一种解决航空不锈钢熔模铸件应力裂纹的方法与流程

本发明涉及航空技术领域，具体是一种解决航空不锈钢熔模铸件应力裂纹的方法。

背景技术：

目前我厂生产一种筒状薄壁类航空17-4ph材质不锈钢铸件，壁厚2.78-4.25mm，零件单重2.8kg。有严格的航空铸件标准的无损检测和尺寸公差要求。

17-4ph是在航空熔模铸造中，常用的一种由铜、铌/钶构成的马氏体沉淀硬化型不锈钢，含碳量低，化学成份与国内牌号0cr17ni4cu4nb相似。该材质铸造性能较差，收缩性大，铸造时更需要倾向于顺序凝固，不容易补缩。

该筒状铸件有一横梁结构，长120.5mm，宽12.5mm，高9.8mm。为了防止该结构产生缩孔缩松缺陷，需要在横梁的正中放置一方形内浇口。但由于该内浇口与横梁结构形状大小不一致，内浇口冷却速度较慢，自由线收缩速度小于横梁结构，以至于内浇口与横梁结构相接处的应力过于集中，超过了高温下的该材质强度极限，最终造成两者相接处产生裂纹，如图1中的5处，无法满足荧光检验验收要求，裂纹缺陷比例高达65%-75%，造成大量零件返修和报废，严重影响了该铸件成本及发运要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种解决航空不锈钢熔模铸件应力裂纹的方法，

本发明的技术方案是：

一种解决航空不锈钢熔模铸件应力裂纹的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：开设新的内浇口：在保持原内浇口与横梁结构接触截面积不变的前提下，在原内浇口两侧开设一过渡圆弧形成新的内浇口；

步骤二：开设浇口应力槽：在新内浇口上应力集中部分附近切开一段圆弧槽，这些圆弧槽的顶部会形成新的应力集中点，将原来过于集中的应力分散开来；

步骤三：组树：组树时新内浇口粘结在铸件横梁结构的正中，有过渡圆弧的一侧与横梁结构相连，另一侧与冒口相粘接；利用粘结蜡刷涂两者相接处，使内浇口与横梁结构相接处更为圆滑，无可见的蜡缝。

步骤四：制壳：制壳时采用硅溶胶涂料制壳，制壳层数为7-8层；

步骤五：浇注：浇注时采用中频炉浇注，用茶壶包将合金液先从侧浇口平稳注入，待到合金液已经充满铸件型腔时，再从冒口进行点补至浇满浇口杯，浇注后在浇冒口上添加少许冒口覆盖剂。

对上述方案的进一步改进，步骤二中，过渡圆弧的弧度半径控制在r40-50mm。浇口应力槽的深度控制在3-5mm。

对上述方案的进一步改进，步骤五中，模壳焙烧和保温温度控制在：900-1000℃，合金出炉温度控制在1610-1640℃。

有益效果

1、新的浇口形式。在保持内浇口与横梁结构接触截面积不变的前提下，在内浇口两侧开设较大的过渡圆弧，使内浇口与横梁结构相接处更为圆滑，减少热节，有利于铸件补缩和应力分散。

2、开设浇口应力槽。在新内浇口上应力集中部分附近切开一段圆弧槽，这些圆弧槽的顶部会形成新的应力集中点，将原来过于集中的应力分散开来，从而减少和避免了原来过于集中的应力对铸件横梁结构造成的破坏和变形。

附图说明

图1为本发明为新内浇口结构图。

图2为本发明为新浇注系统的示意图。

图3为本发明的铸造应力图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1-3所示，1-新型内浇口、2-过渡圆弧、3-应力槽、5-原裂纹发生处、6-侧浇口、7-冒口、8-铸件；

一种解决航空不锈钢熔模铸件应力裂纹的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：开设新的内浇口：在保持原内浇口与横梁结构接触截面积不变的前提下，在原内浇口两侧开设一过渡圆弧2，形成新的内浇口，使新内浇口与横梁结构相接处更为圆滑，减少热节，有利于铸件补缩和应力分散。

