[發明專利]一種葉片陶瓷型芯精鑄工裝的制備方法

無效

• 申請號: 201010275228.3
• 申請日: 2010-09-08
• 公開（公告）號: CN102400087A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 張朋輝;張澤海
• 申請（專利權）人: 沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司
• 主分類號: C23C8/26
• 分類號: C23C8/26;C21D1/18
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明涉及一種葉片陶瓷型芯工裝的制備方法。

背景技術

在航空領域，隨著飛機的更新換代，新一代發動機也隨之發展，其中作為發動機部件的葉片，由于采用先進的冷卻技術，通過渦輪葉片內許多精細而復雜的冷卻通道(孔、槽等)對葉片進行對流、沖擊和局部氣膜冷卻，葉片陶瓷型芯工裝是為了獲取帶有流道、冷卻通道的復雜渦輪葉片的重要手段，其結構復雜，制造難度不斷加大。目前，該類工裝采用40Cr、45、鍛鋁等材質，主要采用的熱處理工藝為精銑前淬火，然而此種方法所制備的工裝在使用中存在工作表面磨損嚴重，工裝返修率和報廢率高等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種葉片陶瓷型芯精鑄工裝的制備方法，該方法通過對工裝表面處理的改進，提高了工裝表面硬度，減少了工裝表面磨損，降低了工裝的返修率和報廢率，從而延長工裝的使用壽命。

本發明具體提供了一種葉片陶瓷型芯精鑄工裝的制備方法，所述工裝的制備步驟為：普通刨、車、平磨、荒銑、淬火(HRC29～33)、平磨、數控精加工、鉗工修研、拋光、鉗工拋光全部，其特征在于：所述工裝的盆模和背模采用H13材料，在淬火時的回火溫度為570℃～600℃，在拋光后鉗工拋光全部前增加表面氮化處理工藝(HRC59.5～63)，葉片陶瓷型芯的公差在0.06mm，所以表面氮化層的深度不能太淺，氮化層厚需在0.2～0.45mm之間，經過實驗，0.3mm為最佳氮化層厚度，同時從氨氣的消耗、硬度的實現、保溫時間的長短考慮，0.3mm被視為最合理、經濟的氮化層厚度。

現有陶瓷型芯精鑄工裝的制備常采用40Cr、45、鍛鋁等材質，在精加工前多采用淬火工藝，然而所得工裝其表面硬度低。本發明發明人首次采用原材料不變而增加表面氮化工藝處理，但試用效果不理想，對于具有復雜結構的葉片陶瓷型芯，筋槽、凸臺多且尺寸小，如圖1所示。為了保證成品零件這些形狀的清晰，必須保證其結合面3部位的尖邊，同時保證背模1、盆模2的輪廓線密合，如圖2所示。為了保證工裝在陶瓷粉末下工作時結合面3(特別是盆背模內部筋槽、凸臺結合面)的尖邊狀態，需要有效保證其工作部位表面的硬度及模具內部的合理硬度，經過實驗及分析，最終此類工裝的重要部件(盆模和背模)改用H13材料，并實施現有的工藝制備路線。其中“淬火(HRC29～33)”工序保證了工裝內部的硬度，同時要求570℃～600℃的回火溫度，是為了保證后續“滲氮(氮化處理)”工序的完成，降低了尖角部位的磨損。滲氮后的工裝如圖3所示。

本發明提供的葉片陶瓷型芯精鑄工裝的制備方法，其特征在于：所述表面氮化處理工藝分兩個階段完成，第一階段升溫到520℃保溫20～30小時，氨的分解率為20％～25％；第二階段升溫到545℃保溫30～35小時，氨的分解率為25％～40％，該工藝能夠有效保證氮化層的均勻性和厚度范圍。

本發明所提供的葉片陶瓷型芯精鑄工裝的制備方法，相比于現有技術(采用40Cr、45、鍛鋁等材質，在精加工前采用淬火工藝制備工裝)，在工件正常消除應力后，工件的變形微乎其微，有效地保證了工件的精度。

葉片陶瓷型芯精鑄工裝的型面復雜，裝配要求嚴，采用本發明所述方法制備，能夠有效提高工裝表面的硬度、耐磨性、抗咬合性、抗腐蝕性能和抗疲勞性能。從而降低了工裝的返修率和報廢率，延長工裝的使用壽命1倍左右，節約成本。

附圖說明

圖1葉片型芯盆模；

圖2盆、背模結合面示意圖；

圖3滲氮后葉片型芯盆模示意圖。

具體實施方式

本發明所述工裝的制備步驟：1、普通刨；2、車；3、平磨；4、荒銑；5、淬火(HRC29～33)；6、平磨；7、數控精加工；8、鉗工修研、拋光；9、氮化處理(HRC?HRC59.5～63)；10、鉗工拋光全部。

實施例1

0.2mm氮化層厚度：

淬火工藝：淬火溫度1030℃，并保溫20分鐘，然后油冷。隨后進行回火處理，溫度控制在570℃，硬度控制在HRC28～30。

氮化工藝：將鉗工修研、拋光后的背模1、盆模2分別放入氮化爐內，首先在不通氨氣的情況下升溫到200±5℃；然后持續通氨氣升溫到520℃，保溫28小時；隨后在持續通氨氣的情況下，降溫到200±5℃；最后在不通氨氣的情況下降溫到室溫。有效氮化層厚度達到了0.2mm。

效果：0.2mm的表面氮化層，使葉片模具的表面硬度提高到了HRC59.5，降低了型面磨損；使葉片型芯模具的返修率降低了一半，壽命提高了1/3。

實施例2