[发明专利]K4169高温合金的环套环铸件的型壳

说明书

本发明涉及K4169高温合金的环套环铸件的型壳，包括型壳面层和多层型壳背层，型壳面层由型壳面层浆料及面层撒砂材料固化结合成型，该型壳面层浆料中的配制浆料用锆英粉的粒径为300目至1250目，面层撒砂层的骨料为锆英粉，其粒径为100至150目；型壳背层由型壳背层浆料及背层撒砂材料固化结合成型，该型壳背层浆料中的配制浆料用熔融石英粉和熔融石英砂的粒径为100目至1250目，背层撒砂层的骨料为石英砂，其粒径为10至50目；型壳的面层浆料使用锆英粉，背层浆料使用膨胀系数极小的熔融石英，获得的型壳热膨胀系数小，并严格控制所用粉体的粒径，以减小型壳面层与型壳背层之间热膨胀系数的差异。

技术领域

本发明涉及熔模铸造技术领域，具体的是K4169高温合金的环套环铸件的型壳。

背景技术

随着能源利用效率的提升，基于复杂气动原理或者流体动力学设计的部件越来越多，其形状复杂，对于一体性和精度的要求较高。熔模铸造能够整体精密铸造出形状极为复杂的零件，因此成为生产复杂金属构件的主要方法甚至是唯一方法。由于熔模精密铸造过程具有流程长、工序多、影响因素复杂等特点，获得近净形铸件并非易事。在熔模铸造诸多工序中，有三大关键工序对铸件的尺寸和变形影响较大，分别为蜡模制备、型壳制备、铸件凝固。蜡模阶段尺寸变形容易控制，而铸件浇注和冷却过程中金属与型壳的相互作用对铸件的收缩变形影响很大，一方面型壳要受到金属的热冲击和机械冲击，另一方面金属又通过型壳散热冷却和凝固。因此，型壳强度不高和软化变形是造成铸件变形重要原因。金属浇注后，型壳的热膨胀率越大，铸件的凝固收缩变形越大。

高温合金大型薄壁复杂环型铸件是航空发动机、燃机等常用关键部件，由于尺寸大，结构复杂、冶金质量和尺寸精度要求高，而且这些合金铸件的浇铸温度一般在1400～1600℃，因此对熔模铸造过程中型壳质量提出了很高的要求。但是现有制壳工艺存在铸件浇铸收缩率较大，铸件成形效果不理想等缺点。铸件结构越复杂，从蜡模至金属的收缩就越会受结构因素影响，而且通常情况下，不存在数学上的解析解。因此，在模具设计时铸件各个部位的不同收缩率会使模具设计变得异常复杂，从而导致尺寸精度不易控制的缺点；同时由于型壳在使用过程中极易出现焙烧温度或保温时间不到造成的型壳表面毛糙，尤其是高温合金大型薄壁铸件制造领域，影响铸件表面质量，造成铸件清理困难，由于型壳表面杂质无法去除，因此型壳二次焙烧极易造成型壳开裂，无法回收利用，增加了制造成本。

因此，有必要对高温合金大型薄壁复杂环型铸件的型壳制备工艺进行改进，使其满足铸件的需求。浇注过程中铸件的热应力和型壳强度不高、型壳高温软化是造成铸件收缩大，变形的主要原因。所以，热膨胀系数小，抵抗变形能力大的型壳对于航空薄壁铸件至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于熔融石英的近零收缩率型壳及其制备方法，该型壳在高温条件下的热膨胀系数接近于零，具有较强的抵抗变形能力，得到的铸件精度高。

本发明的技术方案是，一种基于熔融石英的近零收缩率型壳，包括紧贴在预制的蜡膜表面的型壳面层和紧贴在型壳面层外侧的多层型壳背层，所述型壳面层由型壳面层浆料及面层撒砂材料固化结合成型，所述型壳面层浆料组分包括硅溶胶、锆英粉、铝酸钴、润湿剂、消泡剂和加强剂，所述面层撒砂层的骨料为锆英粉；所述型壳背层由型壳背层浆料及背层撒砂材料固化结合成型，所述型壳背层浆料组分包括硅溶胶、熔融石英粉、熔融石英砂、润湿剂、消泡剂、蒸馏水和加强剂，所述背层撒砂层的骨料为石英砂；型壳的面层浆料使用锆英粉，背层浆料使用膨胀系数极小的熔融石英，获得的型壳热膨胀系数小。

进一步，该型壳面层浆料中的配制浆料用锆英粉的粒径为300目至1250目，所述面层撒砂层的骨料为锆英粉，其粒径为100至150目；该型壳背层浆料中的配制浆料用熔融石英粉和熔融石英砂的粒径为100目至1250目，所述背层撒砂层的骨料为石英砂，其粒径为10至50目；严格控制面层浆料用粉体、面层挂砂层骨料用粉体、背层浆料用粉体、背层挂砂层骨料用粉体的粒径，以减小型壳面层与型壳背层之间热膨胀系数的差异，获得的型壳更加均匀。