[發(fā)明專利]一種提高熔模精密鑄造過程中超大尺寸型殼強度及鑄件尺寸控制的方法

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• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112719216A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 劉心剛;王堯;董加勝;樓瑯洪;張健
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22C9/04
• 分類號: B22C9/04;B22C9/22
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發(fā)明公開了一種提高熔模精密鑄造過程中超大尺寸型殼強度及鑄件尺寸控制的方法，屬于熔模精密鑄造技術領域。該方法為：準備所需長度的直徑3～5mm陶瓷棒，陶瓷棒表面處理清潔。待型殼制備完成第4層時，將陶瓷棒一端粘接在型殼易產(chǎn)生脹殼位置，另一端粘接在型殼承重結(jié)構上，陶瓷棒與型殼接觸點使用熱蠟連接。將陶瓷棒涂上與型殼相同的面層涂料，并撒上面層型砂。待陶瓷棒上涂料完全干透后，繼續(xù)執(zhí)行常規(guī)制殼工藝，陶瓷棒外表面被型殼包裹，與型殼成為一體。本發(fā)明設計的陶瓷棒支撐型殼在超大尺寸葉片澆注過程中顯現(xiàn)了極高的抗高溫蠕變能力，無余量精密鑄件尺寸控制良好。該方法結(jié)構設計合理，操作簡單，工藝穩(wěn)定性高。

技術領域

本發(fā)明涉及熔模精密鑄造技術領域，具體涉及一種提高熔模精密鑄造過程中超大尺寸型殼強度及鑄件尺寸控制的方法，該方法適用于制備燃氣輪機用超大尺寸等軸晶葉片用型殼，以及其他涉及無余量熔模精密鑄造制備超大尺寸型殼的領域。

背景技術

透平葉片是先進燃氣輪機的主要核心部件。隨著先進燃氣輪機功率的不斷提升，透平葉片尺寸也不斷跟進增大，如300MW級燃氣輪機透平末級動葉片及靜葉片徑向高度均達到了700mm以上量級，葉片制備難度極大。

造成超大尺寸透平葉片難以生產(chǎn)的關鍵技術難點之一是用于無余量精密鑄造的高質(zhì)量超大尺寸型殼難以制備。由于超大尺寸葉片自身重量大，單次澆注用母合金重量更大，陶瓷型殼在高溫澆注過程中所受壓力極大，極易發(fā)生蠕變變形，誘發(fā)型殼鼓脹，導致葉片型面尺寸嚴重超差。通常，增加型殼層數(shù)，能夠有效提高型殼強度，抑制型殼鼓脹。然而，型殼層數(shù)增加會減緩鑄件的凝固散熱，對鑄件表面晶粒及冶金縮松控制極為不利。因此，更希望在控制型殼層數(shù)的基礎上提高型殼強度。造成超大尺寸透平葉片難以生產(chǎn)的另一個關鍵技術難點在于葉片的尺寸控制。由于葉片尺寸極大且各部位薄厚差異較大，在葉片凝固過程中會誘發(fā)極大的熱應力差，導致葉片變形嚴重，葉片合格率極低。因此，如何控制鑄件在凝固過程中的變形也是急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種提高熔模精密鑄造過程中超大尺寸型殼強度及鑄件尺寸控制的方法，以滿足燃機超大尺寸葉片制備對陶瓷型殼強度及鑄件尺寸控制的需求。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種提高熔模精密鑄造過程中超大尺寸型殼強度及鑄件尺寸控制的方法，該方法包括以下步驟：

(1)準備若干根所需長度的直徑3～5mm陶瓷棒，陶瓷棒表面處理清潔；

(2)采用精密鑄造工藝制備鑄件的陶瓷型殼，型殼制備涂掛完第4層后，將陶瓷棒一端粘接在型殼易產(chǎn)生脹殼位置，另一端粘接在型殼承重結(jié)構上，陶瓷棒與型殼接觸點使用熱蠟連接；

(3)粘接陶瓷棒后，將陶瓷棒涂上與型殼相同的面層涂料，并撒上面層型砂；待陶瓷棒上涂料完全干透后，繼續(xù)執(zhí)行第4層之后的制殼工藝，陶瓷棒外表面被型殼包裹，與型殼成為一體。

步驟(1)中，所述陶瓷棒為氧化鋁陶瓷棒，陶瓷棒兩端截面應保持平滑，不能存在尖銳截面。

步驟(2)中，陶瓷型殼制備過程中，在蠟型上依次涂掛面層、過渡層、加固層和封漿層(以11層型殼為例，其中第1層為面層，第2、3、4層為過渡層，第5～10層為加固層，第11層為封漿層)。

步驟(2)中，當型殼完成第四層撒砂后，需先干燥4～6小時，再將型殼整體浸入硅溶膠，取出再干燥4～6小時，以防止第4層砂子附著力不足而導致陶瓷棒脫落；型殼干燥后再進行粘結(jié)陶瓷棒的操作。

步驟(2)中，陶瓷棒與型殼粘接用的蠟料采用高溫蠟料，粘接點的蠟料在保證牢固的前提下應盡可能少，防止脫蠟后型殼內(nèi)產(chǎn)生較大的中空，降低型殼強度；熱蠟連接后，需靜置10分鐘以上再進行后續(xù)涂掛操作。

步驟(2)中，陶瓷棒的粘接應盡可能與型殼表面保持垂直，以防止在澆注時產(chǎn)生熱節(jié)。