[发明专利]一种利用蜡模结构制备改善定向铸件厚大部位或截面突然变大部位晶粒尺寸的方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及高温合金定向凝固领域，具体涉及一种利用蜡模结构制备改善定向铸件厚大部位或截面突然变大部位晶粒尺寸的方法。

背景技术

从上世纪五十年代开始，为了提升航空发动机的效率和功能，技术人员成功地应用高温合金定向凝固技术将涡轮叶片制成定向甚至单晶形态。由于定向铸件所有晶界方向均与叶高方向相同，没有横向晶界的叶片，大大提高了涡轮叶片的使用寿命。最近二十年来，随着能源和环境保护问题的日益紧迫，各工业化国家都在致力于提高工业燃气轮机尤其是电站燃气轮机的效率。其中最重要的措施是把航空发动机的定向凝固叶片技术转化到大型工业燃气轮机的叶片制造中。由于燃气轮机的叶片尺寸远大于航空叶片，重量增加了几十倍，使得定向铸件的生产变得极为困难。所以定向涡轮叶片生产中，在由较薄处抽拉到厚大部位时，抽拉速度减慢，造成凝固过程中固液界面不稳,横向温度梯度增大,个别晶粒快速长大并长满整个部位,超出定向铸件晶粒尺寸的要求。另外,如果铸件有部分区域截面尺寸突然增大,也会有相同的问题出现。因此通过在厚大部位或截面突然变大部位对称加三根不同尺寸的蜡棒，使固液界面从增加蜡棒位置生长出的晶粒与定向铸件厚大部位或截面突然变大部位生长的晶粒竞争生长，从而细化厚大部位或截面突然变大部位的晶粒。此方法是解决定向铸件厚大部位或截面突然变大部位晶粒粗大的一个有效手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善定向铸件厚大部位或截面突然变大部位晶粒尺寸的方法，在定向铸件制备过程中使用本发明，能够显著减小定向铸件厚大部位或截面突然变大部位的晶粒尺寸，大幅降低厚大部位或截面突然变大部位晶粒尺寸超差的几率，从而明显提高定向铸件晶粒度成品率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种改善定向铸件厚大部位或截面突然变大部位晶粒尺寸的单晶铸件用蜡模结构，包括有底板蜡模以及设置于底板蜡模中央、自下而上粘接的中注管蜡模、浇口杯蜡模，所述底板蜡模上、中注管蜡模外围对称设置有六个自下而上依次粘接的叶身蜡模、榫头蜡模以及浇道蜡模，所述的榫头蜡模下部两侧，从铸件到中注管蜡模依次粘接有蜡棒一、蜡棒二、蜡棒三；

所述蜡棒一、蜡棒二、蜡棒三由外侧到内侧长度依次增加；

所述的蜡棒一直径为2-4mm，长度为12-15mm；所述的蜡棒二宽度为3-5mm，厚度为2-4mm，长度为14-17mm；所述的蜡棒三直径为4-7mm，长度为16-22mm；

一种改善定向铸件厚大部位或截面突然变大部位晶粒尺寸的方法,包括以下步骤：

(1)制蜡阶段

将蜡料在温度40-120℃、注射压力0.5-20Mpa条件下注入蜡模模具，获得中注管蜡模、浇口杯蜡模、叶身蜡模、榫头蜡模、浇道蜡模以及底板蜡模，并将中注管蜡模、浇口杯蜡模、叶身蜡模、榫头蜡模、浇道蜡模以及底板蜡模依次进行组合；

(2)模壳阶段

在组合好的蜡模表面涂挂3-20mm厚的精密铸造模壳，模壳制备完成后，然后在120-200℃下脱蜡，800-950℃下焙烧1-5个小时后获得单晶导叶模壳；

(3)浇注阶段

将上述模壳放入定向凝固炉中，设置参数至模壳保温温度1400-1600℃，待到温后将母合金料锭重熔浇注模壳中，浇注温度选择在1400-1600℃，浇注后静置10-100秒后进行抽拉，抽拉速度设置在1.5-10mm/min。拉晶结束后，随炉冷却2-30分钟后取出，切割掉浇冒系统并抛光打磨后即制备出所需的单晶导叶铸件毛坯。

本发明所带来的有益效果是：

1.操作简单易行，成本低廉，不需要改变实验过程中的其他参数。

2.显著细化定向铸件厚大部位或截面突然变大部位的晶粒尺寸。

3.能够大幅提高定向铸件晶粒尺寸合格率，从而提高定向铸件合格率。

附图说明

图1是本发明蜡模结构的截面图。

具体实施方式

如图1所示，一种改善定向铸件厚大部位或截面突然变大部位晶粒尺寸的单晶铸件用蜡模结构，包括有底板蜡模1以及设置于底板蜡模1中央、自下而上粘接的中注管蜡模2、浇口杯蜡模3，所述底板蜡模1上、中注管蜡模2外围对称设置有六个自下而上依次粘接的叶身蜡模4、榫头蜡模5以及浇道蜡模6，所述的榫头蜡模5下部两侧，从铸件到中注管蜡模2依次粘接有蜡棒一7、蜡棒二8、蜡棒三9；

所述蜡棒一7、蜡棒二8、蜡棒三9由外侧到内侧长度依次增加；