[發(fā)明專利]葉片鑄造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510801784.2
• 申請日: 2015-11-19
• 公開（公告）號: CN106735036A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王愛紅
• 申請（專利權(quán)）人: 青島秀珀爾科技有限公司
• 主分類號: B22D13/00
• 分類號: B22D13/00;C22C30/00;B22C3/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鑄造領(lǐng)域，具體涉及發(fā)動機葉片的精密鑄造方法。

背景技術(shù)

鈦合金密度小，比強度高，耐腐蝕，由于該一系列優(yōu)異的特性，被廣泛地應(yīng)用于航空航天工業(yè)、能源工業(yè)、海上運輸工業(yè)等方面。歐洲航天局也曾啟動了航空研究計劃，就是旨在掌握鈦鋁基合金航空發(fā)動機葉片和燃氣輪機葉片。飛機發(fā)動機推重比是評價現(xiàn)代飛機發(fā)動機的主要指標之一，它對飛機性能有著決定性的作用。當前應(yīng)用于發(fā)動機葉片的時候，較為常見的成型方法為精密鑄造方法。采用熔模精密鑄造工藝制備TiAl基合金構(gòu)件，特別是形狀復(fù)雜的構(gòu)件，可得到無余量或近無余量的精密復(fù)雜構(gòu)件，大幅度減少金屬損耗，提高材料的利用率，減少大量機加工工時，大幅度降低生產(chǎn)成本。

目前使用較多的鈦合金精密鑄造用型殼，大致可分為：石墨型殼、鎢面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼等。但是由于模具形成方式的不足以及鑄造過程的參數(shù)設(shè)計不合理，導(dǎo)致成型后的零件表面和內(nèi)部缺陷均比較多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種葉片的鑄造方法；為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種葉片的鑄造方法，包括模具設(shè)計、模具制造，原料熔煉，下料準備，離心鑄造，第一次冷卻，第二次成型，第二次冷卻，切邊和噴砂，熱等靜壓步驟；所述葉片為發(fā)動機葉片，其材質(zhì)為鈦鋁鈮合金，所述鈦鋁鈮合金的組成按重量百分比為45～48％的鋁、5～6.8％的鈮、3.1～4.2％的鎂、V：1.2～1.5％，Ta：0.002～0.008％、0.10～0.28％的碳，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)；

所述模具設(shè)計的步驟為，采用水溶性型芯，采用現(xiàn)有CAD系統(tǒng)設(shè)計得到發(fā)動機葉片的CAD模型，采用現(xiàn)有快速成型工藝進行快速成型，激光燒結(jié)逐層燒結(jié)直徑小于0.1mm的聚苯乙烯粉，再浸蠟后制得熔模，然后對熔模進行表面與內(nèi)部的清洗；

所述模具制造的步驟為，將熔模浸入到面層涂料中沾漿30～45s后取出，然后進行面層的撒砂、干燥，得到模殼，將模殼放入加熱爐中，在溫度為380～500℃中保溫2.5～3h，然后繼續(xù)升溫為820～870℃，保溫2.5～3h，繼續(xù)升溫為1050～1150℃，保溫2.5～3h，然后隨爐冷卻到室溫，得到模具；

所述原料熔煉的步驟為，將待熔煉的原材料放入坩堝中，將坩堝置于真空感應(yīng)爐的坩堝熔煉室內(nèi)，先采用惰性氣體對坩堝熔煉室進行4～8次的沖洗，最終保持坩堝熔煉室的真空度為10^-5～10^-3mbar進行熔煉，熔煉完成后保溫10～15min，使得原料中的各元素均勻；

所述下料準備的步驟為，用石棉包裹模具制造步驟得到的模具，進行預(yù)熱后下料，所述預(yù)熱的溫度為400～610℃；

所述離心鑄造的工藝參數(shù)為，離心轉(zhuǎn)速為195rpm～385rpm，澆鑄時間為6～8s；

所述第一次冷卻的步驟為，出爐空冷，將型芯溶出后，清洗零件并烘干；所述第二次成型的步驟為，將第一次冷卻后得到的鑄件放入預(yù)熱到910～990℃的模具中，然后在加熱爐內(nèi)加熱到1050～1150℃，然后進行離心鑄造，離心轉(zhuǎn)速為195rpm～385rpm；所述第二次冷卻的步驟為，出爐空冷；所述切邊和噴砂的步驟為，采用機械方法清除型殼，將澆鑄系統(tǒng)切除，用高壓水切掉工藝邊，進行噴砂處理；

所述熱等靜壓的步驟為，熱等靜壓的溫度為為950～990℃，熱等靜壓的壓力100～180MPa，保壓時間為3～6小時。

作為優(yōu)選，所述坩堝為水冷銅坩堝。

作為優(yōu)選，所述的惰性氣體對坩堝熔煉室進行4～8次的沖洗為，先將坩堝熔煉室抽真空至10^-5～10^-3mbar，然后充入氬氣至10～14mbar，然后再抽真空至10^-5～10^-3mbar，如此反復(fù)共4～8次。

作為優(yōu)選，所述面層涂料為氧化鋯、二醋酸鋯、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇通過攪拌、靜置而得到的。

作為優(yōu)選，所述面層涂料中氧化鋯、二醋酸鋯、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇的重量份比例為3.8～4.2：1：0.0004～0.001：0.0006～0.0012。

作為優(yōu)選，所述待熔煉的原材料為純鋁、鈮化鋁、純碳、鎂鋁中間合金和海綿鈦。作為優(yōu)選，熱等靜壓之后還包括退火步驟，所述退火步驟為將熱等靜壓之后的葉片在退火爐中加熱到680～710℃，保溫60～180min后，出爐空冷直至室溫。