一种内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法，主要涉及解决缘板宽大、叶身长、弦宽较宽且叶型厚度差大的精铸涡轮叶片的晶粒度的控制方法。本发明通过在型壳内部植入陶瓷保温棉，有效弥补了现有技术的不足之处，解决了缘板宽大、叶身长、弦宽较宽且叶型厚度差大类型的精铸涡轮叶片排气边晶粒度超差的问题(主要是解决了垂直于排气边的柱状晶粒的问题)，获得了均匀的等轴晶晶粒；通过采用本发明的制备方法，彻底解决了该类型铸件薄壁区晶粒的生长不均的问题，并使铸件合格率由改进前的30％提升至70％，节约了生产成本。
【专利说明】一种内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法。
【背景技术】
[0002]采用精密铸造工艺制得的等轴晶叶片，在浇注过程中易产生表面晶粒粗大、浇不足、冷隔、砂眼等缺陷。其中在等轴晶叶片中产生的柱状晶粒超出标准要求，会使叶片自身抗疲劳性能降低，因此在精铸叶片生产过程中，在正常型壳制备工艺的基础上，针对晶粒的控制一般有以下几种方法：
[0003]I.热控法
[0004]该方法主要是通过严格控制型壳温度和浇注温度，以达到调整合金凝固过程中的温度梯度、合金的过冷度和型壳表面细化剂中细化晶粒的非均匀形核数，从而达到限制晶粒长大的目的，获得均匀的等轴晶晶粒。
[0005]2.化学法
[0006]该方法主要是通过在铸件型壳制备过程中，在面层料浆配制时加入孕育剂、细化齐U，增加外来结晶核心来使铸件晶粒得到细化，在精密铸造等轴晶叶片生产中多采用铝酸钴作为细化剂。
[0007]以上两种方法在实际生产中多用于壁厚过度较为均匀的精铸叶片生产，在结构较为复杂且叶身壁厚差较大的叶片生产时无法获得均匀的等轴晶晶粒，易造成铸件批量报废。
[0008]3.机械法
[0009]该方法主要是通过电磁搅拌、超声振荡和机械旋转振动等方法，当铸件在浇注后，由于金属在凝固过程中受到外力干涉，有效抑制了柱状晶粒的生长，从而获得均匀的细化晶粒铸件。该方法多用于铸件整体为等轴晶晶粒的铸件生产中，而且生产工艺需在专门的设备上进行，在大部分涡轮叶片的生产中多不采用。
[0010]4.基本工艺方法
[0011]该方法包括结合零件结构所制定的模组组合方法、型壳造型等工艺方法。这类工艺方法一般作为上述1、2方法的补充进行实施。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于解决上述现有技术中所存在的问题，提供一种内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法，该方法解决了在熔模铸造复杂大缘板薄厚不均类的铸件，浇注后壁厚偏薄区晶粒生成不均匀的问题。
[0013]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：
[0014]I)结合零件结构，制定蜡模组合方案，并按照蜡模组合方案制作模组；
[0015]2)面层浆料的制备
[0016]将硅溶胶、325目的锆英粉、270目?320目的铝酸钴、渗透剂“T”以及分析纯的正辛醇混合，并搅拌均匀并停放12小时后，得到面层料浆；其中，硅溶胶与锆英粉的质量比为I: (5?5. 5)，硅溶胶与渗透剂“T”的质量比为200: I、硅溶胶与分析纯的正辛醇的质量比为100:1 ；
[0017]3)剩余涂层料浆的配制
[0018]取硅酸乙酯水解液倒入清洁的料筒中，在搅拌机不断搅拌的情况下加入24目、36目或270目的上店粉，待上店粉润湿后加入5ml?IOml体积分数为33%的盐酸，得到剩余涂层料浆；其中，硅酸乙酯水解液与上店粉的质量比为I : (2. 5?2. 7);
[0019]4)对模组表面涂挂面层料浆并挂砂，然后进行自干，完成面层涂挂工作；
[0020]5)接着，对完成面层涂挂工作的模组表面涂挂剩余涂层料浆，在完成第N/2层的涂挂工作后，使该层完全干燥，其中N为型壳总层数，且8 < N < 12 ;
[0021]6)将陶瓷保温棉对折粘贴在第N/2层，并将其压实，确保在涂挂下层时不产生脱落或分层现象；其中，陶瓷保温棉的长度与叶片的叶身长度相同，宽度为叶片叶身弦宽的2/3 ；