步骤二：开设浇口应力槽：在新内浇口上应力集中部分附近切开一段圆弧槽，这些圆弧槽的顶部会形成新的应力集中点，将原来过于集中的应力分散开来，从而减少和避免了原来过于集中的应力对铸件横梁结构造成的破坏和变形。

步骤三：组树：组树时新内浇口粘结在铸件横梁结构的正中，有过渡圆弧的一侧与横梁结构相连，另一侧与冒口相粘接；利用粘结蜡刷涂两者相接处，使内浇口与横梁结构相接处更为圆滑，无可见的蜡缝。

步骤四：制壳：制壳时采用硅溶胶涂料制壳，制壳层数为7-8层；

步骤五：浇注：浇注时采用中频炉浇注，用茶壶包将合金液先从侧浇口平稳注入，待到合金液已经充满铸件型腔时，再从冒口进行点补至浇满浇口杯，浇注后在浇冒口上添加少许冒口覆盖剂。

对上述方案的进一步改进，步骤二中，过渡圆弧2的弧度半径控制在r40-50mm。浇口应力槽的深度控制在3-5mm。

对上述方案的进一步改进，步骤五中，模壳焙烧和保温温度控制在：900-1000℃，合金出炉温度控制在1610-1640℃。

工作原理：

裂纹原因分析

在浇注后，铸件型腔内的合金液先冷却凝固，内浇口和浇道因包裹耐火棉冷却凝固较慢。铸件在凝固后的冷却过程中，各部分与内浇口冷却速度不一致，横梁结构开始线收缩，但与之相连的内浇口还处在凝固初期，此时铸件横梁结构的变形完全由其本身决定，铸件横梁结构带动内浇口一起收缩，此时铸件不产生热应力。

随着冷却时间的增长，两者温差逐渐增大，铸件横梁结构固相已形成完整的骨架。内浇口的收缩量渐渐大于铸件横梁结构，由于两者彼此相连，且内浇口连接冒口，所以此时内浇口被压缩，而铸件横梁结构被拉长，内浇口内产生压应力，铸件横梁结构产生拉应力，当两者温差最大时应力值最大。当应力值超过了该铸件材质在此高温下的强度极限时，就会产生裂纹。

新型内浇口原理

新型内浇口的过渡圆弧可以减少内浇口和铸件之间的热节点，降低集中变形，稀释浇口收缩障碍，同时有助于铸件横梁结构的补缩。而浇口应力槽可以在铸件凝固收缩后期，将内浇口过于集中的拉应力分散开来，使这些圆弧槽的顶部形成新的应力集中点，使直接作用在横梁结构的应力变小，从而避免了其裂纹或者变形的产生。

新的内浇口与铸件横梁结构的接触截面积不变，可以保证铸件横梁结构的补缩。都采用底注式浇注系统方案，通过合理的铸造参数，确保获得无缩孔缩松缺陷的铸件。

最后应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种解决航空不锈钢熔模铸件应力裂纹的方法，包括以下步骤：步骤一：开设新的内浇口：在原内浇口两侧开设一过渡圆弧形成新的内浇口；步骤二：开设浇口应力槽：在新内浇口上应力集中部分附近切开一段圆弧槽；步骤三：组树：组树时新内浇口粘结在铸件横梁结构的正中，有过渡圆弧的一侧与横梁结构相连，另一侧与冒口相粘接。步骤四：制壳：制壳时采用硅溶胶涂料制壳，制壳层数为7‑8层；步骤五：浇注：浇注时采用中频炉浇注。本方法使用的新内浇口与铸件横梁结构的接触截面积不变，可以保证铸件横梁结构的补缩。采用底注式浇注系统方案，通过合理的铸造参数，确保获得无缩孔缩松缺陷的铸件。

技术研发人员：刘大卫;安庆贺;史兴利;王晶
受保护的技术使用者：鹰普航空零部件（无锡）有限公司
技术研发日：2019.06.12
技术公布日：2019.08.06