[發(fā)明專利]一種點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)件的鑄造缺陷控制方法及應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108326237B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊金俠;周亦胄;王海偉;孫曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: B22C9/08
• 分類號: B22C9/08;B22D27/04;B22D27/09
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明涉及精密鑄造和材料制備領(lǐng)域，具體為一種點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)件的鑄造缺陷控制方法及應(yīng)用。采用含有網(wǎng)格式橫澆道和雨淋式內(nèi)澆道結(jié)構(gòu)的澆注系統(tǒng)，彌散分布的內(nèi)澆道有利于薄壁處充型完全，同時起到分散熱量，避免熱節(jié)產(chǎn)生以及冒口補(bǔ)縮的作用，而且內(nèi)澆道還起到加強(qiáng)筋或肋的作用，防止因凝固收縮而產(chǎn)生裂紋。此外，澆注系統(tǒng)采用封閉式，即澆道橫截面的面積越來越小，有利于擋渣和過濾氣泡。金屬液在澆注前，進(jìn)行高溫精煉處理，去除夾渣和氣體。澆注時控制坩堝傾斜高度，提高充型壓力，并對型殼進(jìn)行高溫預(yù)熱處理，保證鑄件充型完整。本發(fā)明適用于復(fù)雜點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)件及其它相似零件的鑄造過程，是未來航空航天產(chǎn)品發(fā)展的需要，具有長遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及精密鑄造和材料制備領(lǐng)域，具體為一種點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)件的鑄造缺陷控制方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

由于獨(dú)特的力學(xué)環(huán)境和苛刻的服役條件，對航天航空領(lǐng)域使用的零部件結(jié)構(gòu)提出更高要求：結(jié)構(gòu)的超輕型化和多功能化。點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)由于輕質(zhì)高效的結(jié)構(gòu)形式及開放的內(nèi)部空間，被認(rèn)為是最有應(yīng)用潛力的結(jié)構(gòu)功能一體化材料。點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)由上下兩層面板和中間的芯子兩部分組成。面板為大平面結(jié)構(gòu)，主要起到承壓和抗氣流沖擊作用；芯子為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，是一種由細(xì)桿或薄片組接成的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，主要起到促動、抗變形及吸能降噪作用。

點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)是哈佛大學(xué)的Evans教授、劍橋大學(xué)的Ashby教授、MIT的Gibson教授等人近年來提出的一種新型結(jié)構(gòu)，也稱為“類桁架結(jié)構(gòu)”，最初是由桿或片周期性排列成規(guī)則的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。據(jù)報道，美國Virginia大學(xué)采用軋制-焊接法，加州大學(xué)采用金屬二維編織法，斯坦福大學(xué)采用擠壓成型工藝，NASA早期采用混雜模具法，俄羅斯最初曾采用纏繞工藝成型法，英國劍橋大學(xué)最近采用熔模鑄造法，來制備點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)。然而，這些方法對于復(fù)雜構(gòu)型的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備仍然存在很大難度。有研究者對Inconel718鎳基高溫合金點(diǎn)陣夾芯板充型及凝固過程進(jìn)行數(shù)值模擬，指出點(diǎn)陣夾芯板中間的芯體桿件部位容易形成縮松、縮孔缺陷。美國南加州大學(xué)、弗吉尼亞大學(xué)采用聚光敏樹脂固化成型技術(shù)，制備出芯桿小于1mm的微點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出聚合物在成型微小尺寸結(jié)構(gòu)方面具有的優(yōu)勢，但在高強(qiáng)、耐熱和促動性能上明顯不如金屬點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)。有人用5052和2024鋁合金焊接金字塔點(diǎn)陣夾芯板進(jìn)行抗壓、抗彎及抗剪切實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)芯板結(jié)合強(qiáng)度低、芯桿變形以及整體抗壓強(qiáng)度低等問題。有人采用Anycasting軟件對A356合金點(diǎn)陣夾芯板的低壓熔模鑄造過程進(jìn)行數(shù)值模擬，研究澆注系統(tǒng)及主要的工藝參數(shù)對A356合金點(diǎn)陣夾芯板成形的影響，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝優(yōu)化。有人采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法模擬Inconel718高溫合金3D-Kagome點(diǎn)陣夾芯的熔模精密鑄造的凝固過程，預(yù)測鑄造過程的缺陷，優(yōu)化工藝，并用鋁合金澆注，獲得3D-Kagome點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。但存在嚴(yán)重的疏松、氣孔、夾渣、組織偏析等構(gòu)造缺陷。可見，鑄造缺陷控制是點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)件鑄造技術(shù)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)件的鑄造缺陷控制方法及應(yīng)用，采用含有網(wǎng)格式橫澆道和雨淋式內(nèi)澆道結(jié)構(gòu)的澆注系統(tǒng)，對金屬液進(jìn)行高溫熔體處理，控制坩堝傾斜高度，對型殼進(jìn)行高溫預(yù)熱處理，實(shí)現(xiàn)鑄造缺陷的有效控制，改善鑄造質(zhì)量，提高產(chǎn)品的合格率。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)件的鑄造缺陷控制方法，針對上下兩個平板之間點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)件，采用雨淋式內(nèi)澆道結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格式橫澆道組成的澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)采用封閉式，即澆道橫截面的面積越來越小；金屬液在澆注前，對金屬液進(jìn)行高溫精煉處理，對型殼進(jìn)行高溫預(yù)熱處理；澆注時，控制坩堝傾斜高度，提高充型壓力。

所述的點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)件的鑄造缺陷控制方法，橫澆道采用U型橫澆道和L型橫澆道組合的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，U型橫澆道開口向下、橫跨于上平板和下平板寬度方向的兩側(cè)平行均勻排布，位于中間的U型橫澆道頂部設(shè)置澆口杯，U型橫澆道相對的兩側(cè)分別與上平板和下平板寬度方向的兩側(cè)連通，U型橫澆道的頂部與上平板之間設(shè)置內(nèi)澆道，內(nèi)澆道均勻分布在上平板上，間隔20～70mm，形成雨淋式內(nèi)澆道，內(nèi)澆道的頂端與U型橫澆道連通。