[0022]7)在粘贴完陶瓷保温层后，继续在其表面涂挂剩余涂层浆料，完成剩余层数的制备，并对模组进行脱蜡、预焙烧以及洗壳工作；
[0023]8)沿型壳一周包裹一层6mm?12mm厚的陶瓷保温棉完成型壳造型工作；
[0024]9)在900°C?1060°C的温度下，完成模壳焙烧工作；在合金过热温度达到1580°C?1620°C后，在1460°C?1540°C的温度下完成浇注工作；
[0025]10)最后，完成铸件切割及清理工作后，对铸件进行腐蚀，检查晶粒度是否符合技术标准要求，若不符合技术标准要求进行报废处理。
[0026]所述的步骤2)中，硅溶胶购买自上虞市宇达化工有限公司，锆英粉购买自澳大利亚泛亚实业有限公司，铝酸钴购买自Prince Minerals，渗透剂“T”购买自沈阳助剂厂，分析纯的正辛醇购买自西安化学制剂厂。
[0027]所述的步骤2)中，制得的面层浆料的比重为2. 75?2. 95，粘度为40S?50S。
[0028]所述的步骤3)中，硅酸乙酯水解液是由体积分数为19%?21%的二氧化硅和体积分数为O. 20%?O. 35%的盐酸水解后放置24小时后制得的。
[0029]所述的步骤3)中，上店粉购买自耀州区耐火材料厂。
[0030]所述的步骤9)中，模壳焙烧是将模组浇冒口朝下放入焙烧炉中，焙烧时间至少为3小时。
[0031]所述的步骤9)中，浇注工作中，浮渣等级小于等于2% ;浇注处理在5s?8s内完毕。
[0032]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0033]本发明通过在型壳内部植入陶瓷保温棉，有效弥补了现有技术的不足之处，解决了缘板宽大、叶身长、弦宽较宽且叶型厚度差大类型的精铸涡轮叶片排气边晶粒度超差的问题（主要是解决了垂直于排气边的柱状晶粒的问题），获得了均匀的等轴晶晶粒；通过采用本发明的制备方法，彻底解决了该类型铸件薄壁区晶粒的生长不均的问题，并使铸件合格率由改进前的30%提升至70%，节约了生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图I为本发明实施例I的叶片结构图；
[0035]图2为本发明实施例I的叶片组合方案图；
[0036]图3为本发明实施例2涂挂5层后型壳植入保温棉的示意图。
[0037]其中，I为上缘板；2为下缘板；3为叶身；4为进气边；5为排气边；6为叶片；7为第一内烧口 ；8为第二内烧口 ；9为横烧道；10为直烧道；11为烧口杯；12为保温棉
【具体实施方式】
[0038]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明：
[0039]本发明主要涉及解决缘板宽大、叶身长、弦宽较宽且叶型厚度差大的精铸涡轮叶片的晶粒度的控制方法。主要是通过在型壳制备过程中，在第五层型壳干燥后，在零件排气边相应位置一定尺寸范围内包裹一层6_?12mm后的陶瓷保温棉的方法,弥补叶身壁厚悬殊的差距，达到改善铸件浇注后金属凝固过程的温度场和温度梯度的变化，进而获得均匀的等轴晶晶粒的目的。
[0040]为防止其漏壳及型壳鼓胀现象方面将模壳厚度进行增加（通常等轴晶叶片型壳厚度控制在7?8层），例如可将型壳厚度增加至10层；同时为了有效解决晶粒问题，在制壳至第5层（根据具体零件型壳的厚度，可灵活选取层数，即在第6、第7…层均可粘贴）后在排气边一定尺寸范围内包裹一层6_?12_厚的陶瓷保温棉的方法，以弥补叶身薄厚悬殊所造成的温度梯度，从而改善铸件浇注后金属凝固过程的温度场和温度梯度的变化，进而获得均匀的等轴晶晶粒。
[0041]本发明包括以下步骤：
[0042]I)结合零件结构，制定蜡模组合方案，并按照蜡模组合方案制作模组；
[0043]2)面层浆料的制备
[0044]将硅溶胶、325目的锆英粉、270目?320目的铝酸钴、渗透剂“T”以及分析纯的正辛醇混合，并搅拌均匀并停放12小时后，得到面层料浆；其中，硅溶胶与锆英粉的质量比为I: (5?5. 5)，硅溶胶与渗透剂“T”的质量比为200: I、硅溶胶与分析纯的正辛醇的质量比为100:1 ;其中，制得的面层浆料的比重为2. 75?2. 95，粘度为40S?50S。硅溶胶购买自上虞市宇达化工有限公司，锆英粉购买自澳大利亚泛亚实业有限公司，铝酸钴购买自PrinceMinerals，渗透剂“T”购买自沈阳助剂厂，分析纯的正辛醇购买自西安化学制剂厂。
