[发明专利]一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温合金铸造技术领域，具体是涉及一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法。

背景技术

浮动壁散热瓦片部件是一种具有复杂结构的薄壁高温合金铸件，其特点为结构复杂、超薄、精度要求非常高，在先进航空发动机中有广泛的应用。由于其结构特点：在壁厚约1mm、150mm×60mm的瓦片上分布有200余个1.0mm小凸台，而且高温合金本身结晶区间宽，因此这种高温合金铸件精密铸造极其困难。常规精密铸造方法中为了解决这类复杂薄壁的充型问题，通常采用更高的浇注温度、更大尺寸的浇道系统，但面临成形质量差、变形大、工艺不稳定、合格率和成品率低等问题。

美国专利号为US4724891公布了一种薄壁件的细晶铸造方法。该方法是在定向凝固炉中将模壳加热并保温，然后将合金液以高的温度浇注到模壳中，并对模壳进行抽拉。该方法利用温度梯度和抽拉速率的比值来获得细小的等轴晶，但由于该专利采用的浇注温度高于液相线温度100℃以上，其获得的晶粒组织比普通铸造的较大。同是此专利模壳温度为上区温度接近液相线温度、下区温度接近固相线温度,该工艺需确定的参数较多。

中国专利申请号为201110402941.4中涉及将模壳在定向凝固的加热器中加热到固液相线范围内并保温，将合金熔化并浇注到模壳中再以一定速度将模壳抽拉出加热器的方法减少高温合金或结构件的疏松缺陷。其模壳温度保持在合金的枝晶搭接点温度附近，因此铸件在保温炉凝固过程中能更好补缩，从而减少疏松，但该专利的目的是减少铸件中的疏松，且其浇注温度远高于液相线。

中国专利申请号为201310242092.x中涉及一种高温合金浮动壁瓦片调压铸造方法，通过在充型过程中加压及调节，提高液态金属熔体的充型能力，实现更好成形。但该专利技术需要特别的压力容器装备，而且压力对高温合金这种密度较大的材料充型的作用效果不如铝合金。

中国专利申请号为201418001643.9中涉及复杂薄壁高温合金通过低的浇注温度控制晶粒尺寸及高的模壳温度保证充型的技术。将模壳用定向凝固真空感应熔炼炉的模壳加热炉加热到1300～1350℃，将K4169高温合金熔化并以高于液相线温度0～51℃浇注到模壳中再以9～48mm/min的抽拉速度将模壳抽拉出加热区。但该专利针对尺寸较大铸件，模壳保温温度较高，铸件凝固冷却速率较慢。

发明内容

针对浮动壁瓦片的结构特点及现有技术中的缺陷，本发明提供一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法，能更好地实现铸件的精细成型和更好的组织细化。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法，包括以下步骤：

步骤1、模壳的制备：采用现有3D快速成形系统制备出浮动壁瓦片蜡型，添加浇注系统构成模组，并通过清洗、反复挂砂、脱蜡和烘焙，得到模壳；

步骤2、模壳的加热和保温：将K4169高温合金置于定向凝固真空感应炉的感应线圈的坩埚内；将得到的模壳置于定向凝固真空感应炉的模壳加热炉内；将定向凝固真空感应炉加热体的上加热区和下加热区均加热到1290～1310℃并保温40～100min，对模壳加热并使模壳温度均匀；

步骤3、合金熔炼与浇注：采用真空感应熔炼方法对所述K4169高温合金进行加热；逐步增大功率，使该K4169高温合金熔化；待K4169高温合金熔液的温度达到1550℃时保温2～5min；保温结束后，调节所述感应线圈的功率，待K4169高温合金熔液的温度降至1350～1380℃时，将合金液浇注进模壳中；

步骤4、浇注后模壳的抽拉：浇注完成后，保温10～20s，以24～60mm/min的抽拉速度将浇注有K4169高温合金熔液的模壳抽拉出定向凝固真空感应炉的模壳加热炉；

步骤5、模壳移出保温炉后充入0.05MPa保护性气体—氮气提高冷却速率，完成对K4169高温合金浮动壁瓦片的铸造。