備:模殼的制備技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，采用現(xiàn)有3D快速成形系統(tǒng)制備出浮動(dòng)壁瓦片蠟型，添加澆注系統(tǒng)構(gòu)成模組，并通過(guò)清洗、反復(fù)掛砂、脫蠟和烘焙，得到模殼；
[0028]步驟2、模殼的加熱和保溫:將K4169高溫合金置于定向凝固真空感應(yīng)爐的感應(yīng)線圈的坩禍內(nèi)；將得到的模殼置于定向凝固真空感應(yīng)爐的模殼加熱爐內(nèi)；將定向凝固真空感應(yīng)爐加熱體的上加熱區(qū)和下加熱區(qū)均加熱到1300°C并保溫80min，對(duì)模殼加熱并使模殼溫度均勻；
[0029]步驟3、合金熔煉與澆注:采用真空感應(yīng)熔煉方法對(duì)所述K4169高溫合金進(jìn)行加熱；逐步增大功率，使該K4169高溫合金熔化;待K4169高溫合金熔液的溫度達(dá)到1550 °C時(shí)保溫3min；保溫結(jié)束后，調(diào)節(jié)所述感應(yīng)線圈的功率，待K4169高溫合金熔液的溫度降至13 50 °C時(shí)，將合金液澆注進(jìn)模殼中；
[0030]步驟4、澆注后模殼的抽拉:澆注完成后，保溫10s，以24mm/min的抽拉速度將澆注有K4169高溫合金熔液的模殼抽拉出定向凝固真空感應(yīng)爐的模殼加熱爐；
[0031]步驟5、模殼移出保溫爐后充入0.05MPa保護(hù)性氣體一氮?dú)馓岣呃鋮s速率，完成對(duì)K416