[0045]3)剩余涂层料浆的配制
[0046]取硅酸乙酯水解液倒入清洁的料筒中，在搅拌机不断搅拌的情况下加入24目、36目或270目的上店粉，待上店粉润湿后加入5ml?IOml体积分数为33%的盐酸，得到剩余涂层料浆；其中，硅酸乙酯水解液与上店粉的质量比为I : (2. 5?2. 7);硅酸乙酯水解液是由体积分数为19%?21%的二氧化硅和体积分数为O. 20%?O. 35%的盐酸水解后放置24小时后制得的。上店粉购买自耀州区耐火材料厂。
[0047]4)对模组表面涂挂面层料浆并挂砂，然后进行自干，完成面层涂挂工作；
[0048]5)接着，对完成面层涂挂工作的模组表面涂挂剩余涂层料浆，在完成第N/2层的涂挂工作后，使该层完全干燥，其中N为型壳总层数，且8 < N < 12 ;
[0049]6)将陶瓷保温棉对折粘贴在第N/2层，并将其压实，确保在涂挂下层时不产生脱落或分层现象；其中，陶瓷保温棉的长度与叶片的叶身长度相同，宽度为叶片叶身弦宽的2/3 ；
[0050]7)在粘贴完陶瓷保温层后，继续在其表面涂挂剩余涂层浆料，完成剩余层数的制备，并对模组进行脱蜡、预焙烧以及洗壳工作；
[0051]8)沿型壳一周包裹一层6mm?12mm厚的陶瓷保温棉完成型壳造型工作；
[0052]9)在900°C?1060°C的温度下，完成模壳焙烧工作；在合金过热温度达到1580°C?1620°C后，在1460°C?1540°C的温度下完成浇注工作；模壳焙烧是将模组浇冒口朝下放入焙烧炉中，焙烧时间至少为3小时。浇注工作中，浮渣等级小于等于2% ;浇注工作在5s?8s内完成。
[0053]10)最后，完成铸件切割及清理工作后，对铸件进行腐蚀，检查晶粒度是否符合技术标准要求，若不符合技术标准要求进行报废处理。
[0054]实施例I
[0055]I.结合零件结构，制定合理的蜡模组合方案，并按照组合方案要求完成了模组组合工作，如图I所示；图I为叶片结构图，上缘板I和下缘板2分别位于叶身3的两侧，进气边4的厚度为11. 4mm，排气边5的厚度为I. 2mm。
[0056]2.配置面层料浆，在其中加入晶粒孕育剂、细化剂（粒度约270目?320目铝酸钴），并按照具体工艺要求搅拌均匀，做好涂挂模组准备；
[0057]3.给模组涂挂面层料浆和挂砂，并进行自干，完成面层涂挂工作；
[0058]4.分别完成2?5层涂挂工作，并确保第5层干燥；
[0059]5.按照叶身长度、叶身弦宽1/3的2倍宽度的陶瓷保温棉，并将其对折粘贴在第5层表面，并将其压实，完成第6层涂挂工作，如图2所示；零件局部与第一内浇口 7和第二内烧口 8相连,两内烧口与横烧道9相连,横烧道9与烧口杯11相连,直烧道10位于第一内浇口 7和第二内浇口 8之间；金属液浇入浇口杯11，经横浇道9、第一内浇口 7和第二内浇口 8流入零件型腔形成叶片6。
[0060]6.按照工艺要求完成剩余层数和封严层第10层的制备，并完成脱蜡、预焙烧、洗壳等准备工作；
[0061]7.沿型壳一周包裹一层6mm厚的陶瓷保温棉完成型壳造型工作；
[0062]8.按照工艺要求的模壳焙烧（1050°C保温4小时）及熔化浇注工艺参数(15200C ±10°C )完成浇注工作；
[0063]9.完成铸件切割、清理等工作后，对铸件进行腐蚀，检查晶粒度是符合技术标准要求。
[0064]实施例2
[0065]I.结合零件结构，制定合理的蜡模组合方案，并按照组合方案要求完成了模组组合工作，如图3 ;图3为涂挂5层后型壳植入保温棉的示意图，在排气边5上贴上一层保温棉12。
[0066]2.配置面层料浆，在其中加入晶粒孕育剂、细化剂（粒度约270目?320目铝酸钴），并按照具体工艺要求搅拌均匀，做好涂挂模组准备；
[0067]3.给模组涂挂面层料浆和挂砂，并进行自干，完成面层涂挂工作；
[0068]4.分别完成2?6层涂挂工作，并确保第6层干燥；
[0069]5.按照叶身长度、叶身弦宽1/3的2倍宽度的陶瓷保温棉，并将其对折粘贴在第6层表面，并将其压实，完成第7层涂挂工作；
[0070]6.按照工艺要求完成剩余层数和封严层第11层的制备，并完成脱蜡、预焙烧、洗壳等准备工作；
