[发明专利]一种提高熔模精密铸造过程中超大尺寸型壳强度及铸件尺寸控制的方法

说明书

本发明公开了一种提高熔模精密铸造过程中超大尺寸型壳强度及铸件尺寸控制的方法，属于熔模精密铸造技术领域。该方法为：准备所需长度的直径3～5mm陶瓷棒，陶瓷棒表面处理清洁。待型壳制备完成第4层时，将陶瓷棒一端粘接在型壳易产生胀壳位置，另一端粘接在型壳承重结构上，陶瓷棒与型壳接触点使用热蜡连接。将陶瓷棒涂上与型壳相同的面层涂料，并撒上面层型砂。待陶瓷棒上涂料完全干透后，继续执行常规制壳工艺，陶瓷棒外表面被型壳包裹，与型壳成为一体。本发明设计的陶瓷棒支撑型壳在超大尺寸叶片浇注过程中显现了极高的抗高温蠕变能力，无余量精密铸件尺寸控制良好。该方法结构设计合理，操作简单，工艺稳定性高。

技术领域

本发明涉及熔模精密铸造技术领域，具体涉及一种提高熔模精密铸造过程中超大尺寸型壳强度及铸件尺寸控制的方法，该方法适用于制备燃气轮机用超大尺寸等轴晶叶片用型壳，以及其他涉及无余量熔模精密铸造制备超大尺寸型壳的领域。

背景技术

透平叶片是先进燃气轮机的主要核心部件。随着先进燃气轮机功率的不断提升，透平叶片尺寸也不断跟进增大，如300MW级燃气轮机透平末级动叶片及静叶片径向高度均达到了700mm以上量级，叶片制备难度极大。

造成超大尺寸透平叶片难以生产的关键技术难点之一是用于无余量精密铸造的高质量超大尺寸型壳难以制备。由于超大尺寸叶片自身重量大，单次浇注用母合金重量更大，陶瓷型壳在高温浇注过程中所受压力极大，极易发生蠕变变形，诱发型壳鼓胀，导致叶片型面尺寸严重超差。通常，增加型壳层数，能够有效提高型壳强度，抑制型壳鼓胀。然而，型壳层数增加会减缓铸件的凝固散热，对铸件表面晶粒及冶金缩松控制极为不利。因此，更希望在控制型壳层数的基础上提高型壳强度。造成超大尺寸透平叶片难以生产的另一个关键技术难点在于叶片的尺寸控制。由于叶片尺寸极大且各部位薄厚差异较大，在叶片凝固过程中会诱发极大的热应力差，导致叶片变形严重，叶片合格率极低。因此，如何控制铸件在凝固过程中的变形也是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高熔模精密铸造过程中超大尺寸型壳强度及铸件尺寸控制的方法，以满足燃机超大尺寸叶片制备对陶瓷型壳强度及铸件尺寸控制的需求。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种提高熔模精密铸造过程中超大尺寸型壳强度及铸件尺寸控制的方法，该方法包括以下步骤：

(1)准备若干根所需长度的直径3～5mm陶瓷棒，陶瓷棒表面处理清洁；

(2)采用精密铸造工艺制备铸件的陶瓷型壳，型壳制备涂挂完第4层后，将陶瓷棒一端粘接在型壳易产生胀壳位置，另一端粘接在型壳承重结构上，陶瓷棒与型壳接触点使用热蜡连接；

(3)粘接陶瓷棒后，将陶瓷棒涂上与型壳相同的面层涂料，并撒上面层型砂；待陶瓷棒上涂料完全干透后，继续执行第4层之后的制壳工艺，陶瓷棒外表面被型壳包裹，与型壳成为一体。

步骤(1)中，所述陶瓷棒为氧化铝陶瓷棒，陶瓷棒两端截面应保持平滑，不能存在尖锐截面。

步骤(2)中，陶瓷型壳制备过程中，在蜡型上依次涂挂面层、过渡层、加固层和封浆层(以11层型壳为例，其中第1层为面层，第2、3、4层为过渡层，第5～10层为加固层，第11层为封浆层)。

步骤(2)中，当型壳完成第四层撒砂后，需先干燥4～6小时，再将型壳整体浸入硅溶胶，取出再干燥4～6小时，以防止第4层砂子附着力不足而导致陶瓷棒脱落；型壳干燥后再进行粘结陶瓷棒的操作。

步骤(2)中，陶瓷棒与型壳粘接用的蜡料采用高温蜡料，粘接点的蜡料在保证牢固的前提下应尽可能少，防止脱蜡后型壳内产生较大的中空，降低型壳强度；热蜡连接后，需静置10分钟以上再进行后续涂挂操作。

步骤(2)中，陶瓷棒的粘接应尽可能与型壳表面保持垂直，以防止在浇注时产生热节。