[0071]7.沿型壳一周包裹一层6mm厚的陶瓷保温棉完成型壳造型工作；
[0072]8.按照工艺要求的模壳焙烧（1050°C保温4小时）及熔化浇注工艺参数(15300C ±10°C )完成浇注工作；
[0073]9.完成铸件切割、清理等工作后，对铸件进行腐蚀，检查晶粒度是符合技术标准要求。
[0074]以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)结合零件结构，制定蜡模组合方案，并按照蜡模组合方案制作模组； 2)面层浆料的制备 将硅溶胶、325目的锆英粉、270目?320目的铝酸钴、渗透剂“T”以及分析纯的正辛醇混合，并搅拌均匀并停放12小时后，得到面层料浆；其中，硅溶胶与锆英粉的质量比为1: (5?5.5)，硅溶胶与渗透剂“T”的质量比为200: 1、硅溶胶与分析纯的正辛醇的质量比为100:1 ； 3)剩余涂层料浆的配制 取硅酸乙酯水解液倒入清洁的料筒中，在搅拌机不断搅拌的情况下加入24目、36目或270目的上店粉，待上店粉润湿后加入5ml?1ml体积分数为33%的盐酸，得到剩余涂层料浆；其中，硅酸乙酯水解液与上店粉的质量比为1: (2.5?2.7); 4)对模组表面涂挂面层料浆并挂砂，然后进行自干，完成面层涂挂工作； 5)接着，对完成面层涂挂工作的|旲组表面涂挂剩余涂层料衆，在完成弟N/2层的涂挂工作后，使该层完全干燥，其中N为型壳总层数，且8 < N < 12 ; 6)将陶瓷保温棉对折粘贴在第N/2层，并将其压实，确保在涂挂下层时不产生脱落或分层现象；其中，陶瓷保温棉的长度与叶片的叶身长度相同，宽度为叶片叶身弦宽的2/3 ； 7)在粘贴完陶瓷保温层后，继续在其表面涂挂剩余涂层衆料，完成剩余层数的制备，并对模组进行脱蜡、预焙烧以及洗壳工作； 8)沿型壳一周包裹一层6_?12_厚的陶瓷保温棉完成型壳造型工作； 9)在900°C?1060°C的温度下，完成模壳焙烧工作；在合金过热温度达到1580°C?1620°C后，在1460°C?1540°C的温度下完成浇注工作； 10)最后，完成铸件切割及清理工作后，对铸件进行腐蚀，检查晶粒度是否符合技术标准要求，若不符合技术标准要求进行报废处理。
2.根据权利要求1所述的内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法，其特征在于:所述的步骤2)中，硅溶胶购买自上虞市宇达化工有限公司，锆英粉购买自澳大利亚泛亚实业有限公司，铝酸钴购买自Prince Minerals，渗透剂“T”购买自沈阳助剂厂，分析纯的正辛醇购买自西安化学制剂厂。
3.根据权利要求1或2所述的内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法，其特征在于:所述的步骤2)中，制得的面层浆料的比重为2.75?2.95，粘度为40S?50S。
4.根据权利要求1所述的内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法，其特征在于:所述的步骤3)中，硅酸乙酯水解液是由体积分数为19%?21%的二氧化硅和体积分数为0.20%?0.35%的盐酸水解后放置24小时后制得的。
5.根据权利要求1或4所述的内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法，其特征在于:所述的步骤3)中，上店粉购买自耀州区耐火材料厂。
6.根据权利要求1所述的内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法，其特征在于:所述的步骤9)中，模壳焙烧是将模组浇冒口朝下放入焙烧炉中，焙烧时间至少为3小时。
7.根据权利要求1或6所述的内部植入保温材料的复合式型壳的制备方法，其特征在于:所述的步骤9)中，浇注工作中，浮渣等级小于等于2% ;浇注处理在5s?8s内完毕。
【文档编号】B22C9/04GK104325081SQ201410605388
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】闵蓉, 赵儒梁, 常涛岐, 海潮, 李长青, 刘晓飞, 骞磊, 赵虹 申请人:西安航空动力股份有限公司